基于Lonworks現(xiàn)場總線的回轉(zhuǎn)窯分解爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_圖文

1、電工技術(shù)雜志2002年第3期基于Lonworks現(xiàn)場總線的回轉(zhuǎn)窯分解爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)伍萍輝王迎旭廖智TP26(湖南工程學(xué)院411101摘要基于Lonworks現(xiàn)場總線技術(shù),構(gòu)建了一個(gè)水泥回轉(zhuǎn)窯分解爐的分散式智能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。對該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征、控制策略等進(jìn)行了探討.并著重介紹了果用模糊控制算法的智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。關(guān)羹詞現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)Lonworks智能節(jié)點(diǎn)模糊控制1前言現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是由現(xiàn)場設(shè)備和監(jiān)控計(jì)算機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),通過與現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)通信而聯(lián)接組成的控制系統(tǒng)。其最大特點(diǎn)在于它的控制單元在物理位置上可以與測量變送單元、操作執(zhí)行單元合為一體.在現(xiàn)場構(gòu)成完整的基本控制系統(tǒng)(即智能節(jié)點(diǎn):又由于

2、它所具有的通信功能,可以與多個(gè)現(xiàn)場智能設(shè)備溝通并綜合信息,因而便于構(gòu)成多個(gè)變量參與的復(fù)雜控制系統(tǒng)與精確測量系統(tǒng)。Lonworks是美國Echelon公司于1993年推出的一種主要用于設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的局域操作網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。Lonworks技術(shù)的優(yōu)勢是將通信協(xié)議固化于神經(jīng)元芯片中.并且提供一套完整的開發(fā)與建網(wǎng)工具LoM3uilder和NodeBuilder。這樣,用戶可以較少關(guān)心網(wǎng)絡(luò)的通信,而集中于節(jié)點(diǎn)的具體應(yīng)用開發(fā)。Lonworks技術(shù)極大地方便了用戶,也促進(jìn)了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。本文介紹了一種基于Lonworks現(xiàn)場總線的回轉(zhuǎn)窯分解爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。2整體方案設(shè)計(jì)一個(gè)基于Lonworks的分散式智能控制

3、網(wǎng)絡(luò)在功能實(shí)現(xiàn)上分為兩級,即現(xiàn)場總線級和上層監(jiān)控、管理級?，F(xiàn)場總線級的核心即為分布于設(shè)備現(xiàn)場的一個(gè)個(gè)智能節(jié)點(diǎn),主要用于接收和處理來自傳感器的輸入數(shù)據(jù)、執(zhí)行通信和控制任務(wù)以及控制執(zhí)行器操作等。另一方面通過點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)的通信,解決節(jié)點(diǎn)之間的信息傳輸,實(shí)現(xiàn)在分散基礎(chǔ)上的融合。在現(xiàn)場智能節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,通過DDE服務(wù)器建立上層的監(jiān)控應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控、管理、維護(hù)以及與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的信息交互,從而實(shí)現(xiàn)控制信息和管理信息的集成,基于Lonworks的回轉(zhuǎn)窯分解爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。J查皇!里旦】j!寶墮旦JLainMDDErfLcn Inba蹬f fLvcks阿絡(luò)暇務(wù)AP匝盤圖1本系統(tǒng)包括9

4、個(gè)智能節(jié)點(diǎn),它們執(zhí)行的任務(wù)分別如下:智能節(jié)點(diǎn)l的任務(wù)是根據(jù)窯頭罩負(fù)壓自動詞節(jié)冷卻機(jī)的排風(fēng)機(jī)閥門開度,以穩(wěn)定窯頭負(fù)壓。智能節(jié)點(diǎn)2的任務(wù)是利用篦式冷卻機(jī)一室下壓力調(diào)整篦床沖程次數(shù),以保持篦床上熟料層厚度均勻穩(wěn)定。智能節(jié)點(diǎn)3的任務(wù)是按給定風(fēng)量自動調(diào)節(jié)篦式冷卻機(jī)一、二室鼓風(fēng)機(jī)人口閥門開度。智能節(jié)點(diǎn)4的任務(wù)是根據(jù)冷卻機(jī)排風(fēng)溫度,自動控制冷卻機(jī)排風(fēng)口附近的噴水量,以保持冷卻機(jī)電收塵器的收塵效率。智能節(jié)點(diǎn)5的任務(wù)是根據(jù)分解爐出u的氣體溫度,調(diào)節(jié)喂煤機(jī)轉(zhuǎn)速來自動調(diào)節(jié)分解爐的喂煤量,以穩(wěn)定出爐氣體溫度和物料分解率:智能節(jié)點(diǎn)6的任務(wù)是根據(jù)系統(tǒng)主排風(fēng)機(jī)進(jìn)口負(fù)壓,自動調(diào)節(jié)排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。智能節(jié)點(diǎn)7的任務(wù)是根據(jù)增濕塔出口氣

5、體溫度,自動調(diào)節(jié)噴水量。智能節(jié)點(diǎn)8的任務(wù)是一,9一一電工技術(shù)雜志2002年第3期基于Lonworks現(xiàn)場總線的回轉(zhuǎn)窯分解爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)ZO.PZ,PS,PM,PB.隸屬度函數(shù)如圖3所不。根據(jù)氣力提升泵所給定的松動風(fēng)壓值,自動調(diào)節(jié)雙管喂料機(jī)的轉(zhuǎn)速,以保持均衡喂料。智能節(jié)點(diǎn)9的任務(wù)是由紅外線自動掃描測量裝置自動記錄回轉(zhuǎn)爐燃燒帶筒體的溫度井進(jìn)行超溫報(bào)警.以監(jiān)測簡體表面溫度分布,保護(hù)窯襯,實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)轉(zhuǎn)。3智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)Lonworks網(wǎng)絡(luò)的智能節(jié)點(diǎn)是和物理上與之相聯(lián)的1/(9設(shè)備交互作用。并在Lonworks網(wǎng)上使用LonTalk協(xié)議與其他節(jié)點(diǎn)相互通信的一類對象,是具有自治功能的自治節(jié)點(diǎn)。其完成IX3S

6、系統(tǒng)中由上層監(jiān)控計(jì)算機(jī)完成的一部分控制功能,并可脫離上層計(jì)算機(jī)獨(dú)立工作.具有數(shù)據(jù)采集、處理、設(shè)備控制以及通信等功能,實(shí)現(xiàn)低層設(shè)備的自治。下面以智能節(jié)點(diǎn)5為例,說明智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法。3.1智能節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本節(jié)點(diǎn)功能為采樣分解爐出口的氣體溫度.經(jīng)運(yùn)算處理,輸出控制量來調(diào)節(jié)喂煤機(jī)轉(zhuǎn)速,以穩(wěn)定出爐氣體溫度。本方案采用了神經(jīng)元芯片,它是Lonworks的核心,其顯著特點(diǎn)是:既能管理通信又具有I/0和控制功能,能夠完成信息的輸入、處理和輸出.町通過不同的收發(fā)器與不同的通信介質(zhì)相聯(lián)接,方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。本控制節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。到一蝌l髏圖23.2控惻算法設(shè)計(jì)采用模糊控制,過程的動態(tài)響應(yīng)品質(zhì)優(yōu)于常

7、規(guī)PID控制,并對過程參數(shù)的變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,因此,本節(jié)點(diǎn)采用了典型的模糊控制算法。模糊控制器的輸入變量為分解爐溫度偏差E 和溫度偏差變化EC,輸出變量為喂煤機(jī)的轉(zhuǎn)速增量A。輸入變量的論域?yàn)橐?0,50C,語言值為負(fù)大,負(fù)中,負(fù)小,負(fù)零,零,正零.正小,正中,正大,記作NB,NM,NS,NZ,一30一圖3EC的論域?yàn)橐?5,25,語言值為負(fù)大,負(fù)小,零,正小.正大.記作jNB.NS.ZO,PS,PB,隸屬度函數(shù)如圖4所示。囝4輸出變量”的論域?yàn)橐?5%,15%:,語言值為負(fù)大,負(fù)中,負(fù)小,零,正小.正中,正大,記作NB.NM,NS,ZO,PS,PM,PB:,值為15,一10,5,0,5,1

8、0,15;。其中,控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速的輸出以百分?jǐn)?shù)形式表示,即當(dāng)電動機(jī)全速運(yùn)行時(shí),輸出控制量為100,停止時(shí)為0。根據(jù)生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)分析的結(jié)果以及操作人員的經(jīng)驗(yàn)得出:增加喂煤機(jī)轉(zhuǎn)速,分解爐溫度升高,轉(zhuǎn)速越高,則溫度上升的速度越快。從而總結(jié)出本模糊控制器的控制規(guī)則如下表所示。襄模翱控鉗規(guī)則_-_。-_-_-_-_。-_-_EN13MNNSNZZOPZ PS PM PBFrl.!=i!=L一一.NBPBPB PM PMPS PS ZO NSNS NS PBPM PMPS PSZ(ZONSNSZOPM PMPSPS7,0NS NSNM NMPSPMPM PS ZO ZO NS NSNMNBPBP

9、SPSZOZ(NSNMNM NBNB卒節(jié)點(diǎn)的輸入、輸出變量均可通過網(wǎng)絡(luò)變量的形式進(jìn)行傳送,與其他智能節(jié)點(diǎn)溝通、綜合信息構(gòu)成多個(gè)變量參與的復(fù)雜控制系統(tǒng),從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。(下轉(zhuǎn)第49頁P(yáng)LC糟/輸出點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展方法電工技術(shù)雜志2002年第3期表示100個(gè)輸出信號的狀態(tài),可市省多個(gè)輸出點(diǎn),具體梯形圖從略。5結(jié)束語通過使用以上方法.町以大大提高I,1。(、輸A/輸出點(diǎn)的利用效率.節(jié)省PLC輸入/輸出點(diǎn)的實(shí)際使用數(shù)量,相對地縮小了PLC的體積,冉約了成本。參考文獻(xiàn)1乇兆義小型可編程序控制器實(shí)用技術(shù)北京:機(jī)械工業(yè)出版社.19972干耀國一種節(jié)省PLC輸出口的編碼譯碼h法機(jī)電工程,1994(4輯行表示正

10、向起動.第二個(gè)邏輯行表示反向起動,第三個(gè)邏輯行表示總停止等等。對應(yīng)圖9的輸入接線如圖10所示,圖中的二極管用來切斷寄生信號。U圖10對應(yīng)圖9的輸入接線圖在調(diào)整時(shí),若操作人員同時(shí)按下s島和sB8(或sB6和s島,則會發(fā)出報(bào)警信號。為了避免這種情況的發(fā)生,專門設(shè)置r一個(gè)判別程序,利用T12的常閉觸點(diǎn)禁止第5到第10邏輯行執(zhí)行,保證錯(cuò)誤信號無法執(zhí)行。編程過程中可用TO到T1l 替代SBl到SB.o信號。同前所述,也可采用八個(gè)輸出點(diǎn)組成BCD碼,Methodfor PLC Inputs/Outputs ExpandingHuang YonghongWuZtu,丘,“H(Jiangsu Univerzi

11、ly of Science and TechnologyAbstract71his article mainly inlroducesSOlilenleThfds nr lL【inputs/outputs expanding from hardware and SOftwar_By l】ing this method.we callsavemputs/out:ts ald mt、n一、KeywordsPLCinputs/outputsexpal_】d收稿日期:200110299jj39jjP節(jié)。,9望3j,P審99,9j筻節(jié)肇3豎墼9望第審qPqPqP。啦暫砸暫8F酣q,%,審P(上接第30頁

12、4劉寶坤.計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)北京:機(jī)械T業(yè)咂社.20014結(jié)束語分散式智能網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是過程控制技術(shù)、儀表工業(yè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三者的結(jié)合,它代表了工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的一種方向。本文介紹了個(gè)基于Lonworks現(xiàn)場總線技術(shù)的水泥回轉(zhuǎn)窯分解爐控制系統(tǒng),對其所構(gòu)建的分散式智能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征、控制策略等進(jìn)行了探討。參考文獻(xiàn)1吳秋峰.自動化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò).北京:機(jī)械工業(yè)出舨社,20012韓梅祥水泥工業(yè)熱工設(shè)備及熱工測量.武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社,19903章衛(wèi)國.模糊控制理論與應(yīng)用西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,1999Design of the Contnd System forthe Dec

13、omposing Furnace of Rotary CementKjln BasedMLonworks FieldbusWuPinguiWangYing“(Hunan Institute of Enginccri州1Abstract Adistributed intelligentc(Il【rcI i1w、H-k、“1IbasedonLonworksfieldbuslechnoiogy”m、T II(cd“町.tll|J decomposingfurnace ofrotarycement kiln.I hisaIcr dis(L、pthestructurecharacteristic and

14、 contml stralegv,f tilef(lTnsystem.and describes the design of【1an n(一es。、lnlzzy control algorithm with emphasis Keywordsfiddbus contmsystelnI.onworksnI:T1t1(xfuzzy conlrol收穡El期:20011105 基于Lonworks現(xiàn)場總線的回轉(zhuǎn)窯分解爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者:伍萍輝, 王迎旭, 廖智作者單位:湖南工程學(xué)院,411101刊名: 電工技術(shù)雜志英文刊名:ELECTROTECHNICAL JOURNAL年,卷(期:2002,(3被

15、引用次數(shù):1次參考文獻(xiàn)(4條1.吳秋峰自動化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 20012.韓梅祥水泥工業(yè)熱工設(shè)備及熱工測量 19903.章衛(wèi)國模糊控制理論與應(yīng)用 19994.劉寶坤計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng) 2001相似文獻(xiàn)(10條1.期刊論文張?jiān)瀑F.Zhang Yungui LonWorks現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的軟硬件全面解決方案-測控技術(shù)1999,18(5介紹了基于LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)的軟件及硬件解決方法,提出了對LonWorks節(jié)點(diǎn)圖形化編程以及實(shí)現(xiàn)Infranet到Internet一體化的技術(shù)方案.2.學(xué)位論文劉志剛LONWORKS技術(shù)在電氣化鐵道監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究2000隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理

16、論和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展,工業(yè)控制進(jìn)一步得到了發(fā)展和完善,其結(jié)構(gòu)也隨之不斷地改進(jìn)以達(dá)到更好的控制效果,工業(yè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段,分別是:集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng);集散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS;現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實(shí)際是控制技術(shù)、儀表工業(yè)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三者結(jié)合的產(chǎn)物.人們相信FCS將取代傳統(tǒng)的DCS,成為21世紀(jì)的開放式控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn).LONWORKS作為現(xiàn)場總線的一種,與其它現(xiàn)場總線相比,具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),很好地實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場總線的思想.該文詳細(xì)介紹了LONWORKS的整個(gè)體系,研究了它在電氣化鐵道監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的可行性,開發(fā)了幾個(gè)基于LONWORKS的應(yīng)用程序,最后利用簡

17、單的電路模擬了RTU的功能.目前,LONWORKS技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于釀酒、建筑、工業(yè)自動化等方面,它在電氣化鐵道監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用將為時(shí)不遠(yuǎn).3.會議論文張?jiān)瀑F基于LONWORKS的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)EIC2000-LON的設(shè)計(jì)1999該文論述了如何以Lonworks為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS,并以EIC2000-LON的開發(fā)為例說明系統(tǒng)開發(fā)中所涉及的軟硬件設(shè)計(jì)問題。4.學(xué)位論文林潔穎基于LONWORKS的FCS系統(tǒng)的應(yīng)用研究2002現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS是針對傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)DCS存在的問題而提出,伴隨計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信和微電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種全分布式的開放系統(tǒng),被稱為第五代過程控

18、制體系結(jié)構(gòu).該文著重研究了基于LONWORKS的FCS系統(tǒng),以及收它在智能小區(qū)集成控制系統(tǒng)中的應(yīng)用所帶來的不同網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交換的問題,包括:(1基于Neuron芯片的LONWORKS節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì);(2基于LONWORKS的FCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建構(gòu)、管理和監(jiān)控;(3LON網(wǎng)絡(luò)與485網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交換技術(shù).針對目前的硬件條件,該文深入分析了設(shè)計(jì)的基本原理,并詳細(xì)介紹了基于LONWORKS的FCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程.同時(shí)為了促進(jìn)FCS技術(shù)的推廣,該文還提出了一些獨(dú)特的方法和觀點(diǎn).5.期刊論文金敏.沈德耀.周翔面向Agent生命周期法的L0nW0rks現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)產(chǎn)品CS2000設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-小型微型計(jì)算機(jī)

19、系統(tǒng)2001,22(11針對現(xiàn)有LonWorks產(chǎn)品只提供Neuron C指令語言編程環(huán)境的缺陷,設(shè)計(jì)開發(fā)研制成功一套提供可視化圖形控制組態(tài)軟件平臺的LonWorks現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)產(chǎn)品CS2000.文中給出了該系統(tǒng)產(chǎn)品研制過程中采用的面向Agent生命周期法的技術(shù)路線,說明了系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的實(shí)施步驟,并具體闡述了硬件節(jié)點(diǎn)和控制組態(tài)軟件平臺的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù).該系統(tǒng)產(chǎn)品目前已成功應(yīng)用于樓宇自動化和工業(yè)自動化的工程項(xiàng)目中,具有產(chǎn)業(yè)化價(jià)值.6.學(xué)位論文李濤基于LonWorks技術(shù)的鐵路水電企業(yè)Intranet的應(yīng)用研究2001該文論述了基于LonWorks技術(shù)的鐵路水電企業(yè)Intranet的應(yīng)用研究.

20、首先對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS和集散控制系統(tǒng)(DCS作了比較,隨后對適宜于鐵路水電企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場控制的LonWorks技術(shù)及開發(fā)應(yīng)用作了介紹,并將其付之實(shí)踐.講述了基于LonWorks的鐵路給水監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā),重點(diǎn)說明在RTU端設(shè)備中LON接口的使用和軟件設(shè)計(jì).根據(jù)企業(yè)Intranet建設(shè)高潮迭起的趨勢,論文講述了企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的相關(guān)知識,并提出了基于LonWorks的鐵路水電企業(yè)Intranet的構(gòu)成,最后通過平?jīng)鲨F路給水監(jiān)控系統(tǒng)對上述理論進(jìn)行了工程實(shí)踐.7.期刊論文劉磊.吳敏.樓俊君LonWorks現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控平臺設(shè)計(jì)與應(yīng)用-基礎(chǔ)自動化2001,8(4組態(tài)監(jiān)控平臺是LonWorks現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分.在此介紹了一個(gè)LonWorks現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控平臺,它由控制組態(tài)平臺和監(jiān)視組態(tài)平臺兩部分組成,完成控制組態(tài)和監(jiān)視組態(tài)功能.通過在LonWorks現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)CS2000中的實(shí)際應(yīng)用,說明了該組態(tài)監(jiān)控平臺的主要功能.8.期刊論文王洋.王寧會LonWorks在電除塵器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的應(yīng)用-儀器儀表學(xué)報(bào)2001,22(z2本文論述了Lonworks現(xiàn)場總線在火電廠電除塵器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的應(yīng)用.該系統(tǒng)以研究電除塵器穩(wěn)態(tài)工作的條件為目的,要求完成對現(xiàn)場所有設(shè)備的監(jiān)控、