0 引言

隨著水泥生產設備和技術的不斷發展，90年代以來新建的干法水泥生產線幾乎全都采用了計算機技術。其中以中央集中控制系統和DCS集散控制系統為主。

本公司1993年籌建700t/d新型干法生產線初期，對國內外應用現狀認真分析后，兼顧公司受資金制約、無力承受引進成套系統軟件的實際情況，考慮采用生產指導系統方式對回轉窯工藝參數進行采集和實時監測。基于多媒體信息處理手段和專家系統的推理判斷方法，向生產人員顯示整個生產過程中信息的同時，以語音、圖像、文字等多種表達形式，使操作者及時獲取回轉窯生產線上各關鍵部位的實時工況。并提出相應的生產操作方法，指導工人生產。這種將計算機的生產指導功能和操作者的主觀能動性結合起來的應用方式，可以克服常規操作中靠人工觀察窯內工況，操作者憑經驗進行操作控制等不足，使之達到統一操作方法、穩定熱工制度，進而穩產、高產的目的。同時又可避免大部分自動控制廠家常遇到的因檢測元件失準、執行機構故障以及計算機判斷失誤等因素造成的誤操作。

1 系統簡介

本公司方案為“數據采集—監測管理—生產指導”三級計算機組成的分布式系統。下位機選用STD工控機和BITBUS網絡系統。其電氣接口采用平衡傳送的RS-485標準，傳輸介質為雙絞線。中位機和上位機選用INTEL工業PC。投運三年來，系統工作正常。能在多媒體計算機支持下，對由普通工業攝象機獲取的窯內物料燒成反應等信息，通過圖象處理技術，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工況的特征量。綜合水泥回轉窯常規工藝參數、經驗數據、工人和專家操作經驗以及實時采集的過程信號，建立起實時專家系統。能通過圖文、聲音等媒體顯示窯內工況，并及時提出生產指導建議。BITBUS網絡與IPC工控機組成的生產過程監測系統，具有抗干擾性能好、多級計算機間通信能力強等優點。并解決了生產過程中大量信息的采集、處理、存貯、傳送、顯示、報警等問題。成為一套投資省、故障少、使用方便、實用性強的計算機數據檢測處理和生產指導系統，基本實現了預期目標。

根據生產線各監測點實際分布情況，我們將三套數據采集器分別布置在工藝參數監測點相對集中的窯尾、煤磨和窯頭控制室內，組成三個各自獨立的從站。每個從站處理數據能力為32路，總數據處理量可達128路。

由于受傳統操作方法影響，生產工人長期以來習慣于觀察儀表盤進行操作。因而在系統設計初期，要求生產線上各重要的溫度、壓力、流量、轉速、負荷等參數監測都置有單獨的儀表顯示。來自傳感元件、變送器的信號必須先進入數顯儀表后再接至下位機進行數據采集。儀表盤僅顯示瞬間示值，計算機屏幕除有定時刷新、自動翻頁、巡檢顯示工藝參數等功能外，還貯有儲存量高達數月的原始數據，便于生產管理者和操作人員隨時分析窯況，查找各種參數的動態變化趨勢，并為不斷修正生產指導系統軟件和檢驗操作方法提供依據。鑒于計算機與顯示儀表合用一套傳感變送元件，同時各檢測點到數據采集下位機及中、下位機之間距離較遠，容易導致生產現場的各種電磁干擾對系統運行可靠性構成威脅。

2 抗干擾措施

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

提高設備的抗干擾能力必須從設計階段開始，并貫穿在制作、調試和運行維護的全過程中。在系統設計與實驗室研究階段，我們曾對三級計算機系統的構成、BITBUS網絡的聯接以及彼此之間的通信進行了反復論證與實驗。除試圖研制一套有通用性并適用于生產過程監測和數據處理的軟硬件外，對現場設備的抗干擾措施也作了認真的研究與分析，制定了盡可能完善的方案。

2.1 合理選用系統底板，降低機內噪聲與干擾

在STD工控機應用系統設計中，為加快研制開發速度，提高性能指標，增強可靠性，往往選用標準模板按“總體設計—模塊選擇—積木式組裝—分調—總調—現場運行”的模式進行。

STD總線底板(母板)的功能是把系統內各功能模板間的數據線、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，使高頻脈沖信號通過時不致產生失真。底板總線上信號的任何失真都被視為噪聲干擾。

本系統選用高性能的四層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。同時底板上各信號線之間也用地線進行隔離以降低線間分布電容引起的串擾。并且采用多點與內層地線面相連接的技術。同時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，從而縮短了連線長度并降低了阻抗及電壓降。該主板信號線的特征阻抗值已與總線驅動器的輸出阻抗值相接近，使后者能向信號線提供更為充裕的信號驅動功率。

2.2 正確配置機內、外電源，消除來自電源的干擾

微機系統中危害最嚴重的干擾來源于電源。為了防止從電源系統引入干擾，通常采用交流穩壓器提高系統的穩定性;用隔離變壓器來消除主、次級間的寄生耦合干擾，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。

我們在數據采集器機內選用工業級高可靠抗干擾穩壓電源，工頻交流電經過變壓、整流、濾波、穩壓后得到系統所需的各檔電壓。并通過增加濾波級數、加大濾波電容等方式消除來自電網的傳導噪聲和因濾波不佳引起的紋波噪聲，具有穩壓精度高、抗干擾性能強等特點。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、后向通道與主機或主機相互間進行信息傳輸的途徑。系統前向通道的任務是完成信號的拾取、調節和變換。由于前向通道靠近被測對象，而傳感器輸出的往往是弱小信號，因而系統中前向通道是干擾侵襲的主要渠道。