铁合金冶炼过程能耗监测系统的实现

本文从应用的角度，基于现场总线、自动化仪表技术及工控组态技术、0racle数据库、网络通讯技术、PLC等技术，介绍了铁合金冶炼过程能耗监测系统的设计思想和有关方法。对生产现场能源动力介质(机械检测点共计43点，如：电炉循环水用量、高压氧枪用水量等，电气检测点共计21点，如：电炉监测、炉风机监测等)进行实时采集、传输与处理，构建铁合金生产过程能耗监测信息平台。
1监测系统组成
该系统由PLC主站、计算机控制系统、配料系统、电炉本体系统、分布式远程I／O站、现场控制设备及检测仪表、工业以太网及PROFIBUS—DP现场总线等组成。其组成框图如图1所示。

在主控室设PLC主站，PLC主站主要由电源模块、CPU模块、各模拟量与数字量输入输出模块、通信模块构成。各主站通过通信模块实现工业以太网的连接，完成主站间的数据交换。因测量点的分布较分散，系统设计了多个分布式远程I／O站点www.cechina.cn， PLc系统各主站与从站间采用PROFIBUS—DP现场总线实现分布式I／O控制，网络拓扑结构为线性串行连接，传输介质采用双绞线。
计算机控制系统由研华工控机610H配紫金桥监控组态软件Realinfo及利用Struts Web开发框架及0racle数据库平台，共同开发组建。计算机控制系统与PLC系统问通过PROFIBUS—DP现场总线进行数据交换。
配料系统由料位计测量料仓料位，当需要加料时将信号送入PLC，PLC控制配料系统，启动环形给料车完成一次配料。配料系统主要由称重仪表系统、料位计、PLC远程I／O站、动力配电和继电控制系统组成。
电炉本体系统由PLC主站、远程I／O站以及现场检测仪表组成。其中电炉回水槽处现场检测由流量开关与温度仪表、压力仪表完成，实现对冷却水流量、温度、压力的采集，数据在上位机监控；液压室现场检测由压力传感器和温度仪表完成，实现液压站压力、温度等信号采集，电极压放电磁阀控制等功能。
2监测系统软件的实现
2．1 Realinfo组态软件设计
由于系统监测点数多，设计画面复杂，自制监控软件周期较长、难度较大，所以计算机系统监控软件采用国内先进的紫金桥监控组态软件——Real.nfo进行编写。Realinfo是总结多年经验且适合自动化技术发展趋势的新一代的组态软件产品。全中文工控组态软件Realinfo可用来快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，它为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、报警处理、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完 整方案和开发平台。Realinfo组态软件通过设备驱动程序从现场PLC控制器获取实时数据，对数据进行必要的加工后www.cechina.cn，一方面以图形的方式直观地显示在上位机屏幕上，不仅能够实时地显示现场监控设备的各种数据，同时显示趋势曲线、历史数据查询和报表、报警等。另一方面按照组态要求和操作人员的指令将控制数据送给现场硬件设备，对执行机构实施控制或调整控制参数。在上位计算机系统即可完成设备运行的所有控制信号采 集、运算处理和向外部设备输出驱动控制信号，控制设备运行，同时通过RS485串ISl接收PLC发送的设备运行的状态信号。
2．2数据库设计
数据库系统是整个监测系统的核心。本监测系统的数据库系统为Oracle数据库系统。
数据库设计本着真实性、避免冗余、简单性、选择合适的数据类型等四大原则，为了良好组织数据，避免所有业务查询工作都基于基础信息表，给SQL语言的编程带来困难，对更新很大的且更新工作反复固定的配置表比如电表用量实时信息表 (AmmeterData El期)和电表瞬时数据实时信息表(Ammeter- Data_日期)，需一天创建一个表，我们采取存储策略，定义了几个JOB对象，每天在固定时间运行，对数据进行处理，将结果存入特定TABLE表内，需要时可以直接调出，无需每次都重新计算。另外，充分利用统计程序，对某些复杂的计算工作进行统计，将统计结果存到相关的表中，大大提高了查询速度。
3系统功能实现
3．1数据采集传输
车间现场的计量仪表通过PROFIBUS—DP现场总线或无线通信连接到车间采集工作站，对于距离超过1．2km的计量点的数据，采用无线通信的方式实现数据的传送；采集工作站负责采集计量点的数据及相应状态信息；车间采集工作站通过以太网将采集的数据定期传输到数据中心采集总站中的数据库中， 实现能源数据的集中存储及处理。其中现场总线采用德国西门子公司的PROFIBUS—DP标准化现场总线，其具有“开放”的通 信接13，允许用户选用不同制造商生产的分散I／O装置和现场 监测仪表。
现场水、电、蒸汽及物料等检测仪表，将采集的模拟量信号转换成标准4～20mA电流信号输入PLC，其他开关信号直接输 入PLC，完成现场设备的信号采集；PLC系统各主站与从站间采用PROFIBUS—DP现场总线实现分布式I／O控制；各主站通过通信模块实现工业以太网的连接，完成主站间的数据交换； PLC主站通过Step7驱动程序将底层数据通过PROFIBUS— DP现场总线传输给上位计算机系统。Realinfo组态软件定时将历史累计数据、实时数据插入Oracle数据库中，利用SQL语言在数据库中进行一定的统计运算，提供各种报表并通过以太网发送到客户手中。因此数据从现场仪表经过PLC从站、主站再经由现场总线／以太网转换模块进入工业以太网，最终传输到服务器，实现对铁合金冶炼过程各能耗监测的数据传输。
3．2能耗数据监控
Realinfo为系统提供了丰富的人机交互界面，可将实时数据转变成图形和报表控制工程网版权所有，用监测系统的图形界面来反映现场实际工况，用户能够在界面上监视所有设备运行状态和能源消耗等参数。Realinfo是紫金桥软件公司生产的监控组态软件，充分利 用了Windows的图形编辑功能，能方便地构成监控画面，具有丰富的设备驱动程序、灵活的组态方式和数据链接功能，用其构 造监控系统能大大缩短开发时间，并能保证系统的质量，具有不 可比拟的开放性，巨大的兼容性。本系统设计了能耗查询界面、 趋势曲线图、能耗统计棒图及报警画面，可实时显示现场生产数 据的各种报表和趋势曲线，各画面之间切换方便，使工作人员在 很短时间内对车间能源产出／消耗情况充分了解。同时将El常管 理工作中的各项记录分别纳入到系统数据库中，完成了远程集 中抄表、故障记录、能耗运行参数的统计、报表生成及打印输出 等功能。
3．3能耗数据处理
首先是将Realinfo传来的数据进行存储管理，将累计数据、 实时数据、中间数据及最终统计数据存储到Oracle数据库中。 然后由Oracle的SQL／语言编程实现数据分析和处理。系统结 合企业生产工艺和统计要求，对采集的能源数据进行了统计分 析，系统能够实现按用户要求按不同时段、不同区域、不同类别 分别统计各类能耗数据，并进行科学分析和自动结算，同时形成 各类统计报表。
能源分析是能源监测系统的重要功能，能耗分析系统是基 于数据库的数据信息的分析系统，它是建立在企业现场能源数 据采集的可靠性和实时性的基础上，基于数学模型和智能控制 技术，对相关能源数据进行深入分析和挖掘，掌握能源流向，最 终得到能耗主要影响因素，以便用户采取适当的补偿方法、合理 安排采购、生产活动。
3．4数据查询及报表
Realinfo组态软件以数据库中历史数据为基础自动生成月 报表控制工程网版权所有，季度报表控制工程网版权所有，年报表。Realinfo也可完成某特殊时间段用量 查询报表、统计及打印等功能，Realinfo为报表开发工具提供丰 富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：脚本调用和事 件脚本，比如利用报表函数可以在报表上同时显示实时数据和 任意时刻的历史数据，并加以统计处理，例如取行平均、列平均， 统计出最大最小值。报表文件格式兼容Excel工作表文件，提供 类Excel的绝大部分功能，包括：编辑功能、计算功能、图表功能 等。支持图表显示自动刷新，可输出多种文件格式：Excel、D(T、 PDF、HTML、CSV等。可实现多层表头，可以实现报表嵌套，可 以制作复杂的报表格式。具备打印、打印预览、页眉页脚打印功 能，支持逐行打印。报表数据源支持实时数据库和各种关系数据 库，可显示、处理实时和历史数据。
另外本监测系统将根据生产实际和用户需求，设计采用B／ S结构，支持可视化图形显示及过程数据浏览控制工程网版权所有，模块间采用接口 标准，满足互操作性和稳定性，预留与企业其它管理软件的接口 (如ERP、工作流等)，保证与其它业务系统交换和共享数据信 息，实现系统的无缝连接，消除企业中的信息孤岛，使企业连成 一个更加紧密的整体。用Struts开发Web服务器，支持B／S结 构，用户通过IE浏览器即可发送指令控制工程网版权所有，根据需要查询所需报表。
4结束语
与传统的铁合金冶炼能耗监测方法相比，此能耗监测系统 人机界面友好、性能可靠、使用方便、节省劳动力，目前本系统已 应用于生产实际，通过现场实际应用，效果良好，可改进能源系 统的运行管理水平，完善能源生产和使用的评价体制，提高劳动 生产率，减少能源消耗，改善环境质量，在功能上也易于扩充和 升级，具有一定的推广价值。