CN101776876A

CN101776876A - 电熔镁炉计算机监控系统的控制方法

Info

Publication number: CN101776876A
Application number: CN200910248879A
Authority: CN
Inventors: 张莉; 吴永建; 岳恒; 柴天佑; 宋志泉
Original assignee: Shenyang Dongda Automation Co Ltd
Current assignee: Shenyang Dongda Automation Co Ltd
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2029-12-30
Also published as: CN101776876B

Abstract

电熔镁炉计算机监控系统的控制方法，属于计算机监控技术领域。本发明提供一种可对电熔镁的整个生产过程进行监控和调节的电熔镁炉计算机监控系统的控制方法。本发明包括如下步骤：在上位机中输入初始工艺参数，启动监控系统；可编程控制器将来自电流互感器的电流采样数据进行A/D转换，同时采样各按钮量和控制电机的输出量数据，并将采样数据传送给上位机；上位机的组态软件将数据写入数据库，并以此做出电流值的趋势图和生产工艺流程画面；将电流采样数据进行处理后，确定电流设定值的最佳值；并将该最佳值下载到下位机的可编程控制器中，实现生产过程的实时控制功能；根据电流采样数据对各电熔镁炉的工作进行故障诊断，并确认故障点，启动报警程序。

Description

电熔镁炉计算机监控系统的控制方法

技术领域：

本发明属于计算机监控技术领域，特别是涉及一种电熔镁炉计算机监控系统的控制方法。适用于在电熔镁生产过程中对氧化镁的生产过程进行监控和调节。

背景技术：

电熔镁砂是一种纯度高，熔点高，结构致密的碱性耐火材料，被广泛地应用于冶金行业、玻璃工业、水泥工业、家电加热器和高温化学工业等诸多领域。电熔镁砂的生产是以菱镁石或轻烧镁(MgO)为原料，经过三相电弧炉熔炼而成。随着计算机技术的发展，现有的工业过程控制中以下缺点日益突出：(1)操作者不能了解电熔镁炉内的生产状况；(2)工艺不能自动寻找最优的冶炼电流值；(3)历史状况不明；(4)不能跟踪整个生产过程；(5)设备故障自诊断状况欠佳；(6)手动生产劳动强度大。

发明内容：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可对电熔镁的整个生产过程进行监控和调节的电熔镁炉计算机监控系统的控制方法。

该控制方法用于解决如下问题：

(1)为电熔镁生产过程实现自动控制提供监测数据；

(2)为实现合理的供电制度研究提供依据；

(3)实现能耗、品位双指标为生产目标的优化；

(4)显示实时熔炼过程曲线，记录生产过程数据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种电熔镁炉计算机监控系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：根据现场的实际生产在上位机中输入初始工艺参数，启动电熔镁炉计算机监控系统；所述的初始工艺参数包括原料的粒度大小，熔炼时间的长短，哪几台设备要生产，电压的大小以及熔炼电流的大小；

步骤二：可编程控制器将来自电流互感器的电流采样数据进行A/D转换，同时采样各按钮量和控制电机的输出量数据，并将采样数据通过通讯模块经网络传送给上位机；

步骤三：上位机的组态软件将下位机传送的电流采样数据、各按钮量和控制电机的输出量数据写入数据库，并以此做出现场实际生产中电流值的趋势图和现场实际生产工艺流程画面；

步骤四：将电流采样数据进行处理后，确定熔炼过程中电流设定值的最佳值；并将所述的电流设定值的最佳值通过网络由上位机下载到下位机的可编程控制器中，实现生产过程的实时控制功能；

步骤五：根据电流采样数据对各电熔镁炉的工作进行故障诊断，并确认故障点，启动报警程序。

步骤四中所述的将电流采样数据进行处理，其具体处理过程如下：

1)、首先判断A、B、C三相电流的电流变化情况，如果其中任意两项电流变化值大于4000A，且小于5000A，则说明需要排气了，触发排气位，进行排气；

2)、若A、B、C三相电流的电流变化值小于1000A，则说明处于正常控制状况；此时，并不需要改变熔炼电流的设定值，只需根据A、B、C三相电流的电流值与设定值偏差的大小来调节Q0.0～Q0.5输出脉冲的宽度即可；

3)、若A、B、C三相电流的电流变化值大于5000A，且任意两项电流变化值大于5000A，则说明正处于打料状态，需要把熔炼电流的设定值改成5000A，并将电流值的控制死区拉大。

步骤五中所述的故障诊断包括当故障断电时，将电动机的输出锁定，防止电极动作，引起危险；当亮流时，自动断开电源和锁定下位机自动，使在亮流时电极不动作，以防击穿炉壳，发生漏炉；对采集的模拟量进行滤波，并限制上限；当采集的电流值持续偏小时，实施报警；提醒操作者是否数据输入/输出模块发生故障，避免由于数据输入/输出模块发生故障，使电极持续反转，引起电极的脱落和漏炉事件的发生。

本发明的有益效果：

本发明的电熔镁炉计算机监控系统的控制方法提高了氧化镁生产过程中的自动化程度和产品产量，实现了节能减排。

经辽宁省节能中心现场测试结果表明：使用本发明的电熔镁炉计算机监控系统的控制方法后，电熔镁炉监控系统可以节电5％，提高产品高品位率2％，取得了良好的经济和社会效益，具有极高的推广价值。

附图说明：

图1为本发明的控制方法的程序流程图；

图2为本发明的监控系统的上位机监控界面图；

图3为本发明的监控系统的参数监控界面图；

图4为本发明的监控系统的电路原理框图；

图5为本发明的监控系统的电路原理图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明：

如图4所示，本发明的控制方法所采用的电熔镁炉计算机监控系统，包括电机、接触器、继电器、微处理器、数据输入/输出模块、通讯模块、电流互感器、电流变送器和上位机监控系统，所述的电流变送器包括第一电流变送器、第二电流变送器和第三电流变送器；所述的电机的输出端与电熔镁炉的三相电极相连接，电机的控制端与接触器的输出端相连接，接触器的输入端与继电器的输出端相连接，继电器的输入端与微处理器的控制端口相连接；所述的微处理器与数据输入/输出模块相连接，上位机监控系统经通讯模块与微处理器相连接；所述的电流互感器的输入端与电熔镁炉的三相电极相连接，电流互感器的输出端分别与第一电流变送器、第二电流变送器和第三电流变送器的输入端相连接；第一电流变送器、第二电流变送器和第三电流变送器的输出端分别与数据输入/输出模块相连接。

如图5所示，所述的电熔镁炉计算机监控系统的具体电路连接关系如下：

电流互感器T1、T2、T3的输入端分别与三相电极相连接，电流互感器T1的输出端分别与第一电流变送器U4的第1引脚、第2引脚相连接，电流互感器T2的输出端分别与第二电流变送器U5的第1引脚、第2引脚相连接，电流互感器T3的输出端分别与第三电流变送器U6的第1引脚、第2引脚相连接。外部的0～10000A的三相电流分别通过电流互感器T1、T2、T3后变为0～5A的电流，0～5A的电流分别通过第一电流变送器U4、第二电流变送器U5和第三电流变送器U6后变为4～20mA的电流。第一电流变送器U4的第5引脚分别与数据输入/输出模块U2的RA端和A+端相连接，第一电流变送器U4的第6引脚与数据输入/输出模块U2的A-端相连接；第二电流变送器U5的第5引脚分别与数据输入/输出模块U2的RB端和B+端相连接，第二电流变送器U5的第6引脚与数据输入/输出模块U2的B-端相连接；第三电流变送器U6的第5引脚分别与数据输入/输出模块U2的RC端和C+端相连接，第三电流变送器U6的第6引脚与数据输入/输出模块U2的C-端相连接；数据输入/输出模块U2的M端分别与微处理器U1的M端、1M端以及通讯模块U3的M端相连接，数据输入/输出模块U2的L+端分别与微处理器U1的L+端和通讯模块U3的L+端相连接；按钮SB1和按钮SB2作为外部输入信号，分别与微处理器U1的I0.0端和I0.4端相连接；当按钮SB1按下时，自动程序开始运行，当按钮SB2按下时，自动排气程序开始运行。微处理器U1的Q0.0-Q0.5端分别与继电器K1-K6的线圈的一端相连接，继电器K1-K6的线圈的另一端经220V交流电电源与地相连接；继电器K1-K6的触点的一端与380V电源相连接，继电器K1-K6的触点的另一端分别与接触器JDQ1-JDQ6的第1引脚相连接；接触器JDQ1-JDQ6的L端分别与电源相连接，接触器JDQ1-JDQ6的N端和第2引脚分别与地相连接；接触器JDQ1的第3、4、5引脚分别与第一三相电机M1的输入端相连接，接触器JDQ2的第3引脚与接触器JDQ1的第5引脚相连接，接触器JDQ2的第4引脚与接触器JDQ1的第4引脚相连接，接触器JDQ2的第5引脚与接触器JDQ1的第3引脚相连接；接触器JDQ3的第3、4、5引脚分别与第二三相电机M2的输入端相连接，接触器JDQ4的第3引脚与接触器JDQ3的第5引脚相连接，接触器JDQ4的第4引脚与接触器JDQ3的第4引脚相连接，接触器JDQ4的第5引脚与接触器JDQ3的第3引脚相连接；接触器JDQ5的第3、4、5引脚分别与第三三相电机M3的输入端相连接，接触器JDQ6的第3引脚与接触器JDQ5的第5引脚相连接，接触器JDQ6的第4引脚与接触器JDQ5的第4引脚相连接，接触器JDQ6的第5引脚与接触器JDQ5的第3引脚相连接。

所述的接触器JDQ1-JDQ6选用的型号为LC1-D5011Q5C，所述的通讯模块U3选用的型号为EM277，所述的第一电流变送器U4、第二电流变送器U5、第三电流变送器U6选用的型号为S3-AD-1-55A3B。

如图1所示，一种电熔镁炉计算机监控系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：根据现场的实际生产在上位机中输入初始工艺参数，包括原料的粒度大小，熔炼时间的长短，哪几台设备要生产，电压的大小以及熔炼电流的大小；然后，启动电熔镁炉计算机监控系统。

步骤二：可编程控制器S7-200将来自电流互感器的电流采样数据进行A/D转换，同时采样各按钮量，包括手动按钮量I0.0、自动按钮量I0.1，以及控制电机的输出量数据Q0.0～Q0.5，并将采样数据通过通讯模块EM277，经Profibus网络传送给上位机。

步骤三：上位机的Wincc6.0组态软件将下位机传送的电流采样数据、各按钮量数据I0.0，I0.1以及控制电机的输出量数据Q0.0～Q0.5写入数据库，并以此做出现场实际生产中电流值的趋势图和现场实际生产工艺流程画面。各按钮量和控制电机动作状态等数字量以相应的颜色或动作在图上显示。

现场实际生产中电流值的趋势图用于实现A、B、C三相电流电流值的实时显示功能，在该图上可以读出任意时刻A、B、C三相电流的电流值，并可以观察电流值的趋势，为下一时刻电流值的设定提供参考。在现场实际生产工艺流程画面中，可以很清楚的看到生产中各个环节的生产情况；比如：画面中电动机的正反转代表实际生产中电动机的正反转，电极的升降代表实际生产中电极的升降，熔池的高度代表实际炉内熔池液位的高度。通过现场实际生产工艺流程画面可以很直观的观察到生产中的各个环节，可以通过该画面判断生产是否异常以及生产是否连续等。

同时将电流采样数据、控制电机的输出量数据以及冶炼电流运行数据等通过报表打印出来，为将来更好的研究生产状况提供依据。

步骤四：将电流采样数据进行处理后，确定熔炼过程中电流设定值的最佳值；并将所述的电流设定值的最佳值通过Profibus网络由上位机下载到下位机的可编程控制器S7-200中，实现生产过程的实时控制功能。

所述的将电流采样数据进行处理，其具体处理过程如下：

3)、若A、B、C三相电流的电流变化值大于5000A，且任意两项电流变化值大于5000A，则说明正处于打料状态，需要把熔炼电流的设定值改成5000A，并将电流值的控制死区拉大，目的是在打料阶段，使电极尽量少动作。

步骤五：根据电流采样数据对各电熔镁炉的工作进行故障诊断，并确认故障点，启动报警程序；提醒工作人员，有故障发生，马上采取措施处理。

采取的措施具体如下：

1)、当采集到的电流值中有大于生产允许的电流值时，触发报警界面中的报警画面；同时报警信息通过Profibus网络送到下位机中，触发下位机的报警装置，提醒工作人员有异常发生，需要进行干预；

2)、在生产中当采集到的电流值有小于100A时，说明下位机的A/D转换模块发生了异常，可能已经损毁；此时，触发报警，提醒现场的系统维护人员更换A/D转换模块，使系统更好，更安全的运行。

所述的电熔镁炉计算机监控系统可以对多台电熔镁炉进行监控，可以对熔炼过程进行最优，比如：对采集的电流值进行分析，得出炉内的熔炼状况；对不同工况设定不同的熔炼电流。当判断炉内的熔炼状况处于异常状况时，上位机通过Profibus网络，经通讯模块EM277将信息传送给PLC，由PLC调用异常处理程序；当判断炉内的熔炼状况处于正常状况时，由PLC调用正常的控制处理程序。同时，通过电熔镁炉计算机监控系统可以对生产过程中的各个量进行采集、存储和显示。比如：将采集的A、B、C三相电流以曲线的形式显示出来；将实际生产中的按钮通过上位机中虚拟的按钮吸合；通过上位机中虚拟电机的转动来表示现场中各种设备相应的动作。操作者足不出户就可以了解到现场生产中各个生产环节的具体状况，对生产过程进行全程监控。

所述的故障诊断包括当故障断电时，将6个电动机的输出锁定，防止电极动作，引起危险；当亮流时，自动断开电源和锁定下位机自动，使在亮流时电极不动作，以防击穿炉壳，发生漏炉；对采集的电流值等模拟量进行滤波，并限制上限，因为当电流过高时会引起跳闸，影响电熔镁炉的正常生产；当采集的电流值持续偏小时，实施报警；提醒操作者是否数据输入/输出模块EM235发生故障，避免由于EM235发生故障，使电极持续反转，引起电极的脱落和漏炉事件的发生。

电熔镁炉计算机监控系统由五台S7-200控制站和一台上位机组成，每台控制站对应一台电熔镁炉，其硬件设备安装在现场的操作台里，五台文本显示器TD-400安装在操作台的操作面板上，上位机安装在距离现场比较远的管理室里，上位机与控制站之间通过Profibus网络进行数据通讯，而控制站与TD-400之间采用PPI通讯方式进行数据交换。

现场的A、B、C三相电流值，控制电机的输出量数据Q0.0～Q0.5，手动按钮量I0.0、自动按钮量I0.1以及排气量I0.4，经可编程控制器处理后，经通信模块EM277，由Profibus网络传送给上位机，并存储到上位机的数据库中。上位机监控系统对这些数据进行处理。A、B、C三相电流值在监控系统的监控画面中实时显示，在此画面中能实时知道现场电流的情况。同时对采集的数据在后台进行处理，把处理结果通过Profibus网络传回下位机，使下位机能更好的运行。同时现场各设备的运转状况在监控系统中的工艺流程画面中一一对应实时显示，通过此画面可以实时监控现场的生产情况，更好的调度生产。在监控系统的参数优化界面可以自己设定各种运行指标，包括熔炼电流的大小、电机的运行时间、排气的时间长短、排气的次数等，这些参数由Profibus网络下载到可编程控制器PLC中，使下位机控制系统更优更稳定的控制电熔镁炉。

电熔镁炉计算机监控系统开机之后，将五台电熔镁炉的熔炼电流、电压以及电机的转动时间等情况通过Profibus网络由EM277分别传送到下位机可编程控制器PLC中，由于每个EM277在网络中都有一个唯一的地址，上位机通过EM277的不同地址来调用和下载数据到相应的可编程控制器中，完成五台电熔镁炉的监控功能。将下位机采集的数据存入上位机的数据库中，从而建立上位机的编程监控资源，将控制对象依据适当的比例制作对应的图标，依据数据库中的数据，调用Wincc6.0中各功能块，以图标的形式模拟仿真对象的各种动作及状态。操作者只需要观察显示屏就知道电熔镁炉内、外的各个器件的工作状况，便于操作与维护。

大家都知道电熔镁在生产过程中由于A、B、C三相的阻抗是非线性变化的，不同的熔炼电流对产品的影响巨大，当运行在最优电流时，产品中的高品位产品的产量就高，反之就差。如何找到最优的熔炼电流，成为电熔镁炉熔炼过程中的关键点。因为我们知道了最优熔炼电流一方面可以更合理的安排电量，使生产中电量运用最优，因为生产中电量是一定的，如果超了电量后，会有巨大的经济损失。另一方面，我们知道熔炼的电流就知道怎样安排电动机的输出，在熔炼过程中如果电动机动作太频繁会影响氧化镁的结晶，影响品位；同时也会造成资源的不必要浪费，使产品成本过高，失去产品竞争力。

在编写的电熔镁炉计算机监控系统软件中，上位机通过对采集的电流等量进行处理，然后把处理的结果不停的返回给下位机，使系统始终处于最优的运行状态，这样可以缩短熔炼的时间和提高产量。

在软件监控方面，本发明可以在屏幕上时刻显示电熔镁炉熔炼过程中各个时刻炉内的状况，是正常控制，还是处于排气阶段，还是打料过程；同时也监控了各设备的运转状况，比如：控制电熔镁炉的电极的升降情况，手/自动情况，原料的运送情况等功能，使操控者不必进入生产现场，就对生产过程进行全程监控。

在安全方面，本发明通过软件也做了大量的保护：1.当故障断电时，将6个电动机的输出锁定，防止电极动作，引起危险；2.当亮流时，自动断开电源和锁定下位机自动，使在亮流时电极不动作，以防击穿炉壳，发生漏炉；3.对采集的电流值等模拟量进行滤波，并限制上限，因为当电流过高时会引起跳闸，影响电熔镁炉的正常生产；4.当采集的电流值持续偏小时，实施报警；提醒操作者是否数据输入/输出模块EM235发生故障，避免由于EM235发生故障，使电极持续反转，引起电极的脱落和漏炉事件的发生。

本发明的上位机操作系统采用windows 2000，其具有网络接入功能，只要接入网络，就能远程监控电熔镁炉的生产过程，了解历史和当前电熔镁炉的运转情况，便于对电熔镁炉的生产进行管理，达到了国际先进水平。

Claims

1.一种电熔镁炉计算机监控系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：根据现场的实际生产在上位机中输入初始工艺参数，启动电熔镁炉计算机监控系统，所述的初始工艺参数包括原料的粒度大小，熔炼时间的长短，哪几台设备要生产，电压的大小以及熔炼电流的大小；

2.根据权利要求1所述的一种电熔镁炉计算机监控系统的控制方法，其特征在于步骤四中所述的将电流采样数据进行处理，其具体处理过程如下：

3.根据权利要求1所述的一种电熔镁炉计算机监控系统的控制方法，其特征在于步骤五中所述的故障诊断包括当故障断电时，将电动机的输出锁定，防止电极动作，引起危险；当亮流时，自动断开电源和锁定下位机自动，使在亮流时电极不动作，以防击穿炉壳，发生漏炉；对采集的模拟量进行滤波，并限制上限；当采集的电流值持续偏小时，实施报警；提醒操作者是否数据输入/输出模块发生故障，避免由于数据输入/输出模块发生故障，使电极持续反转，引起电极的脱落和漏炉事件的发生。