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案例頻道關(guān)鍵詞：布袋除塵；網(wǎng)絡(luò )監控；工業(yè)以太網(wǎng)；冗余；延遲
0 引言
鋼鐵冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的大量粉塵對操作人員的健康及環(huán)境造成極大的危害，而布袋除塵在除塵治理方面效果良好而被廣泛采用。濟南某鋼鐵廠(chǎng)雖然采用布袋除塵系統，但由于缺乏完善的除塵器監控系統，使得整個(gè)除塵器監控工作分布比較分散、仍處于人工狀態(tài)，導致除塵器除塵效率低下、系統故障維護實(shí)時(shí)性差、工作任務(wù)繁重、信息不全。故人員配備較多造成浪費。為此，建立一個(gè)高性能的除塵器監控系統非常必要。傳統采用vB或Vc++等高級語(yǔ)言編制監控系統，雖然有從底層開(kāi)發(fā)，靈活性大的優(yōu)點(diǎn)，但是有開(kāi)發(fā)周期較長(cháng)，系統可移植性差和擴充性差的缺點(diǎn)。針對此缺點(diǎn)，本系統采用施耐德（Schneider）公司研制的 MonitorProV7．2工業(yè)控制組態(tài)軟件。
1 系統總體網(wǎng)絡(luò )拓撲結構
2群、3群轉爐除塵網(wǎng)絡(luò )監控系統由7套子系統組成，其中包括：輔原料除塵系統；混鐵爐除塵系統；1群轉爐二次除塵系統：一期LF除塵系統；鐵水預處理除塵系統；2、3轉爐二次除塵系統；二期LF二次除塵系統，如圖1所示。
7套子系統分屬7地，均有除塵電機和除塵本體、除塵清灰控制系統、除塵卸灰系統，除塵輸灰系統構成。上位機與現場(chǎng)采用電儀一體化（電氣、儀表共用）的施耐德PLC控制系統進(jìn)行順序控制、連續控制構成I級基礎自動(dòng)化系統。II級過(guò)程計算機由2套服務(wù)器互備系統組成，主要功能包括工藝技術(shù)計算、生產(chǎn)指導、過(guò)程監視、數據通信和生產(chǎn)報表等?，F場(chǎng)就近設置一個(gè)HMI組態(tài)人機界面分站。分站系統采用10M／100M工業(yè)以太網(wǎng)與上位機通訊?，F場(chǎng)分站分間距離比較遠，需另建立一個(gè)中央監控室。將7套子系統集中到一個(gè)監控室中來(lái)，數據采集到固定的服務(wù)器中，放置于SQL-server實(shí)時(shí)數據庫中，利用 VisualBasic基本工具，自動(dòng)進(jìn)行報表的生成與打印功能，從而自動(dòng)，實(shí)時(shí)地記錄現場(chǎng)運行、故障、曲線(xiàn)及人員值班情況。
電平的上升沿進(jìn)行觸發(fā)，它的輸出僅僅決定邊沿時(shí)刻的輸入，所以抗干擾能力強，不會(huì )造成空翻。本系統中，由于設備比較復雜，要求不同，所以要針對各個(gè)不同的操作情況而選定不同的觸發(fā)方式。如一些數字量的翻轉操作中，則用電平觸發(fā)的方式就可完成所需操作；而對于設各的啟停這種比較重要的操作，則要用脈沖觸發(fā)，以確保其安全性和穩定性。
2 系統功能介紹
2．1設備起停操作
設備起停操作有現場(chǎng)、本地、集中操作3種方式。本地和集中全部采用鼠標或鍵盤(pán)方式進(jìn)行。設備起停由計算機集中操作實(shí)現，起動(dòng)前首先需要查詢(xún)本地操作柜是否已經(jīng)給予操作權限，在權限給予的情況下方可進(jìn)行操作，以防引起誤操作。設備單動(dòng)或調試狀態(tài)下，可以對某一臺設備進(jìn)行操作進(jìn)行自動(dòng)＼手動(dòng)操作選擇、設備起?？刂撇僮?、清灰，輸灰方式選擇等。
2．2顯示與報警提示
顯示部分需要顯示除塵風(fēng)機的軸壓、工作油壓、振動(dòng)烈度、定子溫度等參數；除塵本體倉室中噴吹電磁閥、料位狀態(tài)、振打等狀態(tài)，除塵倉室壓差。設備的運行狀態(tài)用不同的顏色來(lái)區分，過(guò)程的測控參數同時(shí)顯示于相應位置。設計多幅畫(huà)面來(lái)表示不同的生產(chǎn)工序，鼠標切換顯示流程中的總貌與細節。故障時(shí)，聲光報警，報警欄閃爍報警故障，并將故障位置、時(shí)間、記錄到后臺數據庫中以供事后追憶與分析。故障確認后，聲音和頻閃畫(huà)面可手動(dòng)解除，但畫(huà)面繼續保持。
2．3參數歷史記錄
瞬時(shí)記錄和歷史記錄曲線(xiàn)和報表，對重要的工藝參數進(jìn)行數據保存，以便生產(chǎn)調試和事故分析，查詢(xún)。
2．4系統安全管理
為防止非法用戶(hù)使用操作計算機和工作人員退出系統等違紀操作，保證整個(gè)監控系統的安全，對不同用戶(hù)設計相應的級別和口令。本系統采用的用戶(hù)管理功能：普通用戶(hù)、高級用戶(hù)、超級用戶(hù)3種級別，對應的用戶(hù)操作權限不同。用戶(hù)只能在超級用戶(hù)賦予的操作權限范圍內操作，從而加強了系統的安全性和可靠性。
2．5報表打印功能
為了察看生產(chǎn)狀態(tài)，減輕操作人員工作量，設計自動(dòng)報表系統。利用VisualBasic語(yǔ)言，從Sql數據庫中讀取數server據，自動(dòng)生成報表并打印，打印方式分以下幾種：①定時(shí)打?。嚎啥〞r(shí)打印T／R運行表、定時(shí)時(shí)間可以設定；②用戶(hù)打?。河脩?hù)可自定義打印當前或者歷史報表；③報警打?。寒?T／R發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)記錄訊發(fā)生故障的時(shí)間、故障類(lèi)型及故障發(fā)生時(shí)的運行參數。
3 系統軟件設計
本系統主要是基于施耐德公司的MonitorProV7-2工控組態(tài)軟件構建，通過(guò)該軟件的服務(wù)器SERVER端和下位PLC利用工業(yè)以太網(wǎng)，采用TCP／IP協(xié)議進(jìn)行通訊，通過(guò)客戶(hù)端CLIENT使用戶(hù)進(jìn)行方便的人機界面操作。
3．1MonitorProV7．2介紹
MonitorProV7．2是施耐德公司開(kāi)發(fā)的一種工業(yè)組態(tài)軟件，旨在優(yōu)化生產(chǎn)管理過(guò)程。在各種領(lǐng)域——自動(dòng)化行業(yè)、農業(yè)綜合部門(mén)、水處理等，該軟件都可以提供信息管理和處理方面的最佳技術(shù)。由于其模塊化的設計方法，可根據應用程序的要求來(lái)進(jìn)行定制。其界面友好、結構靈活，可以方便地根據用戶(hù)要求來(lái)量身定制。用戶(hù)可以快速地創(chuàng )建自己的用戶(hù)界面，增加遠程維護功能，執行更多的操作。
3．2工業(yè)以太網(wǎng)簡(jiǎn)介
以太網(wǎng)是由美國Xerox公司于1975年推出的一種局域網(wǎng)。目前，由于因特網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)采用統一通訊協(xié)議——TCP／IP，以太網(wǎng)具有實(shí)時(shí)性、穩定性與通用性比較強的優(yōu)勢，因此也不僅用于人機接口層、企業(yè)信息系統層外，也逐漸用于I／O層和人機接口層，享有“e網(wǎng)到底”的美譽(yù)。盡管具有所有網(wǎng)絡(luò )的固有弊端，如通信的實(shí)時(shí)性、確定性的問(wèn)題，魯棒性和抗干擾能力的問(wèn)題，但是綜合其利弊還是廣泛應用于工業(yè)現場(chǎng)中。
3.3系統監控的顯示設計
雖然監控中的顯示部分相對簡(jiǎn)單，但為了達到畫(huà)面簡(jiǎn)潔明了，標簽使用少，方便管理和維護的目的，采用了把相近或相同的設備用數組來(lái)定義，對這一類(lèi)設備用一個(gè)標簽名并可代替，并且對系統中數量最多的數字量的定義，沒(méi)有采用逐一定義的方法，而是利用模擬量的二進(jìn)制的每個(gè)位來(lái)定義多個(gè)數字量的0，1變化，從而大大減少了煩瑣的標簽定義過(guò)程。
3．4冗余服務(wù)器的設計與實(shí)現
現場(chǎng)要求系統無(wú)故障連續運行，這就需要一個(gè)主服務(wù)器，一個(gè)從服務(wù)器（后備服務(wù)器）進(jìn)行冗余服務(wù)器運行。這需要兩個(gè)完全相同的服務(wù)器工作，主從服務(wù)器進(jìn)行配置并支持主／從服務(wù)器的仲裁，實(shí)時(shí)數據、數據庫記錄、系統報警同步?，F場(chǎng)Client同時(shí)連接到兩個(gè)服務(wù)器中，當任何一個(gè)服務(wù)器故障時(shí)，在10ms時(shí)間切換到另一個(gè)服務(wù)器中，這樣不影響現場(chǎng)系統的實(shí)時(shí)運行，從而達到無(wú)故障安全運行的目的。
3．5網(wǎng)絡(luò )中的誘導延遲解決
由于系統中的點(diǎn)數較多，距離較遠，而且由于網(wǎng)絡(luò )固有的特性有數據延遲的問(wèn)題，造成系統不穩定性的增加，現在比較常用的是沖突碎片屏蔽的方法和時(shí)延補償的方法，考慮到網(wǎng)絡(luò )誘導延遲的原因是數據包排隊等待延遲、信息產(chǎn)生延遲、傳輸延遲。采用觸發(fā)的方式要求數據傳輸以減少數據等待時(shí)間，從而減少延遲。
一般傳輸分兩種觸發(fā)方式：電平觸發(fā)和脈沖觸發(fā)。不同的觸發(fā)方式，有著(zhù)不同的優(yōu)缺點(diǎn)：①電平觸發(fā)：電平觸發(fā)是在當信號變成高電平或低電平的時(shí)候觸發(fā)，所以它的抗干擾能力不強。而且它有結構簡(jiǎn)單，觸發(fā)速度快的特點(diǎn)。但它的缺點(diǎn)是容易造成空翻。②脈沖觸發(fā)：脈沖觸發(fā)是在信號變成高電平的上升沿進(jìn)行觸發(fā)， 它的輸出僅僅決定邊沿時(shí)刻的輸入 ，所以抗干擾能力強，不會(huì )造成空翻。
3．6報警點(diǎn)設計中的一種算法
在系統故障發(fā)生點(diǎn)和報警的設計中，由于涉及到一些閥門(mén)的聯(lián)動(dòng)，所以設計了專(zhuān)門(mén)的算法，以達到正常和正確報警的目的?，F以除塵器脈沖閥和提升閥的聯(lián)動(dòng)，聯(lián)鎖關(guān)系為例，進(jìn)行說(shuō)明：清灰時(shí)，先關(guān)閉該清灰倉的提升閥，即該倉的提升閥通電工作。然后逐一的接通該倉的12個(gè)噴吹脈沖閥，壓縮空氣經(jīng)脈沖閥和噴吹管向濾袋內噴射，使附在濾袋外的過(guò)濾粉塵脫落，清灰倉的12個(gè)脈沖閥噴吹完畢后，打開(kāi)該倉提升閥，恢復過(guò)濾狀態(tài)。由于閥門(mén)的開(kāi)／關(guān)是典型的數字量0／1切換，而且閥門(mén)較多，根據用一個(gè)模擬量的二進(jìn)制的每個(gè)位來(lái)定義多個(gè)數字量的方法，一個(gè)倉中1個(gè)提升閥對應12個(gè)脈沖閥和12個(gè)噴嘴，定義為一個(gè)模擬量me，其二進(jìn)制數的第1位到第12位分別代表著(zhù)12個(gè)脈沖閥的狀態(tài)。
報警規則為：當除塵倉提升閥和脈沖閥都正常工作時(shí)（即都顯示綠色時(shí)），則除塵倉中的對應噴嘴才能工作正常（顯示為綠色，為1）。只要有任意一個(gè)出現故障（除塵倉提升閥或任一脈沖閥），則除塵倉中的對應噴嘴不能正常工作（顯示為紅色，為0）。為實(shí)現此規則，采用二進(jìn)制的位操作，mc代表12個(gè)脈沖閥的開(kāi)／關(guān)狀態(tài)，所以，對每個(gè)脈沖閥的狀態(tài)位進(jìn)行與操作，再和提升閥狀態(tài)進(jìn)行與操作，當提升閥狀態(tài)ts和脈沖閥狀態(tài)me
4 系統的特點(diǎn)
?。?）系統人機界面選用MP7軟件進(jìn)行設計開(kāi)發(fā)，界面友好，畫(huà)面形象直觀(guān)，操作方便靈活。
?。?）利用聲光報警，能及時(shí)通知相關(guān)人員，以減少或避免事故的發(fā)生和擴大，并形成記錄以供查閱。
?。?）生產(chǎn)運行中的主要工藝參數在硬盤(pán)中均有記錄，并生成生產(chǎn)報表，以便分析歸檔。
?。?）系統可擴展性好，增建的工藝也可納入本系統中，再選配相應軟硬件資源可實(shí)現總調度室微機聯(lián)網(wǎng)。
5 結束語(yǔ)
綜上所述，我們通過(guò)對布袋除塵器和施耐德組態(tài)軟件MP7的敘述，對整個(gè)系統的軟硬件的配置和設計有了進(jìn)一步了解，采用MP7工控組態(tài)軟件，采用工業(yè)以太網(wǎng)，利用TCP／IP協(xié)議，實(shí)現了PLC與上位監控系統之間的實(shí)時(shí)數據傳遞，保證了管理人員和生產(chǎn)人員需求的實(shí)時(shí)數據，而且減少了原有數據傳遞失真現象，保障了機組經(jīng)濟運行，提高了生產(chǎn)率，減少人員浪費，從而提高了工廠(chǎng)效益。
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北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號