焦炉机械走行计算机管理系统

江苏科技大学硕士学位论文焦炉机械走行计算机管理系统姓名：吴帆申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：庞科旺2011-03-12摘要I摘要焦炭是钢铁冶炼过程中不可缺少的原料，炼焦生产在国民经济中扮演重要的角色。焦炉生产属于高能耗行业，我国目前的焦化生产自动化控制技术亟待提高，管理模式有待进一步优化。焦炉生产过程引入计算机控制技术可以很好的提高焦炉生产效率和自动管理水平。本课题设计的焦化大车上位控制管理系统是由上位监控管理主站和四个焦化大车执行从站，以及无线通讯系统构成的。系统采用结构化的设计思想，不同的监控和管理功能采用模块化来实现。为了使生产管理人员能实时的监测和控制生产现场情况，根据焦炉生产工艺的要求，系统采用VisualBasic6.0开发和设计了上位监控人机界面，选用SQLServer2005作为后台数据库。上位监控功能主要包括：大车的工作和运行状态、大车的位置信号、推焦电流实时曲线、故障信号、根据推焦计划向发出大车运行信号；上位管理功能主要包括：推焦操作日志的记录及保存、生产报表的生成与打印、推焦计划的自动编排以及故障查询等。借鉴MODBUS协议，开发出具有侦错能力强的通信协议，利用PTR2000无线通讯模块实现上位机与从站控制器AT89C52的串口通讯，保证系统通讯的可靠与高效。系统采用模块化的结构设计，可方便的对相关功能进行增减，灵活性和适应性强。通过实验测试，达到了设计目标，有望应用于实际的生产现场。关键词焦炉机械；计划编排；监控管理；无线通讯AbstractIIAbstractCokeisanindispensablerawmaterialinmetallurgy,cokeproductionplaysanimportantroleofthenationaleconomy.Cokeproductionisahighenergyconsumptionindustries,China'scurrentcokeproductionautomationandcontroltechnologyneedstobeimproved,managementneedstobefurtheroptimized.Cokeoventechnologywillgreatlyimprovetheefficiencyofcokeproductionandmanagementcontrolbyintroducingofcomputer-controlledproductionprocess.Thistopicdesigneddigitalcontrolofcokingcartsystemisconsistingoftheuppercontrolmanagementstationandfourcokewagonmasterslaveimplementation,andwirelesscommunicationsystems.Systemusesstructureddesign,monitoringandmanagementcapabilitiesofdifferentmodulartoachieve.Forreal-timeproductionandmanagementpersonneltomonitorandcontroltheproductionofthescene,accordingtotherequirementsforcokeproductionprocess,thesystemusesVisualBasic6.0developmentanddesignoftheuppercontrolinterface,useSQLServer2005asdatabase.Hostmonitoringfunctionsinclude:workingandrunningcarts,tellingthecartpositionsignal,andthecurrentreal-timecurveofpushing,faultsignals,accordingtotheissueofpushingthecartprogramrunsignal;Uppermanagementfeaturesinclude:Pushingoperationlogrecordingandstorage,productionreportgenerationandprinting,automaticschedulingofpushingprogramsandfaultinquiries.ReferenceMODBUSprotocol,developedwithastrongabilitytodebugcommunicationprotocol,theuseofwirelesscommunicationmodulePTR2000hostcomputerandfromthestationcontrollerAT89C52serialcommunication,toensurereliableandefficientsystemofcommunication.Systemusesamodulardesign,caneasilychangetherelevantfeatures,flexibilityandadaptability.Throughexperimentaltests,meetthedesignobjectives,maybeusedintheactualproductionsite.Keywordscokemachinery;Programmeschedule;Monitoringandmanagement;wirelesscommunications第1章绪论1第1章绪论焦化行业在国民经济发展中起着非常重要的作用，焦化产品如焦炭、煤气、焦油都是冶金、机械、化工等行业的主要原料或燃料。随着我国经济持续较快发展，焦炭等焦化产品的需求量仍然比较大。焦炭在炼钢行业的作用是非常重要的，作为原料的焦炭，其质量会直接影响到钢铁产出的质量，因而焦炭的生产作为冶炼钢铁过程中的重要环节，一直都受到钢铁生产行业的重视，由此可见焦炉生产在国民经济生产中的地位。从上个世纪90年代以来我国的焦炭就一直位居世界的第一位。进入21世纪以来，我国的焦化生产技术水平得到了较大的提高，焦炭产量也得到大幅提高，也是目前世界上最大的焦炭进出口国。但是我国的优质炼焦煤严重短缺，对焦炭的质量及数量要求却与日提高，而且受工艺以及技术水平的限制，焦炉生产中的燃烧加热耗费了大量煤气资源。为提高炼焦生产技术及管理水平，提高焦化企业效益，本文以国内某焦化厂自动化改造为背景，进行焦炉生产过程远程计算机管理系统的研究开发。1.1课题背景及意义焦炉机械是焦化行业主要的生产设备，由于焦炉生产环境条件的特殊性，生产工艺改进较慢，技术设备的改进更新速度也很缓慢，自动化技术应用方面较为落后。例如推焦计划仍然普遍采用人工的方式进行编排，既浪费时间又不便于管理，还经常存在焦车操作员记录推焦电流不认真、不能按计划时间点开关炉门等非自动控制的推焦生产操作现象。由于焦车是在高温度、大粉尘、严重腐蚀性气体的环境中工作，机车活动分散，运行时自身振动大，而且焦车对正靠的是人工摆旗吹笛的方式甚至是司机的经验。这些都易引起信息传递不准确，生产操作不到位等后果。焦炉机械的安全可靠运行是焦炉生产的基本要求，随着在焦炉生产领域引入计算机控制技术，上述生产中所存在的现象问题得到了很好的解决。计算机控制技术是以计算机应用、检测传感器、自动控制、通信网络等技术综合于一体的一门综合控制技术，它的引入能有效的解决焦化生产现场信息采集、运行控制等人为操作问题，同时能自动快速的编排推焦计划，安全准确保存推焦日志记录等工作，避免了焦化生产管理上的人为错误因素，而且准确、快速、安全的执行远程控制。目前，国内焦化行业的生产设备、信息管理和自动化控制大部分还是局部的或者单独的体系，没有形成一个完整的系统，。本课题要设计的是一个集焦炉生产过程控江苏科技大学工学硕士学位论文2制、现场信息监测和信息数据管理于一体的综合自动化管理系统，以焦炉生产现场无人化操作为目标，应用计算机控制技术实现生产信息的自动化管理，以光电传感技术、自动识别炉号技术及先进的无线数据传输技术为基础，实现焦炉生产过程的自动控制运行，最终达到规范操作管理，节省人力资源，提高劳动生产率[1][2]。1.2国内外研究现状焦车机械是焦炉生产中的核心设备，焦化环境恶劣、生产效率低下、操作技术落后。如何解放工作于高温炉顶、在有毒气体及粉尘严重环境中、工作强度大的焦炉生产工人，提高焦化生产效率、降低焦化生产成本、同时保证生产安全，一直以来都是焦化行业亟待解决的问题。焦车机械的自动化控制管理是解决这些问题的主要途径，欧美、日本等国先后在这方面做了大量的研究，随着国内外焦化生产设备的升级以及自动化技术水平的提高，焦炉机械的走行控制实现无人化操作已经在在部分地区得以实现。目前德国、法国、芬兰、日本以及我国的多家焦化厂的焦化机车控制已经实现了远程的精确控制以及高效的管理，焦炉机械的的走行实现了无人化的高效运行。随着数据的无线通讯技术、计算机控制技术的进一步发展，焦炉生产设备的无人化操作管理将是不可避免的趋势[3]。1.2.1国外焦炉自动化发展情况国外发达国家在焦化生产中大规模引进自动控制技术是在上个世纪70年代，目前处于领先地位是日本和西欧一些国家。虽然美国拥有世界上最先进的计算机技术和自动化技术，但是由于美国从上世纪80年代后期开始，焦炭的生产供大于求，焦炉生产控制技术的研究开发比较晚。在焦炉生产的自动化控制技术运用的最普遍的是日本，日本福山制铁所(NKK)投入使用的焦化生产线是目前世界上自动化水平最高的生产系统之一，其单座焦炉的班制定员仅为2人[4]。1.2.2国内焦炉自动化发展情况焦炉生产在国内一直以来被人们认为是笨重落后的劳动力密集型行业。直至上个世纪70年代后期，随着新的大型化焦炉的建造，焦炉生产的各个操作单元例如炉门炉室清扫等也逐步的要求实现自动化操作。近年来，随着计算机技术、传感技术、集散式控制技术的快速发展，焦炉生产过程也开始告别以往的人工控制，向自动化方式转变。由于近年来国家对焦化这样的高能耗行业的高要求，自动化控制步伐将会更加快速[5]。2005年济南钢铁公司开工新建的6#、7#焦炉机车的自动控制系统目标就是要实现推焦车、拦焦车、熄焦车和装煤车的四车走行精确定位以及焦车相互之间的可靠信第1章绪论3息通讯，以达到推焦生产过程中各大焦车操作的可靠协调工作，各大焦车操作的自动运行以及生产信息的计算机集中管理，最终实现焦炉设备的无人化操作目标。2005年，马鞍山钢铁公司率先宣布已经将集生产信息管理、PLC控制器单元、自动走行定位和焦车联锁于一体的自动化控制系统运用于部分焦炉。但在当年10月份，该项目的实际设计应用只完成了既定目标的10%，自动控制技术核心功能没有真正的开发出来。2009年，首钢京唐钢铁联合公司建成了世界上最大之一的焦炉，这套焦炉的控制工艺及自动化技术均为世界先进水平[6]。1.3课题主要研究的内容焦炉生产过程自动化的实质是要实现焦炉生产现场的无人化操作以及生产过程的远程集中控制管理。本课题所研究的焦炉机械走行计算机管理系统是焦炉机械走行自动控制系统的监控管理部分，焦炉机械走行自动控制系统按实现的功能结构划分，具体分为三层：监控层、通信层和执行层。监控层是以IPC作为管理运行平台，利用VisualBasic6.0人机界面开发软件、数据库管理系统等软件进行功能开发，实现对生产现场的生产信息检测，按照生产工艺流程发送焦炉机械操作指令，保存过往生产信息等上位机监控功能。通信层是系统的联系纽带，实现的是监控层与执行层的信息交换功能，鉴于现场的条件限制，选用经济实用的无线通讯模块，保证系统通讯在硬件设计方面的可靠性，同时设计安全高效的通讯协议，保证系统通讯软件设计方面的合理性。执行层设计主要是如何实现炉