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案例頻道 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年上海地區鋼鐵企業聯合后，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企業。公司占地面積340萬平方米，資產總值60億元，年產鋼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，產品有棒、管、絲、帶、餅、環及異型材，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是耐熱鋼種的主要生產設備，在生產中根據鋼種耐熱需要，把成型的鋼錠放置在加熱爐中，根據工藝技術要求，產生不同的加熱曲線，讓加熱系統根據曲線對鋼錠進行加熱，本系統一共有八臺燃氣加熱爐。上位機控制系統根據實際工藝需要，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的很低，同時現場生產環境干凈整潔，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產品技術要求，而且在系統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。目前上位機組態軟件在加熱爐中的應用已經比較普遍，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方便的存儲是一個比較突出的問題，常用的組態軟件在工藝曲線這塊總是很難實現方便的存儲，但是GE Intellution的iFIX上位機監控軟件是一款功能強大的自動化監控與控制軟件，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的開發，標簽組編輯器大量節省了系統的開發時間，它不但支持任何一種OCX控件而且內置了微軟的VBA作為腳本語言，為工程開發人員提供了一個靈活的開發應用環境，從而根據工藝要求開發出功能強大，界面友好的工藝管理界面。
2 工藝描述及系統功能要求
寶鋼集團上鋼五廠電渣中心燃氣加熱爐DCS控制系統現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大小火控制切換，并且燒嘴控制器可以實現自動點火，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，八臺爐現場DCS控制器為霍尼韋爾HC900和UMC800，它們是整個現場控制的核心，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協議通訊，接受上位機的操作數據，包括各個執行機構的動作，工藝曲線數據等。由iFIX3.5組態軟件環境下開發的加熱爐上位機監控管理系統，通過MODBUS工業以太網與HC900和UMC800進行通訊，它主要實現的功能有：加熱爐動畫監控、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。
控制系統要求重點如下：
（1） 加熱爐保溫溫度誤差不超過3攝氏度 ，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3點溫度、爐內壓力等測量點均要求動態顯示及報警顯示。
（2） 要求上位機系統含有加熱爐動態顯示畫面，并且根據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，同時可以根據工藝要求可以從工藝曲線庫里面隨時調用工藝曲線作為本次生產的加熱工藝。
（4） 要求上位機系統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的工藝曲線，然后本爐的溫度根據時間坐標以5分鐘/點進行跟隨標點，這樣可以方便操作人員根據實際的溫度跟隨情況進行相應的現場操作，同時當本爐工藝結束，系統自動根據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。
以上系統要求中，第3項和第4項是本系統的難點，一般的組態軟件很難實現這樣復雜的功能。
3 iFIX的解決方案
該系統要求兩臺上位機對八臺爐進行監控，一臺連接HC900，一臺連接UMC800，也就是每個iFIX上位機系統監控四臺加熱爐，系統結構圖如圖1：
圖1 系統結構圖
3.1 系統動態主畫面的實現
系統的主畫面是操作人員平時使用的最多的畫面，要求畫面信息全面，并且含有常規的操作流程按鈕，如圖2所示，主畫面分布了四臺加熱爐的監控窗口，每臺爐分成按鈕區、數據區、加熱爐動畫區、報警區。按鈕區分為風機控制、燃氣控制、溫度控制、曲線工藝；數據區分為PID控制、測量點數據；動畫區動態的顯示了加熱爐內的火焰情況，有大火也有小火；報警區實時顯示了各個測量點的報警監控狀態。
圖二 系統主畫面
3.2 工藝曲線管理的實現
應用iFIX的OLE對象插入標準的OCX二維曲線控件，同時結合內置的VBA腳本，為實現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部標簽，結合事件按鈕觸發VBA腳本實現了工藝曲線數據的輸入輸出；通過對OCX二維曲線控件的操作實現了工藝曲線的顯示和清除；通過窗口控件和TXT文本操作函數實現了工藝曲線的保存和調用；同時制定了存儲路徑（本系統中的存儲路徑為：D:\工藝曲線），為方便工藝技術人員在脫離iFIX環境下也能建立和讀取工藝曲線，工藝曲線文件的數據存儲標準制定的非常簡單，工藝技術人員只要按照數據存儲標準建立TXT工藝曲線文件，然后拷貝到監控計算機上的“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。
圖三 工藝曲線管理畫面
圖三 工藝曲線管理畫面
圖四 工藝曲線存儲路徑
圖五 工藝曲線文件
圖五中工藝曲線文件從上到下每四個數據為一段溫度，具體規定如下：第一個數據“1”表示升溫降溫段 “0”表示保溫段；第二個數據為段起始溫度；第三個數據為段終止溫度；第四個數據為段控制時間（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
同樣應用iFIX的OLE對象插入標準的OCX二維曲線控件，同時結合內置的VBA腳本和定時觸發器，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一旦下載了某臺爐工藝曲線數據到下位機控制器后，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、顯示數據等操作。當工藝完成，觸發實時曲線保存腳本，把當前的實時曲線數據以時間和爐號為名，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。以下圖六是實時曲線管理畫面
圖六 實時曲線管理畫面
3.4 其他管理功能的實現
其他管理功能實現如下：
（1） 歷史曲線管理功能：做到操作人員可以根據需要隨時增加和減少歷史曲線筆；可以根據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。如圖七所示
（2） 工藝曲線狀態顯示功能：圖形話顯示各個爐的曲線運行狀態和當前運行段，并且顯示剩余時間。如圖八所示
（3） 報警參數設置功能：對各個測量點進行報警上下限設置，系統根據設定的上下限進行報警輸出和記錄。
（4） 參數設置功能：對溫度、爐壓、風壓等PID控制器的控制參數進行設定，使達到最優的控制效果，本部分功能僅對工程技術人員開放。
圖七 歷史曲線管理
圖八 曲線狀態顯示
4 結束語
本系統自2005年5月份開始投入運行到現在系統運行穩定、可靠，極大的節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品質量分析數據，同時也明確了生產操作人員的責任，因為它可以把生產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操作者。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號