锑白炉生产过程自动化控制系统设计

叶 丽

（广西电力职业技术学院，广西 南宁 530007）

氧化锑（三氧化二锑）又名锑白，是一种高附加值的阻燃新材料，纯度、平均粒度和白度是其产品质量的主要技术指标。广西具有丰富的锑资源，生产高附加值的低着色力氧化锑，对促进我区锑资源深加工和相关产业的发展具有重要的意义。在氧化锑生产中，锑白炉是氧化锑生产中的重要设备之一，它是熔锑与氧气进行化学反应生成氧化锑的场所。对锑白炉生产过程进行智能控制，可以提高锑白炉产出的产品质量，提高产品的直收率，降低生产成本，延长锑白炉使用寿命，对于氧化锑生产有很大的现实意义。

广西华锑科技公司锑白炉生产过程自动化控制系统设计，主要包括硬件配置和软件平台开发两部分。硬件配置主要包括锑白炉生产自动化控制系统设计部分和生产现场摄像监控系统部分，软件平台开发部分主要采用组态王开发软件进行人机交互界面的设计，本文主要介绍硬件部分设计。

1 锑白炉生产过程自动化控制系统

自动化控制系统由多个自动检测和控制设备所组成，检测参数主要有氧化炉液位、温度、入炉风量、结晶器提升量、罗茨风机参数（出口压力、流量、冷却油温度、电机电流和故障状态）、抽风机参数（出口负压力、电机电流和故障状态）、冷却塔温度、收尘器压力、高压风机参数（电机电流和故障状态）。检测参数在现场和计算机进行显示及存储，每个控制设备都设计有计算机自动控制和现场手动控制两种方式。

检测和控制装置主要包括：氧化炉液位检测和控制，除结控制和氧化炉温度检测，入炉风量检测及控制，结晶器提升量检测及控制，罗茨风机控制，抽风机控制、冷却塔温度控制、收尘器压力监控，高压风机控制，空压机控制等。

各系统及检测参量的输入输出关系如图1控制系统框图所示。

图1 控制系统框图

1.1 硬件配置

1.1.1 各模块配置

经过对氧化锑生产过程的了解，统计的I／O点数为 AI＝75、AO＝32、DI＝18、DO＝23、RS485＝2 共150点。并经现场勘察，现场设备到控制室的监控布线距离都在60m左右，并且都在同一厂房内。根据这些情况，作如下设计：

系统根据各部分作用，可分为以下几个大的模块：I／O开关量输入和输出模块、I／O模拟量输入模块、电源及接口转换模块、工控机模块、通讯接口转换模块，各模块功能如下：

（1）I／O开关量输入和输出模块：取自相应设备的辅助常开出触点，用于识别现场开关状态及分接头档位信号，同时将系统发出的控制信号（电平信号）转化为接点，形成输出。

（2）模拟量输入模块：将现场传感器检测到的温度、液位、压力、流量、电流等信号转化为微机可识别的数字信号，并起到隔离和抗干扰作用。

（3）电源模块：将交流220V电源转换为传感器工作所需的直流＋24V电源。

（4）工控机模块：对数据进行实时分析、逻辑判断，并具有数据存储功能。为用户提供人机接口，用于定值的整定、手动操作、显示、打印、通讯等。

（5）通讯接口转换模块：由于工控机采用RS-232接口，需要采用专用转换器与模拟量输入模块的RS-485接口进行RS-485／RS-232转换。

为减少信号电缆数，降低信号在传送中受到的干扰，减少日后的维护工作量，除了实时性很强的结晶器提升机控制和提升位移检测采用并行模拟数据传送方式外，其它的全部采用远程I／O模块进行485串行数字通信方式，使得生产设备到控制室的电缆数从100多条减少为10条，由于485通信数字通信的抗干扰能力很强，大大减少了信号在I／O时受到的干扰，极大提高了系统的稳定性和可靠性及日后的维护量。

1.1.2 计算机监控系统

采用4台研华工控计算机组成监控系统，其中一台为在线监控机，另一台为热备份机，其它两台作为辅助监控机。所有的操作可以在在线计算机上进行，也可在辅助监控机上进行，还可通过全厂局域网或互联网进行远程操作。另外配置19″的液晶显示器、10m距离的无线键盘和鼠标，可将任何一台工控计算机切换到控制室内的大屏幕上显示，使操作更为方便。

根据I／O的点数和监控布线的距离、环境等因素，考虑采用计算机直接监控系统（DDC）。为提高系统的可靠性，计算机采用双机热备份控制方式。上位机采用专为恶劣工业环境设计的研华工控机 IPC－610。智能模块配置：1块 ADAM4520；8块 ADAM5017；2 块 ADAM5018；8 块 ADAM5024；2块ADAM5050；2块ADAM5056。需求与配置节点对比表见表1。

表1 需求与配置节点对比表

ADAM4520是RS232信号到RS-485信号的转换器，通讯距离达1.2k m（加中间继电器后会更远）。ADAM-5017是16位，8通道模拟差分输入模块，ADAM5017检测传感器检测到的氧化炉进料数、液位、压力、流量、电流等信号。使用一个16位微处理器控制的A／D转换器将传感器的电压或电流信号转换成数字量数据，然后转换为工程单位量。当上位机采集数据时，该模块就通过RS-485DP线传送到上位机。ADAM-5018是16位，7通道热电偶输入模块，所有通道都可编程，可直接接受热电偶输入。本设计配置2块ADAM-5018，可提供14通道模拟输入信号，用于采集锑白炉内温度信号，因为锑白炉内温度非常高，可达1000~1200℃，因此选择可直接接受热电偶输入的ADAM-5018智能模块，用于锑白炉温度信号检测。

ADAM-5051是16通道数字量输入模块。根据对用户需求的分析，数字输入信号节点数DI＝18，因此选用2块16通道数字量输入模块ADAM-5051，可提供32个数字信号的输入，保证系统能及时有效地接收和处理数字信号。ADAM-5056是16通道数字量输出模块。系根据对用户需求的分析，数字输出信号节点数DO＝23，因此选用2块16通道数字量输入模块ADAM-5056，可提供32个数字信号的输入，保证系统能及时有效地输出和处理数字信号。

1.2 系统通讯

主机系统与智能模块间用屏蔽双绞线联成RS-485总线式网络。ADAM5000各模块完全隔离，并仅用一组双绞线发送和接收信息，因为节点并行连接，它们可以不连接主机而不影响其余节点的功能。当节点通过网络通讯时，由于采用简单的命令回答时序，不会产生发送冲突。任何时刻，总是有一台主机（不带地址）和几台从机（带地址）通信。主机是IPC机，从机是ADAM智能模块，当模块不发送数据时，它们处于侦听方式。主机与其中一个ADAM智能模块发出一个命令／回答序列信号。命令包含主机想要与之通讯的模块地址，地址符合的模块执行命令并向主机送出应答。

2 监控系统

2.1 生产现场摄像监控系统

锑白炉反应车间摄像监控系统设计本着合理、实用、可行、可靠原则，具体要求为：系统在各种气候条件下能可靠、安全地长时间运行；具有在恶劣环境（高温、多尘、雷电）下持续正常工作的能力，整机可长时间连续工作；系统具有一定的防护能力和较强的抗干扰性，监控主机选用嵌入式操作系统，防止病毒入侵；采用用户权限设定来增强系统保密性和安全级别，减少人为因素影响；系统的安全防范性能采用分级管理，多重操作员访问级别，操作人员依据访问权限进行访问、使用相应层次的功能；系统的控制及操作具有一定的方便性，系统扩展无须做大的改动，能够满足监控点增加的要求，可以方便地进行系统扩容和拓展。

氧化锑生产系统监控工程主要是对生产车间的反应炉及相关风机设备进行闭路电视监控，兼顾车间内的人员活动场景。整个车间根据需要布设8个监控点，并预留4个位置，以备以后扩容需要。现阶段8个监控点主要针对空压机、罗茨风机、抽风机、炉前设备、生产监控室进行监控。监控系统是相对独立的系统，应能实现相关功能要求，如：硬盘录像机进行8路全实时录像，同时可进行回放或实时监控；录像保存时间达到15d以上；通过矩阵切换，可将前端图像显示在32″液晶电视机上；在中心可操控前端摄像机变焦；前端设备要求适应车间工作环境，具有防尘、加热去雾等功能。

2.2 主要设备配置

监控中心配置4台42″液晶显示器，用来显示2台炉（后期可扩容为4台炉）的工艺组态运行图像；配置4个LED显示屏，用来显示管理层下达的任务、相关工艺参数、现场告警信息；配置1台视频监控主机、2台生产监控主机、8台32″液晶显示器和3台19″液晶显示器，用来显示视频图像和主机操作用；配置1台DVD刻录机，用来对图像资料和生产数据进行刻录备份；配置佳能多功能一体机1台MP730，主要用来监控中心收发传真与打印资料用；配置2台冷暖空调，保证监控室内监控设备的正常运行工作环境。生产监控中心网络结构图见图2。

图2 生产监控中心网络结构图

3 结语

本设计采用先进技术及设备，以网络监控技术进行组网，支持图像和数据的实时传输及多路随时随地监控，实现实时监控。同时又具有可操作性，人员只需经过短期培训即可操作。系统及其相关设备的维护及维修以方便为原则。组网简单、扩容方便、标准开放、功能全面，适用于中小型的多点、远程、实时、集中监控系统，实现集散式监控、报警、录像、智能化检索回放、系统管理等诸多功能，保证最大限度地发挥用户的资金使用效益。

［1］ 侯国庆.ADAM5000系列智能模块在给水泵站的应用［J］.冶金设备管理与维修，2006，（3）：21-22.

［2］ 孙艳波.中小型企业污水处理自动控制系统的研究［J］.自动化技术与应用，2009，（3）：34-36.

［3］ 刘振方，刘文贵，郑荣杰.基于组态技术的智能模块通信测试系统［J］.时代经贸，2010，24：277-277.

［4］ 张鼎，廖勇.纸浆模塑生产自动控制系统的设计［J］.自动化技术与应用，2008，（1）：40-42.