預焙陽極特征參數自動采集系統的開發與應用

譚震

【摘 要】影響預焙陽極產品質量的主要因素是各生產特征參數的控制，要分析特征參數對產品質量的影響，首先要對生產工藝特征參數進行采集，然后通過分析數據，優化參數控制，提高產品質量。文章主要介紹預焙陽極特征參數自動采集應用軟件的開發，為生陽極質量的分析提供數據，不斷優化生陽極的產品質量。應用系統設計包括PLC數據采集程序的編程、WINCC變量組態及數據寫入腳本動作、SQL2000數據庫的編輯等環節，屬國內首創生陽極特征數據自動采集系統的開發與應用。

【關鍵詞】預焙陽極;特征參數;數據采集

【中圖分類號】TF351 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）03-0066-04

為提高預焙陽極生塊（簡稱生陽極）產品質量，只有通過分析生陽極生產過程中的特征參數，才能不斷優化生產工藝參數，提高產品質量，但分析參數的前提條件是要取得該產品對應的相關生產數據，關鍵在于如何采集這些數據，本應用系統的開發就是為了解決這一難題，實現生陽極特征參數的自動采集與記錄。

1 特征參數的確定

經過與工藝技術人員的分析研究，確定了21個影響生陽極質量的參數，分別是預熱螺旋電機頻率、預熱螺旋熱媒出口溫度、干骨料溫度、瀝青溫度、混捏機電流、混捏機溫度、冷卻機糊料溫度、冷卻機電流、糊料振動溫度、預加壓氣囊壓力、振動成型氣囊壓力、振動電機轉速、振動時間、重量、長、寬、高、測高器到平臺高度、假比重、瀝青流量。最終確定各特征參數的采集方式見表1。

2 特征參數的采集方式

生陽極的主要生產原料為煅后焦、瀝青和殘極等，這些物料在生產流程中通過破碎篩分、配料、加熱、混捏、成型冷卻多套生產工藝制備而成，即配料秤—預熱螺旋—混捏機—冷卻機—振動成型機等，最后糊料在成型模具中振動成型。從生陽極生產的工藝流程可知，要準確采集每一塊生陽極的特征參數，就要采集該生陽極振動成型前物料在生產流程中各參數控制點的數值。物料從配料秤到成型模具這一過程中要經過一定的時間，若要準確采集到該塊生陽極所屬的糊料在各生產環節中的對應數據，需知道其物料從各參數采集點到振動成型時所經過的時間，推算并驗證所需要的時間，并提前計算特征參數的平均值，作為歷史數據預存到數據塊。當每塊生陽極振動成型生產時刻，將與其有關的所有特征參數記錄到數據庫的同一行表格中，就可以采集到該生陽極真實的特征參數。

3 PLC硬件系統條件

特征數據只有進入PLC控制系統才能實現自動采集數據，這些參數的信號已在前期PLC升級改造中分別進入3套PLC控制系統，硬件條件已滿足，現在的關鍵是如何根據表1的要求編寫數據采集程序。

4 PLC采集軟件編程

根據各項參數的采集定義，在各參數所在的PLC系統里編寫數據采集程序，編程包括數據取樣、平均值計算、最大值的采集、數據的預存等，數據取樣采用高頻率取樣，使平均值更準確;創建WINCC變量項目，編寫WINCC全局腳本VBS動作，編寫SQL2000數據庫的寫入記錄程序，將各特征參數歷史數據保存至數據庫，并且每生成一塊生陽極打印一行數據，也可以將數據導出到Excel表格。

根據表1所列的各特征參數采集條件，分別在各參數對應的PLC系統中編寫數據采集程序，數據采集方法及編程方法如下。

通過西門子PLC編程軟件STEP7編寫數據采集程序，采集各特征參數數據。編程內容及方法如下：采用程序模塊化編程調用的編程方式，即編寫功能塊FB數據采集程序，每個數據只需調用該功能塊并根據條件賦值便可以獲取相應的數據。對功能塊進行變量聲明，包括IN輸入變量、OUT輸出變量、STAT靜態變量等。

在完成功能塊變量聲明后，開始編寫數據采集PLC程序，數據采集采用較高頻率的數據采集方式，使平均值更精確，即每2 s鐘采集一個當前值并不斷累計，觸發累計信號頻率為2 s（如圖1所示），累計至1 min后將累計值除以累計次數，便取得該分鐘內的精確平均值;再將平均值保存到數據塊（DB7），作為歷史數據預存起來，最多保存最近18 min前的歷史數據。

最后計算3 min內的平均值，由于生產原料在生產流程中會停留約3 min的時間用于加熱、混捏等，所以計算3 min內的數據平均值更能真實地反映該物料在生產進程中的參數數據（編程原理如圖2所示）。

編寫好PLC數據采集程序后，PLC控制系統已可采集到相關數據，但要提取并保存數據，還需通過西門子的WINCC過程監視系統即組態軟件來完成。

5 WINCC數據記錄編程的編寫

WINCC是西門子工控系統中的一個電腦控制組態軟件。要實現數據的存儲記錄，首先要對PLC編程采集到的數據進行變量組態，其次創建WINCC變量項目，最后創建數據采集變量。特征參數變量創建方法如圖3所示。

在創建完WINCC變量后，WINCC與PLC之間建立了信號連接，可以通過編輯監控界面對參數進行在線監視等功能，但要實現對數據的存貯，還需進一步編寫WINCC的全局腳本VBS動作，變量才能按觸發動作信號的要求將數據寫入SQL2000數據庫，編輯方法如下：創建項目、編寫變量連接、傳送觸發信號等。編寫的主程序如圖4所示。

6 SQL2000數據庫的編寫

在WINCC編寫數據的寫入全局腳本VBS動作后，仍需在對應的SQL2000數據庫創建數據的記錄表，才能將數據庫的數據存貯到設定的表格內。創建SQL200數據庫文件，并對數據記錄表進行變量創建、數據類型選擇、列排序、字符長度等，變量名稱與數據類型要與PLC、WINCC系統保持一致。創建的數據記錄表見表2。

7 數據表的導出

通過PLC編程、WINCC及SQL2000相關項目的創建編輯，生陽極特征參采集控制系統已完成并投入運行，系統運行穩定可靠，可在線打開所采集到的數據，每塊生陽極的21個真實特征參數記錄在同一行數據表格中，也可以將該數據表導出到Excel表格。表3為實際導出數據。

8 數據的應用及經濟效益

自該系統投入運行以來，給中鋁廣西分公司碳素廠提供了真實的生陽極生產特征參數數據，可用于分析查找影響生陽極產品質量的原因，并不斷優化調整生陽極制造工藝參數，提高了生陽極的產品質量，創造了良好的經濟效益。

參 考 文 獻

[1]鄒彤.WinCC組態軟件的編程技巧[J].化工自動化及儀表，2001（2）.

[2]瑞士R&D炭素有限公司.鋁用炭陽極技術[M].北京：冶金工業出版社，2007.

[3]西門子（中國）有限公司.STEP7 V5.2編程手冊[Z].2003.

[責任編輯：鐘聲賢]