1、引言 過去的工業(yè)控制系統(tǒng)，幾乎是由清一色的繼電器控制回路構成。近年來，由于世界電子技術突飛猛進的發(fā)展，特別是微處理器和數字技術的發(fā)展已使現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)日趨完善，在性能和功能上都有著很大的進步。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一種以計算機技術為基礎的，專為工業(yè)環(huán)境設計的數字運算控制裝置。其中AC800F是ABB自動化集團為滿足用戶需要，推出的新一代控制器，它支持四種現(xiàn)場總線標準，可以與各種現(xiàn)場設備交換數據和處理信號，同時它又提供全方位的冗余，具有功能齊全、強大；使用方便、靈活、可靠性高、抗干擾能力強及較易于維護維修等優(yōu)點。它不僅可替代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，還可構成復雜的工業(yè)過程控制網絡，已成為當代工業(yè)自動化的主流。 監(jiān)控系統(tǒng)是生產過程的核心。由現(xiàn)場總線組成的過程級控制系統(tǒng)，不但要采集現(xiàn)場數據，反饋現(xiàn)場設備的動作狀態(tài)，更為重要的是能夠根據得到的信息自動地控制生產過程的順利進行，而且當系統(tǒng)出現(xiàn)異常故障時能做出現(xiàn)相應的報警和處理。一旦處理結束，計算機能夠切換到自動控制狀態(tài)。首先簡要地描述了系統(tǒng)的控制對象和控制任務；然后介紹了換火過程控制系統(tǒng)的組成；根據生產過程的工藝流程和要求，討論系統(tǒng)的體系結構式以及硬件、軟件的設計方案和實現(xiàn)。 2、系統(tǒng)概述 AC800F自動化現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)從信號采集、判斷、運算、到信號輸出，時間短、速度快、無滯后。實現(xiàn)在浮法中不需人工干預的換火過程是工業(yè)自動化的典型實例。在熔窯換火上采用該系統(tǒng)的可消除繁重的工作；實現(xiàn)好的連續(xù)性、換火速度和質量，只需對相應的控制參數做適當調整，就可以達到較佳工況要求。原來采用繼電器控制回路，易出現(xiàn)工作異常，不穩(wěn)定，常需要人工看守來完成換火，其工作量大、連續(xù)性低、故障率高、影響大窯溫度從而波及玻璃質量。根據換火過程的工藝要求及安全規(guī)范，結合換火所要達到的順序控制目標，我們采用先進的ABB AC800F 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、Freelance 2000控制程序、氣動控制機構、行程反饋、主令定位控制器、視頻監(jiān)視系統(tǒng)等設備，完成換火的全自動過程，確保換火的順利完成。 3、系統(tǒng)組成和工藝流程簡介 3.1現(xiàn)場系統(tǒng)組成： 換火系統(tǒng)有：彩色針孔攝像頭、彩色視頻監(jiān)視器、主令控制器、氣動控制機構、氣動截止閥、電磁閥、三連體、控制氣源、旋轉蝶閥、行程開關、壓力開關、換火指示盤、換火手動控制柜、重油槍及信號線路和管路等設備組成，現(xiàn)場系統(tǒng)結構如(圖1)所示。 回油子系統(tǒng)采用氣動控制機構、氣缸截止閥、單電控二位三通電磁閥、行程開關反饋構成。其作用是控制回油開關及反饋動作的執(zhí)行情況。 重油控制子系統(tǒng)采用雙電控二位五通電磁閥、雙壓力開關并聯(lián)動作反饋。其作用是控制重油南北換向及反饋重油換向動作的執(zhí)行情況。 霧化氣控制子系統(tǒng)采用氣動控制機構、氣缸截止閥、單電控二位三通電磁閥、行程開關反饋構成。其作用是控制霧化氣南北換向及反饋換向動作的執(zhí)行情況。 吹掃氣控制子系統(tǒng)采用氣動控制機構、氣缸截止閥、單電控二位三通電磁閥、行程開關反饋構成。其作用是控制吹掃氣有無及反饋是否執(zhí)行吹掃動作的情況。 廢氣閘板控制系統(tǒng)采用主令定位控制器、電機、鏈條、限位開關、雙側閘板構成。其作用是廢氣南北煙道換向、閘板動作定位、反饋閘板是否過位及其執(zhí)行動作的情況。 助燃風控制系統(tǒng)采用二位式氣動蝶閥、三連體、雙電控二位五通電磁閥構成。其作用是助燃風南北換向、反饋動作的執(zhí)行情況。 視頻監(jiān)視系統(tǒng)采用彩色針孔攝像頭、彩色視頻監(jiān)視器構成。其作用是從視覺上觀察大窯換火過程。 3.2工藝流程圖 從上一輪換火開始到下一次換火開始時間為20分鐘。 換火開始-----開回油-----關北或南油-----北或南吹掃------關北或南霧化氣-----助燃風、廢氣閘板同步換向-----開南或北霧化氣-----開南或北油-----關回油-----換火結束 換火過程中必須遵守以下的控制原則： 1、 嚴格按照順序控制指令進行，反饋到達后方可進行下一步 2、 吹掃風關閉之間，油槍內無殘油；否則殘油會成焦堵塞油槍 3、 關南或北油之前，回油閥門必須打開；否則會造成供油相關設備、儀表損壞。 4、控制系統(tǒng)硬件配置 過程級監(jiān)控系統(tǒng)采用ABB AC800F，它是一種積木式結構，系統(tǒng)構成與擴展都十分方便，主要配置如下： 中央處理模塊：選用AC800F 集成主板CUP、冗余監(jiān)控 電源模塊：SA801F 115—230V AC 通訊模塊：EI803F 10BASE T 、RJ45口、TCP/IP通訊、安裝在AC800F第二與第三槽位、設定波特率為1.5M bit/s 、傳輸距離可達50米，完全滿足現(xiàn)場要求 PROFIBUS模件：FI830F 支持PROFIBUS DP/PA、 遵從DIN 19245標準、遵循PROFIBUS協(xié)議的現(xiàn)場總線設備間通訊的接口模件、可以保證與工業(yè)控制中分布的外圍設備(DP)間建立快速的數據交換 數字量輸入模塊：DI810 24V、 共3塊、 16通道輸入/塊 數字量輸出模塊：DO810 24V 0.5A、共2塊、16通道輸出/塊 系統(tǒng)整體框架示意圖：如(圖2)： 5、控制系統(tǒng)軟件構成 系統(tǒng)軟件包括：組態(tài)軟件為Freelance 2000 Digivis v6.1及Freelance 2000 Digitool v6.1。其中Freelance 2000 Digivis v6.1使用于操作員站(D-OS站)進行系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)控、Freelance 2000 Digitool v6.1用于工程師站完成系統(tǒng)組態(tài)與編程。 5.1、程序編寫中的邏輯關系： 采用Freelance 2000 Digitool v6.1編寫程序用來完成換火過程的全部任務，該軟件開發(fā)的好壞直接關系到自動化成敗問題，因此弄清楚換火過程中出現(xiàn)的邏輯關系十分重要。其次編程中采用的各點的變量名稱與現(xiàn)場接線的位號的定義也很重要，盡可能兩點保持一致，以求給日后檢修、維護帶來方便。下面就是系統(tǒng)主要輸入、輸出信號時序圖3： 根據上述換火過程中主要I/O信號時序與相互關系，寫出現(xiàn)場總線各輸入、輸出信號的邏輯關系，再由邏輯關系轉化FBD、SFC等。其控制程序的主要邏輯關系圖如(圖4)所示：注：Motion1-Motion9 現(xiàn)場動作到達反饋信號，簡稱M1-M9 ; T1-T9 等待現(xiàn)場動作到達反饋信號的時間。 下表是一側換火的允許時間和實際時間： A：允許等待現(xiàn)場動作到達反饋信號的最大時間 B：實際測出現(xiàn)場動作到達反饋信號的實際時間 5.2、操作員站(OS站)人機交互界面 操作員站人機交互界面軟件Freelance 2000 Digivis v6.1運行在WINDOWS NT以上的窗口操作平臺上，建議使用WINDOWS 2000 Professional SP4。利用組態(tài)軟件Freelance 2000提供的驅動程序，通過EI803F 10BASE T與AC800F通訊，包括數據采集和發(fā)送數據指令；下層網通過PROFIBUS DP/PA與AC800F交換數據，這種方式使通訊程序和組態(tài)軟件構成一個完整的系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)高效率運作。 通過人機交互界面，可實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)控管理、故障報警、工況記錄、動作趨勢等功能。包括：  形象直觀的現(xiàn)場監(jiān)控畫面。可對現(xiàn)場進行概貌顯示，工況模擬顯示以及故障聲光報警等。畫面元素盡可能的與現(xiàn)場位置指示一致。  參數設置畫面。提供了進行參數友好界面，是操作者進行參數修改和設定的環(huán)境。盡可能的采用動態(tài)形象畫面布置。  故障記錄畫面。記錄運行過程中的異常故障，并把相關信息存放在故障數據庫中。各故障報警應采用不同的、多樣的反映出來，如：聲音、顏色、文字、動態(tài)畫面等。  運行趨勢畫面。記錄現(xiàn)場動作的時間趨勢，為分析與處理事故原因提供依據。  數據管理和分析畫面。通過建立生產數據庫、故障數據庫、趨勢數據庫，提供現(xiàn)場動作時序的原始數據備份保存功能，供運行分析用。如：近百次換火各點動作時序時間、換火過程總時間、各點動作趨勢圖、故障次數等。  幫助信息：通過圖形化或提綱式幫助信息，能使操作者很快的了解工藝過程及操作要點。 6、結論： 換火過程要求時間的連貫性、前后執(zhí)行的緊密性、現(xiàn)場動作的準確性；其邏輯關系構成較復雜、控制任務較多。即要實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制，又要完成現(xiàn)場各種數字量、開關量的檢測與反饋。采用ABB AC800F現(xiàn)場總線系統(tǒng)開發(fā)的換火程序完全能滿足浮法玻璃生產工藝的要求，其系統(tǒng)性能優(yōu)良、操作使用方便可靠，確保了換火任務的正常、有序的完成。較過去的繼點器回路相比，整個系統(tǒng)設計更加合理先進、可靠性高；并且節(jié)省了日后的維修帶來的人力、物力開支。 而且，必要的時候還可以通過預留通信接口，與可編程控制器PLC進行互聯(lián)，構成分布式測控系統(tǒng)，實現(xiàn)無人看管，提高生產管理水平。