LEODO人机界面在冶金行业的应用

第一章 摘要
　　
　　在矿热炉冶炼的多数应用中，由于电气控制较为简单，现场都是人为调节控制生产，对矿热炉的整体效能产生很大影响，造成功率因数低、电耗高、产量较低的明显缺点。本次将人机界面与PLC结合应用在矿热炉的实践中，提高了系统的自动化程度，操作性能大大增强，提高了系统的可靠性，基本上达到了电气系统免维护，并且整套设备的重要指标功率因数、电耗、产量都取得了良好的成绩，取得了满意的效果。
关键字：人机界面、PLC、矿热炉、控制

第二章 引言
　　
　　矿热炉工业实际应用中主要用于生产硅铁、锰铁、工业硅、硅锰、铬铁、电石等，由于配套电气控制较为简单，一般智能控制的因素较少，基本上谈不到自动化程度，现场都是人为调节控制，根据操作电流变化而变化，这样必然产生与工艺标准要求滞后的电量反应，因此，对矿热炉的效能产生很大影响，造成功率因数低、电耗高、生产成本高的明显缺点。固然造成这些因素有一部分是因为设备、原材料、生产工艺造成的，但是绝大部分是因操作因素导致。相比国外进口同类设备，机械设备技术基本上已经消化，还存在个别关键设备技术有待提高和消化外，电气上自动化程度低是普遍现象。存在这个现象通常认为是此类系统没有必要提高设备自动化，另一个因素就是节约成本，再加上国内部分原材料在质量上的不过关，势必造成整个设备系统的低效率。
　　自2004年国务院为了整顿西部环境污染、彻底强制关闭能耗大、效率低、小容量企业，促进西部地区可持续发展战略以来，矿热炉企业用户不得不面临更残酷的现实，依靠产品竞争力来赢得市场，就变得尤为重要。这样一来，扩容、降耗、提高自动化程度、优化系统设备匹配性能，提高操作工艺水平、降低生产成本就变得更为迫切。

第三章 系统配置
　　
　　该套电气系统是配套某电石厂13500KVA电石炉，由于资金限制，该套电气配置仅增设了PLC和LEODO人机界面等智能化单元，以提升整套电气系统的自动化程度和系统可靠性。PLC完成所有电气联锁、动作，以保证电气系统的正常运行，LEODO人机界面完成各种电气参数的远程数据采集、数据存储、数据运算、趋势拟合分析和数据输出等功能。该系统包含的控制有电极控制、电极压放控制、液压系统控制、高压联锁控制、变压器调挡联锁控制、报警保护控制、远程数据采集输出、上位人机动态显示及交互等功能。
                                                                                                                             

                                                                                                                               系统配置图

第四章 系统特点

　　系统网络虽然单元较少，但具备了实现电气控制自动化的所有功能。
LEODO人机界面具有丰富的网络和通讯接口。一对标准RS232和RS485串行总线通讯接口，根据外接智能单元通讯形式的不同，可以连接RS232或RS485，通过RS485总线可以扩展连接更多的智能设备。一个标准并行输出接口，可以外接打印等输出设备。一个ETHERNET接口，可上传下载工程文件，并可以扩展多台以太网络设备实现数据共享。一个USB接口支持标准USB协议的外接设备，实现数据输入输出交换功能。还有其他VGA、AV、AUDIO等多种接口，丰富设备连接和扩展。
　　LEODO人机界面屏幕触摸功能，节省了硬键盘，又节约了空间。64M真彩色液晶显示屏，使得工程界面更加柔和鲜明。
经实践应用，LEODO人机界面外壳虽然采用了工程塑料，抗干扰性却能胜任矿热炉恶劣工作环境。
　　PLC选用OMRON CJ1M，远程数据采集模块选用研华ADAM 4000系列。PLC通过RS232与LEODO COM1口相连，ADAM通过RS485与LEODO COM2相连，LEODO人机界面设定数据更新频率500MS时，采样数据的快捷性、准确性，既满足了生产数据需要，又保证了各个通讯设备的稳定。
　　实践证明本次将嵌入式工控应用于矿热炉复杂工业场合，无疑是一次成功尝试，并为以后的工程应用提供了丰富的经验。

第五章 画面功能介绍

                                                                                                                                          主界面

　　人机监控运行后首先进入主界面，主界面由三部分组成：左侧为窗口切换栏，内容显示当前日期、当前时间、系统加电日期和时间、运行累计时间、单炉累计运行时间、共计累计运行时间等；其它监视窗口切换标识按钮，有电气系统、电极调节、实施报警、历史报警、电气历史数据监视、数据记录窗口等六个子窗口组成，在任何时候窗口切换栏均显示在整个界面的最左侧。标题拦显示本项目工程名称，动态显示各子界面的名称，系统关键的高压通断状态和系统故障状态显示。子窗口显示区用来显示各子界面的动态内容。
电气系统
　　电气系统界面系统显示了设备运行的关键参数，多数情况下通过监视该界面即可完成系统控制的正常运行。内容包含了系统功率、功率因数、三相电压、三相电流、三相电导、变压器挡位及额定输出电压、三相电流变化趋势、功率、功率因数变化趋势、电极调整状态、影响设备正常运行关键故障报警状态等。该界面在子窗口显示区内切换显示。

                                                                                                                                      电极调节
　　当某电极调节时，切换显示电极调节子界面，监视整个电极调节过程。当然电极调节分为手动和自动两种方式，当手动控制调节时，仅显示各执行机构的状态，只有在自动调节时，随着调节顺序动作执行，界面显示各个执行机构的顺序工作状态。

                                                                                                                                     实时报警
　　实时报警子界面中显示系统所有实时报警参考信息，包括开关量报警、模拟量报警信息。
　　当然还有历史报警子界面显示系统设定产生过的报警信息。还有电气历史子界面，通过选择需要显示的时间段，更新显示所需时间段内的三相电流、功率因数、功率、电导等的电参数曲线。
数据记录
　　数据记录子界面包含工程文件存储位置显示、文件名显示、文件容量大小显示、数据记录时间间隔及设定、数据记录触发控制、数据记录溢出报警控制、数据移动控制、数据删除控制、记录历史数据查询和打印等功能。数据记录时间间隔设定为10秒到10分钟，并且可在线更改设定。当数据记录存储容量超出10K字节大小，自动弹出“文件记录已满”的窗口报警信息，提醒操作者对数据记录文件处理的可选操作。可以选择删除按钮进行删除文件数据纪录，新的数据重新开始记录并存储，可以选择数据移动按钮进行数据的外设储存，此时，可以更改数据移动目标文件名的更改后在实施移动操作，也可以直接进行移动操作。按下历史数据查询按钮后，后台会执行打开记录文件，对数据进行浏览察看，并可打印操作。

第六章 经验与体会

　　整套电气系统经过调试，于2005年元月份投入使用。经过几个月的现场生产考验，自然功率因数达到0.85左右，能耗控制在3000KWh/t左右，生产量稳定在大于100吨/天，各项效能指标均达到优良，达到了预想目的，相比传统设备具有更大的优越性，为该系统在同行业的应用提供了先例。总结现场经验和应用体会如下：
1) 该系统在矿热炉行业应用可行，完全不存在设备技术上的障碍；
2) 由于LEODO人机界面的应用，既节省了成本、空间布置，提高了系统的稳定性、可靠性，又方便了用户的人机交互可操作性；
3) LEODO人机界面为用户提供了数据的存储、曲线显示、报表分析、数据打印等强大功能；
4) LEODO人机界面提供了丰富的外设和网络通讯接口、灵活的二次开发编程有利于较大工程的智能化网络搭建。
5) PLC的应用，使得设备更加简洁，又提高了系统的可靠性、可维护性；
6) 该系统还可扩展，实现更完善、更智能、更优化的网络控制方式；
7) 人机界面，配合其它智能控制技术，应用在工业场合完全可能。

第七章 结束语

　　我国矿热炉冶炼行业电气自动化普及程度较低，存在容量小、能耗高、产量低、品质低等特点，与发达国家相比有较大差距。因此，优化设备性能、提高设备自动化程度、降低能耗、提高产量、提升产品品质是目前国内该行业发展趋势。
　　在该系统的设计施工中，作者利用了智能化设备、网络技术、可编程化的灵活性进行优化设计，并在实施中得到验证，使得改造后系统具有操作简单灵活，控制集中与分布相结合，从而使得整套设备的性能得到了大幅提升，取得了满意的效果。

致谢

　　在作者完成本项目的工作中，还得到了所在工厂车间技术人员和工人的积极配合。在此，作者也向他们一并表示深深的感谢。
作者设计过程中，还得到了同行工程师给作者的许多启发。在此，也向他们表示最深深的谢意。
参考文献
LEODO用户手册
OMRON 用户手册
ADAM 用户手册

作者：赵震平
专业职称：电气工程师
E-mail：ZHZHPING_2003@(暂不可见)

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