LEODO人機界面在冶金行業(yè)的應用
第一章 摘要
在礦熱爐冶煉的多數(shù)應用中，由于電氣控制較為簡單，現(xiàn)場都是人為調節(jié)控制生產(chǎn)，對礦熱爐的整體效能產(chǎn)生很大影響，造成功率因數(shù)低、電耗高、產(chǎn)量較低的明顯缺點。本次將人機界面與PLC結合應用在礦熱爐的實踐中，提高了系統(tǒng)的自動化程度，操作性能大大增強，提高了系統(tǒng)的可靠性，基本上達到了電氣系統(tǒng)免維護，并且整套設備的重要指標功率因數(shù)、電耗、產(chǎn)量都取得了良好的成績，取得了滿意的效果。
關鍵字：人機界面、PLC、礦熱爐、控制
第二章 引言
礦熱爐工業(yè)實際應用中主要用于生產(chǎn)硅鐵、錳鐵、工業(yè)硅、硅錳、鉻鐵、電石等，由于配套電氣控制較為簡單，一般智能控制的因素較少，基本上談不到自動化程度，現(xiàn)場都是人為調節(jié)控制，根據(jù)操作電流變化而變化，這樣必然產(chǎn)生與工藝標準要求滯后的電量反應，因此，對礦熱爐的效能產(chǎn)生很大影響，造成功率因數(shù)低、電耗高、生產(chǎn)成本高的明顯缺點。固然造成這些因素有一部分是因為設備、原材料、生產(chǎn)工藝造成的，但是絕大部分是因操作因素導致。相比國外進口同類設備，機械設備技術基本上已經(jīng)消化，還存在個別關鍵設備技術有待提高和消化外，電氣上自動化程度低是普遍現(xiàn)象。存在這個現(xiàn)象通常認為是此類系統(tǒng)沒有必要提高設備自動化，另一個因素就是節(jié)約成本，再加上國內部分原材料在質量上的不過關，勢必造成整個設備系統(tǒng)的低效率。
自2004年國務院為了整頓西部環(huán)境污染、徹底強制關閉能耗大、效率低、小容量企業(yè)，促進西部地區(qū)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略以來，礦熱爐企業(yè)用戶不得不面臨更殘酷的現(xiàn)實，依靠產(chǎn)品競爭力來贏得市場，就變得尤為重要。這樣一來，擴容、降耗、提高自動化程度、優(yōu)化系統(tǒng)設備匹配性能，提高操作工藝水平、降低生產(chǎn)成本就變得更為迫切。
第三章 系統(tǒng)配置
該套電氣系統(tǒng)是配套某電石廠13500KVA電石爐，由于資金限制，該套電氣配置僅增設了PLC和LEODO人機界面等智能化單元，以提升整套電氣系統(tǒng)的自動化程度和系統(tǒng)可靠性。PLC完成所有電氣聯(lián)鎖、動作，以保證電氣系統(tǒng)的正常運行，LEODO人機界面完成各種電氣參數(shù)的遠程數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)運算、趨勢擬合分析和數(shù)據(jù)輸出等功能。該系統(tǒng)包含的控制有電極控制、電極壓放控制、液壓系統(tǒng)控制、高壓聯(lián)鎖控制、變壓器調擋聯(lián)鎖控制、報警保護控制、遠程數(shù)據(jù)采集輸出、上位人機動態(tài)顯示及交互等功能。
第四章 系統(tǒng)特點
系統(tǒng)網(wǎng)絡雖然單元較少，但具備了實現(xiàn)電氣控制自動化的所有功能。
LEODO人機界面具有豐富的網(wǎng)絡和通訊接口。一對標準RS232和RS485串行總線通訊接口，根據(jù)外接智能單元通訊形式的不同，可以連接RS232或RS485，通過RS485總線可以擴展連接更多的智能設備。一個標準并行輸出接口，可以外接打印等輸出設備。一個ETHERNET接口，可上傳下載工程文件，并可以擴展多臺以太網(wǎng)絡設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。一個USB接口支持標準USB協(xié)議的外接設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入輸出交換功能。還有其他VGA、AV、AUDIO等多種接口，豐富設備連接和擴展。
LEODO人機界面屏幕觸摸功能，節(jié)省了硬鍵盤，又節(jié)約了空間。64M真彩色液晶顯示屏，使得工程界面更加柔和鮮明。
經(jīng)實踐應用，LEODO人機界面外殼雖然采用了工程塑料，抗干擾性卻能勝任礦熱爐惡劣工作環(huán)境。
PLC選用OMRON CJ1M，遠程數(shù)據(jù)采集模塊選用研華ADAM 4000系列。PLC通過RS232與LEODO COM1口相連，ADAM通過RS485與LEODO COM2相連，LEODO人機界面設定數(shù)據(jù)更新頻率500MS時，采樣數(shù)據(jù)的快捷性、準確性，既滿足了生產(chǎn)數(shù)據(jù)需要，又保證了各個通訊設備的穩(wěn)定。
實踐證明本次將嵌入式工控應用于礦熱爐復雜工業(yè)場合，無疑是一次成功嘗試，并為以后的工程應用提供了豐富的經(jīng)驗。
第五章 畫面功能介紹
主界面
人機監(jiān)控運行后首先進入主界面，主界面由三部分組成：左側為窗口切換欄，內容顯示當前日期、當前時間、系統(tǒng)加電日期和時間、運行累計時間、單爐累計運行時間、共計累計運行時間等；其它監(jiān)視窗口切換標識按鈕，有電氣系統(tǒng)、電極調節(jié)、實施報警、歷史報警、電氣歷史數(shù)據(jù)監(jiān)視、數(shù)據(jù)記錄窗口等六個子窗口組成，在任何時候窗口切換欄均顯示在整個界面的最左側。標題攔顯示本項目工程名稱，動態(tài)顯示各子界面的名稱，系統(tǒng)關鍵的高壓通斷狀態(tài)和系統(tǒng)故障狀態(tài)顯示。子窗口顯示區(qū)用來顯示各子界面的動態(tài)內容。
電氣系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)界面系統(tǒng)顯示了設備運行的關鍵參數(shù)，多數(shù)情況下通過監(jiān)視該界面即可完成系統(tǒng)控制的正常運行。內容包含了系統(tǒng)功率、功率因數(shù)、三相電壓、三相電流、三相電導、變壓器擋位及額定輸出電壓、三相電流變化趨勢、功率、功率因數(shù)變化趨勢、電極調整狀態(tài)、影響設備正常運行關鍵故障報警狀態(tài)等。該界面在子窗口顯示區(qū)內切換顯示。
電極調節(jié)
當某電極調節(jié)時，切換顯示電極調節(jié)子界面，監(jiān)視整個電極調節(jié)過程。當然電極調節(jié)分為手動和自動兩種方式，當手動控制調節(jié)時，僅顯示各執(zhí)行機構的狀態(tài)，只有在自動調節(jié)時，隨著調節(jié)順序動作執(zhí)行，界面顯示各個執(zhí)行機構的順序工作狀態(tài)。
實時報警
實時報警子界面中顯示系統(tǒng)所有實時報警參考信息，包括開關量報警、模擬量報警信息。
當然還有歷史報警子界面顯示系統(tǒng)設定產(chǎn)生過的報警信息。還有電氣歷史子界面，通過選擇需要顯示的時間段，更新顯示所需時間段內的三相電流、功率因數(shù)、功率、電導等的電參數(shù)曲線。
數(shù)據(jù)記錄
數(shù)據(jù)記錄子界面包含工程文件存儲位置顯示、文件名顯示、文件容量大小顯示、數(shù)據(jù)記錄時間間隔及設定、數(shù)據(jù)記錄觸發(fā)控制、數(shù)據(jù)記錄溢出報警控制、數(shù)據(jù)移動控制、數(shù)據(jù)刪除控制、記錄歷史數(shù)據(jù)查詢和打印等功能。數(shù)據(jù)記錄時間間隔設定為10秒到10分鐘，并且可在線更改設定。當數(shù)據(jù)記錄存儲容量超出10K字節(jié)大小，自動彈出“文件記錄已滿”的窗口報警信息，提醒操作者對數(shù)據(jù)記錄文件處理的可選操作?？梢赃x擇刪除按鈕進行刪除文件數(shù)據(jù)紀錄，新的數(shù)據(jù)重新開始記錄并存儲，可以選擇數(shù)據(jù)移動按鈕進行數(shù)據(jù)的外設儲存，此時，可以更改數(shù)據(jù)移動目標文件名的更改后在實施移動操作，也可以直接進行移動操作。按下歷史數(shù)據(jù)查詢按鈕后，后臺會執(zhí)行打開記錄文件，對數(shù)據(jù)進行瀏覽察看，并可打印操作。
第六章 經(jīng)驗與體會
整套電氣系統(tǒng)經(jīng)過調試，于2005年元月份投入使用。經(jīng)過幾個月的現(xiàn)場生產(chǎn)考驗，自然功率因數(shù)達到0.85左右，能耗控制在3000KWh/t左右，生產(chǎn)量穩(wěn)定在大于100噸/天，各項效能指標均達到優(yōu)良，達到了預想目的，相比傳統(tǒng)設備具有更大的優(yōu)越性，為該系統(tǒng)在同行業(yè)的應用提供了先例?？偨Y現(xiàn)場經(jīng)驗和應用體會如下：
1) 該系統(tǒng)在礦熱爐行業(yè)應用可行，完全不存在設備技術上的障礙；
2) 由于LEODO人機界面的應用，既節(jié)省了成本、空間布置，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，又方便了用戶的人機交互可操作性；
3) LEODO人機界面為用戶提供了數(shù)據(jù)的存儲、曲線顯示、報表分析、數(shù)據(jù)打印等強大功能；
4) LEODO人機界面提供了豐富的外設和網(wǎng)絡通訊接口、靈活的二次開發(fā)編程有利于較大工程的智能化網(wǎng)絡搭建。
5) PLC的應用，使得設備更加簡潔，又提高了系統(tǒng)的可靠性、可維護性；
6) 該系統(tǒng)還可擴展，實現(xiàn)更完善、更智能、更優(yōu)化的網(wǎng)絡控制方式；
7) 人機界面，配合其它智能控制技術，應用在工業(yè)場合完全可能。
第七章 結束語
我國礦熱爐冶煉行業(yè)電氣自動化普及程度較低，存在容量小、能耗高、產(chǎn)量低、品質低等特點，與發(fā)達國家相比有較大差距。因此，優(yōu)化設備性能、提高設備自動化程度、降低能耗、提高產(chǎn)量、提升產(chǎn)品品質是目前國內該行業(yè)發(fā)展趨勢。
在該系統(tǒng)的設計施工中，作者利用了智能化設備、網(wǎng)絡技術、可編程化的靈活性進行優(yōu)化設計，并在實施中得到驗證，使得改造后系統(tǒng)具有操作簡單靈活，控制集中與分布相結合，從而使得整套設備的性能得到了大幅提升，取得了滿意的效果。
致謝
在作者完成本項目的工作中，還得到了所在工廠車間技術人員和工人的積極配合。在此，作者也向他們一并表示深深的感謝。
作者設計過程中，還得到了同行工程師給作者的許多啟發(fā)。在此，也向他們表示最深深的謝意。
在礦熱爐冶煉的多數(shù)應用中，由于電氣控制較為簡單，現(xiàn)場都是人為調節(jié)控制生產(chǎn)，對礦熱爐的整體效能產(chǎn)生很大影響，造成功率因數(shù)低、電耗高、產(chǎn)量較低的明顯缺點。本次將人機界面與PLC結合應用在礦熱爐的實踐中，提高了系統(tǒng)的自動化程度，操作性能大大增強，提高了系統(tǒng)的可靠性，基本上達到了電氣系統(tǒng)免維護，并且整套設備的重要指標功率因數(shù)、電耗、產(chǎn)量都取得了良好的成績，取得了滿意的效果。
關鍵字：人機界面、PLC、礦熱爐、控制
第二章 引言
礦熱爐工業(yè)實際應用中主要用于生產(chǎn)硅鐵、錳鐵、工業(yè)硅、硅錳、鉻鐵、電石等，由于配套電氣控制較為簡單，一般智能控制的因素較少，基本上談不到自動化程度，現(xiàn)場都是人為調節(jié)控制，根據(jù)操作電流變化而變化，這樣必然產(chǎn)生與工藝標準要求滯后的電量反應，因此，對礦熱爐的效能產(chǎn)生很大影響，造成功率因數(shù)低、電耗高、生產(chǎn)成本高的明顯缺點。固然造成這些因素有一部分是因為設備、原材料、生產(chǎn)工藝造成的，但是絕大部分是因操作因素導致。相比國外進口同類設備，機械設備技術基本上已經(jīng)消化，還存在個別關鍵設備技術有待提高和消化外，電氣上自動化程度低是普遍現(xiàn)象。存在這個現(xiàn)象通常認為是此類系統(tǒng)沒有必要提高設備自動化，另一個因素就是節(jié)約成本，再加上國內部分原材料在質量上的不過關，勢必造成整個設備系統(tǒng)的低效率。
自2004年國務院為了整頓西部環(huán)境污染、徹底強制關閉能耗大、效率低、小容量企業(yè)，促進西部地區(qū)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略以來，礦熱爐企業(yè)用戶不得不面臨更殘酷的現(xiàn)實，依靠產(chǎn)品競爭力來贏得市場，就變得尤為重要。這樣一來，擴容、降耗、提高自動化程度、優(yōu)化系統(tǒng)設備匹配性能，提高操作工藝水平、降低生產(chǎn)成本就變得更為迫切。
第三章 系統(tǒng)配置
該套電氣系統(tǒng)是配套某電石廠13500KVA電石爐，由于資金限制，該套電氣配置僅增設了PLC和LEODO人機界面等智能化單元，以提升整套電氣系統(tǒng)的自動化程度和系統(tǒng)可靠性。PLC完成所有電氣聯(lián)鎖、動作，以保證電氣系統(tǒng)的正常運行，LEODO人機界面完成各種電氣參數(shù)的遠程數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)運算、趨勢擬合分析和數(shù)據(jù)輸出等功能。該系統(tǒng)包含的控制有電極控制、電極壓放控制、液壓系統(tǒng)控制、高壓聯(lián)鎖控制、變壓器調擋聯(lián)鎖控制、報警保護控制、遠程數(shù)據(jù)采集輸出、上位人機動態(tài)顯示及交互等功能。
第四章 系統(tǒng)特點
系統(tǒng)網(wǎng)絡雖然單元較少，但具備了實現(xiàn)電氣控制自動化的所有功能。
LEODO人機界面具有豐富的網(wǎng)絡和通訊接口。一對標準RS232和RS485串行總線通訊接口，根據(jù)外接智能單元通訊形式的不同，可以連接RS232或RS485，通過RS485總線可以擴展連接更多的智能設備。一個標準并行輸出接口，可以外接打印等輸出設備。一個ETHERNET接口，可上傳下載工程文件，并可以擴展多臺以太網(wǎng)絡設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。一個USB接口支持標準USB協(xié)議的外接設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入輸出交換功能。還有其他VGA、AV、AUDIO等多種接口，豐富設備連接和擴展。
LEODO人機界面屏幕觸摸功能，節(jié)省了硬鍵盤，又節(jié)約了空間。64M真彩色液晶顯示屏，使得工程界面更加柔和鮮明。
經(jīng)實踐應用，LEODO人機界面外殼雖然采用了工程塑料，抗干擾性卻能勝任礦熱爐惡劣工作環(huán)境。
PLC選用OMRON CJ1M，遠程數(shù)據(jù)采集模塊選用研華ADAM 4000系列。PLC通過RS232與LEODO COM1口相連，ADAM通過RS485與LEODO COM2相連，LEODO人機界面設定數(shù)據(jù)更新頻率500MS時，采樣數(shù)據(jù)的快捷性、準確性，既滿足了生產(chǎn)數(shù)據(jù)需要，又保證了各個通訊設備的穩(wěn)定。
實踐證明本次將嵌入式工控應用于礦熱爐復雜工業(yè)場合，無疑是一次成功嘗試，并為以后的工程應用提供了豐富的經(jīng)驗。
第五章 畫面功能介紹
主界面
人機監(jiān)控運行后首先進入主界面，主界面由三部分組成：左側為窗口切換欄，內容顯示當前日期、當前時間、系統(tǒng)加電日期和時間、運行累計時間、單爐累計運行時間、共計累計運行時間等；其它監(jiān)視窗口切換標識按鈕，有電氣系統(tǒng)、電極調節(jié)、實施報警、歷史報警、電氣歷史數(shù)據(jù)監(jiān)視、數(shù)據(jù)記錄窗口等六個子窗口組成，在任何時候窗口切換欄均顯示在整個界面的最左側。標題攔顯示本項目工程名稱，動態(tài)顯示各子界面的名稱，系統(tǒng)關鍵的高壓通斷狀態(tài)和系統(tǒng)故障狀態(tài)顯示。子窗口顯示區(qū)用來顯示各子界面的動態(tài)內容。
電氣系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)界面系統(tǒng)顯示了設備運行的關鍵參數(shù)，多數(shù)情況下通過監(jiān)視該界面即可完成系統(tǒng)控制的正常運行。內容包含了系統(tǒng)功率、功率因數(shù)、三相電壓、三相電流、三相電導、變壓器擋位及額定輸出電壓、三相電流變化趨勢、功率、功率因數(shù)變化趨勢、電極調整狀態(tài)、影響設備正常運行關鍵故障報警狀態(tài)等。該界面在子窗口顯示區(qū)內切換顯示。
電極調節(jié)
當某電極調節(jié)時，切換顯示電極調節(jié)子界面，監(jiān)視整個電極調節(jié)過程。當然電極調節(jié)分為手動和自動兩種方式，當手動控制調節(jié)時，僅顯示各執(zhí)行機構的狀態(tài)，只有在自動調節(jié)時，隨著調節(jié)順序動作執(zhí)行，界面顯示各個執(zhí)行機構的順序工作狀態(tài)。
實時報警
實時報警子界面中顯示系統(tǒng)所有實時報警參考信息，包括開關量報警、模擬量報警信息。
當然還有歷史報警子界面顯示系統(tǒng)設定產(chǎn)生過的報警信息。還有電氣歷史子界面，通過選擇需要顯示的時間段，更新顯示所需時間段內的三相電流、功率因數(shù)、功率、電導等的電參數(shù)曲線。
數(shù)據(jù)記錄
數(shù)據(jù)記錄子界面包含工程文件存儲位置顯示、文件名顯示、文件容量大小顯示、數(shù)據(jù)記錄時間間隔及設定、數(shù)據(jù)記錄觸發(fā)控制、數(shù)據(jù)記錄溢出報警控制、數(shù)據(jù)移動控制、數(shù)據(jù)刪除控制、記錄歷史數(shù)據(jù)查詢和打印等功能。數(shù)據(jù)記錄時間間隔設定為10秒到10分鐘，并且可在線更改設定。當數(shù)據(jù)記錄存儲容量超出10K字節(jié)大小，自動彈出“文件記錄已滿”的窗口報警信息，提醒操作者對數(shù)據(jù)記錄文件處理的可選操作?？梢赃x擇刪除按鈕進行刪除文件數(shù)據(jù)紀錄，新的數(shù)據(jù)重新開始記錄并存儲，可以選擇數(shù)據(jù)移動按鈕進行數(shù)據(jù)的外設儲存，此時，可以更改數(shù)據(jù)移動目標文件名的更改后在實施移動操作，也可以直接進行移動操作。按下歷史數(shù)據(jù)查詢按鈕后，后臺會執(zhí)行打開記錄文件，對數(shù)據(jù)進行瀏覽察看，并可打印操作。
第六章 經(jīng)驗與體會
整套電氣系統(tǒng)經(jīng)過調試，于2005年元月份投入使用。經(jīng)過幾個月的現(xiàn)場生產(chǎn)考驗，自然功率因數(shù)達到0.85左右，能耗控制在3000KWh/t左右，生產(chǎn)量穩(wěn)定在大于100噸/天，各項效能指標均達到優(yōu)良，達到了預想目的，相比傳統(tǒng)設備具有更大的優(yōu)越性，為該系統(tǒng)在同行業(yè)的應用提供了先例?？偨Y現(xiàn)場經(jīng)驗和應用體會如下：
1) 該系統(tǒng)在礦熱爐行業(yè)應用可行，完全不存在設備技術上的障礙；
2) 由于LEODO人機界面的應用，既節(jié)省了成本、空間布置，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，又方便了用戶的人機交互可操作性；
3) LEODO人機界面為用戶提供了數(shù)據(jù)的存儲、曲線顯示、報表分析、數(shù)據(jù)打印等強大功能；
4) LEODO人機界面提供了豐富的外設和網(wǎng)絡通訊接口、靈活的二次開發(fā)編程有利于較大工程的智能化網(wǎng)絡搭建。
5) PLC的應用，使得設備更加簡潔，又提高了系統(tǒng)的可靠性、可維護性；
6) 該系統(tǒng)還可擴展，實現(xiàn)更完善、更智能、更優(yōu)化的網(wǎng)絡控制方式；
7) 人機界面，配合其它智能控制技術，應用在工業(yè)場合完全可能。
第七章 結束語
我國礦熱爐冶煉行業(yè)電氣自動化普及程度較低，存在容量小、能耗高、產(chǎn)量低、品質低等特點，與發(fā)達國家相比有較大差距。因此，優(yōu)化設備性能、提高設備自動化程度、降低能耗、提高產(chǎn)量、提升產(chǎn)品品質是目前國內該行業(yè)發(fā)展趨勢。
在該系統(tǒng)的設計施工中，作者利用了智能化設備、網(wǎng)絡技術、可編程化的靈活性進行優(yōu)化設計，并在實施中得到驗證，使得改造后系統(tǒng)具有操作簡單靈活，控制集中與分布相結合，從而使得整套設備的性能得到了大幅提升，取得了滿意的效果。
致謝
在作者完成本項目的工作中，還得到了所在工廠車間技術人員和工人的積極配合。在此，作者也向他們一并表示深深的感謝。
作者設計過程中，還得到了同行工程師給作者的許多啟發(fā)。在此，也向他們表示最深深的謝意。
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