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2704控制器在工业控制中的应用
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伺服与运动控制展厅
电机驱动器, 伺服电机, 伺服控制系统, 数控系统, ...
1 引言

英国欧陆公司(EUROTHERM)是世界上比较先进的控制器生产商和系统集成商。该公司的2704可编程控制器代表了当今世界工控技术的较高水平,该产品将计算机技术、工业控制技术、显示技术、通讯技术融为一体,是近几年来该公司在中国的主要推广产品之一。本文结合在冶金企业中的使用实践,介绍一下2704控制器在工业现场控制中的应用。

2 2704简介

2704控制器采用了工控业界较为流行的模块结构,易于维护;可以提供三路PID控制及若干路的程序控制、串级控制;可以为工业现场提供模拟输入输出、数字输入输出、继电器输出,功能比较强大。特别是,2704控制器的显示面板采用了120×160的电子发光屏,显示信息全面、清晰,具有良好的人机交互界面。

2704控制器主要应用于温度和工业过程的控制,可操作性较好,接好线路之后,只要选用相应的功能模块,在相应的菜单项中输入数据即可工作。同时,2704控制器附带有ITOOLS配置软件,通过计算机就可以进行参数的设置,把繁重琐碎的工业现场调试工作变得简便轻松。控制器还具有与外界进行通讯的能力,提供RS485 4线通讯接口或RS232接口,支持PROFIBUS协议和MODBUS协议,可以很方便地与其他控制器和计算机组成工业控制网络。

3 在生产中的应用

随着金矿资源的不断开采,比较容易回收的矿源越来越少,我们更多的是面对难以处理的、回收的含砷矿源。对于含砷矿的冶炼,目前工业应用中通行的方法有培烧法、加压氧化法和细菌氧化法。其中,培烧法金的回收率比较低,并且污染环境;加压氧化法成本较高,工艺操作复杂。相比之下,细菌氧化法是采用细菌氧化分解含砷矿物,使包裹金完全暴露,金的回收率较高,不污染环境,工艺成熟,是一种比较有前景的先进方法。

3.1 2704在温度PID控制方面的应用

某冶金企业采用了上述先进的生物氧化含砷矿技术,该技术的 主体工艺是细菌对矿物进行氧化,该工艺过程在氧化槽内完成,其主要的控制对象是氧化矿浆的温度。氧化过程是放热反应,如果温度过高,热量积累过多,就会导致细菌死亡率过高,造成氧化率降低;而温度过低,则细菌活性下降,细菌的氧化率也会降低。氧化率的降低会使金的回收率降低,导致生产成本升高,不利于生产的正常进行。降温过程由通在氧化槽内的冷却盘管完成,反应中产生的热量由冷却盘管中流动的水带走,从而达到降温的目的。根据工艺的要求,如果要使氧化率保持在一个较高的水平,温度应保持在某一个恒定值,偏差在±0.3℃,显然,人工控制这一过程根本无法达到要求。若使用2704就可以很好地完成这一控制过程,达到控制目的。原理图如1所示。

因为要保证送入控制器的温度信号的准确性和高精度,对温度检测的要求比较高,选用了罗斯蒙特公司的温度传感器和智能温度变送器。变送器到控制器采用4~20mA的电流环传送,执行器由气动控制碟阀和阀门定位器组成。

在该系统中,控制器算法采用PI控制,采用微分反而容易造成自激震荡。因为氧化槽体积较大(780m3),其温度变化是一个大的滞后过程,非常缓慢,因此积分时间应适当延长,实际的工业现场影响温度的因素很多,积分时间的选定采用现场凑试法,最后确定在300s。但应该注意的是,积分时间亦不可过长,如果积分时间设置太长,尽管输出调节信号的变化很平稳,但控制碟阀时较长时间地停滞于某一值上,容易造成阀门动作失灵。

在实际生产过程中,要经常根据实际的环境温度和控制效果来对控制参数作适当的修正,保证控制系统工作于最佳状态。

3.2 2704在比值控制方面的应用

比值控制是工业过程控制中常见的控制方式,应用很广泛,在本企业生产中同样使用了比值控制。

在氧化槽的氧化反应过程中,需要添加三种物料,这三种物料需要按照一定的比例进行添加,该过程由三台2704控制完成,原理如图2所示。

物料1的流量值送入控制器1,经过比例变换后,输出值分为两路,一路送入控制器2,另一路送入控制器3,控制器2接收送来的物料2的流量值,根据设定的比例,与控制器1送入的值相比较,通过PID算法输出一个信号来控制物料2的阀门,实现比值控制,可以达到很高的精度。物料3的控制与上述方法相同。该控制过程连续运行。

在实际使用中,执行机构一般采用调节阀,如果采用开关阀,就需要修改控制器的有关配置。

3.3 2704控制网络的组建

目前,工业控制已经从单机控制从向了集中控制、集散控制,随着网络时代和信息时代步伐的加快,信息集中管理的需要也对工业控制器的连网提出了新的要求,工业控制的网络化成了未来发展的一个必然趋势。

在整个生产工艺过程中,共计使用了17台2704控制器,同时采用了欧陆公司的2500输入模块40块,监控值有近百个。因此,选用了一台计算机作为上位机,以实现对监控值的采集、显示、存储、打印等功能,组成一个分散控制、集中管理的分布式网络控制系统,这样,一旦某台仪表出现故障,也不会影响整个系统的正常运行,又可以对整个生产过程进行集中管理,满足了现场和工艺对控制的高要求。系统框图如图3所示。

监控软件采用了VB6.0编写,VB6.0具有良好的图形用户接口,编程周期短,调试、维护方便,已经成为Windows系统开发的主要语言,是编写工控软件的首选。在实际应用中,充分利用了VB功能强大、方便灵活的特点,主要完成了以下功能:

⑴ 数据定时打印功能。无须人工干预,定时自动形成报表,打印输出。
⑵ 参数报警功能。一旦发现工艺数据偏离要求,即进行音响、图像报警。
⑶ 实时曲线显示功能。可以观察控制器的工作情况。
⑷ 历史查询功能。以曲线的形式显示指定时间段的数值变化情况。
⑸ 采用直观、形象的方式显示现场数据。

另外,计算机接入局域网或INTERNET后,可以远程登录到上位机,实现现场工艺的远程监控,但这样容易导致数据的传输时延过大,丧失监控系统的实时特性。

2704控制器与上位计算机的网络数据交换基于MODBUS协议传输,为保证工业现场的远距离无干扰传输,采用了四线制RS-485方式传送,由RS232/485转换器转换后接入计算机的COM1口,控制软件通过接口以寄存器寻址的形式可以访问控制器的所有变量、常量,采用这种方法,软件可以获取所需要的数据。上位机担任主控机,负责询问数据的发出和应答数据的接收,通讯的波特率为19200bit/s,无奇偶校验,8位数据位,1位停止位。在MODBUS协议中,数据以消息帧的形式传递,格式如下:

开始位
地址位
功能位
数据位
CRC校验位
结束位

其中:开始位/结束位——时间延迟;
地址位——1字节,控制器的地址。指示要对哪一台控制器进行操作;
功能位——1字节,要进行何种操作。如进行读取数据的操作;
数据位——N字节,要传递的数据;
CRC校验位——2字节,对地址位、功能位、数据位进行CRC校验的结果。

在VB中,此功能由MSComm控件来完成,对控制器的访问采用轮询法进行。

工业控制中数据传送的实时性是一个很重要的问题,直接关系着控制系统工作的有效性,它要保证在很小的时延下对数据进行处理、显示,这也是业界中的一个难点。本系统采用效率较高的循环结构来完成上位机与控制器的通讯工作,使数据的时延保证在几百毫秒之内,使上位机界面中数据的显示与现场的保持完全一致,满足了工业控制的需要。

利用2704控制器,配以相应的软件,可以方便地组建无人化工厂,大大降低生产成本。同时,整套系统可维护性较好,维修成本较低。

4 2704控制器应注意的问题

2704控制器使用时应注意:

⑴ 通风条件。2704在工作时发热量较大,如果控制柜的通风不良,很容易造成控制器损坏。
⑵ 2704控制器是高精度的控制器,现场使用的传感器应有较高的精度,才可发挥控制器的作用。
⑶ 2704的外壳采用塑料制作,抗干扰性不强,但只要将控制柜良好接地,就可以保证其正常工作。
⑷ 接入的信号线应使用屏蔽线,并且要使屏蔽层多点可靠接地。

5 结束语

以上方案都已在生产实践中得到了应用,效果良好,极大地提高了生产的效率,创造了较好的效益。2704控制器以其稳定、可靠的性能得到了良好的评价。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (12/8/2004)
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