基于組態(tài)王的鋁電解槽槽殼溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

謝佳鋒 王俊杰

摘 要：文章針對(duì)利用組態(tài)王開(kāi)發(fā)的“鋁電解槽溫度檢測(cè)系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析，利用仿真PLC采集的模擬數(shù)據(jù)測(cè)試了該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能、監(jiān)控功能、歷史數(shù)據(jù)記錄功能以及報(bào)警功能，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可靠性與有效性。通過(guò)仿真表明，該仿真系統(tǒng)切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)適用、可靠性高[1]。

關(guān)鍵詞：組態(tài)王；仿真設(shè)計(jì)；鋁電解槽；檢測(cè)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集

引言

鋁工業(yè)因其高耗能高排放成為節(jié)能減排重點(diǎn)行業(yè)之一，鋁電解槽是鋁工業(yè)生產(chǎn)的重要組成成分。因此，對(duì)鋁電解槽槽殼溫度的準(zhǔn)確、方便的檢測(cè)，對(duì)鋁工業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)具有保障作用[2-3]。組態(tài)王軟件kingview是新型的工業(yè)控制系統(tǒng)，可以對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)流程提供一個(gè)集實(shí)時(shí)檢測(cè)、數(shù)據(jù)匯總、分析和管理于一體的平臺(tái)，并具有良好的可視化監(jiān)控界面。組態(tài)王與計(jì)算機(jī)以及現(xiàn)場(chǎng)間的關(guān)系如圖1所示：

圖1 組態(tài)王與上位機(jī)、下位機(jī)的關(guān)系

基于組態(tài)王軟件，以鋁電解槽的工業(yè)控制為例，設(shè)計(jì)了一個(gè)鋁電解槽的溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)用動(dòng)畫(huà)模擬鋁電解槽的運(yùn)行過(guò)程，化“抽象”為“形象”，開(kāi)發(fā)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控功能、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表和曲線、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表和閾值報(bào)警等功能，并利用仿真PLC代替現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表輸入數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行、調(diào)試和數(shù)據(jù)采集。

1 鋁電解槽工控軟件設(shè)計(jì)

該軟件的主界面以鋁電解槽的工作過(guò)程[4]為主要部分，幫助使用者理解該工況。由于鋁電解生產(chǎn)在實(shí)際工藝中需要檢測(cè)溫度、電壓、電流等數(shù)據(jù)，該軟件設(shè)計(jì)相應(yīng)的檢測(cè)功能，并增添相應(yīng)的實(shí)時(shí)報(bào)表、實(shí)時(shí)曲線、歷史報(bào)表和報(bào)警模塊。

1.1 主畫(huà)面設(shè)計(jì)

在組態(tài)王工程瀏覽器中新建界面，命名為“鋁電解槽”，作為鋁電解槽控制系統(tǒng)的主界面。在主界面中，利用組態(tài)王提供的畫(huà)圖工具和圖庫(kù)繪制系統(tǒng)的主畫(huà)面，并添加可切換至其他界面的按鈕[5-6]。最后鋁電解槽主控界面如圖2所示：

1.2 定義硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)變量

組態(tài)王開(kāi)發(fā)的軟件需要外部設(shè)備與之交換數(shù)據(jù)，文章中采用的是仿真PLC設(shè)備實(shí)現(xiàn)虛擬仿真[7]。此外，數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)詞典記錄了數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息，進(jìn)入以定義本控制系統(tǒng)所需使用的所有數(shù)據(jù)。

1.3 建立動(dòng)畫(huà)連接

完成主控界面的設(shè)計(jì)和相關(guān)數(shù)據(jù)的建立，下一步則是將主控界面中的圖形對(duì)象與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建立連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)功能。此外，對(duì)系統(tǒng)中所需要采集的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，也建立相關(guān)的動(dòng)畫(huà)連接，使仿真PLC模擬的數(shù)據(jù)顯示在主控界面中的相應(yīng)位置。

2 系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行檢測(cè)

在建立畫(huà)面和設(shè)定參數(shù)之后，在組態(tài)王中運(yùn)行控制系統(tǒng)，進(jìn)入運(yùn)行環(huán)節(jié)，可以檢測(cè)控制系統(tǒng)的所有功能。主控界面顯示鋁電解槽工作動(dòng)畫(huà)，模擬實(shí)際生產(chǎn)，并顯示鋁電解槽槽殼三個(gè)點(diǎn)的當(dāng)前溫度和當(dāng)前輸入的電壓U、電流I，在右上角可以看到當(dāng)前日期，下方三個(gè)按鈕可分別切換至其他三個(gè)界面。主控界面運(yùn)行效果如圖3所示：

圖3 主控界面運(yùn)行情況

2.1 實(shí)時(shí)報(bào)表及曲線

從主控界面點(diǎn)擊“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)/曲線”按鈕，可以進(jìn)入實(shí)時(shí)報(bào)表及曲線界面。從實(shí)時(shí)報(bào)表中，可以詳細(xì)查看當(dāng)前時(shí)刻的槽殼檢測(cè)點(diǎn)溫度和輸入電壓，因?yàn)椴捎梅抡鍼LC輸入數(shù)據(jù)，因此此時(shí)檢測(cè)到的溫度和電壓均為隨機(jī)數(shù)值。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表中提供當(dāng)前時(shí)刻和值班人員的記錄，方便查閱。

2.2 歷史數(shù)據(jù)報(bào)表

從主控界面點(diǎn)擊“歷史數(shù)據(jù)報(bào)表”按鈕可以切換到歷史數(shù)據(jù)報(bào)表界面，可以查看過(guò)去某一段時(shí)間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)。使用者可以根據(jù)自己需要調(diào)用某一個(gè)時(shí)間段的某一個(gè)或幾個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)記錄，以查看2015年3月15日22點(diǎn)45分至23點(diǎn)15分的鋁電解槽槽殼溫度（1、2、3）和電壓記錄為例，調(diào)用的歷史報(bào)表數(shù)據(jù)如表1所示：

表1 歷史報(bào)表查詢結(jié)果

2.3 報(bào)警界面

鋁電解槽的溫度需要維持在一定的溫度范圍內(nèi)，超出此溫度范圍會(huì)影響鋁電解槽工作效率。因此在系統(tǒng)中設(shè)定溫度上限和下限，當(dāng)檢測(cè)溫度超過(guò)上閾值或低于下閾值時(shí)，報(bào)警窗口會(huì)產(chǎn)生警報(bào)并顯示。在報(bào)警界面中，最新數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)在最上行，幫助使用者掌握最新動(dòng)態(tài)。另外，因?yàn)橄到y(tǒng)中仿真PLC采用隨機(jī)數(shù)據(jù)，因此下一時(shí)刻報(bào)警事件會(huì)恢復(fù)正常，而在現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)，需要人工在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行校正。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于組態(tài)王開(kāi)發(fā)的鋁電解槽槽殼溫度檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)仿真PLC產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性，并成功實(shí)現(xiàn)了鋁電解槽動(dòng)畫(huà)模擬、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄和報(bào)警警示等功能。

基于組態(tài)王開(kāi)發(fā)的檢測(cè)系統(tǒng)具有人機(jī)界面友好、開(kāi)發(fā)成本低廉和簡(jiǎn)單易學(xué)等特點(diǎn)。另外，通過(guò)該系統(tǒng)可以檢測(cè)記錄到某些必須卻又不易現(xiàn)場(chǎng)查看的數(shù)據(jù)，提高了生產(chǎn)安全性，降低了運(yùn)行成本。

通過(guò)仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證了系統(tǒng)可行性，可以節(jié)省大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所需的人力物力，為優(yōu)化鋁工業(yè)應(yīng)用提供了參考依據(jù)，也為鋁工業(yè)的設(shè)計(jì)、研究提供了有效的研究方法和途徑。

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作者簡(jiǎn)介：謝佳鋒（1992-），男，漢族，廣東汕尾人，大學(xué)生，熱能與動(dòng)力工程專業(yè)。