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Feb

2012

MCGS在煤矿安全监控系统集成中的应用

 

牛强 中国矿业大学计算机学院
华钢 胡延军 中国矿业大学信电学院

摘 要: 主要介绍了MCGS组态软件,并详细给出了其在煤炭行业以及所属企业安全监控系统中的设计与应用开发情况。

基于MCGS的煤矿分布式安全综合监测监控系统集成
1、煤矿安全监控系统的现状
       随着煤炭行业信息化和网络化的发展,在我国大多数煤矿企业生产的实际过程当中基本都采用了各种各样的安全监测监控系统,并在实际应用当中发挥了重要的作用。但由于国内生产的各种安全监测监控系统多为封闭系统,互不兼容,其中使用的通信协议和信息交换标准都是由厂家自己制定的,严格保密,互不兼容,缺乏统一的通信及信息交换标准,如使用现场总线系统、串口RS-232/485通信以及其它的系统如电力监测多使用ATM网,工业电视系统使用HFC方式,网络结构和通信模式多样,极不规范。而且这些系统都分散在各个相关职能部门,形成了多个信息孤岛,使各级安全、生产、指挥决策部门无法全面及时地掌握现场的安全和生产实际情况,造成决策指挥不灵,制约了这些系统综合能力的发挥,严重影响了煤炭企业安全生产管理水平的提高,阻碍煤炭企业信息化进程,所以迫切需要把这些系统集成起来,建立起全局性集多种信息的综合性、计算机的交互性、通信的分布性和监控的实时性等技术于一体的煤矿分布式安全综合监测监控系统。


2、建立煤矿分布式安全综合监测监控系统的需求
        在建设煤矿分布式安全综合监测监控系统过程中最基本的关键问题是建立一个分布式实时通信平台,集成各个监测监控系统的各种通信数据,并在局域网中传输,同时还要保证各种数据的实时性、准确性。在设计综合各种监测监控系统的统一分布式实时通信平台时,必须考虑结合煤矿现行的各种状况重点考虑以下几点:
      1) 应是一个面向过程控制系统的数据集成平台,能够有效地集成各种监测监控系统和不同现场总线上的设备的数据,在整个系统中提供统一的数据管理平台。其中保证数据的实时性和可靠性是非常重要的两点,只有保持数据的实时性,分布式综合监测监控系统才能从现场中采集各种信号,“不失时机”地获得随机地突发信号,及时响应这些信号,这是整个系统性能地一个重要指标。可靠性是指系统无故障运行地能力和数据地完整性,同时也包括系统对自身文件和用户文件地存取合法性地控制。
      2) 提供良好的可维护性。其主要是指系统进行维护工作时地方便快捷程度。综合监测监控系统的故障可能会影响安全生产过程的正常操作,有时会大面积地影响生产过程地进行,因此,方便地维护系统的正常运行,在最短时间内排除它的故障成为整个监控系统的一个重要需求。
      3)提供友好的人机交互。在综合监控系统中,人机交互的方式应该比较丰富。特别是在复杂、大型、综合、连续的安全生产过程中,操作人员要在短时间内接受多个信息,进行分析判断,完成有关的操作,因此要求系统提供多种而不是单一的人机交互方式。并且由于多媒体技术和信息技术的进步,视频图象方式和WWW网络方式成为交互方式当中的有效代表。
      4)提供对实时数据的数据处理和历史数据管理功能,能够与SQL Server等通用数据库实现无缝连接,实现实时数据库到关系数据库的整合。这样不仅可以浏览实时数据,还可以通过对历史数据和在其上建立的专家信息系统的分析,为企业的决策提供保障。
      5)提供灵活的接口,为用户提供良好的二次开发功能和与其他管理信息系统进行信息融合提供桥梁。
3、建立煤矿分布式安全综合监测监控系统的体系结构
      建立完整的煤矿分布式安全综合监测监控系统,就是利用计算机高速度、大容量和智能化的特点,通过高速的网络把一个个独立的监测监控系统组织管理成为一个综合、完整、高效的自动化整体。所以在实践过程中,利用高速的局域网,通过系统接入网关将各专用的测控网络与各矿计算机网络连接为一体实现两网信息的沟通,系统接入网关由专用的嵌入式系统组成,不会因接入而影响测控系统的安全运行。再利用工控组态软件MCGS本身优良的特性,提供强大的实时数据库管理和WWW实时浏览功能,为煤矿建立安全生产监控集成系统的过程中采用其作为分布式实时通信的平台(如图1),并在具体应用过程中取得了非常良好的效果。
 

 


图1 安全生产信息集成系统总体框架结构

 


4、煤矿分布式安全综合监测监控系统的功能
        通过MCGS信息集成平台和高速网络建立的煤矿分布式安全综合监测监控系统,针对煤矿系统的特点,集动画显示、流程控制、数据采集、网络数据传输、工程报表、数据与历史曲线和实时曲线显示等诸多强大功能于一身,并能保存历史数据为系统分析使用。可以具体完成如下功能:
      1) 监控生产,实现全生产过程实时管理。煤矿企业生产中装备多、井下地下分布复杂,基于MCGS的煤矿安全监测监控系统的建立为各级管理部门提供的远程实时生产过程信息,有效地帮助调度人员及时调整安全设备,保证生产地平稳运行(如图2)。
 


图2 煤矿井下测点平面分布图


      2)提供灵活的实时曲线和历史曲线显示功能。通过比较当前地和历史趋势数据,特别是结合装备安全运行的多参数模型,可以及早报告故障隐患,并且通过对事故前后实时记录的历史数据分析,可以精确定位事故发生的原因,以避免事故的再次发生(如图3)。
 


图3 煤矿瓦斯变化实时曲线


      3) 加强操作考核,提高收益与产品质量。通过分析实时数据库系统记录的装备运行状态和产品质量分析数据,及时调整操作参数,确保装置操作的平稳性,从而有效地提高产品的收益和质量。
      4) 应用和集成平台。通过对MCGS系统中生产过程中实时数据的历史积累,是从中发现过程运行规律的数据基础,而这些规律的集合则可构成先进控制和流程模拟的数学模型,为建立整体煤矿的安全调度综合系统提供了依据,也为安全决策提供帮助。

小结
        本系统根据先进的理论思想,采用工控组态软件MCGS,同时配以可靠的硬件集成系统,很好地完成了煤矿安全监控系统工程,并在安徽淮北矿务局的具体使用过程中取得了良好的效果,加强了各矿和矿务局对瓦斯等安全信息的监测监控,提高了生产效能和管理决策水平。



参考文献
1.辽河油田200万轻烃计量系统研制报告.昆仑通态计算机技术研究所,1999
2.MCGS工控组态软件手册.昆仑通态计算机技术研究所,1999
3.新一代工控组态软件MCGS及应用.刘俊 柳春图 《新技术新工艺》2000年 第6期

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2012

昆仑通态触摸屏在硫化机行业的应用

 

1、引言
      MCGS嵌入版组态软件是基于RTOS(real-time multi-tasks operating system)实时多任务操作系统的组态软件,用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统,从而把用户从繁琐的编程中解脱出来,让更多的用户在使用嵌入式系统时得心应手。目前已在各个行业得到广泛应用。硫化机行业采用MCGS作为开发平台,并结合自身行业特点进行特殊定制,建立了适合自身行业特点的监控管理系统。
 
2、硫化监控系统要求
2.1 轮胎生产工艺
     轮胎生产工艺过程可以分为四步:密炼,部件准备,轮胎成型,硫化。轮胎硫化的生产过程,主要是硫化机按照工艺要求,给轮胎施加不同的压力和温度,达到控制轮胎产品性能的目的。硫化工序生胎经过适当的时间以及适宜的条件,从而硫化成成品轮胎,如果硫化时温度、压力、时间控制的不准确就会影响轮胎质量。硫化完的轮胎即具备了成品轮胎的外观,轮胎通过检验后就可入成品库。所以硫化过程是轮胎生产成败的关键。该过程条件多,控制复杂,一旦出现问题,前面几道工序做的再好也没有意义。
2.2 硫化系统组成  
     整个硫化过程涉及到的软硬件可以划分为三个部分:硫化机的机械装置;机械控制单元(PLC):接受设置,并完成控制过程;监控软件:完成工艺配置,PLC设置,以及数据显示和管理。在硫化过程中,这三部分密切相关,首先是由监控软件完成工艺的编制,然后下载需要的工艺到PLC,由PLC按照工艺设置控制机械装置完成生产过程。在生产过程中,监控软件采集生产相关的实时数据完成显示和历史记录的保存工作。
3、传统硫化机系统
     传统的硫化机系统,硬件方面它使用通用计算机CPU和内存,使用硬盘作为存储设备,仅提供1~2个RS232通讯口,这就决定了它的运行需要占用计算机的资源,致使计算机速度比较慢,另一方面,使用这些硬件机器发热量也比较大,且硬盘易损坏,不安全。软件方面,HMI软件使用WIN98或WIN2000系统,采用第三方开发的监控软件,而这些监控软件普遍使用通用计算机语言开发,软件灵活性不是很好,而且WIN98和WIN2000系统安全方面不太可靠,易受网络攻击,存在安全威胁。
 
4、嵌入式硫化机系统
  嵌入式硫化机系统结构
      这种体系结构与传统的体系相比,硬件方面:它使用高性能低功耗CPU,内存容量为64~256M,提供了64M到2G的数据存储空间,并且它还提供1~4个RS232、RS485、网口、CAN等通讯接口。软件方面:嵌入式WINCE操作系统代替了传统的WINDOW98,WINDOW2000等操作系统,MCGS组态监控系统代替了传统的应用程序。
5、组态开发
5.1 硫化数据分析
    硫化过程中用到的数据,总体分为两大部分:控制数据和工艺数据。控制数据包括三个方面:开关控制,模拟量控制,时间控制。各种控制数据的功能分别如下:
开关控制数据:用来控制各种蒸气阀门(进气和排气),水阀门(进水和排水),机械臂,压力装置。
模拟量控制:主要是温度和压力,一共两个温度(左右温度),两个压力(内外压力)。
时间控制用来控制保持温度和压力的时间长度。
工艺数据也包括三个方面:工艺数据,过程数据,历史数据。各种数据的功能分别如下:
     工艺数据:由一组预先设置的控制数据组成一个工艺步骤,多个工艺步骤组成一个完整的工艺过程。
     过程数据:生产过程中测量得到的开关控制状态数据和模拟量数据。
     历史数据:过程数据的保存结果。
5.2 工艺数据组态
    根据硫化过程的特点,一个轮胎硫化过程需要多步工序,每个工序都需要进行一段时间,同时每步工序对应的多个阀门状态也各不相同,这就需要为每步工序设置不同的进行时间,及每步工序对应的多个阀门状态控制参数。结合MCGS组态软件的特点可以使用配方来实现工艺数据的控制,在组态下定义和编辑配方,每个工序需要进行的一段时间用配方的延迟时间来实现。即由一组预设的阀门控制状态和一个时间量组成一个工艺记录,工艺步骤按时间顺序执行。具体实现方法如下:
工艺表编辑和保存方案:使用配方来管理工艺记录表,配方组保存工艺记录表,每条配方表示一个工艺记录。
工艺执行方案:在循环策略中使用配方脚本完成设置数据的读取,并按照时间要求将数据下载到PLC设备。
工艺表下载方案:PLC驱动提供设备命令,驱动的该命令能直接读取配方数据,实现块下发。硫化工艺开始前,当前工艺数据需下载到PLC中,每步工艺保持时间长短由PLC根据该步骤的执行时间控制。
5.3 硫化数据保存与显示
    硫化数据显示针对不同的数据而不同,开关量数据显示使用动画构件,模拟量数据显示使用圆盘曲线显示。内温,外温,内压和外压的变化趋势可以通过两种方式来显示,历史曲线和圆盘曲线。
     圆盘曲线是专门为替代三针指示记录调节仪设计的曲线显示构件。它最大支持八条曲线,支持24小时范围实时数据和历史数据的显示及曲线标识显示(温度和压力),能够直观地体现出当前的曲线说明,还支持3~60秒的数据采集间隔,通过使用脚本程序在运行环境下以对圆盘曲线的大小进行缩放,当曲线放大后点击曲线的某一点可以对该曲线进行移动,移动至所关心的数据区查看曲线细节。硫化机的曲线如下图所示:
圆盘曲线
     硫化胎号将写在最外层曲线的周围,一周0-24表示一天中的24小时,垂直方向0-250表示温度为0度-250度,水平方向0-5表示压力,其中温度和压力的范围可以自定义。曲线关联数据对象,以曲线的形式来显示实时数据,历史数据的查询使用HisData()方法打开自定义查询时间,也以曲线形式在该构件上显示。
     历史数据保存面临两大风险,一是数据量大,二是查询效率低。数据量大的风险主要是由于历史数据保存的时间要求比较长,一般都在一年以上,按每6秒钟保存一条记录计算数据量也接近1G,而查询效率低原因也就是由于数据量大引起的,因此要解决这二个问题除了用MCGS提供的组对象存盘机制进行保存并扩展存储空间外,使用圆盘曲线实现按天查询有效的解决了查询效率低这一问题。以存储四个模拟量、间隔6秒为例,圆盘曲线可存储120天~6200天的硫化过程数据,而查询任意一天的数据耗时<2s,缩放状态切换耗时<1s。
 
6、硫化机网络群控
6.1 网络群控意义
    随着生产规模的扩大,在一个生产厂里可能分布有几十台甚至上百台硫化机。如何集中、方便、高效的管理整个生产过程以及这些硫化机设备就成为一个难题。为此充分利用MCGS组态开放性,可扩展性的特点,开发工厂级的设备联网管控系统,将整个工厂里所有硫化设备和生产过程纳入统一管理。就能很好的满足现场设备管理/生产管理的需要,大大简化管理复杂度,提高管理效率。
6.2 技术特点(拓扑图)
     如图所示,下位机使用相同的设备和工程,工程环境都使用MCGS硫化机专用版,每台下位机通过ModbusTCP转发出12个浮点数(或整数)。
    上位机配置一个中心服务器,中心服务器使用网络版MCGS软件,通过以太网和所有硫化机的TPC相连接,使用专用群控设备驱动,轮询扫描所有TPC,读取的数据存在设备内的缓冲区内;使用一组变量表和监控画面,系统运行时在脚本中使用驱动的设备命令将数据从设备的缓冲区读到通道变量中并在画面中显示。
6.3 应用情况
   MCGS组态软件在硫化行业的联网应用,实现了远程工艺设置,远程参数显示和设置,并且集中显示远程实时数据,通过MCGS网络版组态软件实现IE客户端浏览功能。目前这一网络群控功能在硫化行业得到广泛应用,并为其它行业指明了方向。
 
7、结束语
    结合硫化行业自身的特点,通过MCGS本身的平台及专业的圆盘曲线和配方功能,实现了硫化工艺的控制与数据的显示与保存及全生产过程实时管理的功能,同时体现了嵌入式HMI的高效率和良好系统扩展性。
参考文献:
[1] MCGS参考手册[Z].北京:昆仑通态公司, 2007
[2] MCGS用户指南[Z].北京:昆仑通态公司, 2007
[3]  于涛、高丙朋,等.MCGS在水厂自动化监控系统中的应用.现代电子技术,2007
[4]  赵维佺、冼钊龙,等.监控组态软件的研究与应用. 工业控制计算机,2006
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Feb

2012

昆仑通态触摸屏在钢厂焦耐区域监测系统中的现场应用

        北京昆仑通态自动化软件科技有限公司是国内知名的一家高科技企业,公司主要从事专业自动化软件的开发,应用系统的集成,并向用户提供从硬件到软件的总体设计方案。产品遍布石油、化工、冶金、矿山、运输、机械、食品等几十个行业,并应用于全国乃至世界的众多工业控制现场。值此之即,我们向大家介绍公司软件MCGS在某钢厂焦耐区域监测系统中的现场应用。

1、概述
  某钢铁集团能源动力公司担负着整个钢铁集团能源供应的重要使命,下属多个热源厂,服务用户几十家,覆盖面积约50平方公里。改革开放以来, 随着集团经济建设的迅速发展,能源供应也日新月异,飞速发展。数千个附属设备组成一个庞大复杂的管网系统,其业务管理任务十分繁重。公司领导特别重视推广先进科学技术,改进企业经营管理、提高生产效率、提升服务水平。计划进行能源管网自动化集控工程建设。能源管网自动化集控工程是一个以管理产能设备为核心内容、监控生产设备运行情况,并具备在局域网上共享管网信息的综合信息系统,它能够快速方便地对管网数据进行查询、统计、分析,对管网运行中的突发事件进行紧急事故处理,显示受影响区域,能够自主地快速采集数据,对数据资料进行实时的更新, 做到快速、规范、统一地将管线、设备运行状态、实时数据等综合管理起来,实时地反映管网运行的最新状态;为管网的日常维护、档案资料保存、规划设计、工程改造提供有力的科学决策依据。

  本控制方案主要考虑焦耐区域的设备控制、上位监测、数据共享、调度控制等。焦耐区域主要控制点有:焦耐电站3号锅炉、两台汽机、化学制水站、输配电、两座5.4万气柜与脱硫、减温减压站等六个模块。

2、系统目标
  监视焦耐区域管网设备运行状态,对各测量点的温度、压力、差压、瞬时流量、累计流量和产能设备的运行状态参数进行实时监测。对各实测参数设置报警限值,出现异常情况后,中心控制室及时发现问题,并发出报警。

  自主地快速采集数据,对数据资料进行实时的更新,快速、规范、统一地将管线、设备运行状态、实时数据等综合起来,真实地反映管网运行的最新状态。

  测点各参量均由计算机自动读取并记录,免去人工记录上报等中间环节,杜绝数据失准。
  上级主管部门可以监视主要生产参数,可自动生成生产报表。
  按照生产需求将必要的参数通过局域网存储到指定服务器。

3、系统方案
  根据本工程特点,将系统网络分为三个层次。如图1 。第一层为数据应用层,使用成熟先进的客户机/服务器(Client/Server)体系结构来设计。第二层是数据采集层,由CAN总线采集控制模块和上位机组成。第三层为设备控制层,由CAN总线采集控制模块和现场一次仪表组成。

 

图1
图1



A、系统组网协议说明
  由于热能总厂测控区域内附有局域网,考虑使用原网路,采用工业标准协议TCP/IP,该协议简单实用,可连接各种档次机器。TCP/IP协议是一套把因特网上的各种系统互连起来的协议组,保证因特网上数据的

准确快速传输。参考开放系统互连(OSI)模型,TCP/IP通常采用一种简化的四层模型,分别为:应用层、传输层、网络层、链路层。 
1)应用层 
     网络应用层是一个定义清晰的会话过程,如通常所说的Http、Ftp、Telnet等。在本系统中,数据来自服务器和采集站,应用层只对大的数据报作打包拆包处理。
2)传输层
     传输层让网络程序通过明确定义的通道及某些特性获取数据,如定义网络连接的端口号等,实现该层协议的传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。在本系统中使用TCP数据报协议。
3)网络层
     网络层让信息可以发送到相邻的TCP/IP网络上的任一主机上,IP协议就是该层中传送数据的机制。同时为建立网络间的互连,应提供ARP地址解析协议,实现从IP地址到数据链路物理地址的映像。
4)链路层
     控制同一物理网络上的不同机器间数据传送的底层协议。

B、系统组网模式
  本系统采用客户/服务器(C/S)模式。设置数据库服务器一台,其余各采集站、监控站均为客户机。C/S体系结构是指将系统的设计分为服务器端和客户机,两端分别设计并执行,服务器提供数据操作的各项服务,客户机则为用户提供最终操作界面,由此平衡了服务器及客户机的处理负荷,大大地提高了系统的执行效率,优化了系统的性能,减少了网络数据吞吐量和数据传输。服务器端是指运行大型关系型数据库系统(RDBMS)的高性能服务器,客户机是指由用户操作的若干台微机,在本系统中则为各采集站。在服务器上运行的大型关系型数据库系统主要为业务数据库的存储、访问、查询、备份、恢复等操作提供一系列重要的服务,并且为数据的安全访问等提供严格的权限控制;服务器端通常情况下对用户而言是不透明的。客户机上主要运行根据业务需求定制开发的处理系统,包括数据统计、汇总、查询、打印等多种操作功能。
如图 2

 

图2
图2



C、数据采集监控
  根据实际控制设备实际分布,设立6个监控点,锅炉监控点设工程师站一个及一般监控站一个,其余监控点只设一台上位,以上位机为核心组成一个计算机数据采集监控系统,通过下位机实现数据的采集,它对测量数据的处理以及控制算法都是以数字计算为基础,通过软件实现。硬件由上位机﹑下位机、一次仪表﹑及执行器等部件组成。

4、软件部分
  软件是整个系统的灵魂,底层数据的采集、参数的整理保存、故障报警的处理、系统正常运转提供的数据查询等,无一不是软件提供并保证实现的。本系统的软件包括三部分,既操作系统软件、数据库软件、工业组态软件。

A、操作系统
  服务器操作系统采用Windows2000 Advanced Server。Windows2000 AS作为Microsoft最新一代网络操作系统,为用户提供了一套完整而强大的网络解决方案。早期Windows NT4.0提供的网络功能,根据技术本身的发展而在Windows2000 AS中得到相应改进;同时,Windows2000 AS还吸收容纳了近年来出现的几乎所有的网络最新技术成果。RADIUS,VPN,IPSec,OSPF等在Windows2000 AS中均提供了对应的实现方法。应用Windows2000 AS,可以根据业务需要构建各种功能强大的Intranet/Internet商务解决方案。

  监控站操作系统采用windows98,Windows 98是一种相当成熟的、包含多种网络功能的客户端操作系统。只需添加相应的网络协议,进行一些网络配置即可与windows2000联网。在一个局域网中,
98和2000操作系统可以并存,并有良好的兼容性。

B、数据库
      数据库的功能是存储和提取所需信息,是工厂计算机系统支撑环境的重要组成部分。它能有组织地、动态地存储大量关联数据,并为多个用户所访问。实现数据的充分共享、交叉访问以及应用的高度独立性,是数据库的重要特征。
数据库存储着企业的关键数据和重要的信息资源。存储内容具有很高的应用价值和商业价值,对企业的生产管理和经营活动至关重要。数据信息的安全性、可靠性直接影响到整个企业的生产组织与经营。

  本系统数据库采用微软的SQL Server 2000大型数据库。SQL Server 2000是微软公司新版的大型数据库服务器软件,其性能指标在各方面都名列前茅。不但具有强大的性能和功能支持,其一向为人称道的易用性,SQL Server更是成为大型数据库应用的首选平台!SQL Server 2000提供的非常傻瓜的缺省安装和使用模式,上手很容易。另外,SQL Server 2000可以兼顾小、中、大规模的应用,有着强大的伸缩性。

C、应用软件
  组态软件采用MCGS通用组态软件。MCGS是运行在Windows98/NT/2000上的一种通用组态软件。使用MCGS构造适应系统需要的“数据采集系统”,把生产现场的信息实时地传送到控制室,保证信息在全厂范围内的畅通。 MCGS的网络功能使企业的基层和其它部门建立起联系,现场操作人员和工厂管理人员都可以看到各种数据。管理人员不需要深入生产现场,就可以获得实时和历史数据,优化控制现场作业,提高生产率和产品质量。 MCGS报警系统,具有方便、灵活、可靠、易于扩展的特点。MCGS分布式报警管理提供多种报警管理功能。包括:基于事件的报警、报警分组管理、报警优先级、报警过滤、新增死区和延时概念等功能,以及通过网络的远程报警管理。MCGS还可以记录应用程序事件和操作员操作信息。报警和事件具有多种输出方式:文件、数据库、打印机和报警窗。MCGS提供一套全新的、集成的内嵌式报表系统,内部提供丰富的报表函数,用户可创建多样的报表。提供报表工具条,操作简单明了,比如:日报表的组态只需用户选择需要的变量和每个变量的收集间隔时间;提供报表模板,方便用户调入其它的表格。报表能够进行组态,例如有日报表、月报表、年报表、实时报表的组态。 报表软件也可以使用专用的报表程序,可根据用户需求生成各种格式的历史报表和瞬时报表。它不仅能够构造有效的数据采集和监控系统,而且网络功能强大,应用广泛,特别适用于本工程的联网需要。其功能特点如下:
 1)使用清晰准确的画面描述工业控制现场。
 2)使用图形化的控制按钮实现单任务和多任务。
 3)设计复杂的动画显示现场的操作状态和数据。
 4)显示生产过程的文字信息和图形信息。
 5)为任何现场画面指定键盘命令。
 6)监控和记录所有报警信息。
 7)显示实时趋势曲线和历史趋势曲线。
 8)使用多样而灵活的方式查询历史数据。
 9)时间驱动和事件驱动的报表的打印。
 10)设计多级安全控制和访问权限。
 

 

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Feb

2012

MCGS在钢铁厂铁水处理系统中的应用

 

        北京昆仑通态自动化软件科技有限公司是国内的一家高科技企业,公司主要从事专业自动化软件的开发,应用系统的集成,并向用户提供从硬件到软件的总体设计方案。产品遍布石油、化工、冶金、矿山、运输、机械、食品等几十个行业,并应用于全国乃至世界的众多工业控制现场。值此之即,我们向大家介绍公司软件MCGS在钢铁厂铁水处理系统中的现场应用。

一、工艺描述
  在炼钢工艺中,从高炉来的混铁车铁水在倒罐站进入铁水罐,由300t吊车将铁水罐送至1#、2#铁水脱硫站的处于座罐位的铁水罐倾翻车上。此前,相关脱硫站已经做好了所有准备工作,如:公用设施风、水、电、燃气的供给并达到要求的参数;喷吹罐已经准备好足够的符合要求的钝化镁粒;各种机电液设备都可靠好用;全部电控系统包括自动控制和计算机操作、专家系统及检测仪表系统都正常可靠,烟气除尘系统已经启动,等等。

  铁水罐车开至喷吹工位,到位信号将传至喷镁操作室的自动操作系统,系统允许开始自动运行。测温取样装置可根据工艺需要在铁水中进行测温或取样,温度将快速显示在现场的大屏幕数码表上,同时信号传至操作室的计算机操作系统被纪录和显示。样块被送至化验室作成分的快速分析,并将结果——铁水成分立即反馈到操作室,操作人员在计算机上输入该罐铁水罐号,铁水重量、铁水温度、铁水初始硫、目标硫参数,或具备和二级站连网功能。专家系统将自动确定该次喷吹的镁粒喷吹量和喷吹时间,在专家系统完成计算并确定喷吹参数之后即可启动自动喷吹按钮,开始按照程序进行喷吹,到达设定值后会自动停止喷镁。在喷吹过程中可以通过彩色大屏幕监视器监视铁水罐中铁水反应情况,系统具有根据需要在喷吹中调整喷镁速度的功能。

  喷吹是当喷枪在上极限高位时开始喷吹氮气,随后下枪至铁水中预定深度停枪并开始喷镁,喷镁结束后停止喷镁但是不停止喷吹氮气,继续吹氮气几十秒钟搅拌铁水然后提枪至上极限。喷枪的升降由电力驱动和大节距双排链传动系统完成,升降力达10000kgf。喷枪的换枪机构采用固定式双枪分别驱动升降形式,双枪用一备一。换枪喷吹用铁水罐车移动的方式实现。

  喷枪和测温取样枪采用了四项实用先进技术:①编码器枪位检测;②事故(如停电)提枪技术;③热敏法测铁水液面高度;④喷枪张力检测技术(当罐底结渣时触包停枪,再提枪到喷吹位),确保喷枪和铁水、铁水罐的安全。

  喷吹过程中,设置在平台枪孔旁的电液推杆驱动的喷枪夹持装置将夹持住喷枪杆,防止喷枪过大的上下抖动对喷枪升降装置产生不利影响。在喷枪喷吹前后,夹钳装置处于打开的状态。

  喷镁结束后使用测温枪或取样枪测温或取样,测温取样装置为电力驱动,为避免工人在装、卸测头时受高温烘烤,将两支枪设计成由电液推杆推成倾斜状态时更换测头,垂直时工作。

  随后调整铁水罐车至扒渣工位,液压驱动的铁水罐倾翻车使铁水罐倾翻,使用气动扒渣机扒渣落入渣罐内,渣罐在渣罐车上,渣罐车在道轨上可以沿其开出。扒渣操作室在喷粉平台上,扒渣过程在脱硫操作室的彩色大屏幕监视器上可以观察,扒渣结束铁水处理完毕,有信号给铁水罐车,该车可以行车至换罐位,用300t吊车吊铁水罐至转炉,同时从倒罐站吊铁水罐至换罐位坐罐,准备下一次喷吹处理。

  整个铁水处理过程检测仪表将对温度、重量、流体压力、流量、喷镁流量等参数进行动态测量并纪录,控制系统还可以对其中的某些变量随机调整,如喷吹氮气的压力和流量,喷镁流量等。还设置有气压低等若干报警功能和连锁安全保护功能。

  本套脱硫站设脱硫操作室和扒渣操作室。整个铁水处理过程控制可以在操作室进行也可以在机旁操作(主要是用于调试时和维修时)。操作采用自动或者手动方式进行,并可以切换。在计算机上用翻屏的方式可以看到处理的全过程如喷吹、测温取样、扒渣等动态模拟及其所有参数。还有打印工作报表的功能,按照设计的报表在铁水处理完毕后自动打印工作报表。

二、系统方案
  铁水脱硫站采用IPC(MCGS)+PLC控制系统,整个过程以昆仑通态HMI集中显示、操作和控制为主,并配有必须的机旁操作箱,设有自动操作方式、手动操作方式、远程操作操作方式三种方式。

  自动操作方式:由控制系统自动完成必要的操作过程。
  手动操作方式:操作工可在HMI上进行软手动和在机旁手动操作台向上进行硬手动,在手动操作方式下,控制系统的延时关系被解除,但联锁关系仍然存在。
  远程操作操作方式:在控制室设有“远程操作”开关,当检修开关闭合时,操作工可在就地操作箱上进行操作,以便对各设备实施就地检修控制,在系统远程操作方式下,控制系统的延时和联锁关系均被解除。铁水预处理站电控系统,由计算机、MCGS+S7—300PLC+STEP7—5.0组成的专家系统构成,即一级控制系统。具有实时监控脱硫系统、上料系统、钢包车、渣车系统等。主要功能有:
① 自动上料功能:精确的称重装置,由大屏幕实时显示喷粉罐中的料量,并传至PLC进行分析,当料量减少到低于设定值,系统将自动启动上料程序,确保喷粉罐中始终有喷吹所需的物量。
② 自动计算功能:操作员通过HMI画面,用键盘输入或网络接收炉号、铁水初始硫含量、铁水目标硫含量、铁水的重量和温度,PLC自动计算出喷粉总量、喷粉时间和喷粉速度,随后即可启动自动运行。MCGS—V5.1+STEP7—V5.0组成的专家系统,将稳定工作,控制各个机构运行,以达到操作员所设定的目标硫含量。
③ 主吹PID功能:由流量计测量主吹氮气流量,并传至PLC计算,和HMI所设定的主吹氮气流量做PID运算,控制电子薄膜调节阀的开度,达到主吹氮气流量的稳定,防止喷粉过程中铁水飞溅。
④ 画面同步功能:HMI画面同步显示的喷枪位置、夹钳位置,测温取样枪与喷粉枪位置由旋转编码器传输数据,保持画面与控件实时同步,方便操作人员监视。
⑤ 给料电机速度控制:在人工操作状态下,操作员通过HMI键入所需的喷粉速度,PLC计算后,传至变频调速器,控制给料电机,使之以均匀速度供给喷粉料量,并由转速表显示给料电机速度,方便操作员精确的控制给料量。
⑥ 自动运行功能:在PLC确认喷粉罐中,料量不低于设定值、氮气压力不低于下限值、钢包车到位等,操作员可启动自动系统。
      1、打开夹钳装置。
      2、喷枪驱动装置将喷枪下降,启动除尘阀门。
      3、喷枪降到喷粉位,夹钳装置将喷枪夹紧,设备开始往铁水中喷粉。
      4、喷粉时间到达,PLC控制系统停止喷粉,喷枪上升。
      5、喷枪到达待喷位,除尘阀门关闭。
      6、设备进入待机状态,计算机将记录所需数据,并可随时打印。
⑦ 本地操作功能:操作员通过计算机(HMI),用鼠标手动控制脱硫系统运行。(如打开、关闭阀门、喷枪升降等)
⑧ 远程操作功能:操作员通过远端控制箱上的按钮,手动控制脱硫系统运行。
系统监测功能描述
      监测系统由MCGS(HMI)软件组态,用于监控铁水预处理站的系统运行过程(脱硫系统、上料系统、钢包车、渣车系统等)。装有MCGS通用版系统软件,19寸的HMI画面,可实时监控所有电控气动阀门的开关、喷枪位置、夹钳位置、钢包车位置及各种变量的变化,并可生成变量的实时曲线、棒图、存盘数据浏览。系统有几个画面组成:系统总览画面、主操作画面、喷吹系统画面、喷枪系统画面、测温系统画面、系统报警画面、存盘数据报表等,使操作员方便的监控脱硫系统的运行。操作员可通过键盘和鼠标进行数据输入,操作系统运行,随时访问不同的画面,观察部件的运行情况。每个画面都有报警指示器,以交互方式通知操作员,并通过它直接访问系统报警画面,以使设备正常、稳定工作。

三、结论
  本系统为中冶集团北京冶金设备总院成套研发,已经成功应用在南京钢铁集团炼钢厂、宁波建龙钢厂等多个大型钢厂铁水处理系统上,运行稳定可靠,功能强大,为客户取得了明显的经济效益和社会效益,大大提高了用户的生产自动化水平,为用户提高自身的市场竞争能力提供了强力保障。

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Fri

24

Feb

2012

油田油井自动化监控系统

 

      北京昆仑通态自动化软件科技有限公司是国内的一家高科技企业,公司主要从事专业自动化软件的开发,应用系统的集成,并向用户提供从硬件到软件的总体设计方案。产品遍布石油、化工、冶金、矿山、运输、机械、食品等几十个行业,并应用于全国乃至世界的众多工业控制现场。值此之即,我们向大家介绍昆仑通态公司产品在油田油井监控系统中现场应用整体方案。
一、概述
       油田油井大多都分布在各采油场,油井工作状况的监测和控制,一直是采油场一项重要和困难的内容,一般的油井大多为油井巡视员或维修工定期巡回检查,随着油田现代化管理水平的不断提高,早期的巡视员方式已逐渐被油井无人值守所代替。我公司研制开发了一套利用SCADA工业控制技术,适合国内油井实际情况的无线遥控遥测系统。在该系统中,使用MCGS通用版组态软件和无线数传电台,系统无线遥测遥控主机将检测到的单口采油井的状态,通过无线方式传送给监控中心,从而实现各单井状态的集中监控,减少人员投入,缩短油井故障发现和排除时间,极大的提高了生产效率。另外,本系统还非常适合输油管漏油,盗油监测,在多家采油场中使用,取得了较好的经济效益和社会效益。
二、系统基本构成
      本系统结构如图1所示,系统主要由采油场监控中心和油井无线遥测遥控主机、传感器、电机控保装置等组成。采油场监控中心一般设置在矿部、队部或其它监控调度部门,包括有一台计算机,一台打印机和监控中心收发信机。油井无线遥测遥控主机(RTU)

 



        油井工作状态传感器主要有温度传感器,电压传感器,电机电流传感器,被监控开关断/合传感器,它们将油井的工作状态变换成对应的电压或电流值送至远程智能无线RTU。本系统留有扩展接口,可根据油井实际情况增加。
        RTU由带有A/D,D/A变换器的高性能的单片机,电源管理电路,蓄电池供电电路以及无线数传电台组成。A/D变换将传感器送来的表示油井状态的模拟信号变成数字信号,再由无线数传电台进行信号处理和调制,以射频信号的形式幅射到空间。电源管理电路是用来监测交流电源用,一旦交流电源断电,自动转为畜电池供电。当交流供电正常时,又恢复由交流电源供电并对蓄电池充电,始终保持RTU供电正常。如图3所示。

 
  


        监测中心收发信机从空中接收到由油井遥控遥测主机的信号后,通过对射频信号放大、解调,恢复成数传信号送中心控制计算机处理计算,实时监测油井工况。当有异常时,中心控制计算机立即向油井遥控遥测主机发出控制命令,控制电机停机待修。
三、系统主要功能
1、油井工作状态监测
    a、 抽油机电源电压监测
    b、 抽油机电源电流监测
    c、 电机开/关监测
    d、 漏油,盗油监测
2、 油井实时故障报警
    a、 电压过压、欠压报警
    b、 电流过流报警
    c、 抽油机停报警
    d、 漏油,盗油报警
3、 监测数据统计和打印
       耗电量,故障情况实时电脑显示和统计报表打印。
4、扩展功能:
       本系统留有扩展口,可根据油井情况和客户需求增加。井口温度监测,井口油压监测,井口套压监测。

四、 系统主要技术性能
1、 传感器测量精度和范围
    a、电压:0~400V 2%FS
    b、电流:0~150A 2%FS
    c.、压力:0~10Mpa 1%
    d、A/D变换:12位
2、 通讯接口:RS-232,9600bps
3、 无线收发信机:
    a、功率:5W(无遮挡传送距离约20Km)
         功率:25W(无遮挡传送距离约50Km)
    b、灵敏度:优于0.25uV
    c、射频工作频率:230MHz
    d、最大可寻址数4096
    e、信道数:16个可任选
4、 环境工作条件
    a、温度:-25℃~+55℃
    b、相对湿度:96%RH
5、 中心计算机
       使用研华工业计算机
6、打印机:激光

五、系统工程设备组成
1、 传感器组件
2、 油井无线遥测遥控主机
3、 监控中心收发信机
4、 控中心系统软件(MCGS通用版组态软件)
5、 监控中心计算机

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Fri

24

Feb

2012

昆仑通态触摸屏在天然气微机计量系统中的应用

1、天然气微机计量系统项目背景
项目简介:
我公司开发的天然气计量管理软件,实现天然气的计算、计量、报表打印、监视运行状态及日常管理工作。
该系统的基本原理:现场各流量计量点由标准孔板节流装置产生的差压信号、压力信号、温度信号,由选配的EJA差压、EJA压力及铂热电阻转换成电信号后,输入到该系统,按照石油天然气行业标准SY/T6143-1996《天然气的标准孔板计量方法》,对天然气流量进行实时计量、流量累积及对历史数据、历史参数的存储和管理。
 



2、天然气微机计量系统功能
1) 实时采集、计量、显示、存储各用户(8路或14路计量点)用气的差压(开度)、压力、温度、瞬时流量、日累气量、月累气量及生产时间等参数,能对检修孔板、停电及退出系统等情况实施气量自动补偿。
2) 实时显示配气站的工艺流程图,并在工艺流程图相应位置(管道)上动态实时显示与之对应的压力、瞬时流量等参数及状态。
3) 显示集配气站各计量点的采配气曲线图。
4) 打印及查询集配气站的小时报表、日报表、月报表、参数设置报表,黑匣子自动记录运行参数及状态报表。
5) 全屏幕编辑,修改天然气计量的有关参数(孔板开孔直径,计量管直径,天然气气质参数,差压,压力,流量的报警值,日计划气,计划气价,超计划气价等)。并自动打印。
6) 黑匣子功能,指能将系统编辑修改的各种参数及运行状态实时自动记录和打印,黑匣子中的数据不能修改,为资料查询提供依据。
7) 显示温度、流量、压力的报警值并在声音和画面上给出提示。

3、天然气微机计量系统结构图
 



4、天然气微机计量系统软件结构图
 



5、天然气微机计量系统功能画面
1)实时数据一览表
此窗口实时显示各管线差压(开度)、压力、温度、瞬时流量、日累气量、月累气量及生产时间、运行状态等参数。
由于在不同运行状态下,数据显示颜色不同,此窗口使用文本框显示数据,根据不同的运行状态改变文本框的背景色和前景色。
 



2)配气曲线
此窗口使用定制的历史数据曲线构件,显示各条管线的历史数据曲线。
 



3)历史数据显示
此窗口使用存盘数据浏览构件,显示各条管线的历史数据曲线。
 



4)日月报表数据窗口
此窗口使用历史数据表格构件,显示各条管线的日数据报表。
 



5)运行状态窗口
在线修改管线运行状态。
 

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