散装水泥灌装收尘系统自动控制技术研究

安 朋

（天伟水泥有限公司，新疆 石河子 832000）

1 引言

水泥根据存储方式可分为袋装水泥和散装水泥，其中，袋装水泥是用牛皮纸包装，通常规格为50kg/袋；散装水泥则是指完成生产后不进行包装，直接使用专门容器或设备存储、运输和出厂的水泥。散装水泥的出现是对传统水泥流通运输方式的改革，使现代建筑工程施工走向现代化与高效化，同时，对经济的发展也起到促进作用。

2 发展散装水泥的必要性

首先，发展散装水泥可以为水泥生产企业带来一定的经济效益：生产散装水泥可节约人工费用，不需要设置包装车间，节约缝袋棉纱、包装纸和电能等方面的耗费。据统计，生产散装水泥相较袋装水泥可节省约20%成本。

其次，发展散装水泥也创造了用户方面的效益：目前，我国水泥市场散装水泥的实际售价明显低于袋装水泥，由于包装问题，袋装水泥平均每吨的售价要比散装水泥高出约30元左右。

最后，发展散装水泥可节约我国整体木材使用量，降低不必要的损失和浪费。据统计，每生产10 000t散装水泥，即可节省约60t包装纸，也就是能节约22t烧碱、78t煤和70 000kW·h电能。将该数据折合成木材则可节约330m3，能对绿色植被起到保护作用，并起到净化空气、保持水土、防洪、防沙和防风作用。此外在运输上，散装水泥能减少自身损失，实现节约的目的。因此，当前我国散装水泥的生产量正日渐增加。在散装水泥生产中，灌装收尘系统是必不可少的生产设备，对散装水泥的灌装收尘系统而言，自动控制一直是业界难题，因此，研究一种新型散装水泥灌装收尘系统自动控制技术势在必行。

3 散装水泥灌装收尘系统自动控制技术分析

3.1 信息集成

将以太网作为散装水泥灌装收尘系统的主干网,利用PLC对下位机进行控制，并利用PROFIBUS连接散装水泥灌装收尘系统的现场控制设备，实现散装水泥灌装收尘系统的信息集成。而上位机的通信协议则采用TCP/CP，实现公司级、厂级上层与车间之间的网络连接。

在信息集成中，散装水泥灌装收尘系统的网络结构采用现场总线与以太网的混合结构，利用PR-DP通信主从协议进行现场层通信，通过双绞屏蔽线进行介质传输，各介质与各子网之间利用接口或藕合器进行连接。

将以太网协议作为散装水泥灌装收尘系统的过程监控协议，利用PLC中的双网卡转换散装水泥灌装收尘系统的通信协议，其中一个网卡是以太网网卡，另一个网卡是PR-DP网卡，使PLC成为散装水泥灌装收尘系统现场总线站点与以太网站点，工程师站与操作员站配置的计算机则不作为系统现场总线站点，而成为以太网通信节点。如此，利用以太网即可进行散装水泥灌装收尘系统的数据交换，而利用以太网读取PLC中的寄存器即可获取散装水泥灌装收尘现场信息。控制现场的数据也通过以太网输送至PLC中的寄存器内，再利用主从协议向散装水泥灌装收尘系统现场总线的从站传输，实现散装水泥灌装收尘系统的信息控制。

将TCP/CP协议作为散装水泥灌装收尘系统的生产管理协议，为了与主要进行生产控制的以太网进行隔离，协议服务器中也设置两个网卡，一个用于传输监控层数据，一个用于连接局域网。则局域网中的计算机即可远程访问服务器监控层的动态监视页面，访问数据库中储存的历史信息，还可以连接散装水泥生产线中的其他系统。通过上述设置即可实现散装水泥灌装收尘系统的信息共享与集成。

3.2 设计PID控制器

实现散装水泥灌装收尘系统的信息集成后，设计一个散装水泥灌装收尘系统的PID控制器，该控制器由微分单元、积分单元和比例单元构成。该控制器输出与输入的实际关系式如下：

其中，u(t)代表该控制器输出与输入的实际关系、Kp代表比例系数、e(t)代表控制偏差、TI代表积分时间常数、d代表微分、t代表积分、TD代表微分时间常数。

控制偏差的计算公式如下：

其中，r(t)代表系统实际给定值、y(t)代表系统实际输出值。

该PID控制器共有三个校正环节，具体作用如表1。

表1 校正环节具体作用

3.3 实现散装水泥灌装收尘系统自动控制

完成散装水泥灌装收尘系统PID控制器的设计后，对该PID控制器进行编程，实现散装水泥灌装收尘系统的自动控制。首先，选择STL文本结构化编程语言，该语言能够描述程序、功能块、功能的行为，并对转变、动作和步的行为进行描述，用于程序迭代、条件语句编写、表达式创建、功能块和功能的回调、对变量进行赋值等。设置系统变量，散装水泥灌装收尘系统的变量包括三种，具体如表2。

表2 散装水泥灌装收尘系统的变量

三种变量的实际关系如图1所示。

图1 三种变量的实际关系

利用ABB软件中的编程DT模块对连接下位硬件变量与控制上位变量这两种全局性变量进行设置，并将其变成全局变量；利用程序编制模块对中间程序变量进行设置，具体如表3。

表3 中间程序变量设置

然后，利用ABB软件中的标准程序模块针对散装水泥灌装收尘系统中各个程序的控制分别进行编程。针对组控制程序进行编程，具体编程结果如表4。

表4 组控制程序具体编程结果

4 实验研究与测试

4.1 设计对比实验

对设计的散装水泥灌装收尘系统自动控制技术进行实验测试。实验散装水泥灌装收尘系统的设备构成如表5。

表5 实验散装水泥灌装收尘系统的设备构成

本实验散装水泥灌装收尘系统配置的工程师站具体配置如表6。

表6 工程师站配置

本实验散装水泥灌装收尘系统配置的操作员站具体配置如表7。

表7 操作员站配置

对本实验散装水泥灌装收尘系统进行自动控制实验，为了保证本次实验结果具备对比性与有效性，将传统水泥灌装收尘系统自动控制技术与本文设计的散装水泥灌装收尘系统自动控制技术进行对比实验，比较各水泥灌装收尘系统自动控制技术的系统集成性能，判断系统集成性能的依据为系统集成度的高低，系统集成度越高，证明水泥灌装收尘系统自动控制技术的系统集成性能越好；反之，系统集成度越低，即证明水泥灌装收尘系统自动控制技术的系统集成性能越差。

4.2 分析实验结果

传统水泥灌装收尘系统自动控制技术与散装水泥灌装收尘系统自动控制技术的系统集成性能对比实验结果具体如图2所示。

图2 系统集成性能对比实验结果

根据图2的系统集成性能对比实验结果可知，散装水泥灌装收尘系统自动控制技术的系统集成度高于传统水泥灌装收尘系统自动控制技术的系统集成度，也就是散装水泥灌装收尘系统自动控制技术的系统集成性能优于传统水泥灌装收尘系统自动控制技术，实现了系统集成性能突破。

5 结语

散装水泥灌装收尘系统自动控制技术实现了系统集成性能的提升，对提高散装水泥生产效率有很大意义，能够促进散装水泥行业的发展。