謝佳鋒 王俊杰

摘 要：文章針對利用組態(tài)王開發(fā)的“鋁電解槽溫度檢測系統(tǒng)”的設計與實現(xiàn)進行了分析，利用仿真PLC采集的模擬數(shù)據(jù)測試了該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能、監(jiān)控功能、歷史數(shù)據(jù)記錄功能以及報警功能，驗證了該系統(tǒng)的可靠性與有效性。通過仿真表明，該仿真系統(tǒng)切實可行、經(jīng)濟適用、可靠性高[1]。

關鍵詞：組態(tài)王；仿真設計；鋁電解槽；檢測系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集

引言

鋁工業(yè)因其高耗能高排放成為節(jié)能減排重點行業(yè)之一，鋁電解槽是鋁工業(yè)生產(chǎn)的重要組成成分。因此，對鋁電解槽槽殼溫度的準確、方便的檢測，對鋁工業(yè)的實際生產(chǎn)具有保障作用[2-3]。組態(tài)王軟件kingview是新型的工業(yè)控制系統(tǒng)，可以對企業(yè)的生產(chǎn)流程提供一個集實時檢測、數(shù)據(jù)匯總、分析和管理于一體的平臺，并具有良好的可視化監(jiān)控界面。組態(tài)王與計算機以及現(xiàn)場間的關系如圖1所示：

圖1 組態(tài)王與上位機、下位機的關系

基于組態(tài)王軟件，以鋁電解槽的工業(yè)控制為例，設計了一個鋁電解槽的溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)用動畫模擬鋁電解槽的運行過程，化“抽象”為“形象”，開發(fā)了實時數(shù)據(jù)監(jiān)控功能、實時數(shù)據(jù)報表和曲線、歷史數(shù)據(jù)報表和閾值報警等功能，并利用仿真PLC代替現(xiàn)場檢測儀表輸入數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)進行運行、調(diào)試和數(shù)據(jù)采集。

1 鋁電解槽工控軟件設計

該軟件的主界面以鋁電解槽的工作過程[4]為主要部分，幫助使用者理解該工況。由于鋁電解生產(chǎn)在實際工藝中需要檢測溫度、電壓、電流等數(shù)據(jù)，該軟件設計相應的檢測功能，并增添相應的實時報表、實時曲線、歷史報表和報警模塊。

1.1 主畫面設計

在組態(tài)王工程瀏覽器中新建界面，命名為“鋁電解槽”，作為鋁電解槽控制系統(tǒng)的主界面。在主界面中，利用組態(tài)王提供的畫圖工具和圖庫繪制系統(tǒng)的主畫面，并添加可切換至其他界面的按鈕[5-6]。最后鋁電解槽主控界面如圖2所示：

1.2 定義硬件設備和數(shù)據(jù)變量

組態(tài)王開發(fā)的軟件需要外部設備與之交換數(shù)據(jù)，文章中采用的是仿真PLC設備實現(xiàn)虛擬仿真[7]。此外，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)詞典記錄了數(shù)據(jù)變量的詳細信息，進入以定義本控制系統(tǒng)所需使用的所有數(shù)據(jù)。

1.3 建立動畫連接

完成主控界面的設計和相關數(shù)據(jù)的建立，下一步則是將主控界面中的圖形對象與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立連接，實現(xiàn)動畫功能。此外，對系統(tǒng)中所需要采集的監(jiān)控數(shù)據(jù)，也建立相關的動畫連接，使仿真PLC模擬的數(shù)據(jù)顯示在主控界面中的相應位置。

2 系統(tǒng)的實際運行檢測

在建立畫面和設定參數(shù)之后，在組態(tài)王中運行控制系統(tǒng)，進入運行環(huán)節(jié)，可以檢測控制系統(tǒng)的所有功能。主控界面顯示鋁電解槽工作動畫，模擬實際生產(chǎn)，并顯示鋁電解槽槽殼三個點的當前溫度和當前輸入的電壓U、電流I，在右上角可以看到當前日期，下方三個按鈕可分別切換至其他三個界面。主控界面運行效果如圖3所示：

圖3 主控界面運行情況

2.1 實時報表及曲線

從主控界面點擊“實時數(shù)據(jù)/曲線”按鈕，可以進入實時報表及曲線界面。從實時報表中，可以詳細查看當前時刻的槽殼檢測點溫度和輸入電壓，因為采用仿真PLC輸入數(shù)據(jù)，因此此時檢測到的溫度和電壓均為隨機數(shù)值。實時數(shù)據(jù)報表中提供當前時刻和值班人員的記錄，方便查閱。

2.2 歷史數(shù)據(jù)報表

從主控界面點擊“歷史數(shù)據(jù)報表”按鈕可以切換到歷史數(shù)據(jù)報表界面，可以查看過去某一段時間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)。使用者可以根據(jù)自己需要調(diào)用某一個時間段的某一個或幾個檢測點的數(shù)據(jù)記錄，以查看2015年3月15日22點45分至23點15分的鋁電解槽槽殼溫度（1、2、3）和電壓記錄為例，調(diào)用的歷史報表數(shù)據(jù)如表1所示：

表1 歷史報表查詢結果

2.3 報警界面

鋁電解槽的溫度需要維持在一定的溫度范圍內(nèi)，超出此溫度范圍會影響鋁電解槽工作效率。因此在系統(tǒng)中設定溫度上限和下限，當檢測溫度超過上閾值或低于下閾值時，報警窗口會產(chǎn)生警報并顯示。在報警界面中，最新數(shù)據(jù)會出現(xiàn)在最上行，幫助使用者掌握最新動態(tài)。另外，因為系統(tǒng)中仿真PLC采用隨機數(shù)據(jù)，因此下一時刻報警事件會恢復正常，而在現(xiàn)實中出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)，需要人工在現(xiàn)場進行校正。

3 結束語

基于組態(tài)王開發(fā)的鋁電解槽槽殼溫度檢測系統(tǒng)，通過仿真PLC產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)驗證了該系統(tǒng)的可行性，并成功實現(xiàn)了鋁電解槽動畫模擬、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄和報警警示等功能。

基于組態(tài)王開發(fā)的檢測系統(tǒng)具有人機界面友好、開發(fā)成本低廉和簡單易學等特點。另外，通過該系統(tǒng)可以檢測記錄到某些必須卻又不易現(xiàn)場查看的數(shù)據(jù)，提高了生產(chǎn)安全性，降低了運行成本。

通過仿真數(shù)據(jù)驗證了系統(tǒng)可行性，可以節(jié)省大量實驗驗證所需的人力物力，為優(yōu)化鋁工業(yè)應用提供了參考依據(jù)，也為鋁工業(yè)的設計、研究提供了有效的研究方法和途徑。

參考文獻

[1]穆亞輝.組態(tài)王軟件實用技術[M].黃河水利出版社，2012（3）.

[2]張爍.淺談新型電解鋁控制管理系統(tǒng)軟件的開發(fā).電腦知識與技術[J].2007（8），3-5.

[3]劉冉冉，鄭恩興，馬慶功.基于工控軟件的仿真培訓系統(tǒng)開發(fā)與研究[J].電子科技，2013，3（2）：3-4.

[4]馮乃祥，孫陽，劉剛.鋁電解槽熱場、磁場和流場及其數(shù)值計算[M].東北大學出版社，2001（9）：2-6

[5]王寶林.基于組態(tài)軟件的PLC仿真教學系統(tǒng)設計[J].輕工科技，2013（5）：111-112.

[6]Aalbu.J，Moen.T，Aalbu.S，et al.Method of Controlling the Alumina Feed into Reduction Cells for Producing Aluminum.US4766552. 1988（8），23.

[7]王春.基于組態(tài)軟件的PLC實驗教學系統(tǒng)[D].四川： 西華大學，2009：1-10.

作者簡介：謝佳鋒（1992-），男，漢族，廣東汕尾人，大學生，熱能與動力工程專業(yè)。