基于組態王的石墨煅燒監控系統設計

武漢理工大學自動化學院 馮自濤

江南大學物聯網工程學院 劉 美

基于組態王的石墨煅燒監控系統設計

武漢理工大學自動化學院 馮自濤

江南大學物聯網工程學院 劉 美

煅燒是炭和石墨制品生產中第一道熱加工工序。為了保證成品質量及提高成品率，須對原料的煅燒質量予以重視。特別是生產石墨化制品或炭塊等制品時，更是如此。煅燒溫度一般應達到1 300℃左右，這一溫度是各種焦炭及無煙煤體積收縮相對穩定的溫度，煅燒溫度的控制直接影響成品的質量。鑒于此，本文，筆者通過溫度與壓力傳感器來實現對煅燒爐內的溫度和壓力信號進行檢測。

一、監控系統硬件組成

罐式煅燒爐是由若干個用耐火材料砌成的相同結構及垂直配置的煅燒罐所組成。每個罐體高約3～4米， 罐體內寬為360毫米，長為1.7～1.8 米，每個煅燒罐為一個組。罐式煅燒爐由6個組組成， 即包括有24個煅燒罐。在每個煅燒罐兩側都有加熱火道5～8層， 目前多數為6層火道。本文，筆者論述的監控系統就是在這一背景下為了檢測煅燒爐內的溫度與壓力信號而設計。總共需要監測30個溫度信號，2個壓力信號。

根據工業現場的需要，該監測與控制系統采用兩級分布式結構，監控系統結構原理圖如圖1所示，第一級為計算機，由組態軟件開發現場監控和數據采集系統，通過RS-232和下位機百特數據采集器實現串口通信，采用MODBUS通訊協議。第二級由下位機百特數據采集器和溫度壓力傳感器組成，實時監控對象為溫度和壓力總共32個檢測量。監控軟件選用組態王6.53，計算機作為上位機可以提供良好的人工界面，進行系統的監控課參數設置，數據采集器和傳感器作為下位機，結構簡單，信號來源直觀，執行可靠。

1. 溫度和壓力傳感器。溫度傳感器采用北京中儀華世代理的熱電偶30只，型號為WRN-230 K型，K 型熱電偶也即鎳鉻－鎳硅熱電偶，它是一種能測量較高溫度的廉價熱偶，可長期測量1 000℃以上的高溫。

壓力傳感器采用選用美國杜威公司在國內組裝生產的DW 300型微壓變送器2只，主要特點是使用壽命長。

2. 數據采集器。數據采集器采用百特公司生產的XM C-5000MODBUS型數據采集器3只，該數據采集器具有以下特點：24通道模擬量輸入（AI），雙屏顯示，主屏顯示當前過程量，附屏顯示通道號；兩個公用報警繼電器輸出，48個指示燈分別指示各路上、下限報警情況。

3. RS232/RS485轉換器。RS232/RS485轉換器AI系列儀表使用異步串行通信接口，接口電平符合RS232或RS485標準中的規定。數據格式為1個起始位，8位數據，無校驗位，一個或兩個停止位。通訊傳輸數據的波特率可調為1 200～19 200 bit/s。

4. 工控機。工控機采用臺灣研華公司生產的工控機一臺，其型號規格為P4 2.4G/1G/160GHD，全配置，該機具有用戶界面友好，帶前置濾網，易于維護可視化的電源以及硬盤指示燈，可增強系統實用性板卡的特點。

二、監控系統軟件設計

1. 流程畫面。流程畫面用來形象地模擬工業現場的結構構造以及工藝流程，畫面主要由24個罐體組成，形象地再現了工業現場的畫面，同時還兼顧現實24罐體爐膛里煅燒的溫度信號。此外還包括一個控制臺，當切換到運行系統時，可以通過該控制臺切換到其他畫面，也能退出系統。

2. 報警與事件畫面。當爐子的溫度出現異常時，驅動報警系統，可以通過該畫面查詢異常情況的詳細信息，以便于及時排除故障，同時也可將異常的溫度信號進行存儲，當我們需要查看時，我們可以通過操作臺上的報警查詢按鈕進行查詢。

3. 歷史趨勢曲線。可以選擇顯示每個爐子的溫度歷史趨勢線，分別以不同的顏色顯示出來；可以選擇時間進行歷史數據的查詢，還可以根據需要把歷史趨勢線打印出來。

4. 實時數據報表。該報表可以顯示全部的溫度與壓力信號，形象直觀，可以通過右邊的操作站將任一時刻的數據進行保存，當需要時，可通過報表進行查詢。同時還提供打印功能。

5. 歷史數據報表。通過編制程序，每十秒采集一組數據，在報表中進行循環顯示。同時提供打印功能。

6. 歷史數據查詢報表。歷史數據報表可以根據需要對歷史數據進行查詢，設定好查詢時間和選擇要查詢的爐子后，符合條件的數據全部顯示出來，在必要的時候打印出來。通過該報表能夠了解相當長時間內煅燒爐內的情況，在出現問題時也可通過數據進行分析判斷。（見圖2）

三、結論與建議

本文所設計的監控系統已經用于工業現場控制，該監控系統主要是根據實際生產線要求，對石墨煅燒過程中溫度與壓力信號實現全天候的控制與監測，發揮組態軟件對現場數據采集與過程控制簡單、用戶開發界面友好、工程實現方法簡捷等優點，取得了良好的控制和監測效果，提高了工作效率。計算機的監控系統具有界面直觀、操作簡單、控制質量高、數據記錄準、精度高、系統造價較低、能保證連續生產等優點。