劉 健

（天津工業(yè)職業(yè)學(xué)院，天津 300400）

引言

自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)是對(duì)數(shù)據(jù)的在線采集，并能夠進(jìn)行分析的一項(xiàng)技術(shù)，主要包括監(jiān)控方法、監(jiān)控儀器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)。供取料廠房采用的是集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System），其特點(diǎn)可概括為“分散控制、集中管理”，目前DCS使用僅限于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓力、溫度以及設(shè)備運(yùn)行情況參數(shù)的采集、顯示；人工手動(dòng)控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)、設(shè)備參數(shù)設(shè)置以及聯(lián)鎖控制。目前供取料廠房的DCS系統(tǒng)的應(yīng)用較少，DCS所采集的龐大的數(shù)據(jù)和DCS擴(kuò)展的組態(tài)軟件未能進(jìn)行有效的利用。因此，本文主要針對(duì)監(jiān)控管理方面在供取料廠房所能夠應(yīng)用的場(chǎng)景及其實(shí)現(xiàn)構(gòu)想進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)對(duì)供料系統(tǒng)凈化、凈化判斷、異常報(bào)警等自動(dòng)化監(jiān)控的要求[1-5]。

1 供料系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)主要工作及問(wèn)題

1.1 運(yùn)行維護(hù)主要工作

供料系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)向生產(chǎn)線供給凈化合格的工作物質(zhì)，本章節(jié)對(duì)供料系統(tǒng)在日常的運(yùn)行維護(hù)中參數(shù)記錄、設(shè)備運(yùn)行、凈化、供料、異常判斷等主要工作：工藝人員定時(shí)對(duì)管線壓力、設(shè)備溫度、重量等參數(shù)進(jìn)行記錄、對(duì)比，為判斷系統(tǒng)正常與否提供依據(jù)；每班對(duì)供料系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備進(jìn)行巡檢，容器的裝量及使用狀態(tài)核實(shí)，檢查管線的正確性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常的設(shè)備、容器、管線，對(duì)異常進(jìn)行處理，或者將異常提交待處理后續(xù)再進(jìn)行處理；通過(guò)開(kāi)關(guān)閥門(mén)、孔板改變工作物質(zhì)流向以及控制箱體溫度等進(jìn)而實(shí)現(xiàn)凈化、凈化判斷、供料等操作；由于環(huán)境變化、設(shè)備故障等因素，不可避免地出現(xiàn)管線或者設(shè)備異常情況，運(yùn)行維護(hù)人員需要盡早發(fā)現(xiàn)并處理異常[6-8]。

1.2 運(yùn)行維護(hù)主要問(wèn)題

供料系統(tǒng)由于人、設(shè)備等因素影響，導(dǎo)致供料系統(tǒng)存的主要問(wèn)題如下：由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)量和種類(lèi)多的問(wèn)題，可能會(huì)存在一些疏漏，導(dǎo)致系統(tǒng)管線長(zhǎng)時(shí)間堵塞等問(wèn)題；在對(duì)廠房?jī)?nèi)設(shè)備定期維修檢查，設(shè)備檢修間隔時(shí)間的差異可能會(huì)導(dǎo)致檢修設(shè)備儀器會(huì)存在遺漏的問(wèn)題；供取料運(yùn)行維護(hù)操作時(shí)，運(yùn)行人員疏忽，可能出現(xiàn)遺忘某些操作的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致設(shè)備故障、管線堵塞等，甚至嚴(yán)重的可能導(dǎo)致異常事故；運(yùn)行維護(hù)中的異常判斷和消除，若人員發(fā)現(xiàn)不夠及時(shí)，未能第一時(shí)間處理，可能導(dǎo)致異常進(jìn)一步擴(kuò)大。

2 供料系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)研究

針對(duì)供料系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，將供料系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控分為5個(gè)部分：自動(dòng)化參數(shù)記錄、自動(dòng)化設(shè)備管理、點(diǎn)位狀態(tài)判斷、操作識(shí)別、異常識(shí)別，如圖1所示。

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)以自動(dòng)化參數(shù)記錄、點(diǎn)位狀態(tài)判斷和設(shè)備狀態(tài)管理為基礎(chǔ)功能，在點(diǎn)位狀態(tài)判斷的基礎(chǔ)上，加上對(duì)DCS數(shù)據(jù)服務(wù)器的操作記錄讀取通過(guò)程序判斷出正在進(jìn)行的操作，在此基礎(chǔ)上，對(duì)供料系統(tǒng)供取料系統(tǒng)的異常進(jìn)行判斷、報(bào)警提示。

2.1 自動(dòng)化參數(shù)記錄

自動(dòng)化參數(shù)記錄主要負(fù)責(zé)對(duì)DCS數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)數(shù)據(jù)的讀取，在將讀取得到的數(shù)據(jù)依照系統(tǒng)類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)軟件中，之后將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)和類(lèi)型進(jìn)行編寫(xiě)檢查規(guī)則，檢查規(guī)則主要用于檢索上下時(shí)間段變化異?；蛘咛償?shù)據(jù)，并將檢查規(guī)則檢索出的異常數(shù)據(jù)的系統(tǒng)、類(lèi)型、值反饋給操作人員，再由人工對(duì)其進(jìn)行核對(duì)，并采取相應(yīng)的措施來(lái)消除異常，如下頁(yè)圖2所示。

通過(guò)記錄的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，以供料單元為例說(shuō)明，需要對(duì)正在工作的單元的電調(diào)閥前壓力、工作容器的開(kāi)度值、加熱箱溫度，每間隔2 h對(duì)其進(jìn)行記錄一次。通過(guò)安裝有電子稱(chēng)的供料單元的質(zhì)量下降值，得到供料溫度值、開(kāi)度值對(duì)應(yīng)的質(zhì)量值趨勢(shì)圖如圖3所示。

在供料初期如A階段所示，期間電調(diào)閥呈現(xiàn)剛開(kāi)啟狀態(tài)，容器內(nèi)的工作物質(zhì)含量多，供料時(shí)會(huì)帶走一部分熱量，容器溫度會(huì)下降。在記錄的間隔時(shí)間內(nèi)，容器溫度的變化值Δt不超過(guò)7℃，開(kāi)度值變化值不超過(guò)10%，氣調(diào)閥前壓力變化值ΔP不會(huì)超過(guò)10 kPa。供料中期如B階段所示，供料的重量下降速度基本穩(wěn)定，波動(dòng)較小，在此期間，相同的時(shí)間間隔的記錄值的變化量Δt、ΔP、開(kāi)度的變化值大致相同。供料后期如C階段所示，溫度、電調(diào)閥前壓力、開(kāi)度變化值呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，變化值逐漸趨于0。整個(gè)供料期間兩個(gè)容器的溫度差值的變化值不會(huì)超過(guò)5℃。對(duì)記錄的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，若變化值超出了相應(yīng)狀態(tài)的范圍，則可能是容器壁溫度較高的容器出現(xiàn)的堵塞的現(xiàn)象。可以通過(guò)將記錄的參數(shù)的差值通過(guò)程序進(jìn)行對(duì)比分析，將結(jié)果反饋給運(yùn)行維護(hù)人員采取相應(yīng)的處理措施。

2.2 自動(dòng)化設(shè)備管理

自動(dòng)化設(shè)備管理，以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)SQL為例，建立SQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，人工錄入或者手動(dòng)修改之前已經(jīng)存在的設(shè)備信息，數(shù)據(jù)庫(kù)中主要包含兩個(gè)重要的基本表：一個(gè)是設(shè)備基本表，設(shè)備表按由設(shè)備型號(hào)作為設(shè)備這個(gè)數(shù)據(jù)表的主鍵，并添加所屬系統(tǒng)、應(yīng)在點(diǎn)位、所屬設(shè)備類(lèi)型、存放位置、檢修時(shí)間周期、廠家信息、廠家聯(lián)系方式等屬性；另一個(gè)是容器基本表，容器表按由容器號(hào)作為容器這個(gè)數(shù)據(jù)表的主鍵，并添加容器體積、上線時(shí)間、工作點(diǎn)位、下線時(shí)間、裝量和狀態(tài)等屬性。在建立數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)程序語(yǔ)言對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的設(shè)備維修時(shí)間間隔進(jìn)行讀取，計(jì)算出下一次定期維修時(shí)間，并且生成相應(yīng)的報(bào)表提供給相應(yīng)設(shè)備維修負(fù)責(zé)人。

2.3 點(diǎn)位狀態(tài)判斷

通過(guò)讀取DCS數(shù)據(jù)服務(wù)器中的點(diǎn)位線路的壓力、溫度參數(shù)、根據(jù)不同狀態(tài)下的所進(jìn)行的操作，以及所設(shè)置的溫度、壓力區(qū)間不同，自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)單元進(jìn)行標(biāo)簽狀態(tài)。供料單元4個(gè)狀態(tài)：凈化、備用、供料、檢修裝進(jìn)行標(biāo)注，除了檢修狀態(tài)是需要人工判斷，其余3個(gè)狀態(tài)的參數(shù)都有較為明顯的分界線[9-10]。

凈化狀態(tài)：供料容器中的工作物質(zhì)清潔度未達(dá)到供入標(biāo)準(zhǔn)，需對(duì)容器內(nèi)部的工作物質(zhì)通過(guò)凈化，使之達(dá)到工作物質(zhì)供入的標(biāo)準(zhǔn)。

備用狀態(tài)：供料容器中的工作物質(zhì)清潔度已經(jīng)達(dá)到供入標(biāo)準(zhǔn)，隨時(shí)可以投入生產(chǎn)線使用，與凈化狀態(tài)明顯的分界線是沒(méi)有凈化判斷。

供料狀態(tài)：備用狀態(tài)的供料單元檢查后投入生產(chǎn)線工作。檢修狀態(tài)：運(yùn)行維護(hù)人員在現(xiàn)場(chǎng)巡檢發(fā)現(xiàn)問(wèn)題或者控制室發(fā)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)異常，不能正常使用，即為檢修狀態(tài)。在時(shí)間線上，供料容器剛上線為凈化狀態(tài)，之后經(jīng)過(guò)凈化判斷為備用狀態(tài)，在之后并入供料為供料狀態(tài)。在上述3個(gè)狀態(tài)中若設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題都變?yōu)闄z修狀態(tài)，如圖4所示。

供料單元在凈化狀態(tài)時(shí)，其特點(diǎn)是每經(jīng)過(guò)固定的時(shí)間段會(huì)對(duì)容器進(jìn)行凈化，其特征參數(shù)是單元容器的加熱箱溫度在20℃～50℃±2℃，氣調(diào)閥前壓力不大于60 kPa，并入供料管線線路閥門(mén)處于常閉狀態(tài)，凈化管線閥門(mén)在凈化時(shí)處于打開(kāi)狀態(tài)。供料單元在備用狀態(tài)時(shí)，凈化操作與凈化狀態(tài)相同，不同點(diǎn)是凈化的時(shí)間間隔不同以及凈化判斷合格。供料單元在供料狀態(tài)時(shí)，其特征參數(shù)是供料單元加熱箱溫度在50℃±2℃～80℃±2℃（或50℃±2℃～90℃±2℃），并入供料管線線路閥門(mén)處于常開(kāi)狀態(tài)，凈化管線閥門(mén)處于常閉狀態(tài)。對(duì)于廠房?jī)?nèi)點(diǎn)位和線路判斷，在智能化判斷點(diǎn)位狀態(tài)的同時(shí)，進(jìn)一步通過(guò)點(diǎn)位狀態(tài)來(lái)得知容器的工作狀態(tài)，進(jìn)而在手動(dòng)錄入容器編碼的情況下，對(duì)各個(gè)容器的裝載量、工作上下線時(shí)間進(jìn)行分析和標(biāo)注。

2.4 操作識(shí)別

現(xiàn)有供料系統(tǒng)的傳感器只能對(duì)操作人員的部分操作進(jìn)行判斷，采用DCS數(shù)據(jù)服務(wù)器的操作員閥門(mén)開(kāi)關(guān)情況、開(kāi)關(guān)時(shí)間間隔以及對(duì)管道壓力通過(guò)程序?qū)Ρ纫?guī)程中的相應(yīng)操作參數(shù)，自動(dòng)判別控制室運(yùn)行人員的操作，提醒可能的錯(cuò)誤操作，及時(shí)識(shí)別錯(cuò)誤操作，對(duì)錯(cuò)誤操作顯示報(bào)警[11]。

2.5 異常識(shí)別

監(jiān)控系統(tǒng)最重要的是異常判斷，供料系統(tǒng)主要異常（按出現(xiàn)頻次排序）：閥門(mén)通道漏、電伴電流低或燒毀、箱體加熱異常、設(shè)備異常、管線堵塞、儀表架有漏等異常運(yùn)行維護(hù)的問(wèn)題，在不改變現(xiàn)場(chǎng)的閥門(mén)儀表設(shè)備的情況下，通過(guò)對(duì)DCS系統(tǒng)儀表所采集的模擬信號(hào)的值對(duì)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)部分異常情況進(jìn)行分析并判斷。以供料單元堵塞為例說(shuō)明，在凈化時(shí)，閥前壓力大致變化如圖5所示，管線壓力在凈化閥門(mén)開(kāi)啟瞬間迅速下降，有堵塞的管線中由于工作物質(zhì)堆積導(dǎo)致管道內(nèi)壓力上升趨勢(shì)緩慢，而正常通暢管線在壓力迅速下降后又開(kāi)始迅速回升，兩者之間壓力變化趨勢(shì)存在明顯的差異。

在點(diǎn)位狀態(tài)判斷和操作識(shí)別的基礎(chǔ)上，使用程序通過(guò)對(duì)壓力斜率計(jì)算，根據(jù)斜率大小對(duì)其進(jìn)行是否存在有堵的情況判斷，進(jìn)一步提高其識(shí)別的準(zhǔn)確性，可以通過(guò)設(shè)定一個(gè)壓力上升斜率，當(dāng)?shù)陀谠撝禃r(shí)，即判斷有堵。最后將該斜率值直接用于對(duì)供料系統(tǒng)供料時(shí)的堵塞情況分析。

3 結(jié)論

伴隨工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度不斷提升，全文對(duì)供料系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)控做了詳細(xì)技術(shù)分析，從自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)、供料系統(tǒng)主要工作、工作中存在的問(wèn)題3個(gè)方面進(jìn)行闡述，結(jié)合自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)提出了有關(guān)于供料系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控的方式，可為以后供料系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)提供參考。除此之外，通過(guò)大量的應(yīng)用時(shí)間和跟蹤記錄在對(duì)供料廠房完成自動(dòng)化監(jiān)控后，通過(guò)DCS系統(tǒng)的外部擴(kuò)展，對(duì)DCS所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化的分析，進(jìn)一步提高對(duì)廠房?jī)?nèi)異常的識(shí)別，使系統(tǒng)自主完成對(duì)異常的處理，從為更好的服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行。