一種利用組態軟件開發的自動配料監控系統

1、概述
以前一些自動配料控制系統中多采用VC或VB來設計，整個設計工作過程復雜，且不易修改，系統界面簡單，實現功能較少且不全面，遠不能滿足現代自動化控制系統的要求。近幾年來隨著計算機技術的飛速發展，國內外一些組態軟件不斷地完善，現場應用效果較好，得到市場的認可。當前，隨著自動化和人們生活水平的提高，環保問題得到足夠的重視，政府也出臺了相應的一些政策，在此情況下，冶金、煤炭等行業對自動配煤控制系統提出了更高的要求，須對原有的設備進行改造。本文介紹我公司利用組態軟件為新鋼焦化廠開發的一種自動配料監控系統。
2、系統的工藝流程及控制對象
2.1 系統工藝流程
自動配煤控制系統是將幾種原煤由料倉經圓盤給料機輸送給皮帶輸送機，當物料流經電子皮帶秤時，由電子皮帶秤進行計量。整個系統在計算機等控制下按一定的比例進行混合，然后進行燒結，得到焦炭。系統工藝流程如圖1所示：

2.2 系統控制對象
自動配煤控制監控系統主要由操作站（計算機監控單元）和控制站組成。
2.2.1 操作站
操作站實際上是一臺工業控制微型計算機，基本配置為機箱IPC-610，PⅢ650，128M內存，40X光驅，1.44M軟驅，17"顯示器，CPU接口卡PCA-6179L，多端口通訊板 PCL-746+，打印機等。
操作站主要用于對現場的工況進行集中監視、數據記錄、參數設置、定時存盤、報表打印及報警提示記錄等，將切換開關置于操作站，可對現場設備進行啟停操作；同時操作站與調度室進行通訊，將現場情況傳送到調度室，調度人員能在上位機上直觀地觀察到生產過程中設備的運行狀況、實時數據和歷史數據等，并將這些數據進行處理存儲、打印等。這些實時數據的采集、處理，可以直接地了解整個生產情況，避免以前數據弄虛作假的現象及管理人員為取得數據去現場取正而帶來不必要的工作量，從而充分地提高該焦化廠生產效率、發揮人力、物力和實現高度自動化控制。
2.2.2 控制站
控制站主要由可編程控制器、智能調節器、變頻器及電腦積算器等組成。該系統有46個監視參數和20個報警信號，組態王基本I/O變量156個，為此選用組態王256點，其硬件配置如下：
（1）PLC：選用OMRON公司生產的CQM1H型，電源單元型號為CQM1-PA203、CPU單元型號為CQM1H-CPU21、輸入單元型號為CQM1-ID212、輸出單元型號為CQM1-QC212及CPT編程軟件等。
（2）智能調節器：選用宇電公司生產的AI-808型，該型號調節器具有*的AI人工智能調節算法,無超調,自整定AT功能和自動/手動雙向無擾動切換及用戶參數編程等功能。
（3）變頻器：選用富士公司生產的FRN11G11S-4CX，用于調節圓盤給料機的轉速，現場控制效果很好，節約大量的能源（工作電壓約70%左右），減少對環境的污染。
（4）電腦積算器：為電子皮帶秤選配的電腦積算器，型號為EMC1495，能同時顯示累計量、瞬時流量等，具有通訊和打印功能，可同時發送2路4～20mA模擬電流信號。控制系統結構簡圖如圖2所示。

3、組態王基本I/O點參數類型
該系統中，組態監控系統所要采集的數據主要有四類，分別為：采集電腦積算器的速度、瞬時流量及累計重量；智能調節器的上下限值、P、t、M等參數；PLC的開關量參數及中控室上位機有關參數等。
4、組態軟件設計
4.1 組態軟件特點
“組態王"是在流行的PC機上建立工業控制對象人機接口的一種智能軟件包，它以Windows 98/Windows NT4.0中文操作系統作為其操作平臺，充分利用Windows功能，圖形界面較好，可以很方便地構造自己的數據采集系統，在任何需要的情況下可將現場的信息實時地傳送到控制室，便于對生產情況進行監測。它能與電腦積算儀和AI智能調節器進行通訊：讀取數據，發送數據；并與PLC進行通訊：讀取I/O狀態，發送I/O指令；具有報警、故障查詢及打印功能；組態畫面真實反映實時狀態；工程設定及配方輸入多樣，適應工況能力較強；軟件設有不同的訪問權限，可讓不同權限的人操作不同的內容。具有以下特點：
（1）真正的32位系統，運行于Windows 98/Windows NT4.0；
（2）多任務、多線程，確保實時性，不丟失數據；
（3）硬件驅動程序采用COM技術，速度較快；
（4）驅動程序配置向導，使用簡單、方便；
（5）分布式數據庫，支持各種SQL數據操作；
（6）采用Windows界面風格；
（7）支持PCI總線和DDE技術
4.2 界面部分設計
運行系統主畫面如圖3所示：

在圖3的界面中可進行如下操作：
（1）配置用戶及其權限
系統進入運行狀態后，用戶應*行登錄，在自己的權限范圍內進行相應的操作，否則監控界面將鎖定在系統工況狀態（如圖3）。圖中主菜單上方圓形開關即為[用戶登錄及退出開關]，開關下方顯示“用戶名稱"及“訪問權限"。用戶退出區別于系統退出，用戶退出后系統仍按原設定運行，而系統退出后，整個監控程序結束。用戶訪問權限不同，能進行的相應操作也不同。訪問權限達到900的用戶可通過點擊位于登錄開關右方的[配置用戶及其權限]按鈕配置用戶及其訪問權限并能修改登錄口令。
（2）利用鼠標可進行畫面切換，點擊“系統工況"出現如圖3所示的畫面，從圖中可以很清楚地觀察系統當前的工作狀態、當前運行趨勢曲線、報警狀態及皮帶運行速度、流量和累計量等數據。
（3）利用鼠標點擊“趨勢曲線"按鈕，可查看系統歷史趨勢曲線，了解前一段時間內物料運行的情況。
（4）利用鼠標點擊“工程參數"按鈕，可將畫面切換到工程參數畫面，根據生產情況進行PID參數設定及生產設定等，滿足生產工藝的要求。
（5）利用鼠標點擊“動力控制"按鈕，可將畫面切換到動力控制畫面，點擊畫面中的按鈕，與之相關的設備進入啟停運行狀態。
（6）利用鼠標點擊“報表管理"按鈕，可將畫面切換到報表狀態，并可直接打印或定時打印生產報表。
4.3 配方管理
系統運行時，監控系統自動計算和稱量各種配料，保持配比的準確，這一過程是通過配方來實現的。在投產之前，技術人員通過化驗，檢測物料成分，確定幾種物料之間的配比關系及每種物料所含水分的多少，再通過管理人員向配方庫中輸入各種配方。生產時，操作人員從配方庫中調用需要的配方，這樣監控軟件就可根據配方情況對下位機（調節器、變頻器、PLC等）進行協調控制，實現各種物料按預定的配方進行配比。
5、實時數據采集管理
畫面程序在實際運行中是通過I/O設備和下位機（電腦積算器、智能調節器、PLC）進行數據交換的，現場工藝實時數據經串口傳送到上位機的組態王應用程序中，通過DDE交換到EXCEL中，同時組態王也從EXCEL中讀取相應數據。數據交換如圖4所示：

6、結束語
通過一年多時間的使用，用戶對該系統給予很高的評價：系統運行可靠性好，操作簡單，維護方便，控制精度高，不但保證了產品的質量和產量，同時又克服了環境污染問題，為企業創造良好的經濟效益。該系統也可用于對多種散裝物料按預定的配比進行自動連續的流量控制的其它場合，例如石油、化工、冶金、紡織、制藥、煙草、機械加工、建材、市政建設等。