散裝水泥灌裝收塵系統自動控制技術研究

安 朋

（天偉水泥有限公司，新疆 石河子 832000）

1 引言

水泥根據存儲方式可分為袋裝水泥和散裝水泥，其中，袋裝水泥是用牛皮紙包裝，通常規格為50kg/袋；散裝水泥則是指完成生產后不進行包裝，直接使用專門容器或設備存儲、運輸和出廠的水泥。散裝水泥的出現是對傳統水泥流通運輸方式的改革，使現代建筑工程施工走向現代化與高效化，同時，對經濟的發展也起到促進作用。

2 發展散裝水泥的必要性

首先，發展散裝水泥可以為水泥生產企業帶來一定的經濟效益：生產散裝水泥可節約人工費用，不需要設置包裝車間，節約縫袋棉紗、包裝紙和電能等方面的耗費。據統計，生產散裝水泥相較袋裝水泥可節省約20%成本。

其次，發展散裝水泥也創造了用戶方面的效益：目前，我國水泥市場散裝水泥的實際售價明顯低于袋裝水泥，由于包裝問題，袋裝水泥平均每噸的售價要比散裝水泥高出約30元左右。

最后，發展散裝水泥可節約我國整體木材使用量，降低不必要的損失和浪費。據統計，每生產10 000t散裝水泥，即可節省約60t包裝紙，也就是能節約22t燒堿、78t煤和70 000kW·h電能。將該數據折合成木材則可節約330m3，能對綠色植被起到保護作用，并起到凈化空氣、保持水土、防洪、防沙和防風作用。此外在運輸上，散裝水泥能減少自身損失，實現節約的目的。因此，當前我國散裝水泥的生產量正日漸增加。在散裝水泥生產中，灌裝收塵系統是必不可少的生產設備，對散裝水泥的灌裝收塵系統而言，自動控制一直是業界難題，因此，研究一種新型散裝水泥灌裝收塵系統自動控制技術勢在必行。

3 散裝水泥灌裝收塵系統自動控制技術分析

3.1 信息集成

將以太網作為散裝水泥灌裝收塵系統的主干網,利用PLC對下位機進行控制，并利用PROFIBUS連接散裝水泥灌裝收塵系統的現場控制設備，實現散裝水泥灌裝收塵系統的信息集成。而上位機的通信協議則采用TCP/CP，實現公司級、廠級上層與車間之間的網絡連接。

在信息集成中，散裝水泥灌裝收塵系統的網絡結構采用現場總線與以太網的混合結構，利用PR-DP通信主從協議進行現場層通信，通過雙絞屏蔽線進行介質傳輸，各介質與各子網之間利用接口或藕合器進行連接。

將以太網協議作為散裝水泥灌裝收塵系統的過程監控協議，利用PLC中的雙網卡轉換散裝水泥灌裝收塵系統的通信協議，其中一個網卡是以太網網卡，另一個網卡是PR-DP網卡，使PLC成為散裝水泥灌裝收塵系統現場總線站點與以太網站點，工程師站與操作員站配置的計算機則不作為系統現場總線站點，而成為以太網通信節點。如此，利用以太網即可進行散裝水泥灌裝收塵系統的數據交換，而利用以太網讀取PLC中的寄存器即可獲取散裝水泥灌裝收塵現場信息。控制現場的數據也通過以太網輸送至PLC中的寄存器內，再利用主從協議向散裝水泥灌裝收塵系統現場總線的從站傳輸，實現散裝水泥灌裝收塵系統的信息控制。

將TCP/CP協議作為散裝水泥灌裝收塵系統的生產管理協議，為了與主要進行生產控制的以太網進行隔離，協議服務器中也設置兩個網卡，一個用于傳輸監控層數據，一個用于連接局域網。則局域網中的計算機即可遠程訪問服務器監控層的動態監視頁面，訪問數據庫中儲存的歷史信息，還可以連接散裝水泥生產線中的其他系統。通過上述設置即可實現散裝水泥灌裝收塵系統的信息共享與集成。

3.2 設計PID控制器

實現散裝水泥灌裝收塵系統的信息集成后，設計一個散裝水泥灌裝收塵系統的PID控制器，該控制器由微分單元、積分單元和比例單元構成。該控制器輸出與輸入的實際關系式如下：

其中，u(t)代表該控制器輸出與輸入的實際關系、Kp代表比例系數、e(t)代表控制偏差、TI代表積分時間常數、d代表微分、t代表積分、TD代表微分時間常數。

控制偏差的計算公式如下：

其中，r(t)代表系統實際給定值、y(t)代表系統實際輸出值。

該PID控制器共有三個校正環節，具體作用如表1。

表1 校正環節具體作用

3.3 實現散裝水泥灌裝收塵系統自動控制

完成散裝水泥灌裝收塵系統PID控制器的設計后，對該PID控制器進行編程，實現散裝水泥灌裝收塵系統的自動控制。首先，選擇STL文本結構化編程語言，該語言能夠描述程序、功能塊、功能的行為，并對轉變、動作和步的行為進行描述，用于程序迭代、條件語句編寫、表達式創建、功能塊和功能的回調、對變量進行賦值等。設置系統變量，散裝水泥灌裝收塵系統的變量包括三種，具體如表2。

表2 散裝水泥灌裝收塵系統的變量

三種變量的實際關系如圖1所示。

圖1 三種變量的實際關系

利用ABB軟件中的編程DT模塊對連接下位硬件變量與控制上位變量這兩種全局性變量進行設置，并將其變成全局變量；利用程序編制模塊對中間程序變量進行設置，具體如表3。

表3 中間程序變量設置

然后，利用ABB軟件中的標準程序模塊針對散裝水泥灌裝收塵系統中各個程序的控制分別進行編程。針對組控制程序進行編程，具體編程結果如表4。

表4 組控制程序具體編程結果

4 實驗研究與測試

4.1 設計對比實驗

對設計的散裝水泥灌裝收塵系統自動控制技術進行實驗測試。實驗散裝水泥灌裝收塵系統的設備構成如表5。

表5 實驗散裝水泥灌裝收塵系統的設備構成

本實驗散裝水泥灌裝收塵系統配置的工程師站具體配置如表6。

表6 工程師站配置

本實驗散裝水泥灌裝收塵系統配置的操作員站具體配置如表7。

表7 操作員站配置

對本實驗散裝水泥灌裝收塵系統進行自動控制實驗，為了保證本次實驗結果具備對比性與有效性，將傳統水泥灌裝收塵系統自動控制技術與本文設計的散裝水泥灌裝收塵系統自動控制技術進行對比實驗，比較各水泥灌裝收塵系統自動控制技術的系統集成性能，判斷系統集成性能的依據為系統集成度的高低，系統集成度越高，證明水泥灌裝收塵系統自動控制技術的系統集成性能越好；反之，系統集成度越低，即證明水泥灌裝收塵系統自動控制技術的系統集成性能越差。

4.2 分析實驗結果

傳統水泥灌裝收塵系統自動控制技術與散裝水泥灌裝收塵系統自動控制技術的系統集成性能對比實驗結果具體如圖2所示。

圖2 系統集成性能對比實驗結果

根據圖2的系統集成性能對比實驗結果可知，散裝水泥灌裝收塵系統自動控制技術的系統集成度高于傳統水泥灌裝收塵系統自動控制技術的系統集成度，也就是散裝水泥灌裝收塵系統自動控制技術的系統集成性能優于傳統水泥灌裝收塵系統自動控制技術，實現了系統集成性能突破。

5 結語

散裝水泥灌裝收塵系統自動控制技術實現了系統集成性能的提升，對提高散裝水泥生產效率有很大意義，能夠促進散裝水泥行業的發展。