硅藻土分选管控一体化系统的研究*
Research on management and control integrated system for
diatomite preparation
杨小平，王晓强，赵婷婷，郑水林
YANG Xiao-ping, WANG Xiao-qiang, ZHAO Ting-ting, ZHENG Shui-lin
（ 中国矿业大学（北京）化环学院，北京 100083）
摘要：针对硅藻土分选厂因位置偏僻和技术力量有限等因素导致分选效果差、产品质量不稳定等问题，提出根据硅藻土分选工艺的特点、企业环境和生产需求研究开发基于过程控制、计算机网络、软件编程和现代管理等技术的硅藻土生产管控一体化系统。论文详细阐述了该系统的设计思路、网络结构、功能模块和特点，将过程控制和企业管理集成为一个信息平台，达到信息共享、高效调度，提高分选厂的科学管理水平和企业的经济效益。 关键词：硅藻土分选；管控一体化；信息平台；系统设计
中图分类号： 文献标识码：Ａ 文章编号：1009-01 Doi:
0 引言
管控一体化系统是企业将现代管理和生产过程控制相结合而形成一个信息平台，它涉及过程控制技术、计算机网络技术、软件编程技术和企业管理等许多领域，将与企业生产相关的技术、人、财、物以及管理等信息集成在一起，并进行优化，构成分布式、数字化、智能化和开放互连的实时信息系统，达到信息共享，实现企业高质高效的运行[1, 2]。
硅藻土粉体因其具有独特的硅藻壳体结构、密度小、比表面积大和孔隙率高等特点，在工业、农业、医药、民用及精细化工中得到了广泛的应用[3]。随着硅藻土矿产资源的不断开采，硅藻土原矿的质量越来越差，要满足日益增长的消耗量和高附加值硅藻土产品的需求，急需对硅藻土原矿进行加工提纯[4]。但是，由于条件和待遇等原因，这类企业很难找到专业的人员从事于一线生产，使得产品质量受到影响。比如临江嘉合康宁硅业有限公司硅藻土分选厂位于吉林省东南部，地处长白山腹地的临江市，厂址位置偏僻，招募技术人才有一定难度，加之员工对硅藻土分选的工艺没有足够的了解，给该厂的硅藻土生产、维护和管理带来了许多问题。鉴于此，提出开发硅藻土分选管控一体化系统以满足该厂的需要，提高自动化程度，降低硅藻土分选设备对于人的依赖性，弥补企业技术力量薄弱这一缺陷。
1 系统总体要求
1.1 硅藻土分选厂特点
硅藻土分选的基本工艺是，硅藻原土经过筛分，去除杂物，大于50mm的粒级进行破碎，粒度满足要求后的原矿进入4槽式擦洗机，并加入一定量的水和Ph调整剂，擦洗后的矿浆自流入缓冲罐，在此加入适量的分散剂，充分分散的硅藻土矿浆再由泵送至振动筛，去除无法被擦洗的粒度较粗的矿砂（长石和高岭石等），筛下物进入专门针对硅藻土分选研制的层流离心分选机，选出精矿和尾矿。两种产品经过脱水后，精矿进入干燥车间进一步脱水，尾矿则用作建筑材料，洗水经进一步絮凝澄清后返回再利用。硅藻精土经过干燥后，再次分 收稿日期： 基金项目：“十二五”国家科技支撑计划课题资助（2011BAB03B07） 作者简介：杨小平（1968—），男，重庆市人，博士，副教授，研究方向为矿物加工过程工业控制。
级，得到不同规格的产品，以提高硅藻精矿的利用价值[4, 5]。
硅藻土分选属于流水作业，其特点是：(1)加工过程从原料到产品生产连续；(2)分选工艺流程在投产后基本保持不变，但工艺参数因为硅藻土原矿质量的波动而应该做相应的适当调整；(3)产品品种相对稳定；(4)生产过程的控制和监视要求实时性高；(5)生产设备的运行状况影响到企业的产量、产品质量和加工成本，是分选厂实现高利润的关键。
以上特点决定了对硅藻土生产调度的要求：(1)及时、准确和有效。由于在正常的生产情况下，各设备及工艺参数都处于良好的工况中，原料性质或用户对产品质量的变化均应该使生产和对设备的操作做相应的调整，调度决策要求及时迅速，在集中控制室对相关工艺参数进行有效的调节。(2)把握全局，注重局部。整体和局部应该相互协调，构成一个有机体，各环节相互联系，每个设备的工作状态不仅影响该设备的工作效果，而且还牵涉到与之相关联的作业，只有从全局考虑，才能将所有设备发挥到极致，使产品质量稳定、处理量提高，实现企业的效益最大化。要实现上述两个要求，必需有一个好的生产和管理工具，硅藻土分选管控一体化系统就是最佳选择。 1.2 设计目标
(1) 建立管控一体化系统，实现临江嘉合康宁硅业有限公司硅藻土分选厂基于PLC的现场控制系统和现代企业管理信息的集成，实现厂级范围内设备运行状态的实时监控，主要包括远程现场设备的运行数据监控[6]，远程主要设备模拟量实时数据变化趋势曲线和历史曲线显示等。
(2) 在全厂范围内，利用计算机技术，网络技术和数据库技术实现除控制系统外的设备管理、生产管理、事故管理、人员管理和财务管理等综合管理。
(3) 实现行政办公自动化和管控系统的结合，在部门之间实现数据信息共享和传送。 (4) 建立软件维护、应用的安全体系，包括角色的划分、权限分配、用户身份确认及安全保密体系。
(5) 建立数据库维护计划，保证数据的安全和稳定。
2 网络构架设计
如图1所示，整个系统采用了现场控制级、监控级和管理级的三级结构，各级之间的数据传递和信息共享通过现场总线技术来实现，如FF总线、Profibus总线、LonWorks总线、CAN总线和工业以太网等。CAN-bus的数据通信采用多主方式工作，非破坏性总线仲裁技术，具有很好的灵活性；通信距离远，而且传输速率高达1 Mb/s，保证了数据的实时性；CAN-bus的每帧信息都有硬件CRC校验及其他检错措施，使得CAN-bus是所有总线中最为可靠的[4]。因此在现场设备与现场控制器间采用了CAN-bus技术；而工业以太网是标准的开放式网络，克服了现场总线不能与计算机网络技术同步发展的弊端，同时具有传输速率快，数据吞吐量大，可靠性好等优点，因此现场控制级与监控级、监控级与管理级间的网络由工业以太网连接。此外移动终端如：便携电脑、PDA等，可通过无线网络和Internet网络接入系统，实现远程监测。
3 监控与控制系统
控制系统通过大型PLC系统将现场生产设备、传感器、触摸屏等设备整合在一起，通过CAN-bus控制层网络将现场数据实时采集到现场控制站，并对数据进行及时处理，然后将上层请求数据通过快速以太网传送到监控计算机，进而管理层通过读取数据库实现对现场数据的监控和掌握，实现从上到下的信息共享和一体化管理。
在软件方面的采用了国产的Kingview 6.53，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方
便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表，它还具有丰富的设备驱动程序、灵活的组态方式和数据链接功能，并支持OPC接口，可以方便地整合不同厂家的设备接口，从而现场控制系统可以直接从控制装置中采集数据,通过实时历史数据库来存取过程数据,这样就为企业的管控一体化奠定看了基础。
在通讯与接口设计方面，控制系统各个PLC分站和分布式I/O通过CAN-bus网络连接组成具有冗余通讯的硅藻土分选工艺参数采集和控制的智能化网络，对实时的工艺数据进行的高速通讯和传递，并进行远程诊断、控制、传感器和仪表管理、传感器标定和远程配置等。动态参数图形化监控系统通过计算机网口或串口与PLC主站连接，PLC主站实时采集各分站数据，自动进行实时更新，及时与图形化监控系统通讯，实现硅藻土分选厂所有参数的动态显示、设备状态监视、生产调度和设备故障报警等。
图1 系统构架
4 系统软件设计
硅藻土分选管控一体化系统可以运行在Windows XP 或Windows7平台上，管理员拥有系统的全部权限，其他操作员可向管理员申请获取相应的权限，登录后才可以对相应的功能操作。
4.1 软件功能模块设计
通过需求调研分析，同时结合VB6.0语言的特点，以该厂的管理模式、生产流程和销售流程为依据划分出软件总体模块。根据各模块要求的数据以及数据之间的相互关系，设计出软件的具体功能模块，功能图见图2。
图2 系统功能图
4.2 主要功能模块
厂级监控模块主要包括硅藻土湿法分选车间和硅藻精土干燥车间的设备状态监视、工艺参数测控和模拟量曲线显示等。通过无线网络和Internet网，可以在异地或远程随时查看设备的工作状况、产量和产品质量等信息。模拟量曲线显示主要包括加药量、擦洗补加水量、擦洗矿浆浓度、离心分选矿浆的浓度、12个罐体中的矿浆液位等。需要控制的工艺参数有擦洗矿浆浓度、Ph调整剂用量和分散剂用量等。
实时监控包括了两个分选车间的监控，两条曲线针对主要分选设备的模拟量进行趋势预测和曲线显示。曲线的参数是可调的（见图3 ），一共提供了8个可调参数，包括：Y轴最大值、Y轴最小值、网格列数、网格行数、取值点数、间隔时间、坐标原点X和Y的设置。通过对参数的设置可以将曲线调整到最合适的状态。Y轴的数值范围和网格行数决定了Y轴的最小单位数值；网格列数决定了显示的列数；取值点数决定了设定间隔时间内的采样数，但不可随便调整，需根据控制设备的参数定取值点数；间隔时间决定了采样间隔；坐标原点的设置使曲线更美观。
图3 曲线的参数设置
历史曲线窗体还提供了查看日志功能，包括历史日志和当前日志，每次关闭窗体时系统会自动以关闭时的当前日期和时间为名称命名日志，这样以后查找日志很方便，通过日志记录的数据，分析一段时间内设备的运行状态、分选效果，为进一步调整参数和改进设备提供依据。
4.3 软件构架的选择
目前常用的软件构架有两种，C/S（客户机和服务器）和B/S（浏览器/服务器）。C/S结构的关键在于功能的分布，充分发挥客户机能力，减少了服务器的负荷，避免了计算机系统的一些瓶颈问题。C/S模式主要应用于企业内部网络的应用系统，不依赖外部网络，稳定好，信息安全控制力高；B/S构架是基于WEB的一种网络结构模式，将主要任务交给服务器处理，客户端操作简洁，但也加重了服务器的负荷，一旦服务器或是外部网络崩溃，整个系统也陷入了瘫痪中。
当前一些复杂和大型的系统，同时采用了两种构架，充分利用了他们的优缺点，本系统考虑到该分选厂的规模，同时基于稳定性和安全性的考虑，采用了C/S结构，如图4所示。
图4 软件构架图
4.4 数据库关键编码的实现
管理信息系统是基于数据库的应用程序，数据库的访问决定了应用程序的可靠性，本软件采用了VB6.0开发语言，VB6.0访问数据库的方式主要有数据库访问对象（DAO）、远程数据对象（RDO）、开放式数据连接标准（ODBC）、ADO对象。本文在涉及用户管理的功能上采用了DAO访问方式，主要考虑了DAO的NoMatch属性的方便性；其余都采用了ADO方式访问，ADO兼容了DAO和RDO的特点，使用方便，属性齐全。
动态设置数据库路径是通过以下方式实现的，在软件外部，以loginini.ini格式的配置文件作为存储数据库路径的外部文件；软件内部以’mycnnstr’作为数据库路径的字符串变量，以此实现了数据库路径的动态设置，代码如下（均在公共模块中编写）：
访问外部文件的公共函数代码： Function loginini()
Dim countint As Integer
Open App.Path & \ countint = 0
Do While Not EOF(1)
Line Input #1, mylogin
If mylogin <> \ Loop Close #1 End Function
硅藻土分选管控一体化系统的研究
