Application of the Distributed Monitor for Heat Treatment

LIANG Jie

(Machinery Factory of Lanzhou Petroleum and Chemical Complex, lanzhou730060, China)

　　Abstract: In this paper the system structure of the distributedmonitor for heat treatment is introduced. The system configuration and the thinking of the software are elaborated in detail.
　　Key words: distributed monitor; heat treatment; communication

1系统组成
　　该系统主要用于热处理车间所有电炉的炉温测量控制和高温油炉温度测量。系统由上位机、板卡、ADAM-4000模块、仪表柜(内置智能仪表、输入输出模块、晶闸管调整器)等组成。
　　热处理车间各测点分散，要求系统具有较高的传输速率，因此采用RS-485工业现场总线结构，传送速率1200bps～38.4kbps，传送距离达1200米。设计上位机与具有现场总线功能的智能仪表、模块分级控制，以使系统具有较高的开放性与可靠性。由于热处理车间环境条件差，灰尘大，干扰强，系统控制中心的上位机采用研华公司生产的AW8-8248一体化工作站。鉴于测点较多，主机内插入一片PCL-745B板卡以实现主机与智能仪表、功能模块的高速通讯。下位机选用智能仪表和远端I/O模块，通过RS-485网络与上位机通讯，无需使用温变和补偿导线以节省投资。电炉下位机采用千野公司生产的KP型数字式程序调节仪，高温油炉下位机采用ADAM-4018、ADAM-4050模块。系统框架如图1。硬件技术性能说明如下：

　　(1)AWS-8248是研华公司的PC-BASED用于工业控制的高度整合的一体化工作站，工业级外壳及内部设计特别适用于恶劣工作环境。
　　(2)PCL-745B板卡提供两个独立RS-422/485带3000V绝缘隔离的串行接口，适用于WINDOWS下的高速I/O传送，它将智能仪表和ADAM模块信号上传至计算机，并可输出计算机的控制信号，达到实时调控的目的。
　　(3)采用ADAM-4018八通道热电偶输入模块来采集高温油炉热偶信号并通过RS-485网络送至上位机，ADAM-4050八通道数字量输出模块接受上位机指令，向各电炉控制柜、控制室发送报警控制信号。
　　(4)KP数字式程序调节器采用高性能的微处理器，指示精度为±0.1％，控制切换周期为0.1秒。该调节器具备非常完善的功能。(a)可存储19种工艺曲线，程序段能任意连接、反复。(b)该仪表可以实现对炉温的各种调节方式，如两位式调节、PID调节，具备自整定功能。因此，炉温调节完全由KP调节器完成，不再由上位机承担，使系统功能分散，可靠性高。通过RS-485接口，可把仪器的目标值及各种参数传送给上位机，也可用上位机对仪器进行设定。仪表输出4～20mA信号给晶闸管调整器，实现电炉闭环控制。
　　(5)JT系列晶闸管调整器将触发单位与晶闸管一体化，结构紧凑，适合于盘装，三相调功模块无触点控制，运行可靠无噪声。调整器接受4～20mA信号，控制馈送到电炉的动力电源。热处理电炉炉丝为铁铬电阻温度系数小的发热体，控制方法选择电压反馈相位控制方式。

2系统功能及特点
　　(1)集中控制各种热处理炉，数目可达几十台，自动实现所要求的控温热处理工艺。
　　(2)实时监测高温油炉温度。
　　(3)支持同一电炉多回路调节(分段控温)。
　　(4)自动控制过程记录曲线，可选择工艺设定曲线和控温调节记录曲线；对各电炉，智能仪表的工艺控制均有独立的记录曲线，记录文件可长期保存在硬盘中供随时调阅、打印，以便监督工艺执行情况，分析事故原因。
　　(5)具备断偶、越限等完善的报警功能，报警事件自动记录(可长期保存)。
　　(6)系统具备分级控制权限，不同层位人员具备不同权限。
　　(7)具有良好的系统扩充性。

3软件设计
　　整个系统的软件设计以WINDOWS 9x为运行环境，采用VB 6.0编写，操作界面为全中文图形。整个应用程序采用模块化方式编程。功能模块如图2。

3.1系统初始化自检模块
　　初始化工作以窗体的FORM-LOAD事件完成，将通信端口在窗体加载时打开，并初始化4018、4050、KP仪表以及绘制趋势图所需图片框、绘图笔数、数组等。
3.2实时通讯控制模块
　　本系统中ADAM-4000模块通讯规定：主机下发命令分地址部分和参数部分，现场监控单元上报采集的数据。分布式模块的命令发送后，必定有返回字符串。KP仪表与主机之间的通讯是在双方约定的交握协议下，通过查询“参数地址”传送仪表参数。
　　系统采用VISUAL BASIC 6.0的控件中的事件驱动方式进行数据通信。MSCOMM控件需程序设置如下属性：
　　(1)port属性：设置或返回通信端口号。
　　(2)portopen属性：打开或关闭用commport属性设置的通信端口。
　　(3)settings属性：设置或返回波特率、校验位、数据位、停止位等通信参数。
　　(4)input属性：从接受缓冲区读入字符。
　　(5)output属性：向发送缓冲区写入字符。
　　(6)handshaking属性：指定通信双方的交握协议。
　　系统中4018等各模块函数数据传送和接受过程如图3。由于RS-485网络上的模块及仪器传输速度分很多种，采用上述传输方式可将主控计算机上的通信速度与模块速度一致。其中含有CHECKSUM的检查，使结果较为正确。

　　上位机和下位机的通信采用查询方式，即上位机根据所给的下位机的站址，按小站址到大站址顺序查询。当上位机查询到所指定的下位机站址时，发送数据信号，下位机在接到上位机发来的命令后，将执行结果回送上位机，结束通讯。所有通讯程序在TIMER控件的TIMER事件中完成。通信程序框架如下：

3.3实时监控模块
　　系统启停控制子模块需设置按钮作为切换定时器激活和关闭的工具。在该控制按钮的Click事件中输入的代码如下：

4018数值，将完成数据显示到主窗体的温度区(Lable控件的Caption属性)。并且与报警值比较，计算ADAM-4050输出状态，判断继电器是否输出，调用MsComm的Output属性下发数字输出命令。由于系统各个测量模块会与其他模块交错使用，如4050中夹杂4018的命令，为保证程序的高效与可维护性，程序中设立了标志(Flag)。
　　趋势图子模块调用PictureBox控件，通过设置Name、AutoReDraw、Visible属性，读取工艺参数监测子模块中的测量值变量，使用Line命令将获得的值以图形方式显示在窗体上，并用API函数中的BitBlt函数复制图片框，以产生图形平滑移动的效果。
3.4数据存储及查询
　　为了保存监测数据及日后查看数据，通过数据库引擎建立1个access数据库，定时存储数据，共保存31天的数据，用Msflexgarid表格控件来显示数据。
3.5数据报表及历史趋势图打印
　　主要设计好打印纸坐标系，方法是通过设置Printer的Scale、Scalemode等属性，再用Printer的Line、Circle、Pset等图形方法，最后调用enddoc结束打印。

4结束语
　　本系统采用RS-485工业现场总线结构，上、下位机分布式监测，具有良好的系统扩展性能，操作方便，安全可靠，现场应用效果良好。既适用于新建项目的电炉设备配套，也适用于传统热处理车间的技术改造。