DCS控制系統在生產線物料運輸工作的應用

王子幫　姜麗麗　劉薇　張偉

【摘 要】本文對某企業在新建化工生產線DCS控制物料運輸系統工作原理和系統組成進行了詳細敘述，并通過連續的性能測試和改進，實現了系統的穩定運行，對提高企業生產效率，降低人工操作時間和勞動強度具有重要意義。

【關鍵詞】運輸系統；工作原理；測試；性能分析

0 前言

為加快企業現代化進程，提高生產科研工作效率，降低人工操作時間和強度，某企業在一新建生產線上引進安裝了具有世界先進水平的全能綜合性IndustrialIT DCS開放控制系統。本系統由主工藝系統、通風系統、轉運系統和運輸系統四個部分組成，具有靈活的通訊協議配置，能夠支持多種協議標準。物料運輸系統作為新建項目IndustrialIT

DCS控制系統的一個主要子系統，將在該生產線承擔原料產品運輸的重要任務，考慮到物料的特殊性，該系統要求具備良好的定位精確性、靈活的運輸自動性，以及嚴格的通道氣密性，從而可以更好地保證各項生產工作的流暢進行及工作人員的自身安全。

1 系統概述

1.1 系統工作原理

該運輸系統由若干個呼叫控制CB箱和一條物料運輸通道組成，每個控制箱對應一個呼叫站點，即操作口。每個呼叫站點的距離相對于通道頂端的激光發射器位置固定，相應的位置信息通過軟件系統輸入程序，而小車的運行就是經激光測距，位置信息反饋，然后通過存儲的位置信息來對其實現功能控制的，即在某一站點呼叫后，當小車運行的實際距離達到程序中設置的理論位置時，小車就會自動停止，否則，在不受阻的情況下，小車就會繼續運行，直至與程序中的位置信息相同為止。該物料運輸系統的工作原理主要是有電機通電驅動小車前行，通過激光測距儀測距小車并同時進行位置信息反饋來控制小車的各種運動行為。與此同時，由控制器AC800F通過一些控制算法和策略，來實現信號轉換并反饋到工程師站，從而可以直觀地觀察小車在通道中的各種運行情況。

1.2 系統組成

系統由硬件設備和軟件控制兩部分組成。硬件設備包括運輸通道，運輸小車，激光測距儀、DC控制柜、CB控制箱和計算機。CB控制箱安裝在運輸通道上，置于站點便于工作人員操作的位置，在此控制箱上能夠通過對相關作用鍵的操作實現對小車運動的控制，小車的拖動電機采用直流調速器，運動程序由PLC編程設定，利用激光測距儀作位置反饋，實現小車的啟動，加速，減速，停車的平穩運行。在運輸通道兩端各設一個行程開關，作為小車的運行極限位置，防止小車失控，產生故障。

小車運動程序由PLC編程設定，小車運行到各站點的位置信息也被存儲于編程之中，按下控制CB箱的呼叫鍵后，小車在電機的帶動下運行，同時，通道頂端發射的激光對小車運行的距離進行不間斷地跟蹤測距，在Windows XP系統上運行Builder F 8.1版本中文軟件后，測距的位置信息通過交換機被隨時傳輸到電腦工程師站，形成準確的畫面顯示。而與此同時，小車運行的位置信息也通過PLC控制站，受到軟件系統的控制，當小車順利地運行到該呼叫站點后，運行的距離與程序中設置的距離達到相同，則小車自動停止。

運輸系統設有一個獨立的操作員站兼工程師站。作為工程師站，安裝的Control Builder F 8.1版本中文軟件，運行在Windows XP系統上，工程師站在不組態時可作為操作員站使用。工程師站使用以太網與過程站及其它設備進行通信，可以實現硬件編輯、過程站編程、操作員站組態一體化編程及調試，工程技術人員根據實際控制要求可任意選用 FBD、LD、IL、SFC等方式；作為操作員站，安裝的IndustrialIT DigiVis 8.1軟件，實行中文語言操作，軟件運行環境為Windows XP操作系統。操作員站使用以太網與過程站及其它設備進行通信，由于系統數據庫為全局，所以操作員站之間數據及畫面完全可以共享。

2 系統測試

系統測試是一個循序漸進的過程，首先是通過小車的自由運行，測試小車的運行狀況是否流暢，各通道、小室口一些相關的功能工作狀況是否良好。此調試過程主要是硬件調試。

后期的工作主要是針對小車在正反方向運動情況下，對其定位進行測試。通過記錄小車在通道小室口的停靠位置信息，來測定程序對小車控制的精確性、可靠性。小車運行的模式分為空載和負載兩種。與此同時，一些相關人員也對通道進行了科學的壓力測試。

2.1 定位測試

定位測試分為空載和負載兩種模式。通道上每個站點的位置信息已由程序設定，它是限制小車在各個站點停靠位置的數值，一般來說，小車每次到達一個站點時，都會有一定的位置誤差，調試人員可以通過手動調節控制箱上左、右（微）行健對其位置進行更正，選擇最佳位置，并記錄下來。空載測試是讓小車在不加重物的情況下，通過記錄其在每個站點的正反向位置數據；而負載測試則是模擬實際工作的需要，在小車的托盤上放置鉛塊，記錄小車正反向運行的位置數據。這些數據均可以真實地反映系統的可靠性和精確度，是系統改進的重要依據。

2.2 通道壓力測試

為了防止物料在運輸過程中出現外泄的不良后果，在實際生產過程中，運輸通道必須具有良好的密封性，且通道內要保持一定的負壓。在測試的過程中，工作人員通過設定負壓值為-700Pa，然后采用排風的手段，來檢定通道的密閉性，并且營造相應的負壓環境。

3 問題分析及改進建議

在系統測試過程中，因設計和認為操作等原因，總會出現了一些問題，但經過不斷的改進和再測試，該運輸系統基本能夠滿足使用要求。

3.1 常見問題

在前期的測試工作中，出現的主要問題有：①小車的在運行的過程中因通道阻力較大而受阻；②電機觸電碳刷易脫落；③部分限位開關未能起到正常作用；④左、右（微）行建未能起到相應的行駛功能；⑤部分通道的激光測距儀未能在小車擋板上形成反射，導致位置反饋不能正常進行。

在后期的定位測試中，小車運行到每個站點的實際停靠位置均與程序的設定位置有著一定的誤差。雖然一些誤差較大，然而大部分的位置誤差是在微調范圍之內。

3.2 改進情況

硬件問題經過更換改進后，基本滿足使用要求。雖然激光測距儀等一些硬件問題仍待進一步改進，但不會對系統的整體性能產生實質性的影響。在定位測試中，雖然一些位置誤差較大，但通過修改設置距離及改進微調等功能后，問題得到很好地解決。

4 結束語

經過不斷的運行測試和性能改進完善，該運輸系統已基本上能夠滿足使用要求。目前部分系統已經投入運行，從實際運行效果來看，生產線的自動化水平有了明顯提高。

【參考文獻】

[1]王樹青.集散型計算機控制系統（DCS）[J].自動控制，1999，No1.

[2]鐘慶昌，等.變參數PID控制器[J].信息與控制，1999，28（4）：273-276.

[責任編輯：王楠]