[b 引言[/b] 石油勘探開發(fā)事業(yè)的發(fā)展，開發(fā)海域逐漸由淺海向深海延伸，導管架、海上平臺也向著高、大、重的方向發(fā)展。海上作業(yè)所需的水泥漿量也越來越大，對水泥漿質(zhì)量的要求也在不斷提高。采用PLC對水泥漿生產(chǎn)過程進行控制，實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的自動化，能夠提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本和工人的勞動強度。 高度自動化設備，包括水泥、水、添加劑等按照一定的配比自動進料，攪拌，灌漿等幾部分。攪拌好的水泥漿儲存在攪拌器中，攪拌器的雙層葉片不停的攪拌，防止在灌漿過程中水泥漿凝固，泥漿泵把攪拌器中的水泥漿壓出灌漿機。系統(tǒng)的工藝流程如圖l。 圖1 系統(tǒng)工藝流程圖 2 系統(tǒng)控制方案 水泥灌漿機自動控制系統(tǒng)由可編程控制器（西門子S7-300）、人機界面（HMI，西門子TP27-10）、料位傳感器和稱重傳感器等幾部分組成。控制系統(tǒng)框圖見圖2。 圖2 系統(tǒng)控制框圖 控制核心是西門子的S7-312CPU和數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸入模塊以及數(shù)字量輸出模塊組成，并配有EEPROM存儲卡使PLC程序可以掉電保護。完成開關量、模擬量輸入、數(shù)據(jù)檢測、邏輯運算和過程控制，實現(xiàn)水泥漿生產(chǎn)過程自動控制。所有的設備輸入輸出信號直接進入PLC，由PLC來進行控制。 2.1 控制內(nèi)容 （1） 輸入部分 l 四個水泥料位傳感器; l 混煉器排除閥的行程開關; l 手動、自動操作切換開關; l 9個電機的手動啟動和停止按鈕; l 三套稱重傳感器輸出信號4～20mA; l 電極測量傳感器輸出信號（水罐、添加劑罐、攪拌器高低各兩個）; l 測燈按鈕; l 其它輸入信號等。 （2） 輸出部分 l 9個電機的啟動和停止指示燈; l 9個電機的輸出控制信號; l 三個料斗的入料電磁閥，雙動控制; l 三個料斗的出料電磁閥; l 添加劑排料槽控制; l 混煉器的出料氣動閘閥控制; l 報警指示、警鈴信號; l 空氣吹掃電磁閥; l 水泥料斗振動器; l 其它輸出信號等。 2.2 人機界面 人機界面用帶有RS-485通訊接口的西門子TP27-10觸摸屏。HMI程序由運行監(jiān)控、操作界面、參數(shù)設定、物料管理、及各種統(tǒng)計報表打印等模塊組成。采用全部漢化用戶界面。具有界面友好、操作簡單、功能強大等特點。其中HMI主界面見圖3。 圖3 HMI主界面 通過運行監(jiān)控界面用戶可以在觸摸屏屏幕上直觀的看到現(xiàn)場的生產(chǎn)運行情況。把電器柜所有轉(zhuǎn)換開關置為PLC，系統(tǒng)得電后，在界面上選擇PLC自動，通過點擊屏幕上的“啟動”按紐來啟動系統(tǒng)，進入自動運行。屏幕上將動態(tài)顯示各料斗中的配料量和其他設備如:混煉器、攪拌器、電機、各閥門的運行情況。 （1） 操作界面:當選擇PLC手動時，就可以在操作界面對系統(tǒng)中的各個設備進行單獨控制，在檢測、調(diào)試和緊急情況下使用。 （2） 參數(shù)設定:參數(shù)設定界面主要目的是方便對系統(tǒng)運行過程的一些重要參數(shù)進行修改。包括配料參數(shù)的設定，攪拌參數(shù)設定等。 （3） 物料管理:管理物料進料和進行物料用量統(tǒng)計。 （4） 統(tǒng)計報表打印:方便用戶對運行過程中的歸檔數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)記錄、配料詳細記錄和物料消耗情況進行打印輸出。 我們還充分利用西門子軟件靈活多樣、豐富的指令，設計出了模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序，使得程序具有良好的可讀性、可維護性。 3 物料傳送控制 傳動部分包括水平螺旋傳送、垂直螺旋傳送、緩沖罐、計量斗、混煉器、攪拌器和泥漿泵等組成。系統(tǒng)運行以后，水平螺旋和垂直螺旋將水泥傳送到水泥緩沖罐，水泵將外界淡水送到水緩沖罐, 添加劑泵將各種添加劑傳送到添加劑緩沖罐。PLC采集稱重傳感器數(shù)據(jù)，控制各緩沖罐出口閥做相應的動作。各計量斗秤值重量達到預先設定值，計量斗出口閥打開，在混煉器攪拌45s以后, 打開漿液閥，泥漿進入攪拌器。通過泥漿泵將泥漿輸送到外界供現(xiàn)場使用。 為了使水泥在混煉器中攪拌均勻，減少灰塵，程序中設定水計量斗中的淡水排放完畢，然后打開水泥計量斗出口閥門。因為水泥是粉塵狀顆粒，容易黏附在一起，因此，在水泥計量斗側(cè)壁安裝有振動器。 4 物料稱重配料控制 該部份由稱重傳感器、電磁閥、料位傳感器、行程開關等組成。輸入量模塊采集現(xiàn)場信號，傳送到CPU模塊進行計算處理，然后通過輸出模塊輸出信號，控制現(xiàn)場各種開關、電磁閥和電機等。 根據(jù)原料配比不同，添加劑稱重傳感器最大量程150kg，水稱重傳感器量程3t，水泥稱重傳感器量程6t。稱重傳感器將配料重量轉(zhuǎn)換成（4～20）mA的電流信號，經(jīng)PLC的模擬量輸入模塊進行A／D轉(zhuǎn)換后輸送到CPU與預先給定的重量進行比較，CPU按照給定的控制規(guī)律進行計算，然后發(fā)出控制信號控制各種配料嚴格按比例送入混煉器中攪拌。 在稱重配料的過程中，機械裝置運行時的波動，比如氣動電磁閥氣缸的壓力波動，造成給料裝置的動作滯后:物料下落的沖擊力;配料系統(tǒng)發(fā)出關閉信號后原料的過沖量（空中余量），因物料料流的不穩(wěn)定導致過沖量的隨機變化（最為關鍵的因素）。這些因素造成了稱重配料誤差。 為了減小稱重配料誤差，系統(tǒng)把稱重過程分為粗稱和精稱兩個階段。在緩沖罐出口安裝兩個氣缸串聯(lián)。在粗稱階段，緩沖罐出口的兩個氣缸全部打開，縮短給料時間。當給料量達到設定量的90％，進入精稱階段，此時，關閉90％的緩沖罐出口氣缸，小量給料以提高稱量精度。系統(tǒng)中的機械結(jié)構(gòu)、稱重傳感器、模擬量輸入模塊等環(huán)節(jié)都存在一定的誤差，最終反映為作用于傳感器的實際值與觸摸屏顯示值之間的誤差，這個差值我們稱之為系統(tǒng)的非線性誤差。這一誤差可以通過函數(shù)校正的方式來消除。假設作用傳感器的力為F（i），對應的顯示值為M（i），由數(shù)組F（i）和M（i）的擬合，可以得到一個校正函數(shù):F=f（m） 由于系統(tǒng)誤差是各個環(huán)節(jié)共同作用的結(jié)果，因此校正函數(shù)一般有多個拐點，為了保證測量精度，本系統(tǒng)中采用分段最小二乘拋物線法來分別求出各段的擬合多項式:F=a+bm +cm2 5 結(jié)束語 該系統(tǒng)采用可靠性高、抗干擾能力強的可編程控制器和觸摸屏，可以實現(xiàn)PLC自動/手動和手動三種配料功能。當自動系統(tǒng)有故障時，可切換至手動方式配料，繼續(xù)生產(chǎn)水泥漿，保證用戶生產(chǎn)的連續(xù)性，減少損失。觸摸屏編程為圖形化操作，可以動態(tài)顯示當前配、卸料等生產(chǎn)狀態(tài)，簡單直觀，操作方便?？梢源鎯崟r生產(chǎn)數(shù)據(jù)，讀取歷史數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)打印。二次計量進料方法，使整個自動化攪拌系統(tǒng)精度得到了提高。水泥攪拌自動控制系統(tǒng)的研制成功改變了以前依靠進口設備的狀況，大大降低了生產(chǎn)費用、提高了生產(chǎn)效率和系統(tǒng)的可靠性。