ABB IndustrialIT系统在水泥生产中的应用

1  系统概况

    该系统为全能综合性开放控制系统，现场为
AC800F总线控制器，实现了对整条生产线的计量与监控功能。Industrial IT系统具有灵活的通讯协议配置，支持多种协议标准。我们选用了TCP／IP、 Modbus、Profibus-DP、FF、OPC等几种协议类型，使系统方便地与其他PLC或现场总线仪表设备互联，实现了系统间的兼容与良好的过渡。

2系统的硬件设计

2,1硬件设计布局
    整条生产线共设5个现场控制站和4个远程站。整个控制系统的过程站之间及其与中控室之间的通讯网络采用TCP／IP协议的环形工业以太网，通讯介质选用光纤；各远程站与控制站之间的通讯选用Profibus-DP总线来完成。中控室设5台操作员站及1台工程师工作站，水泥包装控制站因工艺需要，设l台现场操作员站。操作员站可冗余使用，在操作员站上可对所有信号实现显示、报警、控制、存储及打印报表等功能。
2．2工程师站

    工程师工作站安装ABB Control Builder F 6．2
版本中文软件，运行在Windows 2000 Professional操作系统下，工程师站在不进行组态时可兼作操作员站使用。工程师站可以实现硬件编辑、过程站编程、操作员站组态等一体化编程及调试功能。

CBF软件支持现场总线设备的数据读取与编程功能。该软件也提供用户自定义接口，根据用户要求开发自定义专用功能块。系统采用全局数据库，变量实现共享，该全局数据库完全下装到过程站；该软件可以离线编程，在线修改参数，被修改的参数具备自动备份功能，可以恢复；该软件还可以在线调试，可以单步运行、跟踪、仿真调试。
2．3操作员站

全厂共设6台操作员站，安装Industrial IT Digivis 6．2版中文软件，该软件显示功能支持标准预定义显示。此系统可实时诊测显示系统总体结构、系统过程站和系统模件三大部分，诊断状态信息在画面上以图形方式显示及文字详细提示；Digivis软件趋势显示功能支持趋势组态，趋势点数量无软件限制，同时支持FTP协议数据远传功能；Digivis还可以记录现场各种设备的报警信息，在操作员站画面上进行显示，并在报警记录表中记录，可以很方便地进行故障查询。

2．4过程站与现场远程I／O站
    过程控制站采用AC800F现场总线控制器与现场远程$800 I／O站，AC800F控制器可安装4个多种协议类型的总线接口卡，用于实现与现场远程I／O站及FF总线设备之问的通讯。I／O模件具备实时检测及远程诊测功能。$800 I／O站具有监控、平滑转换及故障报告功能。
           
3生料质量控制系统

    引进了荷兰飞利浦Venus200荧光分析仪对入库生料的成分进行分析，分析后得出的数据和需更改的生料配比须及时传送到操作员站进行配比更正。该过程由生料质量控制系统来完成，该系统采用的率值控制系统软件由武汉理工大学研制开发和调试，网络通信由我们公司技术人员自行完成。荧光分析仪分析出生料试样的成分参数，通过RS232接口送入率值控制计算机，计算出生料率值，根据已设定的率值进行分析处理得到新的喂料配比，同时将该信号通过OPC协议接口传送到操作员站来控制原料调配库下定量给料机的皮带速度，以改变各种物料的配比，使生料率值符合要求的设定值。生料质量控制系统是整个系统网络的一个分支，它和DCS系统使用OPC协议来完成通信，可以看作是系统的 OPC服务器。

4软件的组态及优化

    Industrial IT系统的CBF软件是集组态、工程调试及诊断功能于一体的工具软件包。过程站AC800F硬件配置及所需的各种控制算法和策略都是由CBF来组态的，并采用图形化组态方法。完成后的组态结果由工程师站通过系统网络下载至相应的过程站及操作员站中。

    根据水泥生产的工艺要求，我们在均化库侧流量控制、增湿塔回水控制、分解炉喂煤控制、篦冷机转速控制等多个典型控制过程中运用了PID控制回路。在实践中，我们不断优化PID控制参数，使其设置更加合理，如均化库侧流量控制回路，生产过程中经常出现振荡现象，由于它的控制参数比较少，我们采用凑试法，对其比例系数和微分系数进行了修正，使其控制参数在最佳范围。

    控制变量因受到执行元件机械和物理性能的约束而限制在有限范围内，其变化率也有一定的限制范围。在给定值发生突变时特别容易出现饱和效应，我们分析了这类效应在PID算法中带来的影响并找到了解决办法：

    1)在PID位置算法中，除了对控制量的限制外，对控制量变化率的限制也会引起饱和，它可以采用类似的修正方法予以消除。

    2)PlD增量算法的饱和作用及其抑制。在PID增量算法中，由于执行元件本身是机械或物理单元，在算法中不进行累加，所以不会发生位置算法那样的累积效应，这样就直接避免了导致大幅度超调的积分累积效应。这是增量算法相对于位置算法的一个优点。但是，在增量算法中，却有可能出现比例及微分饱和现象。

    我们在调试过程中，对饱和现象进行了纠正：在增量算法中，特别在给定值发生跃变时，由算法的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大(一般情况下积分部分的值相对比较小)，如果该值超过了执行元件所允许的最大限度，那么实际上实现的控制增量将是受到限制的值，计算值的多余信息没有执行就遗失了，这部分遗失的信息只能通过积分部分来补偿。因此，与没有限制时相比较，系统的动态过程将变坏。使用“累积补偿法”虽然可以抑制比例和微分饱和，但由于引入的累加器具有积分作用，使得增量算法中也可能出现积分饱和现象。为了抑制它，在每次计算积分项时，应判断其符号是否将继续增大累加器的积累。如果增大，则将积分项略去，这样，可以使累加器的数值积累不致过大，从而避免了积分饱和现象。