預(yù)焙陽極特征參數(shù)自動(dòng)采集系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

譚震

【摘 要】影響預(yù)焙陽極產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素是各生產(chǎn)特征參數(shù)的控制，要分析特征參數(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，首先要對(duì)生產(chǎn)工藝特征參數(shù)進(jìn)行采集，然后通過分析數(shù)據(jù)，優(yōu)化參數(shù)控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量。文章主要介紹預(yù)焙陽極特征參數(shù)自動(dòng)采集應(yīng)用軟件的開發(fā)，為生陽極質(zhì)量的分析提供數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化生陽極的產(chǎn)品質(zhì)量。應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括PLC數(shù)據(jù)采集程序的編程、WINCC變量組態(tài)及數(shù)據(jù)寫入腳本動(dòng)作、SQL2000數(shù)據(jù)庫的編輯等環(huán)節(jié)，屬國內(nèi)首創(chuàng)生陽極特征數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】預(yù)焙陽極;特征參數(shù);數(shù)據(jù)采集

【中圖分類號(hào)】TF351 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）03-0066-04

為提高預(yù)焙陽極生塊（簡稱生陽極）產(chǎn)品質(zhì)量，只有通過分析生陽極生產(chǎn)過程中的特征參數(shù)，才能不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，但分析參數(shù)的前提條件是要取得該產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，關(guān)鍵在于如何采集這些數(shù)據(jù)，本應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)就是為了解決這一難題，實(shí)現(xiàn)生陽極特征參數(shù)的自動(dòng)采集與記錄。

1 特征參數(shù)的確定

經(jīng)過與工藝技術(shù)人員的分析研究，確定了21個(gè)影響生陽極質(zhì)量的參數(shù)，分別是預(yù)熱螺旋電機(jī)頻率、預(yù)熱螺旋熱媒出口溫度、干骨料溫度、瀝青溫度、混捏機(jī)電流、混捏機(jī)溫度、冷卻機(jī)糊料溫度、冷卻機(jī)電流、糊料振動(dòng)溫度、預(yù)加壓氣囊壓力、振動(dòng)成型氣囊壓力、振動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速、振動(dòng)時(shí)間、重量、長、寬、高、測高器到平臺(tái)高度、假比重、瀝青流量。最終確定各特征參數(shù)的采集方式見表1。

2 特征參數(shù)的采集方式

生陽極的主要生產(chǎn)原料為煅后焦、瀝青和殘極等，這些物料在生產(chǎn)流程中通過破碎篩分、配料、加熱、混捏、成型冷卻多套生產(chǎn)工藝制備而成，即配料秤—預(yù)熱螺旋—混捏機(jī)—冷卻機(jī)—振動(dòng)成型機(jī)等，最后糊料在成型模具中振動(dòng)成型。從生陽極生產(chǎn)的工藝流程可知，要準(zhǔn)確采集每一塊生陽極的特征參數(shù)，就要采集該生陽極振動(dòng)成型前物料在生產(chǎn)流程中各參數(shù)控制點(diǎn)的數(shù)值。物料從配料秤到成型模具這一過程中要經(jīng)過一定的時(shí)間，若要準(zhǔn)確采集到該塊生陽極所屬的糊料在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，需知道其物料從各參數(shù)采集點(diǎn)到振動(dòng)成型時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間，推算并驗(yàn)證所需要的時(shí)間，并提前計(jì)算特征參數(shù)的平均值，作為歷史數(shù)據(jù)預(yù)存到數(shù)據(jù)塊。當(dāng)每塊生陽極振動(dòng)成型生產(chǎn)時(shí)刻，將與其有關(guān)的所有特征參數(shù)記錄到數(shù)據(jù)庫的同一行表格中，就可以采集到該生陽極真實(shí)的特征參數(shù)。

3 PLC硬件系統(tǒng)條件

特征數(shù)據(jù)只有進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，這些參數(shù)的信號(hào)已在前期PLC升級(jí)改造中分別進(jìn)入3套PLC控制系統(tǒng)，硬件條件已滿足，現(xiàn)在的關(guān)鍵是如何根據(jù)表1的要求編寫數(shù)據(jù)采集程序。

4 PLC采集軟件編程

根據(jù)各項(xiàng)參數(shù)的采集定義，在各參數(shù)所在的PLC系統(tǒng)里編寫數(shù)據(jù)采集程序，編程包括數(shù)據(jù)取樣、平均值計(jì)算、最大值的采集、數(shù)據(jù)的預(yù)存等，數(shù)據(jù)取樣采用高頻率取樣，使平均值更準(zhǔn)確;創(chuàng)建WINCC變量項(xiàng)目，編寫WINCC全局腳本VBS動(dòng)作，編寫SQL2000數(shù)據(jù)庫的寫入記錄程序，將各特征參數(shù)歷史數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫，并且每生成一塊生陽極打印一行數(shù)據(jù)，也可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel表格。

根據(jù)表1所列的各特征參數(shù)采集條件，分別在各參數(shù)對(duì)應(yīng)的PLC系統(tǒng)中編寫數(shù)據(jù)采集程序，數(shù)據(jù)采集方法及編程方法如下。

通過西門子PLC編程軟件STEP7編寫數(shù)據(jù)采集程序，采集各特征參數(shù)數(shù)據(jù)。編程內(nèi)容及方法如下：采用程序模塊化編程調(diào)用的編程方式，即編寫功能塊FB數(shù)據(jù)采集程序，每個(gè)數(shù)據(jù)只需調(diào)用該功能塊并根據(jù)條件賦值便可以獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。對(duì)功能塊進(jìn)行變量聲明，包括IN輸入變量、OUT輸出變量、STAT靜態(tài)變量等。

在完成功能塊變量聲明后，開始編寫數(shù)據(jù)采集PLC程序，數(shù)據(jù)采集采用較高頻率的數(shù)據(jù)采集方式，使平均值更精確，即每2 s鐘采集一個(gè)當(dāng)前值并不斷累計(jì)，觸發(fā)累計(jì)信號(hào)頻率為2 s（如圖1所示），累計(jì)至1 min后將累計(jì)值除以累計(jì)次數(shù)，便取得該分鐘內(nèi)的精確平均值;再將平均值保存到數(shù)據(jù)塊（DB7），作為歷史數(shù)據(jù)預(yù)存起來，最多保存最近18 min前的歷史數(shù)據(jù)。

最后計(jì)算3 min內(nèi)的平均值，由于生產(chǎn)原料在生產(chǎn)流程中會(huì)停留約3 min的時(shí)間用于加熱、混捏等，所以計(jì)算3 min內(nèi)的數(shù)據(jù)平均值更能真實(shí)地反映該物料在生產(chǎn)進(jìn)程中的參數(shù)數(shù)據(jù)（編程原理如圖2所示）。

編寫好PLC數(shù)據(jù)采集程序后，PLC控制系統(tǒng)已可采集到相關(guān)數(shù)據(jù)，但要提取并保存數(shù)據(jù)，還需通過西門子的WINCC過程監(jiān)視系統(tǒng)即組態(tài)軟件來完成。

5 WINCC數(shù)據(jù)記錄編程的編寫

WINCC是西門子工控系統(tǒng)中的一個(gè)電腦控制組態(tài)軟件。要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)記錄，首先要對(duì)PLC編程采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行變量組態(tài)，其次創(chuàng)建WINCC變量項(xiàng)目，最后創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集變量。特征參數(shù)變量創(chuàng)建方法如圖3所示。

在創(chuàng)建完WINCC變量后，WINCC與PLC之間建立了信號(hào)連接，可以通過編輯監(jiān)控界面對(duì)參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)視等功能，但要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存貯，還需進(jìn)一步編寫WINCC的全局腳本VBS動(dòng)作，變量才能按觸發(fā)動(dòng)作信號(hào)的要求將數(shù)據(jù)寫入SQL2000數(shù)據(jù)庫，編輯方法如下：創(chuàng)建項(xiàng)目、編寫變量連接、傳送觸發(fā)信號(hào)等。編寫的主程序如圖4所示。

6 SQL2000數(shù)據(jù)庫的編寫

在WINCC編寫數(shù)據(jù)的寫入全局腳本VBS動(dòng)作后，仍需在對(duì)應(yīng)的SQL2000數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建數(shù)據(jù)的記錄表，才能將數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存貯到設(shè)定的表格內(nèi)。創(chuàng)建SQL200數(shù)據(jù)庫文件，并對(duì)數(shù)據(jù)記錄表進(jìn)行變量創(chuàng)建、數(shù)據(jù)類型選擇、列排序、字符長度等，變量名稱與數(shù)據(jù)類型要與PLC、WINCC系統(tǒng)保持一致。創(chuàng)建的數(shù)據(jù)記錄表見表2。

7 數(shù)據(jù)表的導(dǎo)出

通過PLC編程、WINCC及SQL2000相關(guān)項(xiàng)目的創(chuàng)建編輯，生陽極特征參采集控制系統(tǒng)已完成并投入運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可在線打開所采集到的數(shù)據(jù)，每塊生陽極的21個(gè)真實(shí)特征參數(shù)記錄在同一行數(shù)據(jù)表格中，也可以將該數(shù)據(jù)表導(dǎo)出到Excel表格。表3為實(shí)際導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

8 數(shù)據(jù)的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益

自該系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，給中鋁廣西分公司碳素廠提供了真實(shí)的生陽極生產(chǎn)特征參數(shù)數(shù)據(jù)，可用于分析查找影響生陽極產(chǎn)品質(zhì)量的原因，并不斷優(yōu)化調(diào)整生陽極制造工藝參數(shù)，提高了生陽極的產(chǎn)品質(zhì)量，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]鄒彤.WinCC組態(tài)軟件的編程技巧[J].化工自動(dòng)化及儀表，2001（2）.

[2]瑞士R&D炭素有限公司.鋁用炭陽極技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[3]西門子（中國）有限公司.STEP7 V5.2編程手冊[Z].2003.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]