0 引言

隨著水泥生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)的不斷發(fā)展，90年代以來新建的干法水泥生產(chǎn)線幾乎全都采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)。其中以中央集中控制系統(tǒng)和DCS集散控制系統(tǒng)為主。

本公司1993年籌建700t/d新型干法生產(chǎn)線初期，對(duì)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀認(rèn)真分析后，兼顧公司受資金制約、無力承受引進(jìn)成套系統(tǒng)軟件的實(shí)際情況，考慮采用生產(chǎn)指導(dǎo)系統(tǒng)方式對(duì)回轉(zhuǎn)窯工藝參數(shù)進(jìn)行采集和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。基于多媒體信息處理手段和專家系統(tǒng)的推理判斷方法，向生產(chǎn)人員顯示整個(gè)生產(chǎn)過程中信息的同時(shí)，以語(yǔ)音、圖像、文字等多種表達(dá)形式，使操作者及時(shí)獲取回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線上各關(guān)鍵部位的實(shí)時(shí)工況。并提出相應(yīng)的生產(chǎn)操作方法，指導(dǎo)工人生產(chǎn)。這種將計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)指導(dǎo)功能和操作者的主觀能動(dòng)性結(jié)合起來的應(yīng)用方式，可以克服常規(guī)操作中靠人工觀察窯內(nèi)工況，操作者憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作控制等不足，使之達(dá)到統(tǒng)一操作方法、穩(wěn)定熱工制度，進(jìn)而穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的目的。同時(shí)又可避免大部分自動(dòng)控制廠家常遇到的因檢測(cè)元件失準(zhǔn)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障以及計(jì)算機(jī)判斷失誤等因素造成的誤操作。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本公司方案為“數(shù)據(jù)采集—監(jiān)測(cè)管理—生產(chǎn)指導(dǎo)”三級(jí)計(jì)算機(jī)組成的分布式系統(tǒng)。下位機(jī)選用STD工控機(jī)和BITBUS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其電氣接口采用平衡傳送的RS-485標(biāo)準(zhǔn)，傳輸介質(zhì)為雙絞線。中位機(jī)和上位機(jī)選用INTEL工業(yè)PC。投運(yùn)三年來，系統(tǒng)工作正常。能在多媒體計(jì)算機(jī)支持下，對(duì)由普通工業(yè)攝象機(jī)獲取的窯內(nèi)物料燒成反應(yīng)等信息，通過圖象處理技術(shù)，模擬人工觀察看火方法，得到諸如燒成帶溫度分布等表征窯內(nèi)工況的特征量。綜合水泥回轉(zhuǎn)窯常規(guī)工藝參數(shù)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、工人和專家操作經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)時(shí)采集的過程信號(hào)，建立起實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)。能通過圖文、聲音等媒體顯示窯內(nèi)工況，并及時(shí)提出生產(chǎn)指導(dǎo)建議。BITBUS網(wǎng)絡(luò)與IPC工控機(jī)組成的生產(chǎn)過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有抗干擾性能好、多級(jí)計(jì)算機(jī)間通信能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。并解決了生產(chǎn)過程中大量信息的采集、處理、存貯、傳送、顯示、報(bào)警等問題。成為一套投資省、故障少、使用方便、實(shí)用性強(qiáng)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)檢測(cè)處理和生產(chǎn)指導(dǎo)系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

根據(jù)生產(chǎn)線各監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)際分布情況，我們將三套數(shù)據(jù)采集器分別布置在工藝參數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)集中的窯尾、煤磨和窯頭控制室內(nèi)，組成三個(gè)各自獨(dú)立的從站。每個(gè)從站處理數(shù)據(jù)能力為32路，總數(shù)據(jù)處理量可達(dá)128路。

由于受傳統(tǒng)操作方法影響，生產(chǎn)工人長(zhǎng)期以來習(xí)慣于觀察儀表盤進(jìn)行操作。因而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期，要求生產(chǎn)線上各重要的溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等參數(shù)監(jiān)測(cè)都置有單獨(dú)的儀表顯示。來自傳感元件、變送器的信號(hào)必須先進(jìn)入數(shù)顯儀表后再接至下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。儀表盤僅顯示瞬間示值，計(jì)算機(jī)屏幕除有定時(shí)刷新、自動(dòng)翻頁(yè)、巡檢顯示工藝參數(shù)等功能外，還貯有儲(chǔ)存量高達(dá)數(shù)月的原始數(shù)據(jù)，便于生產(chǎn)管理者和操作人員隨時(shí)分析窯況，查找各種參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，并為不斷修正生產(chǎn)指導(dǎo)系統(tǒng)軟件和檢驗(yàn)操作方法提供依據(jù)。鑒于計(jì)算機(jī)與顯示儀表合用一套傳感變送元件，同時(shí)各檢測(cè)點(diǎn)到數(shù)據(jù)采集下位機(jī)及中、下位機(jī)之間距離較遠(yuǎn)，容易導(dǎo)致生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種電磁干擾對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性構(gòu)成威脅。

2 抗干擾措施

微機(jī)系統(tǒng)的可靠性是由多種因素決定的，而系統(tǒng)的抗干擾性能是其重要指標(biāo)之一。習(xí)慣上我們把對(duì)電測(cè)系統(tǒng)或儀器的測(cè)量結(jié)果起影響作用的各種外部或內(nèi)部的無用信號(hào)稱為干擾。干擾的影響，輕則降低信號(hào)的質(zhì)量，重則破壞電路的正常功能，造成邏輯關(guān)系混亂，控制失靈。理論和實(shí)踐證明，產(chǎn)生電磁干擾必須滿足干擾源、傳輸途徑和對(duì)干擾敏感的接收電路三者同時(shí)存在的條件。如果三者中有任意一個(gè)條件無法得到滿足，干擾也就不復(fù)條件，因而抑制或消除干擾的措施就是設(shè)法破壞其中的一個(gè)或幾個(gè)干擾生成的基本條件。通常采取的方法不外乎抑制噪聲源，直接消除干擾產(chǎn)生的原因;切斷電磁干擾的傳遞途徑，消除干擾源與受擾設(shè)備之間的干擾耦合;加強(qiáng)受擾設(shè)備抵抗電磁干擾的能力，降低其對(duì)干擾的敏感度。

提高設(shè)備的抗干擾能力必須從設(shè)計(jì)階段開始，并貫穿在制作、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)的全過程中。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)室研究階段，我們?cè)鴮?duì)三級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成、BITBUS網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接以及彼此之間的通信進(jìn)行了反復(fù)論證與實(shí)驗(yàn)。除試圖研制一套有通用性并適用于生產(chǎn)過程監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)處理的軟硬件外，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的抗干擾措施也作了認(rèn)真的研究與分析，制定了盡可能完善的方案。

2.1 合理選用系統(tǒng)底板，降低機(jī)內(nèi)噪聲與干擾

在STD工控機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為加快研制開發(fā)速度，提高性能指標(biāo)，增強(qiáng)可靠性，往往選用標(biāo)準(zhǔn)模板按“總體設(shè)計(jì)—模塊選擇—積木式組裝—分調(diào)—總調(diào)—現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行”的模式進(jìn)行。

STD總線底板(母板)的功能是把系統(tǒng)內(nèi)各功能模板間的數(shù)據(jù)線、地址線、控制線互相連接，并通過底板上的電源線(面)為各功能模板提供系統(tǒng)電源。理論上要求盡可能降低總線底板阻抗，使高頻脈沖信號(hào)通過時(shí)不致產(chǎn)生失真。底板總線上信號(hào)的任何失真都被視為噪聲干擾。

本系統(tǒng)選用高性能的四層STD總線底板，這種新型底板將中間兩層印刷電路面分別用作大面積的電源面和地線面。同時(shí)底板上各信號(hào)線之間也用地線進(jìn)行隔離以降低線間分布電容引起的串?dāng)_。并且采用多點(diǎn)與內(nèi)層地線面相連接的技術(shù)。同時(shí)主板上需用電源的總線插座都可以就近與電源面及地線面連接，從而縮短了連線長(zhǎng)度并降低了阻抗及電壓降。該主板信號(hào)線的特征阻抗值已與總線驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗值相接近，使后者能向信號(hào)線提供更為充裕的信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率。

2.2 正確配置機(jī)內(nèi)、外電源，消除來自電源的干擾

微機(jī)系統(tǒng)中危害最嚴(yán)重的干擾來源于電源。為了防止從電源系統(tǒng)引入干擾，通常采用交流穩(wěn)壓器提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性;用隔離變壓器來消除主、次級(jí)間的寄生耦合干擾，提高其抗共模抑制比能力;在電源入口端接低通濾波器或雙T型濾波器以消除工頻干擾等多種措施。

我們?cè)跀?shù)據(jù)采集器機(jī)內(nèi)選用工業(yè)級(jí)高可靠抗干擾穩(wěn)壓電源，工頻交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后得到系統(tǒng)所需的各檔電壓。并通過增加濾波級(jí)數(shù)、加大濾波電容等方式消除來自電網(wǎng)的傳導(dǎo)噪聲和因?yàn)V波不佳引起的紋波噪聲，具有穩(wěn)壓精度高、抗干擾性能強(qiáng)等特點(diǎn)。并有較高的共模抑制比及串模抑制比，能在較寬頻率范圍抑制干擾。

2.3 采取光電隔離措施，消除由過程通道竄入的電磁干擾

過程通道包括前向通道、后向通道與主機(jī)或主機(jī)相互間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐緩健Ｏ到y(tǒng)前向通道的任務(wù)是完成信號(hào)的拾取、調(diào)節(jié)和變換。由于前向通道靠近被測(cè)對(duì)象，而傳感器輸出的往往是弱小信號(hào)，因而系統(tǒng)中前向通道是干擾侵襲的主要渠道。