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内热串接石墨化(LWG)炉计算机监控系统

【论文摘要】本论文讨论了LWG炉计算机控制系统的构成以及功率曲线跟踪的PLC程序设计方法，然后介绍了上位机监控软件的功能和设计。

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1 引言 石墨电极是电炉炼钢、电炉冶炼黄磷、金属硅等产品不可缺少的原料，随着电炉炼钢技术的发展和大型超高功率电炉的逐年增加，对大规格电极和高功率、超高功率电极的需求也不断的增加，同时，对生产这类石墨电极的质量要求也不断增加。而目前国内的石墨电极生产主要是以艾奇逊炉为主要设备，产品主要集中在普通功率电极，且石墨化生产的自动化水平仍然比较低，有些厂家的生产完全是手动或半自动化控制状态，同时，对石墨电极生产数据（如功率曲线、电流曲线、炉阻曲线等）也不能进行连续、实时的记录，更无法进行产品的跟踪。国外，如日本昭和电极（SEC）、东海炭素（TCC）均采用内热串接石墨炉生产高功率（HP）、超高功率（UHP）电极，控制也采用微机进行控制，产品质量相当好。而在我国，虽然兰州炭素厂和吉林炭素厂对内热串接石墨化工艺进行过试生产，但还处于试验阶段，没有正式投入生产。 为了在高功率、超高功率石墨电极的市场中站稳脚跟，势必要改进我们目前国内所采用的石墨化生产工艺和自动化控制功能。因此，我们为某石墨电极公司新上的年产10000吨石墨电极的LWG炉石墨化生产线设计了一套应用PLC技术和组态软件的计算机监控系统，该系统可以完成功率曲线的自动跟踪、历史数据的自动连续记录、报表自动生成和事故追忆等功能。 2 系统硬件配置 LWG炉计算机监控系统可以分为3个组成部分，即PLC控制系统、上位机监控系统和PDM电力监控仪表，其系统控制原理图如图1所示：   PLC控制系统：该系统由两套OMRON C200HG-CPU43 PLC系统构成，同时每套PLC均配有C200HW-COM06-EV1通讯板，通过该通讯板上的RS422通讯口与上位机进行HOSTLINK通讯。其中两套PLC中一套置于就地，主要负责变压器、整流柜、控制柜和水风冷却器等部分保护信号的采集、报警，同时将部分信号送到主控室，其配置框图如下图2所示：   总控PLC主要负责功率曲线跟踪、液压顶推机构压力检测和报警、有功电能、无功电能的脉冲输入和高压合闸、分闸等控制，其配置框图如下图3所示：     PDM820AC智能仪表：该仪表是辽宁丹东测控有限公司生产的三相数字式多功能电量表综合电力监控仪，主要完成一次电压（35KV）、一次电流、功率因素等数据的检测，并且通过MODBUS通讯协议与上位机进行通讯，其与上位机通信的硬件连线如下图4所示：   研华IPC610工控机：为了提高监控系统的稳定性，该系统采用了两台相同配置的IPC610工控机，并通过Adico 8口智能交换机构成双机冗余系统。正常情况下主机从现场采集数据，从机通过TCP/IP协议从主机读取数据，处于查询状态；一旦从机检测到主机故障，从机立刻改为从现场设备读取数据，同时不断监视主机状态，一旦主机恢复正常，从机立即停止采集又恢复到查询状态，同时将主机故障时间内的数据拷贝到主机，使主机保持数据的完整性，从而提高了系统工作的可靠性。 其他辅助设备：系统还配有一台山特C1KVA 纯在线、零中断的UPS电源一台和一台Epson 1600KIII+针式打印机一台，用以实时打印报警信息和报表。 3 功率曲线自动跟踪PLC程序设计 石墨化炉加热时，是根据预先设定好的功率曲线进行控制的，在手动控制下，一般采用每小时控制升（降）功率来达到加热石墨电极的，其控制曲线一般如图5所示：     而在自动跟踪功率曲线的设计中，就必须达到实时跟踪功率曲线，即按照每小时开始功率、这一小时末了的功率来进行实时的计算，其计算公式为：   同时为了防止变压器有载开关频繁动作，不能按照实际功率数值与设定的功率数值完全一致才停止调节，因为如果那样，系统将可能出现震荡的现象；同时也不易按每秒进行跟踪，因为系统存在滞后现象，为此进行按每分钟跟踪计算一次，同时设置一个设定功率的2%的误差带，即当实际功率落在 *0.98--- *1.02的范围内时，不进行功率调节，超出此范围才进行功率调节。其PLC程序的实现框图如图6所示：     其中饱和电抗器运行于负向，即饱和电抗器给定越大，则变压器电压下降就越多。 4 上位机人机界面（HMI）设计 为了实现系统能够自动记录数据，打印报表和企业今后发展的需要，我们选用了运行于Win98、Win2000和Winnt系统下，功能强大的工控组态软件组态王6.02版本。该软件具有强大的图形画面处理功能，丰富的硬件设备支持，完善的报警机制，强大的内嵌式报表，而且提供了数据库间数据传输的SQL功能和DDE、OPC功能，可以将系统的数据写入数据库，为今后企业的OA系统提供了访问数据的可能。针对LWG炉控制系统的实际情况和用户的需求，我们设计了如下图7的画面结构图：   监控系统主要解决的问题： a、设定功率曲线：通过DDE与Excel进行数据交换，实现将功率曲线设定到PLC的内存中。 b、故障信号处理：能够收集来自系统的各种报警信号，跳闸信号，并且通过ODBC数据源写入Access 2000数据库中，以备事故记录查询和追踪。 c、送电曲线的绘制：系统采用不同的颜色来绘制不同的参数曲线，如炉阻、直流电压、直流电流、功率曲线等。当加热完成后，可以将此曲线图象打印出来，供工艺分析用。 d、提供实时参数显示、工艺参数设置、送电报表产生和其他的辅助功能项。 5 结论 通过使用了PLC控制系统和上位机监控系统，一方面提高了石墨电极生产的自动化水平，减少了人的劳动强度，提高了产品的质量，另一方面也提供了工厂的产品跟踪数据库，同时也提高了企业管理的水平，也为远程监控提供了可能，该系统在我国拥有广阔的前景。 参考文献： 1 组态王帮助手册，北京亚控公司，2002年 作者简介：翁根春，男，西安建筑科技大学信控学院硕士研究生，主要研究方向智能控制系统的设计与应用，现从事上位机监控软件的设计，PLC程序设计的工作。

作者单位：北京奥托曼公司 　 地址：北京市东城区安定门外大街丙88号中路大厦405　100011　 Email：winccipc@126.com

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