基于信息化平臺的焦?fàn)t集氣管壓力監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

朱里紅，楊明，王洋

(成都理工大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，四川 樂山 614000)

0 引言

當(dāng)前市場競爭日益激烈，降低成本、提高生產(chǎn)率是企業(yè)面臨的首要問題。信息化建設(shè)不僅可以了解企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況，優(yōu)化排產(chǎn)、節(jié)約成本;還可以根據(jù)市場需求，及時(shí)調(diào)整策略和決策?；贙ingSCADA信息化開發(fā)平臺可以為企業(yè)提供高效的數(shù)據(jù)采集平臺、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析工具、全集成的圖形展示和專業(yè)的門戶系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息智能平臺。焦?fàn)t集氣管壓力的穩(wěn)定性是保證焦?fàn)t正常運(yùn)行的重要參數(shù)，也是調(diào)節(jié)產(chǎn)品生產(chǎn)量，改變生產(chǎn)周期以及能量消耗量的重要指標(biāo)［1］。通過信息化平臺建立集氣管壓力的監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能和需求的合理調(diào)配，優(yōu)化排產(chǎn)周期，降低能源損耗，提高效能，為企業(yè)的生產(chǎn)策略提供可靠、有效決策數(shù)據(jù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于集氣管壓力系統(tǒng)具有強(qiáng)耦合性、非線性、時(shí)變性、擾動(dòng)性的特點(diǎn)，影響集氣管壓力的因素較多，歸納起來主要有炭化室內(nèi)間歇地裝煤和推焦;結(jié)焦時(shí)間的變更和加熱制度的變化;在鼓風(fēng)機(jī)抽力不變的情況下，對初冷器前吸力變化的影響以及荒煤氣的溫度高低等。不僅關(guān)系到焦?fàn)t的壽命，更直接影響著煤化工產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量［2］。

本文采用KingSCADA軟件對煉焦生產(chǎn)過程中焦?fàn)t集氣管壓力所涉及相關(guān)量進(jìn)行開發(fā)，具有專業(yè)性、可靠性，易開發(fā)的特點(diǎn)。KingSCADA 軟件的主要功能［3］:

(1)模型化畫面組態(tài)功能:以模型化開發(fā)的圖形設(shè)備提供絢麗的人機(jī)界面，可實(shí)現(xiàn)跨平臺瀏覽與應(yīng)用，并用豐富的表現(xiàn)方式實(shí)時(shí)顯示下位機(jī)的工作狀況和系統(tǒng)工作情況。

(2)柔性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu):具有良好的開放性，支持Activex控件、OPC、DDE、API，通過標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議規(guī)范，輕松的實(shí)現(xiàn)第三方軟件的數(shù)據(jù)交互，只需進(jìn)行靈活的網(wǎng)絡(luò)部署可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳送與信息展示功能，提供靈活實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的查詢。

(3)豐富的功能模塊:提供豐富的控制功能庫，滿足用戶的測控要求和現(xiàn)場要求，且利用各種功能模塊，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控、產(chǎn)生報(bào)表、顯示歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線、提供報(bào)警等功能。

(4)開放性數(shù)據(jù)平臺:對下位機(jī)采用數(shù)據(jù)塊采集方式，極大地提高了采集效率。上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)與任何控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程終端系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、歷史庫以及企業(yè)其他系統(tǒng)進(jìn)行融合。

(5)智能診斷功能:具有完備的報(bào)警和在線檢測功能，便于故障監(jiān)控和處理，同時(shí)提供冗余處理方案，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)健。

1.1 焦?fàn)t集氣管壓力檢測量

為了實(shí)現(xiàn)各集氣管壓力保持在100 Pa±20 Pa可控范圍內(nèi)，煉焦生產(chǎn)過程中焦?fàn)t集氣管壓力所涉及相關(guān)量主要有［4］:

(1)集氣管壓力調(diào)節(jié)與檢測，集氣管執(zhí)行器位反調(diào)節(jié)與檢測，荒煤氣的溫度檢測、荒煤氣的流量檢測;

(2)初冷器混合氣溫度檢測、冷器煤氣出口吸力檢測、初冷器前總管煤氣吸力和溫度檢測;

(3)風(fēng)機(jī)吸力及出口流量檢測、大回流執(zhí)行器位反調(diào)節(jié)與檢測;

(4)爐內(nèi)壓力檢測、爐內(nèi)溫度檢測、爐內(nèi)煤壓力檢測;

(5)循環(huán)氨水流量和溫度檢測，荒煤氣冷卻阻力、溫度和流量檢測;

(6)炭化室內(nèi)溫度和壓力檢測;

(7)結(jié)焦時(shí)間設(shè)置，煤的成分選擇，裝煤量設(shè)置，推焦時(shí)間安排。

以上各調(diào)節(jié)與檢測量通過數(shù)據(jù)采集模塊獲取現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，通過KingIOServer數(shù)據(jù)通訊平臺與工控機(jī)進(jìn)行交互，將采集數(shù)據(jù)傳遞給上位機(jī)，數(shù)據(jù)庫管理平臺對采集來數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并根據(jù)第三方控制算法對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行處理，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)企業(yè)級信息平臺數(shù)據(jù)共享，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.2 人機(jī)界面開發(fā)

人機(jī)界面作為上位機(jī)與操作員進(jìn)行交互的信息平臺，實(shí)現(xiàn)變量的顯示和控制，煉焦生產(chǎn)過程中主要界面有［5］:

(1)連續(xù)顯示各個(gè)過程參數(shù)，如集氣管壓力、執(zhí)行器位反、荒煤氣流量和溫度等測量值;

(2)設(shè)置各種設(shè)定值，如煉焦周期設(shè)定值、操作方式、裝煤量選擇和報(bào)警值的設(shè)定等;

(3)顯示事件記錄與報(bào)警的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)記錄的界面;

(4)顯示過程參數(shù)的實(shí)時(shí)趨勢和歷史趨勢的界面;

(5)流量值的計(jì)算、報(bào)表生成和界面打印。

焦?fàn)t集氣管壓力監(jiān)控界面構(gòu)成如圖2示。

圖2 監(jiān)控交互界面的構(gòu)成

1.3 集氣管壓力主界面

如圖3所示為集氣管工作狀態(tài)及控制界面，主要實(shí)現(xiàn)4座焦?fàn)t生產(chǎn)工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)管內(nèi)流量、管內(nèi)氣體溫度、側(cè)管的溫度、執(zhí)行器的位反以及壓力狀態(tài)的顯示和控制。分別通過指示燈不同顏色和數(shù)據(jù)顯示來表示生產(chǎn)情況，同時(shí)通過執(zhí)行器手動(dòng)輸入開度值或通過加－減按鈕實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行器的調(diào)整。在安全方面，設(shè)置了集氣管報(bào)警組的報(bào)警界面，實(shí)現(xiàn)變量和事件的實(shí)時(shí)顯示。

圖3 集氣管工作狀態(tài)及控制界面

1.4 其他模塊

事件記錄、報(bào)警界面:記錄系統(tǒng)常規(guī)事件和報(bào)警事件，確保生產(chǎn)過程系統(tǒng)和設(shè)備的安全，需要對生產(chǎn)設(shè)備以及一些過程參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

報(bào)表界面:記錄班報(bào)表、日報(bào)表以及月報(bào)表，做好實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示以及歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，為控制策略實(shí)時(shí)分析提供可靠生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

生產(chǎn)計(jì)劃界面:安排儀表維護(hù)，排產(chǎn)計(jì)劃，根據(jù)市場銷售情況及時(shí)調(diào)整產(chǎn)、供、銷的一體化策略。

圖4 信息化平臺網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

2 信息化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

現(xiàn)場設(shè)備是在OPC通訊協(xié)議下，監(jiān)控系統(tǒng)與下位機(jī)設(shè)備建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)的采集與上位機(jī)命令、指令傳達(dá)，并按預(yù)定方案進(jìn)行處理，這個(gè)過程由統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)平臺KingIOServer來完成的。KingSCADA系統(tǒng)通過JDBC接口系統(tǒng)與歷史Oracle數(shù)據(jù)庫連接起來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與多用戶的C/S網(wǎng)絡(luò)信息查詢與發(fā)布相結(jié)合，同時(shí)完成系統(tǒng)在Internet上遠(yuǎn)程查詢和發(fā)布［6］。通過KingIOServer和 KingHistorian可實(shí)現(xiàn)企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)的逐步建設(shè)，其兼容性和可靠性得到保證，信息化平臺網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，如圖4所示。

3 結(jié)束語

根據(jù)焦?fàn)t生產(chǎn)的特點(diǎn)以及控制量的特性建立了集氣管的壓力監(jiān)控系統(tǒng)，主要對上位機(jī)進(jìn)行了組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備參量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為控制算法在企業(yè)信息化平臺中運(yùn)行提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)為管理人員提供了詳細(xì)的歷史查詢數(shù)據(jù)，有利于安全生產(chǎn)的管理和生產(chǎn)效率的提高。

［1］ 吳敏，周國雄，雷琪，等.多座不對稱焦?fàn)t集氣管壓力模糊解耦控制［J］.控制理論與應(yīng)用，2010，27(1):94 －98.

［2］ 馬長富，綦星光，許文明，等.多焦?fàn)t集氣管壓力智能控制系統(tǒng)［J］.控制工程，2008，9(S2):121 －124.

［3］ KingSCADA使用手冊［R］.北京:北京亞控科技公司，2012.

［4］ 卜建榮，朱里紅，徐啟萱.基于GA優(yōu)化的集氣管壓力無級模糊RBF系統(tǒng)［J］.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2011，23(7):60 －63.

［5］ 邱佰平，許新.基于MODBUS總線及以太網(wǎng)的能源監(jiān)測管理系統(tǒng)［J］.計(jì)算機(jī)與自動(dòng)化，2009，28(3):63 －66.

［6］ 邱東，王龍山，朱里紅，等.基于工控組態(tài)技術(shù)的冶金企業(yè)能源計(jì)量與管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］.電氣自動(dòng)化，2008，30(6):56－58.