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采集系统案例
储油罐压力和温度监测系统
概述
对一个储油设备来说,连续的压力和温度监测十分重要。
操作员必需能够从中央控制室综合监测和调节每个油泵的进口和出口压力,操作员也必需在运行期间监测油泵的主轴温度以防止主轴过热,保护整个系统处在较高的安全水平上。
除了对压力和温度进行监测外,在温度和压力偏离可接收的范围时,系统必需发送信号通知操作员采取纠正措施。
系统要求
亚洲石油公司拥有的一家储油站需要安装监测系统。
客户希望系统能够一直对储油站的输油泵进行连续的状态监测,监测参数包括油泵进口和出口的压力以及油泵的主轴温度。
当CCR(中央控制室)需要对数据进行分析以及越界状态触发报警时,必需能够利用这些数据。
系统体系结构
研华和系统集成商设计了一个监控系统,完全满足客户的要求。
系统围绕一个包括ADAM-5000/485分布式数据采集和控制系统的RS-485网络来设计,所有模块都连接到控制室的电脑上。
每个ADAM-5000/485系统包含多达四个ADAM-5000输入输出模块,许多模块具有多种功能,大多数模块的输入输出范围可以进行远程设置。
系统集成商选择ADAM-5017模拟量输入输出模块(设置它的远程可配置范围为4-20mA)来处理来自遍布储油站的压力发送机和压力差发送机的信号。
经过ADAM-5017处理的信号把每个油泵入口或进口的压力或者每个油料过滤器的压力差提供给控制室的设备操作员。
选择ADAM-5018处理油泵主轴温度的测量信号。
选择ADAM-5060继电器输出模块在温度或压力读数超出可接受的范围时触发控制室中的警报。
每个ADAM-5000模块插在ADAM-5000/485系统的扩展槽中,通过RS-485网络与控制室的电脑通信。
RS-485多点网络可以进行比较快速的远距离通信,是使用最广的工业现场总线。
结论
控制室的电脑运行研华的VisiDAQ3.1软件作为它的MMI包,为使用研华产品进行设计提供了一个功能强大、易于配置的界面。
由于整个系统基于标准电脑体系结构,使得在选择其它供应商的产品进行扩展时可以容易地连接,使客户保持很大的灵活性。
低成本DCS在水泥厂过程自动化的应用
近年来随着计算机技术的发展,计算机技术在水泥工业生产过程中被广泛使用,目前我国新建或改造的大中型水泥生产线很多采用了DCS系统,但还有很多中小规模的水泥企业仍处于自动化水平相对滞后的阶段,仍使用传统仪表甚至靠人工进行监控.这对提高产品质量和产量,节能降耗,加强企业竞争力来说都是不利因素,而大型的DCS系统的成本相对较高,一般企业技改也无法接受。
针对这些问题,我们开发设计了一套低成本DCS系统,并在我公司实施。
由于我公司的现场环境恶劣,除高温、多尘外,还大量使用变频器,使得电磁干扰比较严重,而且在水泥生产过程中,工艺检测点很分散,布线成本和工作强度均很大,因此,本着高性能价格比的原则,经过考察选型,我们选用了深圳威达公司的牛顿7000系列远端数据模块和工业计算机以及相应的I/O设备来完成。
图1水泥厂生产过程自动化系统构成
一、系统构成
如图1所示,系统按水泥生产工艺过程要求分为5大功能子系统。
1、生料磨监控管理系统:
2、立窑煅烧过程监控管理系统:
3、水泥磨监控管理系统。
4、转窑监控管理系统
5、全厂配电设备运行、用电监控管理系统
其中生料磨子系统和水泥磨子系统均能实现全线自动开
停机及对磨机的轴承供油系统和主设备的温度、电流进行
监控管理。
并根据各参数变化进行优化计算和调节。
立窑子系统包括立窑生产线的设备开停监测,生料自动加水成球、偏火自动校正、立窑煅烧过程智能控制等。
转窑子系统实现湿法磨、煤磨的联锁控制,同时,使转窑生产线的设备、产量、能耗均处于监控状态,并部分实
现自动控制。
配电子系统主要监测全厂各配电房的变压器和各大主机的运行情况并记录。
各子系统均通过Ethernet与公司现有的管理网络联接,将数据整理后放在网上供公司管理部门调用。
二、子系统构成
为简明起见,我们仅以立窑系统为例做介绍。
1、立窑子系统原理
如图2所示,立窑子系统共分车间管理级、车间中控室]车间现场级三层。
他们之间通过RS-485中线连接,牛顿
-7018、牛顿-7018、牛顿-7033、牛顿-7050、牛顿-7021、牛顿-7041等模块负责对立窑系统个工艺参数进行采集。
生料成球自动控制器由嵌入式控制模块牛顿-7188、TOUCH200人机界面和牛顿-7016、牛顿-7080、牛顿-7021等
数据I/O模块、应变计、流量传感器和变频器组成,通过料水跟踪、调节,使成球保持在一个稳定的范围内。
熟料自动计量控制器牛顿-7188和牛顿-7016模块、应变计、SRR组成,根据出窑熟料的流量值计算出窑的台时产
量。
在中控室,我们利用了牛顿-7188的多串口的特点,将它作为IPC工控机与现场级之间的数据缓冲。
这样可同时有2-3台IPC工控机工作,均可干预控制或对系统作参数调整。
车间控制室的IPC主要完成整个系统数据的优化计算、显示、自动分析、存储和控制策略等功能,中控室人员可根据这些信息和实际情况作出调整指令,并由IPC发送到下位输出模块控制执行机构动作。
车间管理级的IPC对数据进行计算、显示、分析和存储,并根据考核要求计算出每个工艺参
数的控制合格率,以作为计奖的依据。
2、系统软件:
由于系统的要求复杂,既要求有良好的人机
界面,又要能实时监测控制,所以我们在IPC上
用VisuaalBasic5.0forWindows来编写控制软
件,软件有系统管理模块、工艺流程图模拟显示
模块、仪表屏模拟显示模块、数据库管理模块、
数据通讯模块、控制算法模块等,我们在编程过
图2立窑子系统原理图
程中大量使用ActiveX控件技术,使得开发周期大大缩短。
在牛顿-7188上我们利用威达公司提供的库文件,用
QuickBasic编写程序,只需用约200KB的空间就可完成
控制功能,软件主要包括数据处理和数据通讯两大功能模块。
其中生料成球系统还有控制TOUCH200完成人机对
话的功能模块。
3、运行效果和经验
98年初在第一条生产线上安装使用,经过对系统完善,到99年已经在5条生产线上使用了此系统,成球合格率得以
提高,进出窑的物料趋于平衡,保证了立窑热工制度的稳定,使熟料产、质量大为提高。
基本上没有出现故障,而且我们将硬盘更换为威达公司`的大容量IDEFLASH电子硬盘,解决了硬盘不能适应恶劣
环境和频繁读写的问题。
三、结束语:
由于牛顿7000系列模块采用RS-485方式通讯,可远距离通信,系统所有模块只需用一条通讯线即可联结,其具有的
高通讯速率、高采样分辩率、智能化、光电隔离,强抗干扰和双看门狗设计,使系统的可靠性强,数据高速I/O成为可
能,软件开发也比较容易。
而且主机使用RS-232通讯口与网络连接,基本上任何一台有RS-232通讯口的计算机都可使用
此网络,使设备的互换性好,维护人员的工作难度和工作量也很小。
加上牛顿通讯模块所特有的自适应功能和牛顿-7188
的多串行口设计,使原有的带通讯功能的设备(如变频器、智能仪表等)都可挂在网上,减少了设备的投资成本。
因此,在立窑系统完成后,我们相继在其他子系统也大量采用牛顿模块组网,满足了生产工艺要求和高性能价格比的
原则,也使我公司的自动化控制和管理水平上了一个新台阶。
轮胎厂基于ADAM的硫化控制应用
概述
汽车和卡车的硫化橡胶轮胎采用硫来进行处理可以使其耐磨耐用。
对一家轮胎制造厂来说,必需合理控制加工轮胎时硫的加入时间和加入量,因此需要计算机化的设备控制系统来密切监测加工过程。
许多轮胎制造商正在建造计算机化的控制系统以提高轮胎性能,增加工厂产量。
研华与系统集成商密切合作,开发了用于橡胶工业的硫化控制设备应用系统。
系统提供对硫化过程经济可靠的监测。
系统要求
对橡胶进行硫化需要完成3个主要的步骤:
1.向轮胎充满空气
2.用硫处理橡胶
3.冷却橡胶
向轮胎充气和冷却轮胎通过控制带有螺旋阀的风扇来进行。
通过PID控制环保持硫化过程的恒定温度。
监测系统要求对下列参数进行测量:
建模状态测量、自动/手工状态转换测量、入口和出口压力、蒸汽温度、入口水温、冷却水温度以及其它参数。
系统体系结构
系统集成商采用研华的工业电脑机箱和ADAM数据采集模块设计了一个PC-based控制系统。
研华IPC-610工业电脑机箱作为控制服务器通过一个MMI监测所有输入信号。
我们的ADAM模块对测量到的信号进行信号调理并把它们通过RS-485多点网络传送给电脑服务器。
ADAM-4013传送来自RTD传感器的蒸汽和冷却水温信息,提供橡胶处理模块所需的入口/出口温度。
ADAM-4021与一个I/P转换器相连接来控制气动阀。
ADAM-4050传送来自硫化控制设备的数字量输入输出信号以监测过程状态。
ADAM-4060充当继电器控制模块来控制硫化控制设备的螺旋阀。
结论
系统软件采用TurboC语言来编写,运行可靠。
有关详细信息,请参考下列系统体系结构框图
无线水位监控系统
概述
目前对河流水位的管理和洪水的控制主要在泵站进行监测。
在每个泵站定期收集数据,管理人员使用这些数据制定河水控制决策。
泵站沿河流或水路按一定间隔建造。
传统的数据收集方法包括让经过培训的人员在每个泵站测量和记录水位读数。
这种方法劳动力成本高,而且受人为因素的影响。
而且也因选择的时间没有规律而受到影响。
管理人员需要在每个泵站建立一个自动监测系统,这样既可以节约成本也可以无延迟或以较短延迟来获取数据。
他们请求研华帮助设计一个解决方案。
系统要求
每个泵站必需能够监测水位和控制水泵速度,决定闸门的开放与关闭。
在每个泵站收集到的数据必需传送到中央控制室。
中央控制室必需能够访问收集到的数据,以便负责的工程师可以进行分析和决策。
中央控制室必须能够将管理人员的命令发送给每个泵站。
系统必须易于安装,而且可靠。
水利管理局决策的错误可能造成生命损失和洪水泛滥。
系统体系结构
研华解决方案的关键是无线通信。
使用ADAM-4550无线调制解调器模块,研华可以在每个泵站与中央控制室之间提供2.4GHz的无线通信连接。
由于广泛分布的泵站覆盖了广大区域,因此无线连接大大减少了电缆成本以及由此而来的有关问题,同时增加了通信连接的可靠性。
如果选择更长距离的天线,可以增加ADAM-4550的通信范围。
研华的解决方案也将ADAM-4012模拟量输入模块用于监测水位的传感器和泵站电脑之间的数据连接。
水泵的控制使用ADAM-4060继电器输出模块。
闸门的开放与关闭由ADAM-4050数字量输入输出模块来控制。
所有这些信号通过RS-485网络传送,在经过ADAM-4520RS232/422/485转换器将其转换成RS-232信号之后送入到本地电脑。
结论
与那些采用有线设计方案设计的泵站相比,研华的设计方案大大减少了安装和配线成本,而且增加了可靠性。
研华系统消除了传统数据收集方式中的人为错误。
由于研华的设计在现场运行良好,水利管理局的管理人员计划在全国范围内实施这一设计。
火力发电厂电力设备监控系统
概述
捷克共和国有一座为某县所拥有的火力发电厂,产生3MW的功率供该县使用,它使用一台蒸汽驱动的涡轮机带动一台发电机发电。
对电厂来说,保护蒸汽驱动的涡轮机非常重要,涡轮机带动发电机,并且十分巨大、成本很高,重修或更换都需要很长的周期。
系统要求
电厂根据一个电子数据采集和控制系统来监视和控制电厂的发电设备,包括蒸汽涡轮机。
涡轮机房的监视和控制环境相当复杂,包括温度、压力、振动和噪声。
如果要求发电机能够有效的运行并且受到良好的保护,必需对这些和其它物理因素进行监视,对重大情况做出迅速的响应。
对于嵌入式报警功能需要加以特别考虑,它自动地对威胁蒸汽涡轮机的变化做出响应。
快速响应时间意味着危险情况与造成涡轮机损失之间的不同。
由于业主不能提供价格昂贵的可编程逻辑控制器(PLC),系统集成人员需要寻找非专用的替代品以达到要求的关键任务性能。
系统体系结构
系统集成人员选择研华ADAM-4000模块和电厂的计算机控制系统(FUTURE)一起使用。
ADAM-4000模块对来自不同压力、温度、转速和振动传感器的信号进行信号调理。
除了ADAM模块,FUTURE也接收来自特殊的无故障控制器的信号,它监视和控制少量与蒸汽涡轮机有关的关键过程值。
ADAM-4000模块安装在所监视设备背面的金属架上,主要用来监视和控制电厂的其它过程。
他们通过一个RS-485多点网路与控制室的中央电脑进行通信。
中央电脑由一个工业机箱、一个研华PCA-6147All-In-OneCPU卡和其它外围设备组成。
UPS备份系统在不需要外界电源的情况下可以使计算机和ADAM-4000网络运行30分钟。
系统应用软件由一家当地公司开发。
涡轮机保护系统基于继电器逻辑,能够自动运行。
利用ADAM模块的嵌入式报警功能,设计的系统可以评估重要数据信号,并根据情况的要求执行紧急关机。
结论
通过利用ADAM-4000系列嵌入式报警功能和使用RS-485网络,系统集成人员能够为发电厂建造一个可靠的、成本划算的监视、控制和保护系统。
鱼类养殖场水质监测
概述
鱼虾养殖场和渔场的所有者需要对他们的鱼场进行监测以保持良好的水质。
马来西亚一所著名的大学开展了一项研究项目,开发新型的、更为有效的系统来监视和控制鱼类养殖场和渔场的水质状况。
他们使用研华ADAM系列模块开发了一个工作系统。
系统要求
有三个关键的因素影响鱼场的水质:
水中溶解的含氧量、水的酸度和水的温度。
在该应用中,使用合适的传感器来收集测量这三个参数得到的数据,然后传送到30米之外实验室中的控制电脑。
电脑中的软件评估数据,并且发出指令对偏离要求值的情况做出响应。
该应用的另一个重要因素是使用的所有设备的湿度阻抗,因为离水太近。
系统体系结构
在该应用中,水的温度用热电偶来测量。
热电偶与一个研华ADAM-4011模拟量输入输出模块相连接,它把热电偶的读数转换成数字ASCII信号输出。
这些输出信号通过多点RS-485网络传送到主机电脑。
电脑把输入的温度和一组利用VisiDAQ3.1软件预先设定的温度极限进行比较。
当读数超出可接受的范围(10°~35°)时,电脑发送ASCII指令给研华继电器输出模块(ADAM-4060)打开或关闭加热器,使水温回到可接受的值。
传感器读取溶解的氧含量和pH值,产生mV信号。
这些传感器连接研华ADAM-4011和ADAM-4012模拟量输入模块。
ADAM模块把接收自这些传感器的数值转换成数字工程单位信号,然后通过RS-485网络传送到主机。
电脑把数据读数和预先设定的pH值和氧含量极限进行比较,如果输入值超出可接受范围,电脑将通知操作员换水使氧含量和pH值回到合适的水平。
结论
该系统使用ADAM模块能够有效地控制鱼虾养殖场的水质。
也能够通过VisiDAQ3.1软件生成水质的历史记录以备分析。
油泵站监测系统
概述
一家国有油料公司综合采用研华的ADAM数据采集模块、基于Windows的VisiDAQ3.1人机界面软件以及超薄电脑来建造它们新型油泵站的SCADA系统。
CPC使用研华的VisiDAQ3.1软件,该软件运行在一台装有Windows95的PPC-102上。
一个RS-485网络把有关油泵站状态的信息传送到超薄电脑工作站。
系统要求
这家油料公司需要一个功能强大的SCADA系统。
它可以进行高速远距离的传输。
油泵站经理要求系统能够监测和报告油泵站发生的事故。
系统应能在事故发生时全面报警并通知管理人员。
必需容易使用和维护。
系统体系结构
七个RTD输入模块(ADAM-4013)、一个模拟量输入模块(ADAM-4017)和一个数字量输入输出模块(ADAM-4050)通过RS-485网络与运行在超薄电脑(PPC-102)上的VisiDAQ3.1进行通信。
系统对油泵站的运行状态进行集中监测,监测的状态包括油泵轴承温度、油泵压力和油料温度。
监测结果以数字和颜色的形式显示,操作员可以直观地看到油泵的状态。
超薄电脑触摸屏使得操作员只需要简单地触摸屏幕上的图标就能够选择和输入参数、观察实时趋势并可以生成所有总结报表。
所有的数据被归档输出,以备将来用Excel做进一步的分析。
结论
监测系统已经在高效地运行着。
公司对此系统十分满意,它们计划在其所有的油泵站采用该系统,并且打算通过Internet把这些系统连接起来以提供对全公司的监测和数据访问。
水处理厂分布式数据采集和控制
概述
随着全球工业的发展,环境保护变得越来越重要。
在许多制造工厂中,必须对环境进行监视。
最近,在中国大陆,位于北京的一个水处理厂为其分布式数据采集和控制系统选用了ADAM-5510。
ADAM-5510优异的性能/价格比无疑是赢得这个合同的关键因素。
系统要求
废水处理厂有四个CAS(碳吸收系统)反应池、一个水处理设备车间和一个中央控制室。
由于废水处理过程环境恶劣、工业要求复杂,传统的继电器控制不能满足系统的要求。
因此采用基于PC的分布式数据采集和控制系统提供实时监视。
选择该系统有助于工厂管理人员监视工厂运行状况,达到他们最佳的控制目标。
系统监视工厂所有的设备状态、过程状态和控制参数
系统体系结构
分布式数据采集和控制系统包括一个中央控制器、一个仿真板以及六套智能现场控制器。
每个现场控制器连接一个本地显示器,显示器可以在本地进行设置。
系统通信基于一个隔离双绞线RS-485网络。
通讯速率为9600bps。
系统体系结构如下所述:
a)中央控制器
选择一个带有PCA-6151CPU卡的研华IPC-610作为系统的中央控制器。
PCA-6151的特点是带有一个看门狗定时器,可以在硬件或软件发生故障时自动重新启动微处理器。
该特点减少了系统维护,增加了系统的稳定性。
选择研华的VisiDAQ3.1软件作为系统人机界面。
VisiDAQ3.1既容易使用,又具有VisualBasic强大的编程功能。
它使系统设计者能够容易地开发简单或复杂的数据采集和控制系统。
b)智能现场控制器
选择ADAM-5510系统作为现场控制器。
这些系统设计为可以独立执行许多数据采集和控制功能。
它们的工业级特性和抗电子噪声干扰的特性使其成为绝佳的选择。
每个ADAM-5510包括一个ADAM-505116通道数字输入模块、两个ADAM-50606通道继电器输出模块和一个ADAM-50178通道模拟量输入模块。
每个ADAM-5510的控制逻辑在PC上用C语言编写,然后下载到ADAM-5510的ROM-DOS中。
c)系统通信
在该应用中,每个ADAM-5510通过它的COM1端口用RS-232电缆连接到一个本地带有屏幕的8031单板计算机。
COM2通过RS-485网络连接到中央控制器和模仿板。
结论
基于ADAM的系统既可以执行废水处理厂的数据采集和控制任务,也可以集中信息以供工厂管理人员利用。
分布式设计结构体系将增强系统的可靠性和可维护性。
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