武汉理工大学自动化学院 冯自涛

江南大学物联网工程学院 刘 美

基于组态王的石墨煅烧监控系统设计

武汉理工大学自动化学院 冯自涛

江南大学物联网工程学院 刘 美

煅烧是炭和石墨制品生产中第一道热加工工序。为了保证成品质量及提高成品率，须对原料的煅烧质量予以重视。特别是生产石墨化制品或炭块等制品时，更是如此。煅烧温度一般应达到1 300℃左右，这一温度是各种焦炭及无烟煤体积收缩相对稳定的温度，煅烧温度的控制直接影响成品的质量。鉴于此，本文，笔者通过温度与压力传感器来实现对煅烧炉内的温度和压力信号进行检测。

一、监控系统硬件组成

罐式煅烧炉是由若干个用耐火材料砌成的相同结构及垂直配置的煅烧罐所组成。每个罐体高约3～4米， 罐体内宽为360毫米，长为1.7～1.8 米，每个煅烧罐为一个组。罐式煅烧炉由6个组组成， 即包括有24个煅烧罐。在每个煅烧罐两侧都有加热火道5～8层， 目前多数为6层火道。本文，笔者论述的监控系统就是在这一背景下为了检测煅烧炉内的温度与压力信号而设计。总共需要监测30个温度信号，2个压力信号。

根据工业现场的需要，该监测与控制系统采用两级分布式结构，监控系统结构原理图如图1所示，第一级为计算机，由组态软件开发现场监控和数据采集系统，通过RS-232和下位机百特数据采集器实现串口通信，采用MODBUS通讯协议。第二级由下位机百特数据采集器和温度压力传感器组成，实时监控对象为温度和压力总共32个检测量。监控软件选用组态王6.53，计算机作为上位机可以提供良好的人工界面，进行系统的监控课参数设置，数据采集器和传感器作为下位机，结构简单，信号来源直观，执行可靠。

1. 温度和压力传感器。温度传感器采用北京中仪华世代理的热电偶30只，型号为WRN-230 K型，K 型热电偶也即镍铬－镍硅热电偶，它是一种能测量较高温度的廉价热偶，可长期测量1 000℃以上的高温。

压力传感器采用选用美国杜威公司在国内组装生产的DW 300型微压变送器2只，主要特点是使用寿命长。

2. 数据采集器。数据采集器采用百特公司生产的XM C-5000MODBUS型数据采集器3只，该数据采集器具有以下特点：24通道模拟量输入（AI），双屏显示，主屏显示当前过程量，附屏显示通道号；两个公用报警继电器输出，48个指示灯分别指示各路上、下限报警情况。

3. RS232/RS485转换器。RS232/RS485转换器AI系列仪表使用异步串行通信接口，接口电平符合RS232或RS485标准中的规定。数据格式为1个起始位，8位数据，无校验位，一个或两个停止位。通讯传输数据的波特率可调为1 200～19 200 bit/s。

4. 工控机。工控机采用台湾研华公司生产的工控机一台，其型号规格为P4 2.4G/1G/160GHD，全配置，该机具有用户界面友好，带前置滤网，易于维护可视化的电源以及硬盘指示灯，可增强系统实用性板卡的特点。

二、监控系统软件设计

1. 流程画面。流程画面用来形象地模拟工业现场的结构构造以及工艺流程，画面主要由24个罐体组成，形象地再现了工业现场的画面，同时还兼顾现实24罐体炉膛里煅烧的温度信号。此外还包括一个控制台，当切换到运行系统时，可以通过该控制台切换到其他画面，也能退出系统。

2. 报警与事件画面。当炉子的温度出现异常时，驱动报警系统，可以通过该画面查询异常情况的详细信息，以便于及时排除故障，同时也可将异常的温度信号进行存储，当我们需要查看时，我们可以通过操作台上的报警查询按钮进行查询。

3. 历史趋势曲线。可以选择显示每个炉子的温度历史趋势线，分别以不同的颜色显示出来；可以选择时间进行历史数据的查询，还可以根据需要把历史趋势线打印出来。

4. 实时数据报表。该报表可以显示全部的温度与压力信号，形象直观，可以通过右边的操作站将任一时刻的数据进行保存，当需要时，可通过报表进行查询。同时还提供打印功能。

5. 历史数据报表。通过编制程序，每十秒采集一组数据，在报表中进行循环显示。同时提供打印功能。

6. 历史数据查询报表。历史数据报表可以根据需要对历史数据进行查询，设定好查询时间和选择要查询的炉子后，符合条件的数据全部显示出来，在必要的时候打印出来。通过该报表能够了解相当长时间内煅烧炉内的情况，在出现问题时也可通过数据进行分析判断。（见图2）

三、结论与建议

本文所设计的监控系统已经用于工业现场控制，该监控系统主要是根据实际生产线要求，对石墨煅烧过程中温度与压力信号实现全天候的控制与监测，发挥组态软件对现场数据采集与过程控制简单、用户开发界面友好、工程实现方法简捷等优点，取得了良好的控制和监测效果，提高了工作效率。计算机的监控系统具有界面直观、操作简单、控制质量高、数据记录准、精度高、系统造价较低、能保证连续生产等优点。