基于Lonworks现场总线的回转窑分解炉控制系统设计_图文

1、电工技术杂志2002年第3期基于Lonworks现场总线的回转窑分解炉控制系统设计伍萍辉王迎旭廖智TP26(湖南工程学院411101摘要基于Lonworks现场总线技术,构建了一个水泥回转窑分解炉的分散式智能控制网络系统。对该控制系统的结构特征、控制策略等进行了探讨.并着重介绍了果用模糊控制算法的智能节点设计。关羹词现场总线控制系统Lonworks智能节点模糊控制1前言现场总线控制系统是由现场设备和监控计算机作为网络节点,通过与现场总线的网络通信而联接组成的控制系统。其最大特点在于它的控制单元在物理位置上可以与测量变送单元、操作执行单元合为一体.在现场构成完整的基本控制系统(即智能节点:又由于

2、它所具有的通信功能,可以与多个现场智能设备沟通并综合信息,因而便于构成多个变量参与的复杂控制系统与精确测量系统。Lonworks是美国Echelon公司于1993年推出的一种主要用于设备联网的局域操作网络技术。Lonworks技术的优势是将通信协议固化于神经元芯片中.并且提供一套完整的开发与建网工具LoM3uilder和NodeBuilder。这样,用户可以较少关心网络的通信,而集中于节点的具体应用开发。Lonworks技术极大地方便了用户,也促进了该技术的推广应用。本文介绍了一种基于Lonworks现场总线的回转窑分解炉控制系统设计方案。2整体方案设计一个基于Lonworks的分散式智能控制

3、网络在功能实现上分为两级,即现场总线级和上层监控、管理级。现场总线级的核心即为分布于设备现场的一个个智能节点,主要用于接收和处理来自传感器的输入数据、执行通信和控制任务以及控制执行器操作等。另一方面通过点对点、点对多点的通信,解决节点之间的信息传输,实现在分散基础上的融合。在现场智能节点的基础上,通过DDE服务器建立上层的监控应用,实现系统的监控、管理、维护以及与其他计算机系统之间的信息交互,从而实现控制信息和管理信息的集成,基于Lonworks的回转窑分解炉控制系统结构如图1所示。J查皇!里旦】j!宝堕旦JLainMDDErfLcn Inba蹬f fLvcks阿络暇务AP匝盘图1本系统包括9

4、个智能节点,它们执行的任务分别如下:智能节点l的任务是根据窑头罩负压自动词节冷却机的排风机阀门开度,以稳定窑头负压。智能节点2的任务是利用篦式冷却机一室下压力调整篦床冲程次数,以保持篦床上熟料层厚度均匀稳定。智能节点3的任务是按给定风量自动调节篦式冷却机一、二室鼓风机人口阀门开度。智能节点4的任务是根据冷却机排风温度,自动控制冷却机排风口附近的喷水量,以保持冷却机电收尘器的收尘效率。智能节点5的任务是根据分解炉出u的气体温度,调节喂煤机转速来自动调节分解炉的喂煤量,以稳定出炉气体温度和物料分解率:智能节点6的任务是根据系统主排风机进口负压,自动调节排风机转速。智能节点7的任务是根据增湿塔出口气

5、体温度,自动调节喷水量。智能节点8的任务是一,9一一电工技术杂志2002年第3期基于Lonworks现场总线的回转窑分解炉控制系统设计ZO.PZ,PS,PM,PB.隶属度函数如图3所不。根据气力提升泵所给定的松动风压值,自动调节双管喂料机的转速,以保持均衡喂料。智能节点9的任务是由红外线自动扫描测量装置自动记录回转炉燃烧带筒体的温度井进行超温报警.以监测简体表面温度分布,保护窑衬,实现安全运转。3智能节点设计Lonworks网络的智能节点是和物理上与之相联的1/(9设备交互作用。并在Lonworks网上使用LonTalk协议与其他节点相互通信的一类对象,是具有自治功能的自治节点。其完成IX3S

6、系统中由上层监控计算机完成的一部分控制功能,并可脱离上层计算机独立工作.具有数据采集、处理、设备控制以及通信等功能,实现低层设备的自治。下面以智能节点5为例,说明智能节点的设计方法。3.1智能节点结构设计本节点功能为采样分解炉出口的气体温度.经运算处理,输出控制量来调节喂煤机转速,以稳定出炉气体温度。本方案采用了神经元芯片,它是Lonworks的核心,其显著特点是:既能管理通信又具有I/0和控制功能,能够完成信息的输入、处理和输出.町通过不同的收发器与不同的通信介质相联接,方便地实现网络通信。本控制节点结构示意图如图2所示。到一蝌l髅图23.2控恻算法设计采用模糊控制,过程的动态响应品质优于常

7、规PID控制,并对过程参数的变化具有较强的适应性,因此,本节点采用了典型的模糊控制算法。模糊控制器的输入变量为分解炉温度偏差E 和温度偏差变化EC,输出变量为喂煤机的转速增量A。输入变量的论域为一50,50C,语言值为负大,负中,负小,负零,零,正零.正小,正中,正大,记作NB,NM,NS,NZ,一30一图3EC的论域为一25,25,语言值为负大,负小,零,正小.正大.记作jNB.NS.ZO,PS,PB,隶属度函数如图4所示。囝4输出变量”的论域为一15%,15%:,语言值为负大,负中,负小,零,正小.正中,正大,记作NB.NM,NS,ZO,PS,PM,PB:,值为15,一10,5,0,5,1

8、0,15;。其中,控制电动机转速的输出以百分数形式表示,即当电动机全速运行时,输出控制量为100,停止时为0。根据生产工艺和现场采样数据分析的结果以及操作人员的经验得出:增加喂煤机转速,分解炉温度升高,转速越高,则温度上升的速度越快。从而总结出本模糊控制器的控制规则如下表所示。襄模翱控钳规则_-_。-_-_-_-_。-_-_EN13MNNSNZZOPZ PS PM PBFrl.!=i!=L一一.NBPBPB PM PMPS PS ZO NSNS NS PBPM PMPS PSZ(ZONSNSZOPM PMPSPS7,0NS NSNM NMPSPMPM PS ZO ZO NS NSNMNBPBP

9、SPSZOZ(NSNMNM NBNB卒节点的输入、输出变量均可通过网络变量的形式进行传送,与其他智能节点沟通、综合信息构成多个变量参与的复杂控制系统,从而进一步提高系统性能。(下转第49页PLC糟/输出点数扩展方法电工技术杂志2002年第3期表示100个输出信号的状态,可市省多个输出点,具体梯形图从略。5结束语通过使用以上方法.町以大大提高I,1。(、输A/输出点的利用效率.节省PLC输入/输出点的实际使用数量,相对地缩小了PLC的体积,冉约了成本。参考文献1乇兆义小型可编程序控制器实用技术北京:机械工业出版社.19972干耀国一种节省PLC输出口的编码译码h法机电工程,1994(4辑行表示正

10、向起动.第二个逻辑行表示反向起动,第三个逻辑行表示总停止等等。对应图9的输入接线如图10所示,图中的二极管用来切断寄生信号。U图10对应图9的输入接线图在调整时,若操作人员同时按下s岛和sB8(或sB6和s岛,则会发出报警信号。为了避免这种情况的发生,专门设置r一个判别程序,利用T12的常闭触点禁止第5到第10逻辑行执行,保证错误信号无法执行。编程过程中可用TO到T1l 替代SBl到SB.o信号。同前所述,也可采用八个输出点组成BCD码,Methodfor PLC Inputs/Outputs ExpandingHuang YonghongWuZtu,丘,“H(Jiangsu Univerzi

11、ly of Science and TechnologyAbstract71his article mainly inlroducesSOlilenleThfds nr lL【inputs/outputs expanding from hardware and SOftwar_By l】ing this method.we callsavemputs/out:ts ald mt、n一、KeywordsPLCinputs/outputsexpal_】d收稿日期:200110299jj39jjP节。,9望3j,P审99,9j筻节肇3竖墼9望第审qPqPqP。啦暂砸暂8F酣q,%,审P(上接第30页

12、4刘宝坤.计算机过程控制系统北京:机械T业咂社.20014结束语分散式智能网络控制系统是过程控制技术、仪表工业技术和计算机网络技术三者的结合,它代表了工业控制体系结构发展的一种方向。本文介绍了个基于Lonworks现场总线技术的水泥回转窑分解炉控制系统,对其所构建的分散式智能控制网络系统的结构特征、控制策略等进行了探讨。参考文献1吴秋峰.自动化系统计算机网络.北京:机械工业出舨社,20012韩梅祥水泥工业热工设备及热工测量.武汉:武汉工业大学出版社,19903章卫国.模糊控制理论与应用西安:西北工业大学出版社,1999Design of the Contnd System forthe Dec

13、omposing Furnace of Rotary CementKjln BasedMLonworks FieldbusWuPinguiWangYing“(Hunan Institute of Enginccri州1Abstract Adistributed intelligentc(Il【rcI i1w、H-k、“1IbasedonLonworksfieldbuslechnoiogy”m、T II(cd“町.tll|J decomposingfurnace ofrotarycement kiln.I hisaIcr dis(L、pthestructurecharacteristic and

14、 contml stralegv,f tilef(lTnsystem.and describes the design of【1an n(一es。、lnlzzy control algorithm with emphasis Keywordsfiddbus contmsystelnI.onworksnI:T1t1(xfuzzy conlrol收穑El期:20011105 基于Lonworks现场总线的回转窑分解炉控制系统设计作者:伍萍辉, 王迎旭, 廖智作者单位:湖南工程学院,411101刊名: 电工技术杂志英文刊名:ELECTROTECHNICAL JOURNAL年,卷(期:2002,(3被

15、引用次数:1次参考文献(4条1.吴秋峰自动化系统计算机网络 20012.韩梅祥水泥工业热工设备及热工测量 19903.章卫国模糊控制理论与应用 19994.刘宝坤计算机过程控制系统 2001相似文献(10条1.期刊论文张云贵.Zhang Yungui LonWorks现场总线控制系统的软硬件全面解决方案-测控技术1999,18(5介绍了基于LonWorks现场总线技术的控制系统的软件及硬件解决方法,提出了对LonWorks节点图形化编程以及实现Infranet到Internet一体化的技术方案.2.学位论文刘志刚LONWORKS技术在电气化铁道监控系统中的应用研究2000随着计算机技术、控制理

16、论和通讯技术的不断发展,工业控制进一步得到了发展和完善,其结构也随之不断地改进以达到更好的控制效果,工业控制系统的结构经历了三个发展阶段,分别是:集中式计算机控制系统;集散式计算机控制系统(DCS;现场总线控制系统(FCS.现场总线控制系统实际是控制技术、仪表工业技术和网络技术三者结合的产物.人们相信FCS将取代传统的DCS,成为21世纪的开放式控制系统的标准.LONWORKS作为现场总线的一种,与其它现场总线相比,具有独特的优点,很好地实现了现场总线的思想.该文详细介绍了LONWORKS的整个体系,研究了它在电气化铁道监控系统应用的可行性,开发了几个基于LONWORKS的应用程序,最后利用简

17、单的电路模拟了RTU的功能.目前,LONWORKS技术已经应用于酿酒、建筑、工业自动化等方面,它在电气化铁道监控系统中的应用将为时不远.3.会议论文张云贵基于LONWORKS的现场总线控制系统EIC2000-LON的设计1999该文论述了如何以Lonworks为基础设计现场总线控制系统(FCS,并以EIC2000-LON的开发为例说明系统开发中所涉及的软硬件设计问题。4.学位论文林洁颖基于LONWORKS的FCS系统的应用研究2002现场总线控制系统FCS是针对传统的集散控制系统DCS存在的问题而提出,伴随计算机、网络通信和微电子技术的发展而发展起来的一种全分布式的开放系统,被称为第五代过程控

18、制体系结构.该文着重研究了基于LONWORKS的FCS系统,以及收它在智能小区集成控制系统中的应用所带来的不同网络间的数据交换的问题,包括:(1基于Neuron芯片的LONWORKS节点的设计;(2基于LONWORKS的FCS系统的设计、建构、管理和监控;(3LON网络与485网络间的数据交换技术.针对目前的硬件条件,该文深入分析了设计的基本原理,并详细介绍了基于LONWORKS的FCS系统的设计过程.同时为了促进FCS技术的推广,该文还提出了一些独特的方法和观点.5.期刊论文金敏.沈德耀.周翔面向Agent生命周期法的L0nW0rks现场总线控制系统产品CS2000设计与实现-小型微型计算机

19、系统2001,22(11针对现有LonWorks产品只提供Neuron C指令语言编程环境的缺陷,设计开发研制成功一套提供可视化图形控制组态软件平台的LonWorks现场总线控制系统产品CS2000.文中给出了该系统产品研制过程中采用的面向Agent生命周期法的技术路线,说明了系统分析与设计的实施步骤,并具体阐述了硬件节点和控制组态软件平台的关键实现技术.该系统产品目前已成功应用于楼宇自动化和工业自动化的工程项目中,具有产业化价值.6.学位论文李涛基于LonWorks技术的铁路水电企业Intranet的应用研究2001该文论述了基于LonWorks技术的铁路水电企业Intranet的应用研究.

20、首先对现场总线控制系统(FCS和集散控制系统(DCS作了比较,随后对适宜于铁路水电企业进行现场控制的LonWorks技术及开发应用作了介绍,并将其付之实践.讲述了基于LonWorks的铁路给水监控系统的开发,重点说明在RTU端设备中LON接口的使用和软件设计.根据企业Intranet建设高潮迭起的趋势,论文讲述了企业内部互联网建设的相关知识,并提出了基于LonWorks的铁路水电企业Intranet的构成,最后通过平凉铁路给水监控系统对上述理论进行了工程实践.7.期刊论文刘磊.吴敏.楼俊君LonWorks现场总线控制系统的组态监控平台设计与应用-基础自动化2001,8(4组态监控平台是LonWorks现场总线控制系统的一个重要组成部分.在此介绍了一个LonWorks现场总线控制系统的组态监控平台,它由控制组态平台和监视组态平台两部分组成,完成控制组态和监视组态功能.通过在LonWorks现场总线控制系统CS2000中的实际应用,说明了该组态监控平台的主要功能.8.期刊论文王洋.王宁会LonWorks在电除尘器实验系统中的应用-仪器仪表学报2001,22(z2本文论述了Lonworks现场总线在火电厂电除尘器实验系统中的应用.该系统以研究电除尘器稳态工作的条件为目的,要求完成对现场所有设备的监控、