中頻爐自動化系統的生產數據采集過程分析

吳俊杰，楊丁山

（江西銅業集團(德興)鑄造有限公司，江西 德興 334224）

由于現代社會經濟的不斷發展，作用于金屬熔煉方面的中頻爐使用更加頻繁，為了有效提升工作效率，中頻爐的各項功能也越來越完善[1]。中頻爐的全稱是中頻感應電爐，和傳統的鑄造設備不同，它在熔煉過程中具有更多的優點，例如：時間短、材料損失少、作用范圍廣、環境污染小等等。這些優勢使其得到更多應用，同時其各項功能也得到了更多提升，隨著計算機技術的不斷進步，中頻爐的自動化也開始普及開來[2]。自動化系統的應用，在中頻爐的工作、監測過程中，都取得了較好的效果[3]。目前，中頻爐自動化系統的生產數據采集過程開始成為了關注重點。本文通過對中頻爐自動化系統的研究，展現了生產數據的采集與傳輸詳細流程[4]。

1 中頻爐自動化系統

自動化控制系統技術的快速發展之下，中頻爐的自動化應用也帶來了明顯優勢[5]。在中頻爐的工作過程中，很多系統同時進行工作。在中頻爐系統這個最大的整體之下，其實還包含很多細小的子系統沒有展示出來，例如：爐體控制系統、送料系統等等，每個子系統都有對應的自動化監視[6]。除此之外，還有總體的監視系統，方便進行工作的調控[7]。目前簡要分析中，將網絡結構主要分為三部分，如圖1所示。其一是主控室板塊，其中最主要的就是計算機操作站、數據交換與報表系統計算機；其二是基礎自動化板塊，爐體控制系PLC、水系統PLC都在內；其三就是高壓配電系統，包含高壓配電綜保通訊機以及現場計算機操作站處于其中。

這里高壓配電系統最為重要，它承擔一個動力系統的作用，決定著整個項目的運行，在高壓配電系統工作的時候，監測工作影響巨大，掌握了它的產能、耗能，對于生產數據的掌握才能準確。為了保證監視數據記錄工作的準確性，對于高壓配電系統數據采集方面，自動化系統形成了一個數據交換與報表子系統，在高壓通訊系統數據收集后，向基礎自動化進行傳達，并生成報表。

圖1 系統網絡配置圖

2 生產數據采集過程

中頻爐自動化系統的數據采集工作，需要注重安全性、實時性、可靠性等特點，因此采集工作步驟繁多，各系統配合才能實現生產數據采集工作，如圖2所示。

圖2 數據流向圖

2.1 高壓配電系統數據采集

由于動力系統生產中所處位置重要，這部分的數據采集需要更精準、也更復雜一些。首先，在高壓配電系統中，以太網起到一個連接的作用，是數據采集與交換的基礎。以客戶端、服務器端作為溝通方式，同TCP進行聯系。對高壓系統工作數據進行采集和監視。當軟件開始啟動后，系統自動進行連接工作。提前對高壓配電系統的TCP、IP地址、端口號進行設置。并且，預設對應的超時參數。然后，在連接成功后，對于采集的數據，進行自動傳輸。隨后，開始報文監視的流程，在規定的監視時間之內，系統沒有收到報文，那么超時之后即使收到報文，也會以另一種格式響應，而不是收到的原格式；當系統一段時間內都沒有報文的收發任務，那么，會出現發送測試報文的情況。系統進行數據傳輸后，將總召命令進行開啟，并且監測其是否正常工作。值得注意的是，總召命令一旦啟動，只有工作完成或超時的情況下才能再次開啟。隨后就可以等待各種數據上傳，進行接收。接收數據按照全遙信單點信息、全遙測短浮點數、電量累計值三種分類，分別將數據保存到遙信量數據表、遙測量數據表、以及電量累計值數據表。

2.2 基礎自動化數據采集

高壓配電系統運轉數據進行收集后，以TCP、IP網絡接口作為傳播方式。通過一些自動化系統進行主動訪問，其訪問對象就是高壓綜保通訊機，經過這一系列流程，最終對運轉數據進行獲取，并傳遞給基礎自動化PLC。采用SIMATIC NET OPC通訊的形式，得到中頻爐工作信息、其他系統運行信息，這些數據的來源都是基礎自動化PLC中所包含的。其他的，例如：爐體控制數據、電力相關信息、冷卻水的工藝方法等等，也可以使用SIEMENS S7 PROTOCOL中的TCP接口，面向自動化PLC系統的數據進行獲取工作。

2.3 生產管理數據采集

一般情況下，生產管理數據由計算機監視人員進行人工輸入，其中包括：開爐動作、鋼種信息、鋼次信息以及停爐動作。在計算機自動化系統的幫助下，同樣以TCP、IP網絡接口作為傳播途徑，將本需要人工輸入的生產管理數據，經由SIEMENS S7 PROTOCOL中的TCP接口獲取，將其傳達到PLC。之后由數據交換與報表計算機進行獲取，進行數據的采集與自動化輸入。

2.4 生產流程數據采集

關于生產流程的數據采集工作，需要從每一爐的生產流程進行觀察。數據從開爐時間開始記錄，除此之外，一方面要記住對生產過程中，電力方面的電流、功率等數據，以此作為依據計算單爐的耗電能；另一方面，還要記錄機器運行的相關信息，包括運行頻率、電壓等項目。信息記錄的停止，在于系統接收到停爐信號的瞬間，在生產工作停止后，對時間信息、數據信息同樣進行記錄，和生產開始信息產生對照關系。

2.5 OPC通訊控制數據

在一個完整的數據采集過程中，對于數據的控制能力也是不可缺少的，足夠的數據控制能力，才能實現數據的靈活配置。OPC通訊技術在數據控制中可以發揮極大作用。為了應用軟件的開放性和可靠性的提升，硬件開發商設置了通用的數據接口，以此來實現軟件讀取硬件設備信息的目標。OPC通訊技術可以從不同服務器中獲取數據，實現多種系統的集成以及數據的靈活運用。當計算機連接網絡后，可以通過OPC通訊實現數據交換。這種用于數據交換的系統，也可以用來獲取各類生產工藝數據的。通過自動化系統所采集的生產數據，可以通過OPC的DATACHANGE功能，對標簽數據進行實時更新。將這些更新數據放置到內存信息中，針對任務所需要的信息進行配置數據，形成生產數據記錄。生產流程的數據采集后，可以提前進行信息提取，通過計算機控制執行命令。針對OPC通訊設立的各種信息形式，例如：標簽信息、任務信息、對應信息等等，開發其連接功能。OPC通訊中標簽變量、相關索引號等所有配置信息，在程序啟動后進行初始化操作，將其存儲至內存變量中。當有所需要時，根據給出的相關信息提示，OPC通訊自動化系統對所需數據進行處理，并將其保存至數據庫，以供歷史生產數據查詢以及數據報表生成。

2.6 IEC104規約監視數據

在生產數據自動化采集的過程中，為了保證獲取數據的準確性，對于數據的監視工作不可或缺。在這方面IEC104規約以及SCADA 系統作用顯著。IEC104規約的全稱是IEC60870-5-104規約，由國際電工委員會所制定，主要在電力系統方面應用廣泛，包括能源管理系統(EMS)、安全監控和數據采集系統(SCADA)、配電自動化系統、其他公用事業等等。以這些系統作為目標制定的傳輸規約。利用IEC104規約為網絡傳輸遠動信息提供規約支撐，對規約的標準化、通信的可靠性進行了很好的保證。IEC104規約在中頻爐自動化系統生產數據采集過程中發揮主要作用的是SCADA 系統。在自動化系統的生產數據獲取過程中，SCADA 系統的監視和控制功能面向現場的運行設備，在數據采集、參數調節、各類信號報警等方面都起著巨大作用。作為一個應用廣泛、技術發展成熟的子系統，具備多項優勢，在提高生產效率、提升生產水平方面無法替代。對于高壓配電系統運轉數據，進行監視，從而了解高壓配電系統有沒有進行有效的通訊。數據交換與報表系統計算機在進行以太網連接之后，以IEC104通訊協議作為依據，向高壓配電系統發出任務，使其進行報文的查詢工作。收到任務之后，高壓配電系統做出相關數據回復。在實時采集開啟工作之后，高壓配電系統運轉數據采集到的本地進行儲存，然后經過OPC通道，對數據進行下載，并保存至中頻爐本地計算機TCP IP地址中。之后，通過通訊設備連接、數據發送、信息確認完成。對于高壓配電系統所有涉及到的信息做出集中處理，也就是通過一臺通訊機對10個配電柜的信號收集。配電柜信號傳輸內容豐富，包括各種電壓信號、電流信號、開關狀態信號、斷路器位置信號、故障跳閘信號等等。

3 結束語

本文通過對中頻爐自動化系統的生產數據采集過程分析，基于中頻爐自動化系統的研究，提出生產數據的采集過程，并且對數據整理與監視做出解釋。通過本文的研究，將中頻爐自動化系統數據采集工作詳細展現，提生了生產自動化水平和效率，提高生產數據采集的準確性，同時對員工的工作壓力也有所降低。