基于组态王加热炉生产线演示系统设计

摘要：本文针对步进式加热炉的工艺流程，利用组态王软件设计出步进式加热炉生产线的演示系统。实际运行结果表明，该系统能够反映实际工业现场状态的监控过程。
关键词：加热炉；演示系统；组态王软件

Abstract: This article designed Demonstration System for Walking Beam Furnace Production Line by using of kingview software,against prosess of Walking Beam Furnace. Experimental results of operation showed that this system could Reflect Monitoring process of Actual Industrial Field.
Keywords：Reheating Furnace；Demonstration System；kingview software
 
1 加热炉概述

    步进式加热炉是对轧制前的钢坯进行加热。炉型的结构为三段式连续加热，即预热段、加热段、均热段。加热段和均热段顶部采用平焰烧嘴[1]。

    加温方式：预热段利用烟气对钢坯进行缓慢加热，降低钢坯的热应力；加热段快速加热，减少钢坯在高温区的停留时间以减少氧化和脱碳；均热段控制钢坯表面温度不再升高的情况下，消除由于强化加热而造成的较大断面温差即“黑印”。

    加热炉的装、出料方式为侧进侧出。钢坯在上料台架上由拉钢机逐根拉至分钢机，输送到炉前装料辊道上，采用控制炉内悬臂辊道速度的方法，使钢坯在炉内辊道上准确定位，由对齐推钢机将钢坯推到固定梁上，由步进梁通过后退、上升、前进和下降正循环，一步一步地把加热好的钢坯输送到炉子的出料端，最后由出料端的炉内悬臂辊道将钢坯送出炉外。相反，当炉子检修或出现事故时，步进梁通过上升、后退、下降和前进逆循环，将钢坯由出料端退回到装料端。

2 组态王软件

    组态王是一个有丰富功能的数据采集与过程控制的专用软件。可用于工业自动化的过程控制和管理监控。为系统工程师提供了集成、灵活、易用的开发环境和广泛的功能，能够快速建立、测试和部署自动化应用，来连接、传递和记录实时信息。使用户可以实时查看和控制工业生产过程[2]。

    组态王的主要功能：
    （1）丰富的人机界面功能，可视化操作界面，真彩显示图形、丰富的图库；
    （2）强大的通讯能力；
    （3）先进的报警和事件管理；
    （4）强大的网络和冗余功能。

    用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。组态王功能图如图1所示。

    建立应用程序可分为四个步骤：设计图形界面；构造数据库；建立动画连接；运行和调试。

    这四个部分常常是交错进行的。在用TOUCHMAK构造应用程序之前，要仔细规划项目，主要考虑三方面问题：图形；数据；动画。

3 加热炉生产线流程的模拟设计

    采用组态王软件设计加热炉控制画面，用以模拟实际的生产工艺过程。设计时简化了加热炉生产的工艺过程，着重对钢坯进炉、推钢机、步进梁、加温、检测和出钢的控制进行了设计,加热炉生产线演示系统设计流程如图2所示。
 

4 系统组态

    打开组态王环境，建立工程项目后即可 制作工程画面。工程画面制作是在用户窗口内完成的，在组态王的设备工具箱中，选取系统所用到的硬件设备，放到合适的位置，让系统中的物料流动构成一个闭合回路，以实现人机界面[3]。加热炉生产线演示控制系统组态画面如图3所示。

4.1 实时数据库的建立

    数据对象是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据对象的过程。定义数据对象的内容主要包括：指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等[4]。炉温实时数据库如图4示。

    加热炉内不同段的温度控制，是轧制前对钢坯进行加热的保证，为了能实时监测加热炉的预热段、加热段、均热段的温度变化，设计三段炉温曲线控制画面如图5所示。
 

4.2 动画设置

    由图形对象搭制而成的图形画面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述生产现场的变化，达到过程实时监控的目的。

    组态王实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。

    动画连接是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。即建立的“监控中心”，画面上的进钢、出钢、推钢以及喷火等的动作，与设定的开关量相对应，可得到一个反映实际工业现场状态的监控画面，钢坯移动动画属性如图6所示。
 

4.3 控制策略

    控制系统的优劣取决于控制策略，加热炉控制演示系统策略分为：启动策略、恢复策略、推钢出钢、步进梁策略、温度曲线策略、停止策略等。

    系统组态完成后，根据控制策略，完成系统运行调试。

5 结束语

    采用组态王控制策略一一图形组态法，设计出步进式加热炉生产线的演示系统。实际运行结果表明，该系统能够反应工业现场的监控过程，该组态控制软件具有精度高、实时性强及监控界面简单、操作方便等特点，降低故障发生率，增加系统控制灵活度，进一步提高生产效率，具有较高的实用价值。

参考文献：
[1] 曹晓岭.加热炉工艺技术规程[S]，八一钢铁公司文件.2004年2月
[2] 北京亚控科技发展有限公司.组态王65A培训教程[M] .北京：2005年5月
[3] 马国华.监控组态软件及其应用[M].北京：清华大学出版社，2001年.
[4] 建筑构件耐火试验炉自动控制系统的设计与应用[J].仪器仪表学报，2005，26（8）：827～830。

作者简介：
贺平（1957-）女，实验师, 从事实验室教学与研究， heping15@126.com，13909918506；
陈华 （1964-）女，副教授，从事控制理论和仿真教学与研究，xj-chenhua@163.Com；
娄毅 （1958-）男，高级实验师，从事实验室教学与研究，xjdxlouyi@sohu.com 13579215632。
通讯地址：新疆大学（北校区）电气工程学院 ，贺平，830008 。