鑫成工程竖炉焙烧过程控制系统.doc

竖炉焙烧过程控制系统

——作者：李凡、李迪、陈钊、齐嘉伦、俞林、姚国宝、叶鹭鹏，金培培、朱文茜
——指导老师：李小平、高原、蔡凌

摘要：
RSView32是一种基于人机接口界面组件、用于监控自动化设备及过程的组态软件，编辑和监控功能强大。
本文介绍RSView32软件特点和系统监控界面。通过网络连接对PLC的监控，再由PLC及控制程序对竖炉直接控制和反馈，达到从PC间接监控竖炉的目的，用简单地对监控软件地控制代替以往人为通过肉眼手动控制阀门或者复杂地操作PLC。从而,提高生产率，解放劳动力和铁矿利用率使工业生产更加安全，符合现代化生产和自动化生产的需要。
竖炉焙烧将块矿进行竖炉焙烧的主要目的是将弱磁性的赤铁矿(Fe2O3)还原成强磁性的磁铁矿(Fe3O4),使它能在选别强磁性矿物的低磁场强度的磁选机上进行选别，以达到提高金属回收率的目的。焙烧过程大体分为加热、还原和冷却三个阶段。影响焙烧矿质量的主要因素有：焙烧温度（抽烟机抽出的废气100℃左右、燃烧室1000℃左右、炉中部加热带800～850℃、炉底还原带550～600℃）；还原煤气成份；矿石粒度和气孔率；矿石的成份和水份；搬出制度。另外水封池密封状态及抽烟机工作状态是否良好也是影响焙烧矿质量的重要因素。

关键词：RSView32、竖炉、PLC、ControlLogix系统

1 RSView32介绍和特点
RSView32是 Rockwell软件产品中用于数据采集,监控和信息管 理的一个工业监控软件包，它以RSLinx作为与PLC进行通讯的驱动软件。基于Microsoft Windows NT和Windows 9X 平台设计。
RSView32可方便地实现:1)控制过程总貌显示；2)标准棒状图的组显示；3)强大的控制帮助组态，显示；4)控制系统状态显示。
通过内置数据报表打印功能或输出到EXCEL，用户可获得完美的报告及报表打印效果。
RSView32内置Visual Basic Application Script语言，用户可轻易编制特定控制功能模块，如与各种ODBC数据库实现数据交 换。若使用RSSQL与RSView32,用户无需编程即可实现数据库双向传递数据。
RSView32支持DDE，OPC协议。RSView32是第一个同时提供OPC Client和Server功能，并最早用于产业的监控软件包。
它的标签数据库与下位机PLC的标签数据库完全统一，用户可以直接把PLC中的标签导入到RSView32当中来，节省了大量的工程开发时间。

2 竖炉焙烧过程控制的问题
竖炉操作者主要依据经验知识进行判断，在此基础上进行各种手工操作，自动化程度非常低。加上竖炉焙烧过程中包括多种内外因素的交叉变化，不确定性普遍，设备众多，使得焙烧过程控制变得复杂起来，表现在如下几个方面：
1) 过程本身具有多变量强耦合的特点，输入输出众多。输入有空气量，加热煤气量，还原煤气量等，输出量有燃烧室温度，加热带温度，还原带温度等，任何一个输入的变化都可能引起所有的输出发生波动；2）机理复杂，有物料的进出、热量的传递，还有化学反应，难以对燃烧室的温度对象建立准确的数学模型，使得基于模型的精确控制理论难以发挥其长处；3）不确定性因素多，如矿石的性质改变，加热煤气成分的波动以及操作工水平参差不齐等，这些不确定因素均会影响关键工艺参数的稳定性；4) 焙烧过程中往往伴随着一些故障的发生，一旦操作不当，将会引发生产故障，影响生产的连续性和稳定性。
以上说明了手工操作的局限性，同时说明了单一的常规控制理论与技术难以实现竖炉焙烧复杂的控制，难以达到生产过程的最终需求，如用户对产品质量的期望等，究其原因是因为基础回路控制级难以找到合适的设定值。如燃烧室温度、还原煤气流量、搬出制度等，往往是由操作员借助于其积累的经验给出，带有主观性和随意性，使产品质量及其它工艺指标得不到有效可靠的保证。如果不对设备进行自动化系统的改造，所带来的问题是：控制精度不高，浪费能源，最终的产品质量得不到有效的保障。近年来，随着工厂自动化程度的不断提高以及先进控制技术的发展，各企业越来越重视工艺过程的自动控制实现，这样不仅能提高控制精度，而且节约了能源，使产品质量得到了大幅提高。

3 监控的设计和实现
设计监控程序的基本结构图如下：

3.1系统硬件结构
系统的硬件结构，如图1所示。模型机（5台）及监控计算机（6台）均为DELL公司PC机，操作系统为Windows2000。计算机控制系统采用美国Rockwell公司ControlLogix系统，包括CPU模块，电源模块，开关量输入输出模块，模拟量输入输出模块，控制网(ControlNet)通讯模块，设备网(DeviceNet)通讯模块等。ControlLogix数据传输总线利用Producer/Consumer技术为用户提供一种高性能的、具有确定性的分布式方案。通过通讯接口模块可以实现ControlLogix与计算机、分布式处理器和分布式I/O的互连。它们可以共享连接到通讯接口模块上的任何EtherNet， ControlNet或DH+链路。控制网与设备网之间通过控制网(ControlNet)通讯模块进行通讯，模型机和控制站的通讯通过以太网进行通讯，智能优化程序将计算结果通过以太网传至各控制站。监控机直接通过控制网与PLC进行通讯。
控制站由1-11#竖炉控制站、一个竖炉测温远程站等共12个控制站组成，12个站总共有14个机架（11个本地站，每个站1个机架；1个远程站，共3个机架）。1-11#控制站分别负责两台竖炉的控制，每个站对应1台控制柜，安放在中央控制室；竖炉远程控制站实现对22台竖炉燃烧室温度、还原带温度及加热带温度的检测。各控制站通过设备网(DeviceNet)实现对22座竖炉所有变频器的状态监测与频率设定，以实现鼓风机的变频调速。1-11#控制站的各处理器通过冗余的ControlNet网，以Producer/Consumer的通信模式实现数据开放。

图1 硬件连接网络模拟图

3.2系统软件结构
整个控制系统所使用的软件均为美国Rockwell公司的配套产品：RSLogix5000、RSLink、RSNetWorx、RSView32等。监控计算机配有RSLogix5000、RSLink、RSNetWorx、RSView32应用软件，使用Microsoft Windows2000操作环境，编程软件由RSLogix5000和RSView两部分组成，其中RSLogix5000为PLC软件开发环境，RSView为监控画面及模型机开发环境，RSLink、RSNetWorx为网络组态软件。

3.3组态软件RSView32的通讯组态
组态软件RSView32和RSLogix5000的通讯采用OPC驱动方式。首先将RSLogix5000程序中的变量表导入到OPC Server中，在OPC Server中进行FinsGateway网络组态：在以太网驱动中增加PLC节点，设置其IP地址。通过OPCServer的在线功能测试OPC Server变量和Omron PLC变量的通讯是否正确。在RSView32中添加OPC 节点，数据源为OPC Server，即可调用OPC Server中的变量。

3.4数据库标签的组织
RSView32的数据库标签采用树形结构，为了便于标签的组织和调用，按照工艺段、设备名称组织文件夹，将每一个设备的对应的标签放在同一个文件夹下。同时RSView32的数据库标签的数据类型要和OPC Server中变量的数据类型一致。
3.5监控界面介绍和特点
监控界面作为人机界面面向的是最终用户,所以要力求界面友好、直观、操作简化,该部分由RSView组态软件开发制作。
3.5.1树型结构图
(树型结构图中的界面展示见附录2)
登陆界面
所有搬出机运行状态
竖炉区总貌模拟屏
参数总览
单竖炉主体画面
搬出机和排矿辊画面
鼓风机和抽烟机状态
控制切换面板
自动控制参数总览
重要参数趋势图
单台竖炉参数表
回路调节示意图
回路调节控制面版
变频器 状态

用户管理系统
仪器信号表
设备状态表
报警汇 总
改负压及总管压力报警阀值
监系统树型结构图

3.5.2登陆界面
从这该界面可以进入监控系统，或是选择进入管理系统。用户可以在此界面上观察到燃烧室、加热带和还原带的温度(分别用红、黄、绿的线形图象表示)以及简单的报警情况和时间。右边是系统管理部分:活动记录、显示活动条、报警记录、系统参数、打开命令框、用户管理、更改密码、用户登陆、退出用户、监控系统、切换面板、退出系统。

3.5.3控制切换面板
在每个界面的右下角都有一个控制面板，它的作用是方便用户快速在各个界面切换，观察不同的参数和设备运行情况。面板能切换到除登陆界面外的所有界面，下面的数字框是用来单个切换观察不同的竖炉，是整个监控程序的重要部分。

3.5.4竖炉区总貌模拟屏
单击监控系统后，就进入竖炉区总貌模拟屏，在该画面中显示了与竖炉区作业密切相关的主要内容：22台竖炉的运行状态（停炉、烘炉、运行），每台竖炉的搬出机、排辊机的状态（运行、停止），给竖炉上料，以及搬出焙烧矿的10、11、12、13、14、17、18、19、20、21等10条皮带和11条梭式皮带的状态（运行、停止）。小车的位置显示给矿的位置，传送带上的箭头表示运行的方向，竖炉运行时炉内为火焰图案。左下标明方向，区分竖炉的南北侧。

3.5.5参数监视画面
参数监视画面（参数总览、自动控制参数总览、设备状态表、仪器信号表、变频器状态）是以表格为主体的。电气设备的状态分为：运行（绿色）、停止（红色）、过载（闪烁图标）。仪表信号均以数值显示。另有一些公用的电气设备状态以及仪表信号如循环水泵、煤气总管压力等在电气设备画面和仪表信号画面中显示。当鼠标移动到每台竖炉参数所在列时，会出现所在列的白色方框。这时点击鼠标，即可进入相应竖炉的画面。
竖炉参数列表画面：是指一台竖炉的所有设备状态及运行参数的画面。
所有搬出机运行状态：实时观察搬出机的运行情况，横线表示正在运行（南北分别用红黄表示）。因为搬出机的运行对系统的影响很大，所以单独做出一个界面便于观察。
搬出机和排矿辊画面: 单台竖炉搬出机、排辊机的控制画面，有搬出机的电流显示以及搬出机、排辊机的运行状态（用线形图象，以时间为横坐标、电流为纵坐标表示）,可以设置时间跨度和跳跃时间段观察。还有搬出机起停控制按钮。

3.5.6单竖炉主体画面
指单台炉的外观及重要设备显示画面，并且表明了重要的参数和电气设备状态。图中有很多可以切换页面的触摸区和按钮。当鼠标移动到触摸区时，会出现绿色光标。如搬出机触摸区。在画面上部的状态显示中，点击各个不同的设备状态标识或是参数（炉顶废气温度、水箱梁温度、炉膛负压除外）也均可进入各个设备或是参数的画面。

3.5.7鼓风机和抽烟机状态
鼓风机、排烟机起停控制面板：当鼓风机、排烟机处于手动状态，由现场控制起停，即控制站转换开关1手动。当该转换开关自动时，控制面板上将出现鼓风机和排烟机的起停控制按钮。

3.5.8 回路调节示意图
以控制回路原理图的形式表现三个控制量，分别注明设定值、实际值、差值和运行曲线。此外还有各自的温度阀、门开度、鼓风机频率、搬出机运行设定等参数。流量控制器均可切换至软手动。

3.5.9回路调节控制面版
还原煤气控制面板、加热煤气控制面板、加热空气控制面板：这三个控制面板十分类似。它们都是当手操器位于自动（现场设备由计算机控制）时，计算机输出设定值所用的。只是，软自动时：还原煤气和加热空气输出的是还原煤气和加热空气的流量设定，而加热煤气输出的是燃烧室温度；软手动时：还原煤气和加热煤气输出的是还原煤气阀开度和加热煤气阀开度，而加热空气输出的是鼓风机频率设定。

3.5.10重要参数趋势图
用曲线图形直观表示各设备的运行情况，竖炉各部分的温度，被控量的流量等基本所有参数，用不同颜色表示不同参数。可以设定时间查看的历史时间和时间跨度。

3.5.11改负压及总管压力报警阀值
可以在此直接输入数值修改各个竖炉的炉膛负压以及总管压力报警阀的设定值。

3.5.12运行记录
活动记录：活动记录记录各种类型的系统活动。在系统管理画面，点击活动记录按钮即可查看。
系统参数：命令和宏的使用，操作员的注释，系统信息和错误，标签读写活动等。能构记录登陆的用户名、所进行的操作、操作时间等重要信息。
报警总汇：记录已经发生的所以报警事件。在系统管理画面，点击报警按钮即可查看。

3.5.13用户管理系统
用户在此能建立新用户，更改用户权限和更改用户密码。也可查看各种记录，返回监控系统和退出监控系统。
鉴于用户可能需要设备运行曲线图和部分参数表，在部分重要界面都设置了打印图象功能，方便数据打印浏览。

4 结束语
本系统在某选矿厂竖炉焙烧过程中成功应用，可以实现竖炉焙烧生产过程全局控制,优化控制、优化运行和优化管理。使原本的复杂、精确度低的手工操作改为简单方便、精确的PC操作，从而提高了产品的质量、生产的稳定性，降低了工人的劳动强度，改善了操作环境，减少了资源消耗和操作人员，提高了设备运转率，实现了磁选管回收率的优化控制。以Rockewll自动化技术为基础，开发出的综合自动化系统的结构还可以应用于其他行业，有很高的推广价值。

参考文献(References)：
1.Rockwell Automation. RSView32 User’s Guide [M]
2.柴天佑, 李小平, 周晓杰, 初延刚, 张杰清. 基于三层结构的金矿企业现代集成制造系统[J]

附录1：系统安装配置步骤
附录2：监控窗口展示
附录3：实际运行数据截图

附录1：系统安装配置步骤

1.文件解压
将竖炉系统解压缩到C\Documents and Settings\Administrator\桌面\竖炉系统也可以放到D盘，只要解压就行。
2．打开竖炉.rsv项目
3.部分设置(在Edit Mode中)
⒈System
①startup/startup设置
分别选中Communication Start和OPC/DDE Server
在Data Loggin下拉菜单中选择 仪表1
在Derived Tag下拉菜单中选择 f0t3
在Event Detection下拉菜单中选择baojing
在Startup Macro下拉菜单中选择 s1
在Initial Graphics下拉菜单中选择 初始画面
2.Graphics
①若显示的画面名是乱码，点击Display右键中的第二项Copy Existing Component in Project 将对话框中的.gfx画面全选
3.Data Log
①Data Log Setup
点击Data Log Setup右键中的第二项Display Copy Existing Component in Project将对话框中的画面全选
4.Logic and Control
①Parameters
点击Parameters右键中的第二项Display Copy Existing Component in Project将对话框中的.par画面全选
②Derived Tags
点击Derived Tags右键中的第二项Display Copy Existing Component in Project将对话框中的.dts文件全选
③Events
点击Events右键中的第二项Display Copy Existing Component in Project将对话框中的.eds文件全选
④Macro
点击Macro右键中的第二项Display Copy Existing Component in Project将对话框中的.mcr文件全选
5.单击Run Mode,点击Run Project运行项目,登陆用户为默认用户。

附录2：监控窗口展示

图1 登陆界面
图1为登陆界面，有查看活动记录，显示活动条等功能，切换用户和进入退出等基本功能。

图2 控制切换面版
图2为控制切换面版，用户通过它实现各面版的切换，各单独竖炉和参数的切换。

图3 竖炉区总貌模拟屏
图3为竖炉区总貌模拟屏，实现对全局的总览，能动态的形象的观察竖炉情况。

图4 参数总览表
图4为总参数表，监控所有竖炉的参数和运行情况。

图5 自动控制参数总览
图5为自动控制参数，监控所有的运行参数和自动调节的参数。

图6 设备状态表
图6为所有设备的状态表，观察设备运行的情况。

图7 仪器信号表
图7为仪器信号表，观察仪器输入信号等状态。

图8 变频器状态
图8为变频器状态，观察变频器的各参数情况。

图9 单台竖炉参数表
图9为单台竖炉参数表，观察单台竖炉的个参数。

图10 所有搬出机运行状态表
图10为搬出机运行表，方便观察各个时间搬出机的运行情况。

图11 搬出机和排矿辊画面
图11为搬出机和排矿辊的状态画面，可切换手动和自动。

图12 竖炉主体画面
图12为竖炉主体画面，观察单个竖炉运行情况，也可在此切换观察其他设备情况。

图13 鼓风机和抽烟机状态
图13为鼓风机和抽烟机的状态和参数。

图14 回路调节示意图
图14为回路调节示意图，直观地模拟回路运行情况，便于观察系统参数，可切换手动。

图15 回路调节控制面版
图15为回路调节控制面版，观察回路自动调节的参数，可切换手动控

图16 重要参数趋势图
图16为系统重要参数趋势图，用线形直观表现系统的运行情况，方便观察员对设备进行记录。

图17 改负压及总管压力报警阀值表
图17为改负压及总管压力报警阀值表，手动输入负压值。

图18报警汇总
图18报警汇总，方便观察报警情况并做记录。

图19 用户管理系统
图19 为用户管理系统，供切换用户，设置权限，查看活动记录等功能。

附录3：实际运行数据截图

图1竖炉区总貌模拟屏

图2 参数总览表

图3设备状态表

图4变频器状态

图5竖炉参数列表画面

图6 所有搬出机运行状态表

图7 竖炉主体画面

图8 搬出机和排矿辊画面

图9回路调节示意图

图10回路调节控制面版

图11重要参数趋势图

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