西京水泥厂QCS生料质量控制系统与DCS系统通讯设计与应用

1 引言
　　QCS生料质量控制系统是目前水泥厂普遍采用的，水泥生产质量控制的计算机系统在实际应用中，它必须要与其它控制系统（如DCS系统）以及控制设备进行数据通讯，建立可靠的数据通讯是非常重要的，本文以西京水泥厂为例，介绍了该厂采用ADAM远程IO模块方式完成QCS系统与DCS系统通讯的情况
 
2 QCS系统在水泥厂的运用
　　QCS生料质量控制系统是目前水泥厂质量控制的核心。越来越多的水泥厂采用QCS生料质量控制系统进行生料质量控制。它的工作原理为：QCS生料质量控制系统根据各原料化学成分、煤灰的化学成分、煤的工业分析数据以及熟料要求的三率值和热耗进行配料计算，求出生料的KH、N、P 、RC3S控制目标和石灰石、粘土、铁粉以及校正原料初始喂料配比。QCS系统将各原料的初始配比传送给DCS控制系统控制电子喂料皮带秤进行喂料。由于原料成分的波动，出磨生料KH、N、PS和出均化库生料KH、N、P都会与生料KH、N、P目标值之间产生偏差。QCS配料系统每过一段时间(一小时)从生料取样器中取出具有代表性的出磨生料样品和均化库出口生料样品，通过X荧光分析仪分析出它的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO等成分并自动传送给配料计算机。配料计算机算出一个周期内的实测KH、N、P、RC3S以及它们与目标值之间的偏差，QCS系统按一定的优化算法求出新的物料配比。在几个周期内将均化库出口生料控制在要求的范围内，确保入窑生料 KH、N、P、RC3S的合格率达到规定要求。

　　水泥生产中QCS系统需要实时地将石灰石、粘土、铁粉等原料的给定配比传送给DCS控制系统控制电子皮带秤进行喂料。解决好QCS生料质量控制系统与DCS系统参数可靠快速通讯非常重要。

　　QCS系统与DCS系统的通讯方式常用的有OPC、ModBus、Adam等，本文主要介绍根据西京水泥厂的工厂电器自动化系统的特点，采用台湾研华的ADAM系列控制模块在QCS生料质量控制系统中通讯的应用。
 
　　2.1 QCS系统控制要求
　　(1)  需要实时地将入磨物料的配比输出给DCS系统控制电子秤使之按给定配比下料， DCS系统能够将各物料的实际流量输入给QCS系统进行监控及数据统计。
　　(2) 水泥厂生产环境恶劣，要求系统有抗强电场、磁场的能力，有防粉尘的能力

　　2.2 台湾研华ADAM远程控制模块特性
　　研华是将PC技术引入自动化市场的领先厂商之一.特别是ADAM-4000系列远程DA&C系列，由于其具备抗高低温、抗噪声和抗突波的功能，已经被广泛应用于各种工业现场。ADAM-4000系列提供两类产品:通讯模块和I/O模块。通讯模块提供各种接口,包括 以太网,串行,光纤和无线端口等;I/O模块在主机PC和现场信号之间提供完整的信号调理和通讯解决方案,如模拟量I/O,数字量I/O和计数器等。

3、西京水泥厂QCS生料质量控制系统与DCS系统通讯设计
　　西京水泥厂QCS生料质量控制系统放置在化验室里，化验室和中控不在一个楼内，传输距离较远，因电器环境非常恶劣，所以QCS生料质量控制系统采用了ADAM-4000系列的控制模块。

　　利用QCS计算机系统标准的RS-232端口。由于RS-232传输距离及网络容量还是有一定的限制。利用光纤传输具备有高带宽，抗EMI/RFI干扰的优点，它能够确保数据的安全传输。为了使信号传输不受电子干扰、雷击，采用ADAM-4541 RS-232/422/485转光纤模块将QCS计算机系统RS-232信号透明转换光纤传输信号,在信号的接受段将RS232光纤信号转换成RS458信号。    再将对应的ADAM 4017 和ADAM4021 接入RS485网络上，这就构成QCS系统与DCS系统通讯的硬件框架如图1所示。

　　ADAM-4017是16位8通道模拟输入模块，所有通道都提供可编程输入。它的光隔离输入在模拟输入和模块之间提供了3000 VDC的隔离，保护模块和外围设备避免来自输入线路高电压的损坏。它通过A/D输入和3000 VDC隔离变压器的光隔离设备来保护设备避免来自接地环路和动力高峰的迫害。ADAM-4017使用16位受微处理器控制sigma-delta A/D的转换，转换输入的电压或电流到数字信号。

　　ADAM-4021模拟输出模块通过RS-485接口接收主机的数字输入。模拟输出模块在电压或电流的范围内能够支持单一通道模拟输出。并通过A/D输出和3000 VDC隔离的变压器的光隔离，保护设备避免来自接地环路和动力峰值的危害。
软件控制的流程：QCS系统产生了新的原料配比，通过软件转换成AO代码：
　　 AO代码＝（ 配比值 / 配比量程）×代码最大值
  
　　QCS系统将AO代码通过RS232接口和上述网络，传送到对应的ADAM4021模块上，这样对应的PLC的AI段就可以接受对应的配比，从而DCS系统就可以根据配比控制皮带秤下料。

　　同时，来自PLC 的AO端的各电子秤数据发给ADAM4017，QCS系统定期的发出命令，通过上述网络将ADAM4017的转换好的数据读取上来，从而可以实时的监控现场各皮带秤实际的下料情况。

　　通过两年的使用，我们发现上述系统在西京水泥厂环境下运行可靠，从来没有故障。
 
4、结语
　　使用ADAM-4000的QCS生料质量控制系统配置灵活简单，输入输出模块全部为隔离保护方式，在恶劣环境下能够可靠工作，已成为QCS系统与DCS系统通讯的一种重要方式。