基于組態(tài)王的石墨煅燒監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 馮自濤

江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院 劉 美

基于組態(tài)王的石墨煅燒監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 馮自濤

江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院 劉 美

煅燒是炭和石墨制品生產(chǎn)中第一道熱加工工序。為了保證成品質(zhì)量及提高成品率，須對(duì)原料的煅燒質(zhì)量予以重視。特別是生產(chǎn)石墨化制品或炭塊等制品時(shí)，更是如此。煅燒溫度一般應(yīng)達(dá)到1 300℃左右，這一溫度是各種焦炭及無煙煤體積收縮相對(duì)穩(wěn)定的溫度，煅燒溫度的控制直接影響成品的質(zhì)量。鑒于此，本文，筆者通過溫度與壓力傳感器來實(shí)現(xiàn)對(duì)煅燒爐內(nèi)的溫度和壓力信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。

一、監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成

罐式煅燒爐是由若干個(gè)用耐火材料砌成的相同結(jié)構(gòu)及垂直配置的煅燒罐所組成。每個(gè)罐體高約3～4米， 罐體內(nèi)寬為360毫米，長為1.7～1.8 米，每個(gè)煅燒罐為一個(gè)組。罐式煅燒爐由6個(gè)組組成， 即包括有24個(gè)煅燒罐。在每個(gè)煅燒罐兩側(cè)都有加熱火道5～8層， 目前多數(shù)為6層火道。本文，筆者論述的監(jiān)控系統(tǒng)就是在這一背景下為了檢測(cè)煅燒爐內(nèi)的溫度與壓力信號(hào)而設(shè)計(jì)?？偣残枰O(jiān)測(cè)30個(gè)溫度信號(hào)，2個(gè)壓力信號(hào)。

根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的需要，該監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)采用兩級(jí)分布式結(jié)構(gòu)，監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示，第一級(jí)為計(jì)算機(jī)，由組態(tài)軟件開發(fā)現(xiàn)場監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過RS-232和下位機(jī)百特?cái)?shù)據(jù)采集器實(shí)現(xiàn)串口通信，采用MODBUS通訊協(xié)議。第二級(jí)由下位機(jī)百特?cái)?shù)據(jù)采集器和溫度壓力傳感器組成，實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)象為溫度和壓力總共32個(gè)檢測(cè)量。監(jiān)控軟件選用組態(tài)王6.53，計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)可以提供良好的人工界面，進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控課參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)采集器和傳感器作為下位機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，信號(hào)來源直觀，執(zhí)行可靠。

1. 溫度和壓力傳感器。溫度傳感器采用北京中儀華世代理的熱電偶30只，型號(hào)為WRN-230 K型，K 型熱電偶也即鎳鉻－鎳硅熱電偶，它是一種能測(cè)量較高溫度的廉價(jià)熱偶，可長期測(cè)量1 000℃以上的高溫。

壓力傳感器采用選用美國杜威公司在國內(nèi)組裝生產(chǎn)的DW 300型微壓變送器2只，主要特點(diǎn)是使用壽命長。

2. 數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)采集器采用百特公司生產(chǎn)的XM C-5000MODBUS型數(shù)據(jù)采集器3只，該數(shù)據(jù)采集器具有以下特點(diǎn)：24通道模擬量輸入（AI），雙屏顯示，主屏顯示當(dāng)前過程量，附屏顯示通道號(hào)；兩個(gè)公用報(bào)警繼電器輸出，48個(gè)指示燈分別指示各路上、下限報(bào)警情況。

3. RS232/RS485轉(zhuǎn)換器。RS232/RS485轉(zhuǎn)換器AI系列儀表使用異步串行通信接口，接口電平符合RS232或RS485標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。數(shù)據(jù)格式為1個(gè)起始位，8位數(shù)據(jù)，無校驗(yàn)位，一個(gè)或兩個(gè)停止位。通訊傳輸數(shù)據(jù)的波特率可調(diào)為1 200～19 200 bit/s。

4. 工控機(jī)。工控機(jī)采用臺(tái)灣研華公司生產(chǎn)的工控機(jī)一臺(tái)，其型號(hào)規(guī)格為P4 2.4G/1G/160GHD，全配置，該機(jī)具有用戶界面友好，帶前置濾網(wǎng)，易于維護(hù)可視化的電源以及硬盤指示燈，可增強(qiáng)系統(tǒng)實(shí)用性板卡的特點(diǎn)。

二、監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1. 流程畫面。流程畫面用來形象地模擬工業(yè)現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及工藝流程，畫面主要由24個(gè)罐體組成，形象地再現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)場的畫面，同時(shí)還兼顧現(xiàn)實(shí)24罐體爐膛里煅燒的溫度信號(hào)。此外還包括一個(gè)控制臺(tái)，當(dāng)切換到運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)，可以通過該控制臺(tái)切換到其他畫面，也能退出系統(tǒng)。

2. 報(bào)警與事件畫面。當(dāng)爐子的溫度出現(xiàn)異常時(shí)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，可以通過該畫面查詢異常情況的詳細(xì)信息，以便于及時(shí)排除故障，同時(shí)也可將異常的溫度信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)我們需要查看時(shí)，我們可以通過操作臺(tái)上的報(bào)警查詢按鈕進(jìn)行查詢。

3. 歷史趨勢(shì)曲線?？梢赃x擇顯示每個(gè)爐子的溫度歷史趨勢(shì)線，分別以不同的顏色顯示出來；可以選擇時(shí)間進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢，還可以根據(jù)需要把歷史趨勢(shì)線打印出來。

4. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表。該報(bào)表可以顯示全部的溫度與壓力信號(hào)，形象直觀，可以通過右邊的操作站將任一時(shí)刻的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，當(dāng)需要時(shí)，可通過報(bào)表進(jìn)行查詢。同時(shí)還提供打印功能。

5. 歷史數(shù)據(jù)報(bào)表。通過編制程序，每十秒采集一組數(shù)據(jù)，在報(bào)表中進(jìn)行循環(huán)顯示。同時(shí)提供打印功能。

6. 歷史數(shù)據(jù)查詢報(bào)表。歷史數(shù)據(jù)報(bào)表可以根據(jù)需要對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，設(shè)定好查詢時(shí)間和選擇要查詢的爐子后，符合條件的數(shù)據(jù)全部顯示出來，在必要的時(shí)候打印出來。通過該報(bào)表能夠了解相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)煅燒爐內(nèi)的情況，在出現(xiàn)問題時(shí)也可通過數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷。（見圖2）

三、結(jié)論與建議

本文所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制，該監(jiān)控系統(tǒng)主要是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)線要求，對(duì)石墨煅燒過程中溫度與壓力信號(hào)實(shí)現(xiàn)全天候的控制與監(jiān)測(cè)，發(fā)揮組態(tài)軟件對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與過程控制簡單、用戶開發(fā)界面友好、工程實(shí)現(xiàn)方法簡捷等優(yōu)點(diǎn)，取得了良好的控制和監(jiān)測(cè)效果，提高了工作效率。計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)具有界面直觀、操作簡單、控制質(zhì)量高、數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)、精度高、系統(tǒng)造價(jià)較低、能保證連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。