弯管退火炉远程监控系统的开发与实现

1 系统开发背景及需求分析

弯管是油气长输管道中的重要组成部件, 具有耐高压、高硬度等特点。弯管在生产过程中经过中频加热煨弯后, 为了消除铸造、焊接以及切削加工后内部存在的内应力, 防止在使用过程中发生变形, 必须利用退火炉进行去应力退火, 使弯曲部分和管头均匀受热, 以保证产品质量。为了更彻底地消除弯管内应力, 退火炉在工作中对温度必须进行严格控制。另外由于退火炉操作台前的噪音大、夜间作业等操作环境, 致使操作人员不便于持续性现场监视控制、间隔性记录退火炉中的温度。从弯管的高硬度和退火质量出发, 为了精确的对退火过程的温度进行控制, 实时进行监控和记录数据, 精确的控制升、降温速度, 恒温温度和恒温时间, 提高操作人员工作效率, 保障操人员安全与健康, 应考虑设计弯管退火炉远程监控系统。

2 远程控制方案的确立

根据现场实际生产情况, 需要采用分布式控制系统来实现对六个温区的远程自动控制。我们采用在P I D调节器S R 9 3上安装通讯模块, 由6块P I D调节器串联起来组成总线型网络, 用通信电缆与上位机通信完全可替代可编程控制器实现数据采集和控制功能, PID调节器SR93采集热电偶远传电流信号, 利用RS232C/RS485的接口转换器, 通过一根通信电缆与上位机连接, 利用分址识别技术组成D C S分布式控制系统, 通过工业组态软件实现多温区的工业自动化控制。此系统方案组网简单, 可靠性高, 成本较低, 同时易于改造, 实施周期短, 有利于生产, 因此采用由智能仪表组成的控制系统较为合理。

3 硬件设计

(1) 通讯方式的选择。

在数据通信、计算机网络以及工业上的分布式 (D C S) 控制系统中, 需要采用串行通信来达到远程信息交换的目的。考虑到R S-485接口的最大传输距离可达3000米且在总线上允许连接多达1 2 8个收发器, 具有多站能力, 因此用单一的RS-485接口可以方便地建立起设备网络。R S 4 8 5采用半双工工作方式, 支持多点数据通信。R S-4 8 5总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来, 考虑该台车式电阻炉在车间内, 距离控制室大约5 0米左右, 因此只能采用R S-4 8 5串口, 而计算机采用的通讯串口是R S 2 3 2, 使用希曼顿光隔离智能RS232/485通讯转换器, 利用地址号区分技术, 即可实现通讯。

(2) 硬件的连接。

在PID调节器SR93上安装研华5020型R S-4 8 5智能通讯转换模块, 通过希曼顿智能光电隔离RS232C/RS485的接口转换器, 利用分址识别方式, 将6块调节器组成R S-4 8 5总线串行网络, 在同一通讯线路上可控制6台P I D调节器S R 9 3的通讯, 配合希曼顿工业组态软件, 组成工业分布式控制系统, 实现多温区的工业自动化控制, 如图1所示。

4 软件设计

采用金曼顿Ximanden-e3.6版本组态软件, 利用组态软件中的实时数据库和I/O点实现对S R 9 3调节器在手动和通讯的两种工作方式下设置温区温度设定值、温度设定值的上下限、加热器短线报警值、报警值上下限等参数, 监控温区测量值, 同时也实现了监控温度的实时和历史趋势曲线、报警和事件记录、报表打印, 从而到达了退火炉的远程监控。

对退火炉6个温区的模拟量和开关量的组态, 可定义数据库变量P 1-P 1 8, 其中P 1、P4、P7、P10、P13、P16分别为6个温区的温度显示值, 即为模拟量输出值PV值;P2、P5、P8、P11、P14、P17分别为开关量, 输入信息为打开和关闭, 输出信息为远控和就地, 实现各温区PID调节器的手动和通讯方式的切换;P 3、P6、P9、P12、P15、P18分别是6个温区的温度设定值, 即S V值。利用工具栏实现报警、历史报表、趋势曲线, 可将数据按照要求的时间起止和间隔进行记录并保存, 使得数据读取、采集存档及远程控制快捷方便, 趋势曲线简洁、直观, 方便操作人员实时掌握升温、降温速度、保温时间, 真正达到6个温区的远程监控的目的。

使用通讯参数中控制输出O U T 1_W和O U T 2_W, 可以调节各电阻带的加热输出功率, 通过调节控制输出来改善各电阻带热功率不均匀的现象, 同样可以通过使用对应的命令代码和指令进行I/O点的组态, 实现SR93的自整定、手自动切换、报警值的上下限、加热器断线报警等所有参数的远程控制。

5 实现的功能

(1) 实现了对6个温区控温仪表数据采集、就地远控控制, 对数据按照时间间隔进行采样存档并且可手动和自动打印, 节省了人力。

(2) 对各电阻带的加热输出功率进行控制, 改善了各电阻带热功率不均匀的现象, 使得6个温区温度误差减小, 便于控制。

(3) 依据实际工艺要求对温度报警值进行设定, 对实时和历史报警记录进行显示和存档, 并实现了报警记录的手动和自动打印。

(4) 创建了历史报表, 方便了操作人员对历史数据进行查询。历史报表是一种浏览和打印历史数据和统计数据的工具。对历史报表可进行手动或自动打印。

(5) 实现了各区温度随时间变化的温度时间关系曲线显示, 可依据时间间隔和温度范围生成实时曲线, 方便操作者及时快速掌握升温、降温、恒温情况, 及时准确进行操作, 保证了弯管去应力退火更加彻底。

(6) 用户分级管理。可进行不同级别的用户系统权限设置, 共设四级权限:操作工级、班长级、工程师级、统管理员级, 防止他人改动组态, 增强了系统的保密性。

6 结语

采用R S-4 8 5总线组网的分布式控制系统, 设备简单、价格低廉、能进行长距离通信的优点使其得到了广泛的应用。配合工业组态软件, 成功的实现了电阻炉六个温区的远程自动控制, 充分体现了以下特点。

(1) 可远程控制温控仪表所有参数, 提高操作员工作效率。

(2) 界面操作简单, 报警记录、操作员登陆记录、实时温度数据都可存档并打印。

(3) 趋势曲线简单、直观, 操作人员可快速掌握升温、降温的速度、恒温时间等, 以便准确对退火炉各温度温度进行准确控制, 保证了弯管退火处理的效果, 大大提高了弯管的质量。

(4) 采用了分布式控制系统, 提高控制精度, 节约了电能。

(5) R S 4 8 5总线, 具有高噪声抑制、宽共模范围、长传输距离、冲突保护等特性。

摘要：本文使用了工业组态软件, 利用接口转换器将上位机与PID温度调节器组成RS485总线的小型分布式系统, 研究开发了退火炉的远程监控系统, 保证了退火炉对钢制弯管去应力退火的过程中温度的准确控制, 提高了产品质量。

关键词：弯管,退火炉,总线,可编程控制器,组态软件