摘 要：本文利用研華的模擬量數(shù)據(jù)采集卡PCI-1713和數(shù)字量數(shù)據(jù)采集卡PCI-1730進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集；采用力控組態(tài)軟件作為上位機軟件，實現(xiàn)實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲及報警等功能。兩者相結(jié)合組成沼氣生產(chǎn)的自動控制系統(tǒng)。

關鍵詞：智能采集卡 力控 控制系統(tǒng)

中圖分類號：S216.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0016-01

沼氣是一種高熱值可再生的潔凈生物質(zhì)能源，沼氣的生產(chǎn)不僅使物質(zhì)資源得到深度開發(fā)和循環(huán)利用，在緩解能源危機、保護環(huán)境、改善生態(tài)等方面具有一定的意義。沼氣生產(chǎn)工程建設處于起步階段，缺乏沼氣生產(chǎn)過程自動監(jiān)控與管理手段，使得工藝參數(shù)很難保證工作在最佳狀態(tài)，生產(chǎn)效率低下，難以維持長期穩(wěn)定的生產(chǎn)。

1 系統(tǒng)設計

在沼氣工程中，實時性要求不高，但對安全性要求較高，要求建立一個中心控制室，對各個工藝環(huán)節(jié)的設備和生產(chǎn)狀況進行實時測控，實現(xiàn)所有電氣設備的遠程管理、監(jiān)測、控制，并對生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)進行采集，提高系統(tǒng)的運行效率，保證沼氣生產(chǎn)的安全。

需要控制的電機類設備主要包括預處理設備、進料設備、攪拌設備、出料設備及電磁閥、空壓機等，需要采集的參數(shù)包括溫度、壓力、流量、液位等。一般選用帶有標準信號輸出的智能儀表，作為I/O模板的信號源，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。選用標準I/O模板，配合繼電器箱和執(zhí)行機構，完成關鍵參數(shù)的自動控制。

控制系統(tǒng)分為上位機和下位機，上位機采用三維力控作為組態(tài)軟件，對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行顯示、記錄、報警等方便用戶操作，下位機采用智能模塊進行現(xiàn)場控制，兩者相結(jié)合以達到合理、有效地控制沼氣的生產(chǎn)，相對于其它控制方式要經(jīng)濟一些。

另外，本系統(tǒng)加入了太陽能和鍋爐，利用循環(huán)熱水，使發(fā)酵罐內(nèi)一直保持發(fā)酵溫度，即使在氣溫低的情況下，也不影響沼氣的生產(chǎn)，提高原材料的利用率，保證沼氣的質(zhì)量。

2 系統(tǒng)功能

對一個沼氣站來說，連續(xù)的溫度、酸堿度、壓力等監(jiān)控點的監(jiān)測十分重要。操作員需保證從中央控制室綜合監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，保護整個系統(tǒng)處在較高的安全水平上，當相關參數(shù)偏離正常范圍時，系統(tǒng)發(fā)送信號通知操作員采取糾正措施。

本系統(tǒng)根據(jù)儀表及工藝專業(yè)所提供的資料與要求制定了適用于沼氣站工程自動化系統(tǒng)。以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺及網(wǎng)絡所構成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，使得系統(tǒng)具有適應性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等鮮明優(yōu)點。系統(tǒng)可劃分為現(xiàn)場控制層、監(jiān)控層、遠程監(jiān)控與管理層三個層次結(jié)構。

現(xiàn)場控制層可由數(shù)據(jù)采集卡和控制輸出卡實現(xiàn)對現(xiàn)場的設備進行數(shù)據(jù)采集、報警、控制、聯(lián)鎖等功能。

監(jiān)控層采用組態(tài)軟件，對下連接控制層，對上連接管理層，實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的作用。若設備層采用的是儀表控制，則現(xiàn)場數(shù)據(jù)和狀態(tài)的采集通過PCI板卡完成，采集到的數(shù)據(jù)送入組態(tài)軟件的實時數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過適當數(shù)據(jù)處理，完成合適的畫面和組態(tài)設置。

在遠程監(jiān)控和管理層中，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)直接參與核算，消除繁瑣的人工計算過程和工作強度，提高管理水平。通過班組核算制，把實際生產(chǎn)中的有關參數(shù)從數(shù)據(jù)庫中提取出來，然后按企業(yè)確定的核算公式進行計算，從而得到班組一定時間內(nèi)的經(jīng)濟效益及各崗位的費用支出，用戶可以根據(jù)需要定時打印班組核算表，并利用數(shù)據(jù)庫把相關參數(shù)保存起來，也可以通過WEB服務器上傳，實現(xiàn)遠程監(jiān)控與管理功能。

3 硬件設計

整套系統(tǒng)硬件部分有工控機、智能模塊、檢測儀表組成。工控機一般選用研華原裝工控機IPC-610MB AIMB E5300/1G/160G就可確保得到高質(zhì)量的圖形；智能模塊分為：模擬量智能采集卡、數(shù)字量智能采集卡。

3.1 模擬量數(shù)據(jù)采集卡（AI）選用研華PCI-1713

PCI-1713是一款PCI總線的隔離高速模擬量輸入卡。它提供了32個模擬量輸入通道，采樣頻率可達100KS/s、12位分辨率及2500V（DC）的直流隔離保護?？梢越邮芡獠坑|發(fā)，允許與外部設備進行同步采樣。

3.2 數(shù)字量輸入（DI）輸出（DO）選用研華PCI-1730

PCI-1730是一款能夠提供32路隔離數(shù)字量輸入/輸出卡（16DI，16DO），隔離保護電壓可達到2500V（DC）。它是要求采取高電壓隔離工業(yè)應用的理想選擇。當系統(tǒng)熱重啟動（不關閉系統(tǒng)電源）時，PCI-1730根據(jù)卡上的跳線設置，能夠保持每個通道的輸出值，返回到它們打開狀態(tài)的默認配置。該功能能夠避免在系統(tǒng)意外重啟動過程中的誤操作對系統(tǒng)帶來的危險。

3.3 檢測儀表

檢測儀表是現(xiàn)場采集工藝參數(shù)的主要儀器設備，在本系統(tǒng)中儀表選型中遵循以下原則。

（1）可靠性。為了保證沼氣產(chǎn)生過程的安全、可靠的進行，在選擇儀表時選用符合工業(yè)級標準的、防爆的、成熟定型的產(chǎn)品。戶外安裝的儀表變送器保護等級應達到IP65。對在易爆地點使用的儀表，必須符合防爆要求。

（2）先進性。在系統(tǒng)可靠性的前提下，先進性也至關重要。儀表全部采用智能型測量儀表，便于計算機系統(tǒng)連接和維護管理的方便。

（3）方便性。儀表在使用時應安裝操作方便、簡單易學。維護人員可以很方便的對儀表進行維護、檢修等操作。儀表采用4～20 mA的輸出信號輸出，并附帶專用電纜和安裝附件。

4 軟件設計

中心控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，本系統(tǒng)采用的是力控ForceControl作為控制體統(tǒng)的組態(tài)軟件，對現(xiàn)場信號進行實時監(jiān)測，保證安全生產(chǎn)。

4.1 力控和采集卡的通訊

力控和智能采集卡的通訊是整個監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵。一般情況下，各個采集卡要采用統(tǒng)一的通訊協(xié)議，否則會出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集錯誤。本系統(tǒng)采用的是標準modbus協(xié)議進行通訊，經(jīng)試驗，通訊正常，數(shù)據(jù)采集流暢，達到了實時監(jiān)控的目的。

4.2 實時數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是監(jiān)控系統(tǒng)的核心，實時數(shù)據(jù)庫由管理系統(tǒng)和運行系統(tǒng)組成，實時數(shù)據(jù)庫將組態(tài)軟件、實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫等以一定的組織方式存儲在介質(zhì)上，方便用戶查找。本系統(tǒng)把壓力、溫度、流量、氣體含量存儲于數(shù)據(jù)庫中，有利于對各個參數(shù)進行分析，隨時掌握生產(chǎn)動態(tài)，保證安全生產(chǎn)同時，提高沼氣的質(zhì)量。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)本著安全可靠、經(jīng)濟實惠的目標選用了智能模塊，降低了成本，沼氣生產(chǎn)工程一般都是建立在農(nóng)村，更利于大面積推廣。沼氣工程利用農(nóng)村產(chǎn)生的秸稈、垃圾生產(chǎn)沼氣，不僅產(chǎn)生新能源，而且還減少環(huán)境污染，再有沼渣沼液的循環(huán)利用，對改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和生態(tài)效益起到積極促進作用。

參考文獻

[1]研華自動化解決方案[Z].產(chǎn)品選型手冊，9-08.

[2]馬國華.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應用[M].北京：清華大學出版社，2001：6-11.