LEODO人機界面在冶金行業的應用
第一章 摘要
在礦熱爐冶煉的多數應用中，由于電氣控制較為簡單，現場都是人為調節控制生產，對礦熱爐的整體效能產生很大影響，造成功率因數低、電耗高、產量較低的明顯缺點。本次將人機界面與PLC結合應用在礦熱爐的實踐中，提高了系統的自動化程度，操作性能大大增強，提高了系統的可靠性，基本上達到了電氣系統免維護，并且整套設備的重要指標功率因數、電耗、產量都取得了良好的成績，取得了滿意的效果。
關鍵字：人機界面、PLC、礦熱爐、控制
第二章 引言
礦熱爐工業實際應用中主要用于生產硅鐵、錳鐵、工業硅、硅錳、鉻鐵、電石等，由于配套電氣控制較為簡單，一般智能控制的因素較少，基本上談不到自動化程度，現場都是人為調節控制，根據操作電流變化而變化，這樣必然產生與工藝標準要求滯后的電量反應，因此，對礦熱爐的效能產生很大影響，造成功率因數低、電耗高、生產成本高的明顯缺點。固然造成這些因素有一部分是因為設備、原材料、生產工藝造成的，但是絕大部分是因操作因素導致。相比國外進口同類設備，機械設備技術基本上已經消化，還存在個別關鍵設備技術有待提高和消化外，電氣上自動化程度低是普遍現象。存在這個現象通常認為是此類系統沒有必要提高設備自動化，另一個因素就是節約成本，再加上國內部分原材料在質量上的不過關，勢必造成整個設備系統的低效率。
自2004年國務院為了整頓西部環境污染、徹底強制關閉能耗大、效率低、小容量企業，促進西部地區可持續發展戰略以來，礦熱爐企業用戶不得不面臨更殘酷的現實，依靠產品競爭力來贏得市場，就變得尤為重要。這樣一來，擴容、降耗、提高自動化程度、優化系統設備匹配性能，提高操作工藝水平、降低生產成本就變得更為迫切。
第三章 系統配置
該套電氣系統是配套某電石廠13500KVA電石爐，由于資金限制，該套電氣配置僅增設了PLC和LEODO人機界面等智能化單元，以提升整套電氣系統的自動化程度和系統可靠性。PLC完成所有電氣聯鎖、動作，以保證電氣系統的正常運行，LEODO人機界面完成各種電氣參數的遠程數據采集、數據存儲、數據運算、趨勢擬合分析和數據輸出等功能。該系統包含的控制有電極控制、電極壓放控制、液壓系統控制、高壓聯鎖控制、變壓器調擋聯鎖控制、報警保護控制、遠程數據采集輸出、上位人機動態顯示及交互等功能。
第四章 系統特點
系統網絡雖然單元較少，但具備了實現電氣控制自動化的所有功能。
LEODO人機界面具有豐富的網絡和通訊接口。一對標準RS232和RS485串行總線通訊接口，根據外接智能單元通訊形式的不同，可以連接RS232或RS485，通過RS485總線可以擴展連接更多的智能設備。一個標準并行輸出接口，可以外接打印等輸出設備。一個ETHERNET接口，可上傳下載工程文件，并可以擴展多臺以太網絡設備實現數據共享。一個USB接口支持標準USB協議的外接設備，實現數據輸入輸出交換功能。還有其他VGA、AV、AUDIO等多種接口，豐富設備連接和擴展。
LEODO人機界面屏幕觸摸功能，節省了硬鍵盤，又節約了空間。64M真彩色液晶顯示屏，使得工程界面更加柔和鮮明。
經實踐應用，LEODO人機界面外殼雖然采用了工程塑料，抗干擾性卻能勝任礦熱爐惡劣工作環境。
PLC選用OMRON CJ1M，遠程數據采集模塊選用研華ADAM 4000系列。PLC通過RS232與LEODO COM1口相連，ADAM通過RS485與LEODO COM2相連，LEODO人機界面設定數據更新頻率500MS時，采樣數據的快捷性、準確性，既滿足了生產數據需要，又保證了各個通訊設備的穩定。
實踐證明本次將嵌入式工控應用于礦熱爐復雜工業場合，無疑是一次成功嘗試，并為以后的工程應用提供了豐富的經驗。
第五章 畫面功能介紹
主界面
人機監控運行后首先進入主界面，主界面由三部分組成：左側為窗口切換欄，內容顯示當前日期、當前時間、系統加電日期和時間、運行累計時間、單爐累計運行時間、共計累計運行時間等；其它監視窗口切換標識按鈕，有電氣系統、電極調節、實施報警、歷史報警、電氣歷史數據監視、數據記錄窗口等六個子窗口組成，在任何時候窗口切換欄均顯示在整個界面的最左側。標題攔顯示本項目工程名稱，動態顯示各子界面的名稱，系統關鍵的高壓通斷狀態和系統故障狀態顯示。子窗口顯示區用來顯示各子界面的動態內容。
電氣系統
電氣系統界面系統顯示了設備運行的關鍵參數，多數情況下通過監視該界面即可完成系統控制的正常運行。內容包含了系統功率、功率因數、三相電壓、三相電流、三相電導、變壓器擋位及額定輸出電壓、三相電流變化趨勢、功率、功率因數變化趨勢、電極調整狀態、影響設備正常運行關鍵故障報警狀態等。該界面在子窗口顯示區內切換顯示。
電極調節
當某電極調節時，切換顯示電極調節子界面，監視整個電極調節過程。當然電極調節分為手動和自動兩種方式，當手動控制調節時，僅顯示各執行機構的狀態，只有在自動調節時，隨著調節順序動作執行，界面顯示各個執行機構的順序工作狀態。
實時報警
實時報警子界面中顯示系統所有實時報警參考信息，包括開關量報警、模擬量報警信息。
當然還有歷史報警子界面顯示系統設定產生過的報警信息。還有電氣歷史子界面，通過選擇需要顯示的時間段，更新顯示所需時間段內的三相電流、功率因數、功率、電導等的電參數曲線。
數據記錄
數據記錄子界面包含工程文件存儲位置顯示、文件名顯示、文件容量大小顯示、數據記錄時間間隔及設定、數據記錄觸發控制、數據記錄溢出報警控制、數據移動控制、數據刪除控制、記錄歷史數據查詢和打印等功能。數據記錄時間間隔設定為10秒到10分鐘，并且可在線更改設定。當數據記錄存儲容量超出10K字節大小，自動彈出“文件記錄已滿”的窗口報警信息，提醒操作者對數據記錄文件處理的可選操作。可以選擇刪除按鈕進行刪除文件數據紀錄，新的數據重新開始記錄并存儲，可以選擇數據移動按鈕進行數據的外設儲存，此時，可以更改數據移動目標文件名的更改后在實施移動操作，也可以直接進行移動操作。按下歷史數據查詢按鈕后，后臺會執行打開記錄文件，對數據進行瀏覽察看，并可打印操作。
第六章 經驗與體會
整套電氣系統經過調試，于2005年元月份投入使用。經過幾個月的現場生產考驗，自然功率因數達到0.85左右，能耗控制在3000KWh/t左右，生產量穩定在大于100噸/天，各項效能指標均達到優良，達到了預想目的，相比傳統設備具有更大的優越性，為該系統在同行業的應用提供了先例。總結現場經驗和應用體會如下：
1) 該系統在礦熱爐行業應用可行，完全不存在設備技術上的障礙；
2) 由于LEODO人機界面的應用，既節省了成本、空間布置，提高了系統的穩定性、可靠性，又方便了用戶的人機交互可操作性；
3) LEODO人機界面為用戶提供了數據的存儲、曲線顯示、報表分析、數據打印等強大功能；
4) LEODO人機界面提供了豐富的外設和網絡通訊接口、靈活的二次開發編程有利于較大工程的智能化網絡搭建。
5) PLC的應用，使得設備更加簡潔，又提高了系統的可靠性、可維護性；
6) 該系統還可擴展，實現更完善、更智能、更優化的網絡控制方式；
7) 人機界面，配合其它智能控制技術，應用在工業場合完全可能。
第七章 結束語
我國礦熱爐冶煉行業電氣自動化普及程度較低，存在容量小、能耗高、產量低、品質低等特點，與發達國家相比有較大差距。因此，優化設備性能、提高設備自動化程度、降低能耗、提高產量、提升產品品質是目前國內該行業發展趨勢。
在該系統的設計施工中，作者利用了智能化設備、網絡技術、可編程化的靈活性進行優化設計，并在實施中得到驗證，使得改造后系統具有操作簡單靈活，控制集中與分布相結合，從而使得整套設備的性能得到了大幅提升，取得了滿意的效果。
致謝
在作者完成本項目的工作中，還得到了所在工廠車間技術人員和工人的積極配合。在此，作者也向他們一并表示深深的感謝。
作者設計過程中，還得到了同行工程師給作者的許多啟發。在此，也向他們表示最深深的謝意。
在礦熱爐冶煉的多數應用中，由于電氣控制較為簡單，現場都是人為調節控制生產，對礦熱爐的整體效能產生很大影響，造成功率因數低、電耗高、產量較低的明顯缺點。本次將人機界面與PLC結合應用在礦熱爐的實踐中，提高了系統的自動化程度，操作性能大大增強，提高了系統的可靠性，基本上達到了電氣系統免維護，并且整套設備的重要指標功率因數、電耗、產量都取得了良好的成績，取得了滿意的效果。
關鍵字：人機界面、PLC、礦熱爐、控制
第二章 引言
礦熱爐工業實際應用中主要用于生產硅鐵、錳鐵、工業硅、硅錳、鉻鐵、電石等，由于配套電氣控制較為簡單，一般智能控制的因素較少，基本上談不到自動化程度，現場都是人為調節控制，根據操作電流變化而變化，這樣必然產生與工藝標準要求滯后的電量反應，因此，對礦熱爐的效能產生很大影響，造成功率因數低、電耗高、生產成本高的明顯缺點。固然造成這些因素有一部分是因為設備、原材料、生產工藝造成的，但是絕大部分是因操作因素導致。相比國外進口同類設備，機械設備技術基本上已經消化，還存在個別關鍵設備技術有待提高和消化外，電氣上自動化程度低是普遍現象。存在這個現象通常認為是此類系統沒有必要提高設備自動化，另一個因素就是節約成本，再加上國內部分原材料在質量上的不過關，勢必造成整個設備系統的低效率。
自2004年國務院為了整頓西部環境污染、徹底強制關閉能耗大、效率低、小容量企業，促進西部地區可持續發展戰略以來，礦熱爐企業用戶不得不面臨更殘酷的現實，依靠產品競爭力來贏得市場，就變得尤為重要。這樣一來，擴容、降耗、提高自動化程度、優化系統設備匹配性能，提高操作工藝水平、降低生產成本就變得更為迫切。
第三章 系統配置
該套電氣系統是配套某電石廠13500KVA電石爐，由于資金限制，該套電氣配置僅增設了PLC和LEODO人機界面等智能化單元，以提升整套電氣系統的自動化程度和系統可靠性。PLC完成所有電氣聯鎖、動作，以保證電氣系統的正常運行，LEODO人機界面完成各種電氣參數的遠程數據采集、數據存儲、數據運算、趨勢擬合分析和數據輸出等功能。該系統包含的控制有電極控制、電極壓放控制、液壓系統控制、高壓聯鎖控制、變壓器調擋聯鎖控制、報警保護控制、遠程數據采集輸出、上位人機動態顯示及交互等功能。
第四章 系統特點
系統網絡雖然單元較少，但具備了實現電氣控制自動化的所有功能。
LEODO人機界面具有豐富的網絡和通訊接口。一對標準RS232和RS485串行總線通訊接口，根據外接智能單元通訊形式的不同，可以連接RS232或RS485，通過RS485總線可以擴展連接更多的智能設備。一個標準并行輸出接口，可以外接打印等輸出設備。一個ETHERNET接口，可上傳下載工程文件，并可以擴展多臺以太網絡設備實現數據共享。一個USB接口支持標準USB協議的外接設備，實現數據輸入輸出交換功能。還有其他VGA、AV、AUDIO等多種接口，豐富設備連接和擴展。
LEODO人機界面屏幕觸摸功能，節省了硬鍵盤，又節約了空間。64M真彩色液晶顯示屏，使得工程界面更加柔和鮮明。
經實踐應用，LEODO人機界面外殼雖然采用了工程塑料，抗干擾性卻能勝任礦熱爐惡劣工作環境。
PLC選用OMRON CJ1M，遠程數據采集模塊選用研華ADAM 4000系列。PLC通過RS232與LEODO COM1口相連，ADAM通過RS485與LEODO COM2相連，LEODO人機界面設定數據更新頻率500MS時，采樣數據的快捷性、準確性，既滿足了生產數據需要，又保證了各個通訊設備的穩定。
實踐證明本次將嵌入式工控應用于礦熱爐復雜工業場合，無疑是一次成功嘗試，并為以后的工程應用提供了豐富的經驗。
第五章 畫面功能介紹
主界面
人機監控運行后首先進入主界面，主界面由三部分組成：左側為窗口切換欄，內容顯示當前日期、當前時間、系統加電日期和時間、運行累計時間、單爐累計運行時間、共計累計運行時間等；其它監視窗口切換標識按鈕，有電氣系統、電極調節、實施報警、歷史報警、電氣歷史數據監視、數據記錄窗口等六個子窗口組成，在任何時候窗口切換欄均顯示在整個界面的最左側。標題攔顯示本項目工程名稱，動態顯示各子界面的名稱，系統關鍵的高壓通斷狀態和系統故障狀態顯示。子窗口顯示區用來顯示各子界面的動態內容。
電氣系統
電氣系統界面系統顯示了設備運行的關鍵參數，多數情況下通過監視該界面即可完成系統控制的正常運行。內容包含了系統功率、功率因數、三相電壓、三相電流、三相電導、變壓器擋位及額定輸出電壓、三相電流變化趨勢、功率、功率因數變化趨勢、電極調整狀態、影響設備正常運行關鍵故障報警狀態等。該界面在子窗口顯示區內切換顯示。
電極調節
當某電極調節時，切換顯示電極調節子界面，監視整個電極調節過程。當然電極調節分為手動和自動兩種方式，當手動控制調節時，僅顯示各執行機構的狀態，只有在自動調節時，隨著調節順序動作執行，界面顯示各個執行機構的順序工作狀態。
實時報警
實時報警子界面中顯示系統所有實時報警參考信息，包括開關量報警、模擬量報警信息。
當然還有歷史報警子界面顯示系統設定產生過的報警信息。還有電氣歷史子界面，通過選擇需要顯示的時間段，更新顯示所需時間段內的三相電流、功率因數、功率、電導等的電參數曲線。
數據記錄
數據記錄子界面包含工程文件存儲位置顯示、文件名顯示、文件容量大小顯示、數據記錄時間間隔及設定、數據記錄觸發控制、數據記錄溢出報警控制、數據移動控制、數據刪除控制、記錄歷史數據查詢和打印等功能。數據記錄時間間隔設定為10秒到10分鐘，并且可在線更改設定。當數據記錄存儲容量超出10K字節大小，自動彈出“文件記錄已滿”的窗口報警信息，提醒操作者對數據記錄文件處理的可選操作。可以選擇刪除按鈕進行刪除文件數據紀錄，新的數據重新開始記錄并存儲，可以選擇數據移動按鈕進行數據的外設儲存，此時，可以更改數據移動目標文件名的更改后在實施移動操作，也可以直接進行移動操作。按下歷史數據查詢按鈕后，后臺會執行打開記錄文件，對數據進行瀏覽察看，并可打印操作。
第六章 經驗與體會
整套電氣系統經過調試，于2005年元月份投入使用。經過幾個月的現場生產考驗，自然功率因數達到0.85左右，能耗控制在3000KWh/t左右，生產量穩定在大于100噸/天，各項效能指標均達到優良，達到了預想目的，相比傳統設備具有更大的優越性，為該系統在同行業的應用提供了先例。總結現場經驗和應用體會如下：
1) 該系統在礦熱爐行業應用可行，完全不存在設備技術上的障礙；
2) 由于LEODO人機界面的應用，既節省了成本、空間布置，提高了系統的穩定性、可靠性，又方便了用戶的人機交互可操作性；
3) LEODO人機界面為用戶提供了數據的存儲、曲線顯示、報表分析、數據打印等強大功能；
4) LEODO人機界面提供了豐富的外設和網絡通訊接口、靈活的二次開發編程有利于較大工程的智能化網絡搭建。
5) PLC的應用，使得設備更加簡潔，又提高了系統的可靠性、可維護性；
6) 該系統還可擴展，實現更完善、更智能、更優化的網絡控制方式；
7) 人機界面，配合其它智能控制技術，應用在工業場合完全可能。
第七章 結束語
我國礦熱爐冶煉行業電氣自動化普及程度較低，存在容量小、能耗高、產量低、品質低等特點，與發達國家相比有較大差距。因此，優化設備性能、提高設備自動化程度、降低能耗、提高產量、提升產品品質是目前國內該行業發展趨勢。
在該系統的設計施工中，作者利用了智能化設備、網絡技術、可編程化的靈活性進行優化設計，并在實施中得到驗證，使得改造后系統具有操作簡單靈活，控制集中與分布相結合，從而使得整套設備的性能得到了大幅提升，取得了滿意的效果。
致謝
在作者完成本項目的工作中，還得到了所在工廠車間技術人員和工人的積極配合。在此，作者也向他們一并表示深深的感謝。
作者設計過程中，還得到了同行工程師給作者的許多啟發。在此，也向他們表示最深深的謝意。
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