2704控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用

? 【摘　要】　介紹了歐陸公司的2704控制器及其在含砷礦細(xì)菌氧化工藝控制中的應(yīng)用。
??? 關(guān)鍵詞：2704控制器，PID控制，含砷礦，細(xì)菌氧化

1　引　言

　　英國(guó)歐陸公司（EUROTHERM）是世界上比較先進(jìn)的控制器生產(chǎn)商和系統(tǒng)集成商。該公司的2704可編程控制器代表了當(dāng)今世界工控技術(shù)的較高水平，該產(chǎn)品將計(jì)算機(jī)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、顯示技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體，是近幾年來(lái)該公司在中國(guó)的主要推廣產(chǎn)品之一。本文結(jié)合在冶金企業(yè)中的使用實(shí)踐，介紹一下2704控制器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制中的應(yīng)用。

2　2704簡(jiǎn)介

　　2704控制器采用了工控業(yè)界較為流行的模塊結(jié)構(gòu)，易于維護(hù)；可以提供三路PID控制及若干路的程序控制、串級(jí)控制；可以為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)提供模擬輸入輸出、數(shù)字輸入輸出、繼電器輸出，功能比較強(qiáng)大。特別是，2704控制器的顯示面板采用了120×160的電子發(fā)光屏，顯示信息全面、清晰，具有良好的人機(jī)交互界面。
　　2704控制器主要應(yīng)用于溫度和工業(yè)過(guò)程的控制，可操作性較好，接好線路之后，只要選用相應(yīng)的功能模塊，在相應(yīng)的菜單項(xiàng)中輸入數(shù)據(jù)即可工作。同時(shí)，2704控制器附帶有ITOOLS配置軟件，通過(guò)計(jì)算機(jī)就可以進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，把繁重瑣碎的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作變得簡(jiǎn)便輕松?？刂破鬟€具有與外界進(jìn)行通訊的能力，提供RS485 4線通訊接口或RS232接口，支持PROFIBUS協(xié)議和MODBUS協(xié)議，可以很方便地與其他控制器和計(jì)算機(jī)組成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。

3　在生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　隨著金礦資源的不斷開(kāi)采，比較容易回收的礦源越來(lái)越少，我們更多的是面對(duì)難以處理的、回收的含砷礦源。對(duì)于含砷礦的冶煉，目前工業(yè)應(yīng)用中通行的方法有培燒法、加壓氧化法和細(xì)菌氧化法。其中，培燒法金的回收率比較低，并且污染環(huán)境；加壓氧化法成本較高，工藝操作復(fù)雜。相比之下，細(xì)菌氧化法是采用細(xì)菌氧化分解含砷礦物，使包裹金完全暴露，金的回收率較高，不污染環(huán)境，工藝成熟，是一種比較有前景的先進(jìn)方法。
3．1　2704在溫度PID控制方面的應(yīng)用
　　某冶金企業(yè)采用了上述先進(jìn)的生物氧化含砷礦技術(shù)，該技術(shù)的主體工藝是細(xì)菌對(duì)礦物進(jìn)行氧化，該工藝過(guò)程在氧化槽內(nèi)完成，其主要的控制對(duì)象是氧化礦漿的溫度。氧化過(guò)程是放熱反應(yīng)，如果溫度過(guò)高，熱量積累過(guò)多，就會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌死亡率過(guò)高，造成氧化率降低；而溫度過(guò)低，則細(xì)菌活性下降，細(xì)菌的氧化率也會(huì)降低。氧化率的降低會(huì)使金的回收率降低，導(dǎo)致生產(chǎn)成本升高，不利于生產(chǎn)的正常進(jìn)行。降溫過(guò)程由通在氧化槽內(nèi)的冷卻盤(pán)管完成，反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量由冷卻盤(pán)管中流動(dòng)的水帶走，從而達(dá)到降溫的目的。根據(jù)工藝的要求，如果要使氧化率保持在一個(gè)較高的水平，溫度應(yīng)保持在某一個(gè)恒定值，偏差在±0．3℃，顯然，人工控制這一過(guò)程根本無(wú)法達(dá)到要求。若使用2704就可以很好地完成這一控制過(guò)程，達(dá)到控制目的。原理圖如圖1所示。
　　因?yàn)橐ＷC送入控制器的溫度信號(hào)的準(zhǔn)確性和高精度，對(duì)溫度檢測(cè)的要求比較高，選用了羅斯蒙特公司的溫度傳感器和智能溫度變送器。變送器到控制器采用4～20mA的電流環(huán)傳送，執(zhí)行器由氣動(dòng)控制碟閥和閥門(mén)定位器組成。

　　在該系統(tǒng)中，控制器算法采用PI控制，采用微分反而容易造成自激震蕩。因?yàn)檠趸垠w積較大（780m3），其溫度變化是一個(gè)大的滯后過(guò)程，非常緩慢，因此積分時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)影響溫度的因素很多，積分時(shí)間的選定采用現(xiàn)場(chǎng)湊試法，最后確定在300s。但應(yīng)該注意的是，積分時(shí)間亦不可過(guò)長(zhǎng)，如果積分時(shí)間設(shè)置太長(zhǎng)，盡管輸出調(diào)節(jié)信號(hào)的變化很平穩(wěn)，但控制碟閥時(shí)較長(zhǎng)時(shí)間地停滯于某一值上，容易造成閥門(mén)動(dòng)作失靈。
　　在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，要經(jīng)常根據(jù)實(shí)際的環(huán)境溫度和控制效果來(lái)對(duì)控制參數(shù)作適當(dāng)?shù)男拚?，保證控制系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)。
3．2　2704在比值控制方面的應(yīng)用
　　比值控制是工業(yè)過(guò)程控制中常見(jiàn)的控制方式，應(yīng)用很廣泛，在本企業(yè)生產(chǎn)中同樣使用了比值控制。
　　在氧化槽的氧化反應(yīng)過(guò)程中，需要添加三種物料，這三種物料需要按照一定的比例進(jìn)行添加，該過(guò)程由三臺(tái)2704控制完成，原理如圖2所示。

　　物料1的流量值送入控制器1，經(jīng)過(guò)比例變換后，輸出值分為兩路，一路送入控制器2，另一路送入控制器3，控制器2接收送來(lái)的物料2的流量值，根據(jù)設(shè)定的比例，與控制器1送入的值相比較，通過(guò)PID算法輸出一個(gè)信號(hào)來(lái)控制物料2的閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)比值控制，可以達(dá)到很高的精度。物料3的控制與上述方法相同。該控制過(guò)程連續(xù)運(yùn)行。
　　在實(shí)際使用中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般采用調(diào)節(jié)閥，如果采用開(kāi)關(guān)閥，就需要修改控制器的有關(guān)配置。
3．3　2704控制網(wǎng)絡(luò)的組建
　　目前，工業(yè)控制已經(jīng)從單機(jī)控制走向了集中控制、集散控制，隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代和信息社會(huì)步伐的加快，信息集中管理的需要也對(duì)工業(yè)控制器的連網(wǎng)提出了新的要求，工業(yè)控制的網(wǎng)絡(luò)化成為了未來(lái)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。
　　在整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程中，共計(jì)使用了17臺(tái)2704控制器，同時(shí)采用了歐陸公司的2500輸入模塊40塊，監(jiān)控值有近百個(gè)。因此，選用了一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控值的采集、顯示、存儲(chǔ)、打印等功能，組成一個(gè)分散控制、集中管理的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，這樣，一旦某臺(tái)儀表出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，又可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中的管理，滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)和工藝對(duì)控制的高要求。系統(tǒng)框圖如圖3所示。

　　監(jiān)控軟件采用VB6．0編寫(xiě)，VB6．0具有良好的圖形用戶(hù)接口，編程周期短，調(diào)試、維護(hù)方便，已經(jīng)成為Windows統(tǒng)開(kāi)發(fā)的主要語(yǔ)言，是編寫(xiě)工控軟件的首選。在實(shí)際應(yīng)用中，充分利用了VB功能強(qiáng)大、方便靈活的特點(diǎn)，主要完成了以下功能：
　?。?）數(shù)據(jù)定時(shí)打印功能。無(wú)須人工干預(yù)，定時(shí)自動(dòng)形成報(bào)表，打印輸出。
　?。?）參數(shù)報(bào)警功能。一旦發(fā)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)偏離要求，即進(jìn)行音響、圖像報(bào)警。
　　（3）實(shí)時(shí)曲線顯示功能?？梢杂^察控制器的工作情況。
　?。?）歷史查詢(xún)功能。以曲線的形式顯示指定時(shí)間段的數(shù)值變化情況。
??? （5）采用直觀、形象的方式顯示現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。
　　另外，計(jì)算機(jī)接入局域網(wǎng)或INTERNET后，可以遠(yuǎn)程登錄到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工藝的遠(yuǎn)程監(jiān)控，但這樣容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延過(guò)大，喪失監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)特性。
　　2704控制器與上位計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換基于MODBUS協(xié)議傳輸，為保證工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)距離無(wú)干擾傳輸，采用了四線制RS－485方式傳送，由RS232／485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后接入計(jì)算機(jī)的COM1口，控制軟件通過(guò)接口以寄存器尋址的形式可以訪問(wèn)控制器的所有變量、常量，采用這種方法，軟件可以獲取所需要的數(shù)據(jù)。上位機(jī)擔(dān)任主控機(jī)，負(fù)責(zé)詢(xún)問(wèn)數(shù)據(jù)的發(fā)出和應(yīng)答數(shù)據(jù)的接收，通訊的波特率為19200bit／s，無(wú)奇偶校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。在MODBUS協(xié)議中，數(shù)據(jù)以消息幀的形式傳遞，格式如下：

其中：開(kāi)始位／結(jié)束位——時(shí)間延遲；
　　? 地址位——1字節(jié)，控制器的地址。指示要對(duì)哪一臺(tái)控制器進(jìn)行操作；
　? 　功能位——1字節(jié)，要進(jìn)行何種操作。如進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)的操作；
????? 數(shù)據(jù)位——N字節(jié)，要傳遞的數(shù)據(jù)；
　? 　CRC校驗(yàn)位——2字節(jié)，對(duì)地址位、功能位、數(shù)據(jù)位進(jìn)行CRC校驗(yàn)的結(jié)果。
　? 　在VB中，此功能由MSComm控件來(lái)完成，對(duì)控制器的訪問(wèn)采用輪詢(xún)法進(jìn)行。
　　工業(yè)控制中數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí)性是一個(gè)很重要的問(wèn)題，直接關(guān)系著控制系統(tǒng)工作的有效性，它要保證在很小的時(shí)延下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示，這也是業(yè)界中的一個(gè)難點(diǎn)。本系統(tǒng)采用效率較高的循環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)完成上位機(jī)與控制器的通訊工作，使數(shù)據(jù)的時(shí)延保證在幾百毫秒之內(nèi)，使上位機(jī)界面中數(shù)據(jù)的顯示與現(xiàn)場(chǎng)的保持完全一致，滿(mǎn)足了工業(yè)控制的需要。
　　利用2704控制器，配以相應(yīng)的軟件，可以方便地組建無(wú)人化工廠，大大降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，整套系統(tǒng)可維護(hù)性較好，維修成本較低。
3．4　2704控制器應(yīng)注意的問(wèn)題2704控制器使用時(shí)應(yīng)注意：
　?。?）通風(fēng)條件。2704在工作時(shí)發(fā)熱量較大，如果控制柜的通風(fēng)不良，很容易造成控制器損壞。
　?。?）2704控制器是高精度的控制器，現(xiàn)場(chǎng)使用的傳感器應(yīng)有較高的精度，才可發(fā)揮控制器的作用。
　　（3）2704的外殼采用塑料制作，抗干擾性不強(qiáng)，但只要將控制柜良好接地，就可以保證其正常工作。
　?。?）接入的信號(hào)線應(yīng)使用屏蔽線，并且要使屏蔽層多點(diǎn)可靠接地。

4　結(jié)束語(yǔ)

　　以上方案都已在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了應(yīng)用，效果良好，極大地提高了生產(chǎn)的效率，創(chuàng)造了較好的效益。2704控制器以其穩(wěn)定、可靠的性能得到了良好的評(píng)價(jià)。

1　李罡編著．VB5．0中文版編程實(shí)例詳解．北京電子工業(yè)出版社，1998