張建立，鄭華棟

（鄭州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，鄭州 450001）

0 引言

隨著工業(yè)控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，車間設(shè)備和控制臺(tái)越來越分散，數(shù)據(jù)的處理量也越來越大，這就要求對(duì)各個(gè)生產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)時(shí)的狀態(tài)監(jiān)控，不但要?jiǎng)討B(tài)顯示設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，還要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對(duì)采集到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔，方便指導(dǎo)以后的生產(chǎn)實(shí)踐并預(yù)測未來的發(fā)展趨勢。在開發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時(shí)，當(dāng)工業(yè)被控對(duì)象一旦有變動(dòng)，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開發(fā)周期長；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個(gè)控制項(xiàng)目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價(jià)格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時(shí)，倘若原來的編程人員因工作變動(dòng)而離去時(shí)，則對(duì)于其他人員或新手進(jìn)行源程序的修改，將是相當(dāng)困難。工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述實(shí)際工程問題提供了一種嶄新的方法，因?yàn)樗軌蚝芎玫亟鉀Q傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對(duì)象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。

隨著首鋼高爐大型化、高效化、低成本操作、煤比不斷提高和高爐壽命的不斷延長，對(duì)原燃料的質(zhì)量要求不斷提高。同時(shí)，隨著礦產(chǎn)資源變化和國內(nèi)球團(tuán)技術(shù)的發(fā)展，爐料結(jié)構(gòu)也不斷調(diào)整和優(yōu)化。精料技術(shù)是高爐生產(chǎn)順行、指標(biāo)先進(jìn)、節(jié)能減排的基礎(chǔ)和客觀要求。高爐上料系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)精料技術(shù)管理目標(biāo)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，對(duì)高爐生產(chǎn)操作有著密不可分的影響和聯(lián)系，對(duì)物料粒度的檢測也顯得尤為重要。

入爐原燃料粒度主要包括：“凈”、“勻”、“小”三個(gè)方面，所謂“凈”是要求爐料中粉料含量少；所謂“勻”是要求各種爐料間的粒度差異不能太大；所謂“小”是指燒結(jié)礦和球團(tuán)的粒度應(yīng)該適當(dāng)小些[1]。本文針對(duì)為首鋼設(shè)計(jì)的四套振動(dòng)篩物料粒度檢測系統(tǒng)，對(duì)組態(tài)軟件在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，其中包括建立通訊，組態(tài)畫面的制作，數(shù)據(jù)的處理等，使工程技術(shù)人員能夠迅速，準(zhǔn)確的掌握最新的設(shè)備運(yùn)行情況，最終能夠推動(dòng)企業(yè)健康，高效的發(fā)展。

1 生產(chǎn)工藝和工作過程

該系統(tǒng)的主要組成：全自動(dòng)取樣裝置、一級(jí)稱量斗、三層高精度粒度檢驗(yàn)振動(dòng)篩機(jī)、分級(jí)料二級(jí)稱量斗、電控控制系統(tǒng)、液壓與氣壓控制系統(tǒng)。四套設(shè)備共用一套PLC，由該P(yáng)LC控制1#、2#爐焦炭、礦石的取樣、篩分、稱重、返回等動(dòng)作，該控制系統(tǒng)接入到二爐PLC控制環(huán)網(wǎng)中。整個(gè)測試過程動(dòng)作、測試數(shù)據(jù)均在組態(tài)畫面上動(dòng)態(tài)顯示，畫面組態(tài)采用美國AB公司Factory Talk View Site Edition組態(tài)軟件，通訊采用RSLinx通訊配置軟件。共有四個(gè)組態(tài)控制界面，分別顯示1#爐返焦、返礦物料粒度檢測和2#爐返焦、返礦物料粒度檢測畫面。將控制畫面放入二爐上料畫面中，使用者能夠直觀地觀察到檢測過程及檢測結(jié)果，測試結(jié)果以報(bào)表形式保存。

2 控制系統(tǒng)的組成

該控制系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件包括：MS30交換機(jī)一套、羅克韋爾PLC一臺(tái)（共有8個(gè)1769-IQ32數(shù)字量輸入模塊，5個(gè)1769-IF8模擬量輸入模塊，3個(gè)1769-OV32T數(shù)字量輸出模塊，所用保留備用I/O點(diǎn)的比例都在30%以上）、壓力、溫度、重量變送器以及其他輔助元件、常規(guī)電氣元件等。軟件主要采用羅克韋爾公司的工控軟件，包括通訊軟件RSlinx，編程軟件RSLogix5000，組態(tài)軟件Factory Talk View SE，通過硬件和軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集并保存，運(yùn)用組態(tài)畫面能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，取樣裝置PLC控制系統(tǒng)原理組成，現(xiàn)場試驗(yàn)，控制系統(tǒng)實(shí)際接線分別如圖1、圖2和圖3所示。

圖1 取樣裝置PLC控制系統(tǒng)組成

圖2 儀表及電氣控制柜

圖3 振動(dòng)篩設(shè)備

3 通訊

Allen-Bradley控制器設(shè)備，使用RSLinx Classic作為OPC服務(wù)器。該系統(tǒng)一共有一個(gè)主服務(wù)器和兩個(gè)客戶端，并且采用工業(yè)以太網(wǎng)的方式進(jìn)行通訊，分別給主服務(wù)器，兩個(gè)以及交換機(jī)分配相應(yīng)的IP地址，只有通訊成功了才能進(jìn)行信息的交流。

為了驗(yàn)證通訊是否成功以及組態(tài)畫面中數(shù)值的顯示值與實(shí)際值是否一致，把控制系統(tǒng)中稱重料斗中的物料分別取出來再在另外的電子稱重設(shè)備上進(jìn)行二次稱重，與原來的數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，兩次分別加入104.6kg的物料，粒度分為四種：D>10mm，8mm

表1 檢測數(shù)據(jù)與實(shí)際稱量值對(duì)比（第一組）

表2 檢測數(shù)據(jù)與實(shí)際稱量值對(duì)比（第二組）

通過兩組數(shù)據(jù)的比較可以看出，控制系統(tǒng)中的數(shù)值和實(shí)際數(shù)值基本一致，由于控制系統(tǒng)中采用的稱重儀表靈敏度比較高，容易受到現(xiàn)場溫度，噪聲等因素的干擾，再加上振動(dòng)篩內(nèi)部可能存有的卡料，并且振動(dòng)篩篩分的時(shí)候也會(huì)有部分物料損失，所以上面兩個(gè)表格的數(shù)值驗(yàn)證了控制系統(tǒng)不但通訊成功，而且能夠準(zhǔn)確的反映出實(shí)際的數(shù)值。

4 數(shù)據(jù)的處理

數(shù)據(jù)處理包括三個(gè)方面內(nèi)容：1）數(shù)據(jù)的采集和顯示；2）數(shù)據(jù)的保存；3）數(shù)據(jù)的查詢，在進(jìn)行以上三個(gè)步驟之前，首先要建立一個(gè)ODBC數(shù)據(jù)源和相應(yīng)的監(jiān)控畫面并與PLC程序中的標(biāo)簽名準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)起來。

1）數(shù)據(jù)的采集主要通過傳感器感受信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)隔離器傳到PLC，在經(jīng)過軟件的濾波器（由于采集的是準(zhǔn)靜態(tài)信號(hào)所以截?cái)囝l率設(shè)為2HZ即可）OPC服務(wù)器負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)并在組態(tài)畫面中顯示，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)控制圖

2）數(shù)據(jù)的保存，首先要在組態(tài)軟件中建立一個(gè)數(shù)據(jù)模型，在Factory Talk View SE中，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式有兩種，數(shù)據(jù)既可以存儲(chǔ)于內(nèi)部文件集，以便為歷史趨勢提供更快的性能，又可以存儲(chǔ)于ODBC兼容數(shù)據(jù)庫中。在該項(xiàng)目中我們采用了ODBC兼容數(shù)據(jù)庫，然后自動(dòng)生成Tag Table，F(xiàn)1oat Table和 String Table三個(gè)表格，然后就是設(shè)置數(shù)據(jù)保存的路徑和數(shù)據(jù)采集的觸發(fā)方式，根據(jù)工程實(shí)際要求，每天檢測1～3次，數(shù)據(jù)保存30天，數(shù)據(jù)采集的方式按照要求選擇On Demand類型，當(dāng)需要記錄檢測數(shù)據(jù)的時(shí)候點(diǎn)擊一個(gè)帶Data Log Snapshot 命令的按鈕，使用Data Log Snapshot命令可以對(duì)當(dāng)前所有正在運(yùn)行的數(shù)據(jù)記錄模型進(jìn)行數(shù)據(jù)快照。根據(jù)要求記錄日志表示只有當(dāng)執(zhí)行Data Log Snapshot命令時(shí)才會(huì)記錄某個(gè)模型的數(shù)據(jù)。這樣就避免了數(shù)據(jù)重復(fù)記錄而浪費(fèi)計(jì)算機(jī)空間資源。數(shù)據(jù)模型最后配置的就是將需要被記錄的數(shù)據(jù)標(biāo)簽添加到數(shù)據(jù)模型中。由于四套檢測設(shè)備不是同時(shí)運(yùn)行，所以應(yīng)該分別建立四個(gè)數(shù)據(jù)模型和四個(gè)觸發(fā)快照命令的按鈕，AB公司Factory Talk View Site Edition組態(tài)軟件可以同時(shí)設(shè)置20個(gè)數(shù)據(jù)模型，所以可以滿足該系統(tǒng)的需要。

3）數(shù)據(jù)的查詢，為了查看檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)，我們必須把數(shù)據(jù)生成能夠打印的報(bào)表，在這里我們采用Microsoft Office中的數(shù)據(jù)檢索程序，由于Factory Talk View SE這個(gè)軟件在設(shè)計(jì)的過程中為了節(jié)省空間，把標(biāo)簽名用索引代替，工程技術(shù)人員在查看數(shù)據(jù)的事后很難對(duì)號(hào)入座，為了解決此問題，我們采用數(shù)據(jù)連接的方式把Float Table表格和Tag Table表格合并完并且連接成功之后再把采集到得數(shù)據(jù)生成報(bào)表，方便工程技術(shù)人員的查看和分析。

5 結(jié)論

通過對(duì)整個(gè)稱重系統(tǒng)的分析確定系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間來指導(dǎo)和改進(jìn)后面的編程，建立上位機(jī)和下位機(jī)的通訊便于數(shù)據(jù)的傳輸，不但在畫面中顯示出數(shù)據(jù)，還將數(shù)據(jù)保存并生成報(bào)表，便于指導(dǎo)以后的生產(chǎn)。實(shí)物試驗(yàn)、出廠調(diào)試結(jié)果表明，控制程序安全可靠，能夠保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行，物料篩分、稱重結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果吻合良好。整個(gè)設(shè)計(jì)過程都與實(shí)際結(jié)合非常緊密，并且便于類似工業(yè)監(jiān)控項(xiàng)目的借鑒和推廣。

[1] 唐安萍. 首鋼國際工程公司創(chuàng)新特大型高爐料倉和無中繼站上料系統(tǒng)并在首鋼京唐鋼鐵廠成功應(yīng)用[N]. 鋼聯(lián)資訊, 2012(01)18.

[2] Rockwell國際有限公司. Allen-Bradley PLC說明書.

[3] Rockwell國際有限公司. Factory Talk View SE說明書.

[4] 蔡思文. 基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)[D]. 武漢: 武漢理工大學(xué), 2007.

[5] 康英, 辛亞軍, 劉志遠(yuǎn), 王圣齊. 利用VBA實(shí)現(xiàn)Factory Talk View SE報(bào)表功能[J]. 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化, 2011. 33(5): 47～48.

[6] 強(qiáng)明輝, 周宇侯. 組態(tài)軟件在窯爐溫度監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用, 2010(8): 9～11.