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（中達電通科技股份有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310012）陶 君，徐華勒，姚俊山
陶君 (1981—)男，2004年畢業(yè)于寧波大學自動化系，同年進入杭州自動化技術研究院（浙江拓峰科技有限公司），任工業(yè)控制工程師，負責公司工業(yè)自動化系統(tǒng)項目的設計與調試，2007年5月進入中達電通股份有限公司，任現(xiàn)場應用工程師。
1 概述
寶鋼集團上海五鋼有限公司的前身是上海第五鋼鐵廠，1998年上海地區(qū)鋼鐵企業(yè)聯(lián)合后，列為寶鋼集團特殊鋼精品基地。目前是寶鋼集團中唯一的特鋼長型材生產(chǎn)企業(yè)。公司占地面積340萬平方米，資產(chǎn)總值60億元，年產(chǎn)鋼160萬噸，鋼材140萬噸，年銷售額50億元。公司十大系列品種——不銹鋼、耐熱鋼，工模具鋼，軸承鋼，結構鋼，彈簧鋼，齒輪鋼，高溫合金，鐵及鐵合金，汽車、鐵路、油田用剛鋼，銀亮鋼，產(chǎn)品有棒、管、絲、帶、餅、環(huán)及異型材，廣泛應用于航天、航空、核電、汽車、機械、電子儀表和石油化工等領域。
電渣中心燃氣加熱爐系統(tǒng)是耐熱鋼種的主要生產(chǎn)設備，在生產(chǎn)中根據(jù)鋼種耐熱需要，把成型的鋼錠放置在加熱爐中，根據(jù)工藝技術要求，產(chǎn)生不同的加熱曲線，讓加熱系統(tǒng)根據(jù)曲線對鋼錠進行加熱，本系統(tǒng)一共有八臺燃氣加熱爐。上位機控制系統(tǒng)根據(jù)實際工藝需要，分別對八臺加熱爐進行加熱控制。燃氣加熱爐在鋼鐵行業(yè)中的應用非常廣泛，由于使用了天然氣作為主要燃料，所以它對大氣的污染可以降至很低，同時現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境干凈整潔，而這些是燃油加熱爐無法比擬的。但是天然氣加熱爐的控制比較復雜，不但在加熱工藝上要實現(xiàn)產(chǎn)品技術要求，而且在系統(tǒng)的安全保障要求也比別的加熱爐高，目前專門為燃氣加熱爐設計的燒嘴控制器已經(jīng)相對比較成熟，使用的最多的是大小火控制，它可對燃氣火焰的大小火的組合來實現(xiàn)溫度控制要求，同時對點火失敗、意外熄火等高危險的故障做及時的處理，大大減少了上位機的控制復雜度。目前上位機組態(tài)軟件在加熱爐中的應用已經(jīng)比較普遍，但是在一些工藝要求多變的場合還比較少，特別是加熱工藝曲線的管理上如何實現(xiàn)方便的存儲是一個比較突出的問題，常用的組態(tài)軟件在工藝曲線這塊總是很難實現(xiàn)方便的存儲，但是GE Intellution的iFIX上位機監(jiān)控軟件是一款功能強大的自動化監(jiān)控與控制軟件，Intellution Workspace特有的動畫向導、智能圖符生成向導等大大方便了系統(tǒng)的開發(fā)，標簽組編輯器大量節(jié)省了系統(tǒng)的開發(fā)時間，它不但支持任何一種OCX控件而且內(nèi)置了微軟的VBA作為腳本語言，為工程開發(fā)人員提供了一個靈活的開發(fā)應用環(huán)境，從而根據(jù)工藝要求開發(fā)出功能強大，界面友好的工藝管理界面。
2 工藝描述及系統(tǒng)功能要求
鋼集團上鋼五廠電渣中心燃氣加熱爐DCS控制系統(tǒng)現(xiàn)場有八臺燃氣加熱爐，每臺加熱爐有三個燃氣燒嘴，每個燒嘴通過燒嘴控制器可以實現(xiàn)大小火控制切換，并且燒嘴控制器可以實現(xiàn)自動點火，故障檢測和保護等功能，每臺爐有三個測溫點，一個為控制測溫點，其他兩個為參考測溫點，八臺爐現(xiàn)場DCS控制器為霍尼韋爾HC900和UMC800，它們是整個現(xiàn)場控制的核心，每個控制器控制四臺加熱爐，其主要負責集中控制各臺爐的風壓、爐壓和溫度，同時它和iFIX上位機進行MBE協(xié)議通訊，接受上位機的操作數(shù)據(jù)，包括各個執(zhí)行機構的動作，工藝曲線數(shù)據(jù)等。由iFIX3.5組態(tài)軟件環(huán)境下開發(fā)的加熱爐上位機監(jiān)控管理系統(tǒng)，通過MODBUS工業(yè)以太網(wǎng)與HC900和UMC800進行通訊，它主要實現(xiàn)的功能有加熱爐動畫監(jiān)控、歷史曲線管理、加熱工藝曲線管理、加熱實時曲線管理、報警記錄等功能。
控制系統(tǒng)要求重點如下：
（1） 加熱爐保溫溫度誤差不超過3℃，預熱風壓力控制誤差不超過5%，燃氣壓力、預熱風壓力和溫度、爐內(nèi)3點溫度、爐內(nèi)壓力等測量點均要求動態(tài)顯示及報警顯示。
（2） 要求上位機系統(tǒng)含有加熱爐動態(tài)顯示畫面，并且根據(jù)操作流程制作操作按鈕，同時含有歷史曲線功能，并且支持歷史曲線筆添加和刪除。
（3） 要求上位機系統(tǒng)含有工藝曲線管理功能，操作員可以隨時建立工藝曲線，并且工藝曲線支持存盤拷貝等功能，同時可以根據(jù)工藝要求從工藝曲線庫里隨時調用工藝曲線作為本次生產(chǎn)的加熱工藝。
（4） 要求上位機系統(tǒng)含有實時曲線顯示功能，當操作人員啟動某臺爐的工藝曲線后，實時曲線畫面中顯示本次生產(chǎn)的工藝曲線，然后本爐的溫度根據(jù)時間坐標以5分鐘/點進行跟隨標點，這樣可以方便操作人員根據(jù)實際的溫度跟隨情況進行相應的現(xiàn)場操作，同時當本爐工藝結束，系統(tǒng)自動根據(jù)完成時間和爐號自動保存本次工藝的實時曲線（即工藝曲線和實際的溫度曲線），這樣可以方便工藝技術對于燒成工藝的研究。
（5） 在一切關鍵按鈕操作時，必須含有必要的操作提示，防止操作人員誤操作。
以上系統(tǒng)要求中，第3項和第4項是本系統(tǒng)的難點，一般的組態(tài)軟件很難實現(xiàn)這樣復雜的功能。
3 iFIX的解決方案
該系統(tǒng)要求兩臺上位機對八臺爐進行監(jiān)控，一臺連接HC900，一臺連接UMC800，也就是每個iFIX上位機系統(tǒng)監(jiān)控四臺加熱爐，系統(tǒng)結構圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結構圖
3.1 系統(tǒng)動態(tài)主畫面的實現(xiàn)
系統(tǒng)的主畫面是操作人員平時使用最多的畫面，要求畫面信息全面，并且含有常規(guī)的操作流程按鈕，如圖2所示，主畫面分布了四臺加熱爐的監(jiān)控窗口，每臺爐分成按鈕區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、加熱爐動畫區(qū)、報警區(qū)。按鈕區(qū)分為風機控制、燃氣控制、溫度控制、曲線工藝；數(shù)據(jù)區(qū)分為PID控制、測量點數(shù)據(jù)；動畫區(qū)動態(tài)的顯示了加熱爐內(nèi)的火焰情況，有大火也有小火；報警區(qū)實時顯示了各個測量點的報警監(jiān)控狀態(tài)。
圖2 系統(tǒng)主畫面
3.2 工藝曲線管理的實現(xiàn)
應用iFIX的OLE對象插入標準的OCX二維曲線控件，同時結合內(nèi)置的VBA腳本，為實現(xiàn)工藝曲線管理的功能提供了可能。在本部分中，應用大量的分組化內(nèi)部標簽，結合事件按鈕觸發(fā)VBA腳本實現(xiàn)了工藝曲線數(shù)據(jù)的輸入輸出；通過對OCX二維曲線控件的操作實現(xiàn)了工藝曲線的顯示和清除；通過窗口控件和TXT文本操作函數(shù)實現(xiàn)了工藝曲線的保存和調用；同時制定了存儲路徑（本系統(tǒng)中的存儲路徑為：D:\工藝曲線），為方便工藝技術人員在脫離iFIX環(huán)境下也能建立和讀取工藝曲線，工藝曲線文件的數(shù)據(jù)存儲標準制定的非常簡單，工藝技術人員只要按照數(shù)據(jù)存儲標準建立TXT工藝曲線文件，然后拷貝到監(jiān)控計算機上的“工藝曲線”文件下，操作人員馬上就可以調用這個文件進行生產(chǎn)。
圖3 工藝曲線管理畫面
圖4 工藝曲線存儲路徑
圖5 工藝曲線文件
圖5中工藝曲線文件從上到下每四個數(shù)據(jù)為一段溫度，具體規(guī)定如下：第一個數(shù)據(jù)“1”表示升溫降溫段 “0”表示保溫段；第二個數(shù)據(jù)為段起始溫度；第三個數(shù)據(jù)為段終止溫度；第四個數(shù)據(jù)為段控制時間（小時*100）如圖為兩小時；最后的“a”表示曲線結束標志。
3.3 實時曲線管理的實現(xiàn)
同樣應用iFIX的OLE對象插入標準的OCX二維曲線控件，同時結合內(nèi)置的VBA腳本和定時觸發(fā)器，為實時曲線管理的功能提供了可能。當在工藝曲線管理畫面內(nèi)一旦下載了某臺爐工藝曲線數(shù)據(jù)到下位機控制器后，實時曲線管理界面相應的爐下的實時曲線就會出現(xiàn)當前下載的實時曲線，如果操作人員從主畫面下按下相應爐的“啟動曲線”按扭，那么相應爐下的實時曲線將被觸發(fā)運行，每5分鐘操作一次二維曲線控件把本爐的當前溫度根據(jù)時間溫度坐標標注在實時曲線圖上，操作人員可以隨時進行調整實時曲線的坐標、局部放大、顯示數(shù)據(jù)等操作。當工藝完成，觸發(fā)實時曲線保存腳本，把當前的實時曲線數(shù)據(jù)以時間和爐號為名，保存在特定的路徑下，如果工藝技術人員需要查看可以通過管理功能隨時查找。圖6所示為實時曲線管理畫面。
圖6 實時曲線管理畫面
3.4 其他管理功能的實現(xiàn)
其他管理功能實現(xiàn)如下：
（1） 歷史曲線管理功能：做到操作人員可以根據(jù)需要隨時增加和減少歷史曲線筆；可以根據(jù)實際查看需要調整歷史曲線窗口的顯示時間范圍，同時支持快速翻頁功能；可以隨時選擇歷史曲線的起始日期等，如圖7所示。
（2） 工藝曲線狀態(tài)顯示功能：圖形話顯示各個爐的曲線運行狀態(tài)和當前運行段，并且顯示剩余時間，如圖8所示。
（3） 報警參數(shù)設置功能：對各個測量點進行報警上下限設置，系統(tǒng)根據(jù)設定的上下限進行報警輸出和記錄。
（4） 參數(shù)設置功能：對溫度、爐壓、風壓等PID控制器的控制參數(shù)進行設定，使達到最優(yōu)的控制效果，本部分功能僅對工程技術人員開放。
圖7 歷史曲線管理
圖8 曲線狀態(tài)顯示
4 結束語
本系統(tǒng)自2005年5月份開始投入運行到現(xiàn)在系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，極大的節(jié)省了人力和操作人員的勞動強度，特別是上位機的實時曲線和工藝曲線管理功能深受用戶認可，有效解決了以往操作人員和工藝技術人員的工作溝通上的困難，特別是實時曲線的保存功能為用戶提供了全面的產(chǎn)品質量分析數(shù)據(jù)，同時也明確了生產(chǎn)操作人員的責任，因為它可以把生產(chǎn)出來的鋼定位到某臺爐的某個工藝曲線的某個時間和某個生產(chǎn)操作者。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號