0 引言
隨著水泥生產裝置和技術的不斷發展，90年代以來新建的乾法水泥生產線幾乎全都採用了計算機技術。其中以**集中控制系統和dcs集散控制系統為主。
本公司2023年籌建700t/d新型乾法生產線初期，對國內外應用現狀認真分析後，兼顧公司受資金制約、無力承受引進成套系統軟體的實際情況，考慮採用生產指導系統方式對迴轉窯工藝引數進行採集和實時監測。基於多**資訊處理手段和專家系統的推理判斷方法，向生產人員顯示整個生產過程中資訊的同時，以語音、影象、文字等多種表達形式，使操作者及時獲取迴轉窯生產線上各關鍵部位的實時工況。並提出相應的生產操作方法，指導工人生產。
這種將計算機的生產指導功能和操作者的主觀能動性結合起來的應用方式，可以克服常規操作中靠人工觀察窯內工況，操作者憑經驗進行操作控制等不足，使之達到統一操作方法、穩定熱工制度，進而穩產、高產的目的。同時又可避免大部分自動控制廠家常遇到的因檢測元件失準、執行機構故障以及計算機判斷失誤等因素造成的誤操作。
1 系統簡介
本公司方案為「資料採集—監測管理—生產指導」**計算機組成的分布式系統。下位機選用std工控機和bitbus網路系統。其電氣介面採用平衡傳送的rs-485標準，傳輸介質為雙絞線。
中位機和上位機選用intel工業pc。投運三年來，系統工作正常。能在多**計算機支援下，對由普通工業攝象機獲取的窯內物料燒成反應等資訊，通過圖象處理技術，模擬人工觀察看火方法，得到諸如燒成帶溫度分布等表徵窯內工況的特徵量。
綜合水泥迴轉窯常規工藝引數、經驗資料、工人和專家操作經驗以及實時採集的過程訊號，建立起實時專家系統。能通過**、聲音等**顯示窯內工況，並及時提出生產指導建議。bitbus網路與ipc工控機組成的生產過程監測系統，具有抗干擾性能好、多級計算機間通訊能力強等優點。
並解決了生產過程中大量資訊的採集、處理、存貯、傳送、顯示、報警等問題。成為一套投資省、故障少、使用方便、實用性強的計算機資料檢測處理和生產指導系統，基本實現了預期目標。
根據生產線各監測點實際分布情況，我們將三套資料採集器分別布置在工藝引數監測點相對集中的窯尾、煤磨和窯頭控制室內，組成三個各自獨立的從站。每個從站處理資料能力為32路，總資料處理量可達128路。
由於受傳統操作方法影響，生產工人長期以來習慣於觀察儀錶盤進行操作。因而在系統設計初期，要求生產線上各重要的溫度、壓力、流量、轉速、負荷等引數監測都置有單獨的儀表顯示。來自感測元件、變送器的訊號必須先進入數顯儀表後再接至下位機進行資料採集。
儀錶盤僅顯示瞬間示值，計算機螢幕除有定時重新整理、自動翻頁、巡檢顯示工藝引數等功能外，還貯有儲存量高達數月的原始資料，便於生產管理者和操作人員隨時分析窯況，查詢各種引數的動態變化趨勢，並為不斷修正生產指導系統軟體和檢驗操作方法提供依據。鑑於計算機與顯示儀表合用一套感測變送元件，同時各檢測點到資料採集下位機及中、下位機之間距離較遠，容易導致生產現場的各種電磁干擾對系統執行可靠性構成威脅。
2 抗干擾措施
微機系統的可靠性是由多種因素決定的，而系統的抗干擾性能是其重要指標之一。習慣上我們把對電測系統或儀器的測量結果起影響作用的各種外部或內部的無用訊號稱為干擾。干擾的影響，輕則降低訊號的質量，重則破壞電路的正常功能，造成邏輯關係混亂，控制失靈。
理論和實踐證明，產生電磁干擾必須滿足干擾源、傳輸途徑和對干擾敏感的接收電路三者同時存在的條件。如果三者中有任意乙個條件無法得到滿足，干擾也就不復條件，因而抑制或消除干擾的措施就是設法破壞其中的乙個或幾個干擾生成的基本條件。通常採取的方法不外乎抑制雜訊源，直接消除干擾產生的原因;切斷電磁干擾的傳遞途徑，消除干擾源與受擾裝置之間的干擾耦合;加強受擾裝置抵抗電磁干擾的能力，降低其對干擾的敏感度。
提高裝置的抗干擾能力必須從設計階段開始，並貫穿在製作、除錯和執行維護的全過程中。在系統設計與實驗室研究階段，我們曾對**計算機系統的構成、bitbus網路的聯接以及彼此之間的通訊進行了反覆論證與實驗。除試圖研製一套有通用性並適用於生產過程監測和資料處理的軟硬體外，對現場裝置的抗干擾措施也作了認真的研究與分析，制定了盡可能完善的方案。
2.1 合理選用系統底板，降低機內雜訊與干擾
在std工控機應用系統設計中，為加快研製開發速度，提高效能指標，增強可靠性，往往選用標準模板按「總體設計—模組選擇—積木式組裝—分調—總調—現場執行」的模式進行。
std匯流排底板(母板)的功能是把系統內各功能模板間的資料線、位址線、控制線互相連線，並通過底板上的電源線(面)為各功能模板提供系統電源。理論上要求盡可能降低匯流排底板阻抗，使高頻脈衝訊號通過時不致產生失真。底板匯流排上訊號的任何失真都被視為雜訊干擾。
本系統選用高效能的四層std匯流排底板，這種新型底板將中間兩層印刷電路面分別用作大面積的電源面和地線面。同時底板上各訊號線之間也用地線進行隔離以降低線間分布電容引起的串擾。並且採用多點與內層地線面相連線的技術。
同時主機板上需用電源的匯流排插座都可以就近與電源面及地線面連線，從而縮短了連線長度並降低了阻抗及電壓降。該主機板訊號線的特徵阻抗值已與匯流排驅動器的輸出阻抗值相接近，使後者能向訊號線提供更為充裕的訊號驅動功率。
2.2 正確配置機內、外電源，消除來自電源的干擾
微機系統中危害最嚴重的干擾**於電源。為了防止從電源系統引入干擾，通常採用交流穩壓器提高系統的穩定性;用隔離變壓器來消除主、次級間的寄生耦合干擾，提高其抗共模抑制比能力;在電源入口端接低通濾波器或雙t型濾波器以消除工頻干擾等多種措施。
我們在資料採集器機內選用工業級高可靠抗干擾穩壓電源，工頻交流電經過變壓、整流、濾波、穩壓後得到系統所需的各檔電壓。並通過增加濾波級數、加大濾波電容等方式消除來自電網的傳導雜訊和因濾波不佳引起的紋波雜訊，具有穩壓精度高、抗干擾性能強等特點。並有較高的共模抑制比及串模抑制比，能在較寬頻率範圍抑制干擾。
2.3 採取光電隔離措施，消除由過程通道竄入的電磁干擾
過程通道包括前向通道、後向通道與主機或主機相互間進行資訊傳輸的途徑。系統前向通道的任務是完成訊號的拾取、調節和變換。由於前向通道靠近被測物件，而感測器輸出的往往是弱小訊號，因而系統中前向通道是干擾侵襲的主要渠道。
抑制輸入、輸出介面竄入干擾的最有效措施是用隔離的方式切斷其耦合通道。我們在前向通道中選用帶光電耦合器件的a/d轉換模板，出於光電耦合器以光為媒介進行訊號傳輸，使其在電氣上互不干擾。且具有訊號單向傳輸、無觸點、共模抑制比大、易與邏輯電路配合等特點，足以抑制數字系統對模擬訊號特別是弱小訊號狀態下的干擾。
當然這種措施僅解決了訊號與大地間的隔離，對於乙個有多路模擬訊號輸入的系統來說，模擬輸入通道之間的高共模干擾所引起的影響還需要用增設電磁隔離放大器或線性光耦隔離電路等方式來解決。
2.4 採用雙絞線通訊，消除由線間電磁感應引起的串擾
過程通道包括前向通道、後向通道與主機或主機相互間進行資訊傳輸的途徑。系統前向通道的任務是抵消干擾源在訊號回路上產生的磁通密度，或將導線靠近接地線布置也是常用的方法。
為了模擬生產現場電磁干擾環境和考驗訊號遠距離輸送的抗干擾性能，我們在實驗室除錯時有意識增大訊號線長度，還在室內人為布置了一些干擾源進行電磁雜訊干擾，力圖為現場安裝除錯積累資料。
在現場接線、靜態除錯階段，資料採集系統及計算機資料處理過程正常。但當迴轉窯系統投料執行、聯機統調時，發現儘管在系統設計階段已對裝置的抗干擾能力引起足夠重視，並已消除了可能出現的大部分干擾。而水泥生產現場高溫、多塵的惡劣環境，加上訊號電纜大都沿窯體橋架或電纜溝與動力線路、控制迴路並列敷設，沿途的高、低壓電纜、直流調速裝置，以及電壓高達120kv的大功率高壓整流裝置，還有為數眾多的電磁振打裝置、變頻裝置等各類干擾源，對系統的影響仍十分嚴重。
2.5 消除電源和接地系統的干擾
經反覆除錯和綜合分析比較，發現除了現場環境中的強電干擾不容忽視外，源於電源和接地系統的干擾更為嚴重。由於計算機網路的交流電源都來自就近車間的動力屏，設計和佈線時忽略了動力系統的不平衡電流引起的內部回流會通過電源引入線嚴重干擾計算機網路的工作。而它們間的相互耦合又產生各種內部干擾。
我們採取如下措施逐一解決:
1)增設計算機專用電源，消除由交流電源線引入的干擾。
我們從廠變電站為計算機系統布置一條35mm2的三相四線專用電源線，直接放至窯頭上位機控制現場。再從上位機分別向三個資料採集站分相輸出分支電源線。消除了當動力迴路**現電壓波動或三相電流不平衡時在零線中產生回流引起的電磁干擾。
2)增大訊號傳輸線和接地線截面，降低傳輸干擾。
通常把裝置、電路與訊號電位公共參考點實現低阻抗連線稱為接地。電子裝置的接地目的主要有兩個，其一為了安全，即安全接地;其二是為了給系統提供乙個基準電位，並為高頻干擾提供低阻通路，即工作接地。正常接地是抑制雜訊、防止干擾的重要手段，接地不當會導致干擾耦合而加劇。
但是無論何種接地方式，公共接地面(或線)都有一定的阻抗，當電流流經地線時會產生壓降，加之地線還可能與其它引線構成環路，從而成為干擾源。接地系統引進的干擾按其產生原因可分為地電阻干擾和地環路干擾。我們消除系統中接地干擾的主要措施是:
增大接地線截面以減小公共地線阻抗;正確選擇接地方式和接地點以隔斷地環路;並把接地和隔離、遮蔽結合起來，使之發揮其抗干擾作用。當我們把訊號傳輸線的截面增大一倍時，也收到了雜訊明顯降低的效果。
3)對周圍強電磁干擾源採取遮蔽並接地。
遮蔽是抑制空間場干擾的主要措施，它是利用遮蔽體切斷或削弱干擾場的空間耦合通道，阻止其電磁能量傳遞。遮蔽可以分為電場遮蔽、磁場遮蔽和電磁場遮蔽三種。其中電磁場遮蔽同時兼有抗電磁干擾和抗輻射干擾能力，即同時具有磁場遮蔽和電場遮蔽的功能。
我們對網路周圍的強電磁干擾源利用其自身的金屬殼體作為遮蔽罩，並將遮蔽罩進行良好接地。當利用電氣控制屏作為遮蔽罩時，則要求殼體各部分間有良好的電氣連線，任何殼體間的絕緣都會導致干擾外逸。遮蔽罩的作用是切斷干擾源通過分布電容耦合通道引起的電場干擾。
同時還能利用遮蔽罩在干擾源高頻磁場的作用下產生反方向的渦流磁場使之抵消並削弱其干擾作用，顯著降低了高頻電磁場對受擾電路的影響。(end)
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