回轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)*

效 坤 賈 軍

(咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院有限公司 陜西 咸陽 712000)

前言

隨著社會(huì)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)制造業(yè)隨著智能制造不斷地升級(jí)換代，工業(yè)窯爐設(shè)備自動(dòng)化程度得到了飛速提高。在大大減輕了人力的同時(shí)，控制系統(tǒng)復(fù)雜程度及設(shè)備本身安全性能化設(shè)計(jì)也越來越高。如何提升設(shè)備利用率、加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)維修時(shí)效性、簡(jiǎn)化人工損耗越來越受到各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注和重視。設(shè)備的遠(yuǎn)程運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程工藝管理、遠(yuǎn)程運(yùn)維管理、遠(yuǎn)程報(bào)警管理將成為設(shè)備的重要組成部分。

1 需求

工業(yè)窯爐燒成過程屬于一個(gè)時(shí)變性、大滯后、多干擾的熱工過程，并衍生出多種多樣的復(fù)雜配套控制系統(tǒng)。一旦窯爐出現(xiàn)復(fù)雜的燒成或工藝故障,若無專家?guī)椭?很難及時(shí)排除故障，從而影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，將會(huì)帶來不可預(yù)測(cè)的損失?；剞D(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)視該設(shè)備的運(yùn)行狀況，并可實(shí)現(xiàn)不受空間、時(shí)間限制的操控該設(shè)備，從而完成了遠(yuǎn)程工藝管理、遠(yuǎn)程運(yùn)維管理、遠(yuǎn)程報(bào)警管理，為預(yù)防、處理此類故障提供了極大的便利，節(jié)約了時(shí)間成本。

2 平臺(tái)架構(gòu)

回轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)大致可分為4層。第一層為硬件設(shè)備控制層，第二層為設(shè)備數(shù)據(jù)通訊層，第三層為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸層，第四層為數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理層(如圖1所示)。

圖1 回轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)示意圖

2.1 回轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)硬件設(shè)備層

在回轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)中，第一層完成了設(shè)備的所有動(dòng)作性能控制。加熱系統(tǒng)選用泰矽T7數(shù)顯設(shè)定調(diào)控器控制，集成了PID控溫和RS485通訊功能，配合熱電偶信號(hào)反饋，形成閉環(huán)控制，使設(shè)備加熱過程得以精確控溫；傳動(dòng)系統(tǒng)選用三菱變頻器控制，使回轉(zhuǎn)速度可以在一定范圍內(nèi)根據(jù)燒成工藝要求進(jìn)行自由調(diào)整；進(jìn)氣系統(tǒng)選用山武MQV數(shù)字質(zhì)量流量計(jì)控制，在物料反應(yīng)或保護(hù)過程中，可以精確控制氣體流量；升降、給出料等系統(tǒng)動(dòng)作的控制，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性、可靠性、可擴(kuò)展性，具有以太網(wǎng)通訊功能，選用西門子S7-200 SMART PLC控制。

2.2 回轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)設(shè)備數(shù)據(jù)通訊層

由于工業(yè)窯爐設(shè)備的固有屬性，在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)必須有可靠的監(jiān)視和控制平臺(tái)，所以就地設(shè)置了觸摸屏來實(shí)現(xiàn)。觸摸屏是人機(jī)交互和信息傳輸、反饋的媒介，它實(shí)現(xiàn)了信息的內(nèi)部形式與用戶可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。為配合平臺(tái)的開發(fā)，選用了MCGS觸摸屏，配有兩個(gè)RS485串口和一個(gè)10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口。加熱系統(tǒng)的調(diào)功器、傳動(dòng)系統(tǒng)的變頻器以及進(jìn)氣系統(tǒng)的質(zhì)子流量計(jì)通過RS485串口與MCGS觸摸屏通訊，而升降、給出料等系統(tǒng)的PLC通過以太網(wǎng)與MCGS觸摸屏通訊，提取設(shè)備所有的數(shù)據(jù)。經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)，能夠提供回轉(zhuǎn)爐設(shè)備的控制、程序、報(bào)警、溫度曲線、報(bào)警記錄及數(shù)據(jù)記錄功能，提供更加便捷的人機(jī)交互平臺(tái)，極大地方便了現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)回轉(zhuǎn)爐的操控與管理。

2.3 回轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸層

回轉(zhuǎn)爐提取到的全部數(shù)據(jù)，由MCGS觸摸屏利用Modbus TCP /IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，經(jīng)過工業(yè)級(jí)交換機(jī)，傳輸給智能網(wǎng)關(guān)，再通過智能網(wǎng)關(guān)上傳至云平臺(tái)端的數(shù)據(jù)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)傳輸層選用的HINET M111T智能網(wǎng)關(guān)，是一個(gè)集成多種互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)，其包含的3G、4G、WIFI、有線網(wǎng)絡(luò)等多種互聯(lián)網(wǎng)接入方式。為設(shè)備的遠(yuǎn)程信息化管理提供高速便捷的安全通訊鏈路，為整個(gè)平臺(tái)各功能得以實(shí)現(xiàn)提供安全可靠的保障和基礎(chǔ)。

2.4 回轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控層

回轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控層通過3G、4G、WIFI、有線網(wǎng)絡(luò)等多種方式連接到互聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，將本設(shè)備的所有數(shù)據(jù)提取出來，以組態(tài)的形式，將設(shè)備的監(jiān)控畫面呈現(xiàn)在PC端、移動(dòng)手機(jī)端。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)PLC等控制器的遠(yuǎn)程程序更新、遠(yuǎn)程故障診斷以及組態(tài)的遠(yuǎn)程連接功能。在監(jiān)控畫面中，可以實(shí)時(shí)查看到回轉(zhuǎn)爐各個(gè)溫區(qū)的設(shè)定溫度、實(shí)際溫度、轉(zhuǎn)速、進(jìn)料量、出料產(chǎn)量、出料溫度、進(jìn)氣流量、爐內(nèi)壓力等工藝參數(shù)，也設(shè)置有歷史溫度曲線和數(shù)據(jù)報(bào)表功能。生產(chǎn)方可以根據(jù)實(shí)時(shí)的工藝參數(shù)分析出當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，判斷設(shè)備是否正常運(yùn)行，工藝工程是否符合當(dāng)前要求。根據(jù)歷史曲線、數(shù)據(jù)方便的分析出以往設(shè)備全面的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化工藝過程。監(jiān)控畫面中還設(shè)有報(bào)警管理功能，記錄了設(shè)備所有異常狀態(tài)的內(nèi)容、時(shí)間以及處理報(bào)警的時(shí)間，并且能在報(bào)警的同時(shí)以發(fā)送短信、微信推送等形式，通知相關(guān)人員來進(jìn)行及時(shí)的處理。在對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)人員無法處理，需要修改回轉(zhuǎn)爐設(shè)備程序，以及需通過監(jiān)控程序來查找故障原因的情況下，不需要工程師到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，在遠(yuǎn)程就能完成程序的監(jiān)控、故障診斷、上傳和下載，提高處理故障的效率，降低設(shè)備維護(hù)成本。

3 結(jié)論

筆者通過采用互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)、工業(yè)RS485以及以太網(wǎng)通訊相結(jié)合的系統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)回轉(zhuǎn)爐設(shè)備數(shù)據(jù)安全、快捷的遠(yuǎn)程采集和傳輸。回轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)達(dá)到了遠(yuǎn)程監(jiān)視該設(shè)備的運(yùn)行狀況，并實(shí)現(xiàn)不受空間、時(shí)間限制的操控該設(shè)備，完成了遠(yuǎn)程工藝管理、遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)管理、遠(yuǎn)程報(bào)警管理，解決了遠(yuǎn)程程序上傳、下載的問題。經(jīng)過調(diào)試、生產(chǎn)證明了平臺(tái)的可行性，降低了設(shè)備的售后維護(hù)成本，并極大地提高了設(shè)備商的服務(wù)效率和質(zhì)量，為設(shè)備安全正常運(yùn)行提供了多重保障。