CN111240292A - 焦炉四大车智能监控系统及监控方法 - Google Patents
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Abstract
一种焦炉四大车智能监控系统及监控方法，包括：焦化厂现场的中控室，以及推焦车、拦焦车、熄焦车、装煤车四种机车，中控室的PLC控制系统和中控上位机连接，沿机车的运行轨道上设置八根编码电缆与PLC控制系统连接，且每两根对应一种机车，各机车上设有机车控制柜、天线箱，天线箱与编码电缆产生电磁反应，形成机车的无线组网互联；在焦化厂的生产控制网络中中控上位机经汇聚交换机、核心骨干网络的核心交换机、调度中心管理网络的数据中心交换机连接调度中心的数据中心服务器，数据中心服务器通过kingSCADA服务器连接调度中心的大屏幕，并通过局域网形成焦化厂现场与调度中心之间的三级跨网通讯，最终实现在调度中心大屏幕对焦化厂现场的实时监控。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁行业生产设备技术领域，特别涉及一种焦炉四大车智能监控系统及监控方法。
背景技术
焦炉的主要设备有推焦车、拦焦车、熄焦车和装焦车，通常被称为“四大车”。焦炉四大车在四大车系统的控制下稳定运行，对焦化厂提高生产管理水平、产品质量和经济效益都有着十分重要的意义。四大车系统能够使四大车运行平稳安全，避免四大车在生产过程中因走位出现问题而导致事故发生，从而提高焦炉机车和焦炉本体的使用寿命，确保生产操作严格按工艺计划执行，使焦炭质量得到提高，以及保证生产的安全，同时还能提高生产的自动化程度，降低操作人员的劳动强度，提高生产效率，从整体上能够带来很大的经济效益。
由于四大车工作时需要始终保持运行状态，且又处于高温环境下，不能直接通过有线方式连接，因此，四大车系统一直以来都处于信息孤岛。目前，只能通过焦化厂现场的中控室中了解四大车的运行情况，而焦化厂现场的工作环境较为恶劣，中控室内通常没有工人对四大车的运行情况进行实时监控，且焦化厂现场的生产控制网络与调度中心的管理网络并不在同一个网络下，也没有网络连通，因此无法在调度中心对四大车的运行状态进行实时监控，那么如何打通焦化厂现场与调度中心的数据传输，实现对焦化四大车系统的实时监控，让四大车的工艺数据上传到调度中心一直是钢铁行业面临的技术难题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种焦炉四大车智能监控系统及监控方法，其能使焦化厂现场的各机车数据传输到调度中心，并在调度中心的大屏幕上对机车的运行状态进行监控，且不需要重新铺设新的光纤网络，极大地节约了成本。
本发明的技术方案是：一种焦炉四大车智能监控系统，包括：焦化厂现场的中控室，以及推焦车、拦焦车、熄焦车、装煤车四种机车，所述中控室的PLC控制系统和中控上位机由数据线连接，各机车的电流由机车电流表检测，该电流表与PLC控制系统连接，沿机车的运行轨道上设置编码电缆，所述编码电缆包括八根，每两根对应一种机车，所述编码电缆的始端通过连接电缆连接中控室的PLC控制系统，各机车上均设有机车控制柜、天线箱，所述天线箱通过连接电缆与机车控制柜连接，所述天线箱靠近编码电缆，通过天线箱与编码电缆产生电磁反应，形成机车的无线组网互联；还包括在焦化厂现场的生产控制网络中设置汇聚交换机，所述中控上位机通过汇聚交换机接入核心骨干网络的核心交换机，所述核心交换机与调度中心管理网络的数据中心交换机连接，所述数据中心交换机连接调度中心的数据中心服务器，所述数据中心服务器通过kingSCADA服务器连接调度中心的大屏幕，并通过局域网形成焦化厂现场与调度中心之间的三级跨网通讯。
所述天线箱与编码电缆的距离为5~20cm。
所述天线箱的感应天线包括发送线圈、接收线圈，所述发送线圈和接收线圈谐振在相同频率上。
所述中控上位机采用WINCC服务器，所述WINCC服务器通过OPC接口进行数据传输。
所述汇聚交换机采用两台串联的汇聚交换机，所述核心交换机采用两台串联的核心交换机。
所述编码电缆的终端每一对线匹配一个电阻。
一种采用焦炉四大车智能监控系统的监控方法，步骤如下：
（1）、各机车的天线箱与编码电缆之间的电磁感应产生感应电动势，中控室的PLC控制系统检测感应电动势的相位和幅度得到机车的位置信息，机车电流表将机车电流信息发送给PLC控制系统；
（2）、PLC控制系统将接收到的机车位置信息和机车电流信息上传到中控室的中控上位机，中控上位机为设有中转关系数据库的WINCC服务器；
（3）、WINCC服务器通过OPC接口，将机车位置信息和机车电流信息发送给WINCC服务器的中转关系数据库；
（4）、中转关系数据库与数据中心服务器设有的关系型数据库建立数据链接，将机车位置信息和机车电流信息实时转发到调度中心；
（5）、数据中心服务器将接收到的机车位置信息和机车电流信息发送给调度中心的kingSCADA服务器
（6）、kingSCADA服务器根据机车位置信息和机车电流信息进行组态开发及后台模型计算，将各机车的运行状况实时显示在调度中心的大屏幕上进行监控。
所述PLC控制系统每500ms向中控上位机WINCC服务器上传一次各机车的数据。
所述kingSCADA服务器根据各机车的电流计算模型，计算各机车的运行开始时间、工作时长、运行结束时间。
采用上述技术方案：焦炉四大车智能监控系统包括焦化厂现场的中控室，以及推焦车、拦焦车、熄焦车、装煤车四种机车，中控室的PLC控制系统与机车电流表连接，各机车的电流信息由对应的机车电流表监测并发送给PLC控制系统。沿机车的运行轨道上设置编码电缆，八根编码电缆中每两根编码电缆对应一种机车，各机车上均设有机车控制柜、天线箱，天线箱通过连接电缆连接机车控制柜，由于天线箱靠近编码电缆，因此天线箱随对应的机车一同移动时，编码电缆与天线箱之间产生电磁感应，而编码电缆的始端通过连接电缆连接中控室的PLC控制系统，天线箱接收到机车控制柜发送的信号，通过天线箱与编码电缆之间的电磁感应，在编码电缆中产生相同的信号；编码电缆接收到中控室发送的信号，通过天线箱与编码电缆之间的电磁感应，又可以在天线箱中产生相同的信号，从而通过无线方式实现各机车与中控室的组网互联。由于焦化厂定位在生产控制网络中，属于一级网络段，而调度中心定位在管理网络中，属于三级网络段，因此焦化厂现场无法直接与调度中心进行网络通讯，因此，本发明将焦化厂现场的中控上位机通过汇聚交换机接入核心骨干网络的核心交换机，核心交换机与调度中心的数据中心交换机连接，使生产控制网络和管理网络完成物理连接。且数据中心交换机连接调度中心的数据中心服务器，数据中心服务器通过kingSCADA服务器连接调度中心的大屏幕，从而实现了焦化厂现场到调度中心大屏幕的物理路由，中间横跨一级、二级、三级网络，并通过局域网实现焦化厂现场到调度中心的网络链路通讯。本系统在利用企业既有网络的基础上，不需要重新铺设光纤网络，即可实现将焦化厂现场的机车运行数据传输到调度中心的大屏幕上进行实时监控。便于钢厂实时监控机车的运行情况，保证焦化厂能平稳安全地运行，以及极大地降低了设备使用成本。
所述天线箱与编码电缆的距离为5~20cm，这个距离范围内能保证天线箱与编码电缆之间可以发生电磁感应，使机车的信号能准确发送给中控室。
所述天线箱的感应天线包括发送线圈、接收线圈，所述发送线圈和接收线圈谐振在相同频率上，天线箱的发送线圈和接收线圈与编码电缆中每一对线所构成的单圈线圈，相互产生感应信号，使天线箱与编码电缆之间产生电磁感应。
所述中控上位机采用WINCC服务器，所述WINCC服务器通过OPC接口进行数据传输，使本系统可以方便快速地通过OPC接口读取保存在WINCC服务器内的各种机车数据。
所述汇聚交换机采用两台串联的汇聚交换机，所述核心交换机采用两台串联的核心交换机，汇聚交换机和核心交换机分别采用两台串联，可以起到备用的作用。
所述编码电缆的终端每一对线匹配一个电阻，保证编码电缆中的地址信号传输的准确性。
一种采用焦炉四大车智能监控系统的监控方法，利用焦化厂现场与调度中心能够进行跨网通讯，通过中控上位机WINCC服务器的OPC接口，将各机车的工艺数据发送到中转关系数据库，并通过中转关系数据库与数据中心服务器的关系型数据之间建立数据链接，从而使各机车的工艺数据实时地转发到调度中心的数据中心服务器中，然后数据中心服务器再将各机车的工艺数据发送给kingSCADA服务器，由kingSCADA服务器进行组态开发以及后台模型计算，最终将计算结构显示在调度中心的大屏幕上，实现在调度中心的大屏幕上对各机车的运行状态进行实时监控。本方法只需利用企业已有的网络基础，不需要再增设其它的设备，方便企业能实时地在调度中心大屏幕监控机车运行状态的同时，为企业节约了成本。本方法的各功能模块的编写均采用组件化搭建，满足面向对象的S.O.L.I.D原则，每个部分只实现单一功能，具有高内聚低耦合的优点。
所述PLC控制系统每500ms向中控上位机WINCC服务器上传一次各机车的数据，保证数据能实时更新，使调度中心能准确监控到各机车的实时运行状态，保证焦化厂的生产安全。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的机车与中控室的连接图；
图3为本发明的方法流程图。
附图中，1为PLC控制系统，2为WINCC服务器，3为汇聚交换机，4为核心交换机，5为数据中心交换机，6为数据中心服务器，7为kingsCADA服务器，8为大屏幕。
具体实施方式
参见图1至图3，一种焦炉四大车智能监控系统，包括：焦化厂现场的中控室，以及推焦车、拦焦车、熄焦车、装煤车四种机车，所述中控室的PLC控制系统1和中控上位机由数据线连接，所述中控上位机采用WINCC服务器2，所述WINCC服务器2通过OPC接口进行数据传输，使本系统可以方便快速地通过OPC接口读取保存在WINCC服务器2内的各种机车数据。各机车的电流由机车电流表检测，该电流表与PLC控制系统1连接，机车电流表监测对应机车的电流并发送给PLC控制系统1。沿机车的运行轨道上设置编码电缆，所述编码电缆包括八根，每两根对应一种机车，编码电缆内部由通信对线和地址对线两类电线组成，且通信对线按一定的规律交叉，地址对线按格雷码规律交叉，使编码电缆中的每一对线都相当于一个单圈线圈，各对线重叠在一起封装在氯丁橡胶压制的护套内。所述编码电缆的始端通过连接电缆连接中控室的PLC控制系统1，该编码电缆的终端每一对线匹配一个电阻，保证编码电缆传输地址信号的准确性。各机车上均设有机车控制柜、天线箱，所述天线箱通过连接电缆与机车控制柜连接，机车控制柜一方面可以按接收到的中控室发出的指令指挥机车工作，另一方面还可以将收集到的机车的工艺数据发送给中控室。所述天线箱内设置两组线圈作为感应天线，该感应天线包括一组发送线圈、一组接收线圈，所述发送线圈和接收线圈谐振在相同频率上。天线箱靠近编码电缆，天线箱随机车移动的过程中，天线箱的发送线圈和接收线圈与编码电缆中每一对线所构成的单圈线圈，相互产生感应信号，使天线箱与编码电缆之间产生电磁感应。天线箱接收到机车控制柜发送的信号，通过天线箱与编码电缆之间的电磁感应，在编码电缆中产生相同的信号；编码电缆接收到中控室发送的信号，通过天线箱与编码电缆之间的电磁感应，又可以在天线箱中产生相同的信号，从而通过无线方式实现各机车与中控室的组网互联。且天线箱与编码电缆的距离为5~20cm，在这个距离范围内能保证天线箱与编码电缆之间可以发生电磁感应，使机车的信号能准确发送给中控室。由于焦化厂定位在生产控制网络中，属于一级网络段，而调度中心定位在管理网络中，属于三级网络段，因此焦化厂现场无法直接与调度中心进行网络通讯。本发明在焦化厂现场的生产控制网络中设置汇聚交换机3，所述中控上位机通过汇聚交换机3接入核心骨干网络的核心交换机4，所述核心交换机4与调度中心管理网络的数据中心交换机6连接，使生产控制网络和管理网络实现物理连接。相邻交换机之间通过万兆光纤和千兆光纤进行连接，采用两根光纤的方式，可以把千兆光纤作为备用，以防万兆光纤损坏影响生产效率。所述数据中心交换机6连接调度中心的数据中心服务器，所述数据中心服务器通过kingsCADA服务器7连接调度中心的大屏幕8，从而实现了焦化厂现场到调度中心的大屏幕8的物理路由，中间横跨一级、二级、三级网络，并通过局域网形成焦化厂现场与调度中心之间的三级跨网通讯。所述汇聚交换机3采用两台串联的汇聚交换机3，所述核心交换机4也采用两台串联的核心交换机4，汇聚交换机3和核心交换机4分别采用两台串联，可以起到备用的作用，保证网络的稳定连接。
本发明在利用企业既有网络的基础上，不需要重新铺设光纤网络，即可实现将焦化厂现场的机车运行数据传输到调度中心的大屏幕8上进行实时监控。便于钢厂实时监控机车的运行情况，保证焦化厂能平稳安全地运行，以及极大地降低了设备使用成本。
一种采用焦炉四大车智能监控系统的监控方法，步骤如下：
（1）、各机车的天线箱随机车移动，在移动的过程中与编码电缆之间发生电磁感应，由电磁感应产生的感应电动势随着机车所处位置的变化也会实时发生变化，通过编码电缆将实时的感应电动势发送给中控室的PLC控制系统1，并由PLC控制系统1检测感应电动势的相位和幅度得到机车实时的位置信息；机车电流表将机车电流信息发送给PLC控制系统1，此外，还有检测机车温度、速度等数据的传感器将监测到的机车温度、速度等工艺数据发送给PLC控制系统1 。
（2）、PLC控制系统1将接收到的机车位置信息和机车电流信息等机车数据上传到中控室的中控上位机，中控上位机为设有中转关系数据库的WINCC服务器2，所述PLC控制系统1每500ms向WINCC服务器2上传一次各机车的数据，保证数据能实时更新，使调度中心能准确监控到各机车的实时运行状态，保证焦化厂的生产安全。
（3）、WINCC服务器2通过OPC接口，将机车位置信息和机车电流信息等机车数据发送给WINCC服务器2的中转关系数据库，中转关系数据库可以储存WINCC服务器2接收到的机车数据，并通过中转关系数据库可以对这些离散的数据进行统计和分析，从而得到对上层有实际意义的数据。
（4）、通过汇聚交换机3、核心交换机4、数据交换机使焦化厂现场与调度中心实现的三级跨网通讯，中转关系数据库与数据中心服务器设有的关系型数据库建立数据链接，将机车位置信息和机车电流信息等机车数据实时转发到调度中心的数据中心服务器。
（5）、数据中心服务器将接收到的机车位置信息和机车电流信息等机车数据发送给调度中心的kingsCADA服务器7。
（6）、kingsCADA服务器7根据机车位置信息和机车电流信息等机车数据进行组态开发及后台模型计算，kingsCADA服务器7根据各机车的电流计算模型，计算各机车的运行开始时间、工作时长、运行结束时间，并将各机车的运行状况实时显示在调度中心的大屏幕8上，实现在调度中心的大屏幕8实时监控各机车的运行状态，以及机车的关键工艺数据，当kingsCADA服务器7检测到机车数据更新时，实时地对大屏幕8上显示的信息进行更新。
本发明的监控方法只需利用企业已有的网络基础，不需要再增设其它的设备，方便企业能实时地在调度中心的大屏幕8监控机车运行状态的同时，为企业节约了成本。且本方法的各功能模块的编写均采用组件化搭建，满足面向对象的S.O.L.I.D原则，每个部分只实现单一功能，具有高内聚低耦合的优点，对于扩展开放方面，在有新的需求或变化时，本监控方法可以对现有代码进行扩展，以适应新的情况；对于修改封闭方面，当类设计完成后，就可以独立完成其工作，而不需要对类进行任何修改。
Claims (9)
1.一种焦炉四大车智能监控系统，包括：焦化厂现场的中控室，以及推焦车、拦焦车、熄焦车、装煤车四种机车，所述中控室的PLC控制系统和中控上位机由数据线连接，各机车的电流由机车电流表检测，该电流表与PLC控制系统连接，沿机车的运行轨道上设置编码电缆，所述编码电缆包括八根，每两根对应一种机车，所述编码电缆的始端通过连接电缆连接中控室的PLC控制系统，其特征在于：各机车上均设有机车控制柜、天线箱，所述天线箱通过连接电缆与机车控制柜连接，所述天线箱靠近编码电缆，通过天线箱与编码电缆产生电磁反应，形成机车的无线组网互联；还包括在焦化厂现场的生产控制网络中设置汇聚交换机，所述中控上位机通过汇聚交换机接入核心骨干网络的核心交换机，所述核心交换机与调度中心管理网络的数据中心交换机连接，所述数据中心交换机连接调度中心的数据中心服务器，所述数据中心服务器通过kingSCADA服务器连接调度中心的大屏幕，并通过局域网形成焦化厂现场与调度中心之间的三级跨网通讯。
2.根据权利要求1所述的焦炉四大车智能监控系统，其特征在于：所述天线箱与编码电缆的距离为5~20cm。
3.根据权利要求1所述的焦炉四大车智能监控系统，其特征在于：所述天线箱的感应天线包括发送线圈、接收线圈，所述发送线圈和接收线圈谐振在相同频率上。
4.根据权利要求1所述的焦炉四大车智能监控系统，其特征在于：所述中控上位机采用WINCC服务器，所述WINCC服务器通过OPC接口进行数据传输。
5.根据权利要求1所述的焦炉四大车智能监控系统，其特征在于：所述汇聚交换机采用两台串联的汇聚交换机，所述核心交换机采用两台串联的核心交换机。
6.根据权利要求1所述的焦炉四大车智能监控系统，其特征在于：所述编码电缆的终端每一对线匹配一个电阻。
7.一种采用焦炉四大车智能监控系统的监控方法，其特征在于步骤如下：
（1）、各机车的天线箱与编码电缆之间的电磁感应产生感应电动势，中控室的PLC控制系统检测感应电动势的相位和幅度得到机车的位置信息，机车电流表将机车电流信息发送给PLC控制系统；
（2）、PLC控制系统将接收到的机车位置信息和机车电流信息上传到中控室的中控上位机，中控上位机为设有中转关系数据库的WINCC服务器；
（3）、WINCC服务器通过OPC接口，将机车位置信息和机车电流信息发送给WINCC服务器的中转关系数据库；
（4）、中转关系数据库与数据中心服务器设有的关系型数据库建立数据链接，将机车位置信息和机车电流信息实时转发到调度中心；
（5）、数据中心服务器将接收到的机车位置信息和机车电流信息发送给调度中心的kingSCADA服务器
（6）、kingSCADA服务器根据机车位置信息和机车电流信息进行组态开发及后台模型计算，将各机车的运行状况实时显示在调度中心的大屏幕上进行监控。
8.根据权利要求7所述的采用焦炉四大车智能监控系统的监控方法，其特征在于：所述PLC控制系统每500ms向中控上位机WINCC服务器上传一次各机车的数据。
9.根据权利要求7所述的采用焦炉四大车智能监控系统的监控方法，其特征在于：所述kingSCADA服务器根据各机车的电流计算模型，计算各机车的运行开始时间、工作时长、运行结束时间。
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