1、引言 過去的工業控制系統，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展，特別是微處理器和數字技術的發展已使現場總線控制系統日趨完善，在性能和功能上都有著很大的進步。現場總線控制系統是一種以計算機技術為基礎的，專為工業環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，它支持四種現場總線標準，可以與各種現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點。它不僅可替代傳統的繼電器控制系統，還可構成復雜的工業過程控制網絡，已成為當代工業自動化的主流。 監控系統是生產過程的核心。由現場總線組成的過程級控制系統，不但要采集現場數據，反饋現場設備的動作狀態，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，而且當系統出現異常故障時能做出現相應的報警和處理。一旦處理結束，計算機能夠切換到自動控制狀態。首先簡要地描述了系統的控制對象和控制任務；然后介紹了換火過程控制系統的組成；根據生產過程的工藝流程和要求，討論系統的體系結構式以及硬件、軟件的設計方案和實現。 2、系統概述 AC800F自動化現場總線控制系統從信號采集、判斷、運算、到信號輸出，時間短、速度快、無滯后。實現在浮法中不需人工干預的換火過程是工業自動化的典型實例。在熔窯換火上采用該系統的可消除繁重的工作；實現好的連續性、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，易出現工作異常，不穩定，常需要人工看守來完成換火，其工作量大、連續性低、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 現場總線控制系統、Freelance 2000控制程序、氣動控制機構、行程反饋、主令定位控制器、視頻監視系統等設備，完成換火的全自動過程，確保換火的順利完成。 3、系統組成和工藝流程簡介 3.1現場系統組成： 換火系統有：彩色針孔攝像頭、彩色視頻監視器、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，現場系統結構如(圖1)所示。 回油子系統采用氣動控制機構、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行情況。 重油控制子系統采用雙電控二位五通電磁閥、雙壓力開關并聯動作反饋。其作用是控制重油南北換向及反饋重油換向動作的執行情況。 霧化氣控制子系統采用氣動控制機構、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行情況。 吹掃氣控制子系統采用氣動控制機構、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行吹掃動作的情況。 廢氣閘板控制系統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行動作的情況。 助燃風控制系統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、反饋動作的執行情況。 視頻監視系統采用彩色針孔攝像頭、彩色視頻監視器構成。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、控制系統硬件配置 過程級監控系統采用ABB AC800F，它是一種積木式結構，系統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，完全滿足現場要求 PROFIBUS模件：FI830F 支持PROFIBUS DP/PA、 遵從DIN 19245標準、遵循PROFIBUS協議的現場總線設備間通訊的接口模件、可以保證與工業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 系統整體框架示意圖：如(圖2)： 5、控制系統軟件構成 系統軟件包括：組態軟件為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)進行系統現場監控、Freelance 2000 Digitool v6.1用于工程師站完成系統組態與編程。 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 現場動作到達反饋信號，簡稱M1-M9 ; T1-T9 等待現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：允許等待現場動作到達反饋信號的最大時間 B：實際測出現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軟件構成一個完整的系統，保證了系統高效率運作。 通過人機交互界面，可實現對整個系統的動態監控管理、故障報警、工況記錄、動作趨勢等功能。包括：  形象直觀的現場監控畫面。可對現場進行概貌顯示，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境。盡可能的采用動態形象畫面布置。  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、動態畫面等。  運行趨勢畫面。記錄現場動作的時間趨勢，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、前后執行的緊密性、現場動作的準確性；其邏輯關系構成較復雜、控制任務較多。即要實現對現場設備的控制，又要完成現場各種數字量、開關量的檢測與反饋。采用ABB AC800F現場總線系統開發的換火程序完全能滿足浮法玻璃生產工藝的要求，其系統性能優良、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，整個系統設計更加合理先進、可靠性高；并且節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，構成分布式測控系統，實現無人看管，提高生產管理水平。