基于组态王的铝电解槽槽壳温度检测系统设计与应用

谢佳锋 王俊杰

摘 要：文章针对利用组态王开发的“铝电解槽温度检测系统”的设计与实现进行了分析，利用仿真PLC采集的模拟数据测试了该系统的数据采集功能、监控功能、历史数据记录功能以及报警功能，验证了该系统的可靠性与有效性。通过仿真表明，该仿真系统切实可行、经济适用、可靠性高[1]。

关键词：组态王；仿真设计；铝电解槽；检测系统；数据采集

引言

铝工业因其高耗能高排放成为节能减排重点行业之一，铝电解槽是铝工业生产的重要组成成分。因此，对铝电解槽槽壳温度的准确、方便的检测，对铝工业的实际生产具有保障作用[2-3]。组态王软件kingview是新型的工业控制系统，可以对企业的生产流程提供一个集实时检测、数据汇总、分析和管理于一体的平台，并具有良好的可视化监控界面。组态王与计算机以及现场间的关系如图1所示：

图1 组态王与上位机、下位机的关系

基于组态王软件，以铝电解槽的工业控制为例，设计了一个铝电解槽的温度控制系统。该系统用动画模拟铝电解槽的运行过程，化“抽象”为“形象”，开发了实时数据监控功能、实时数据报表和曲线、历史数据报表和阈值报警等功能，并利用仿真PLC代替现场检测仪表输入数据，对系统进行运行、调试和数据采集。

1 铝电解槽工控软件设计

该软件的主界面以铝电解槽的工作过程[4]为主要部分，帮助使用者理解该工况。由于铝电解生产在实际工艺中需要检测温度、电压、电流等数据，该软件设计相应的检测功能，并增添相应的实时报表、实时曲线、历史报表和报警模块。

1.1 主画面设计

在组态王工程浏览器中新建界面，命名为“铝电解槽”，作为铝电解槽控制系统的主界面。在主界面中，利用组态王提供的画图工具和图库绘制系统的主画面，并添加可切换至其他界面的按钮[5-6]。最后铝电解槽主控界面如图2所示：

1.2 定义硬件设备和数据变量

组态王开发的软件需要外部设备与之交换数据，文章中采用的是仿真PLC设备实现虚拟仿真[7]。此外，数据库中的数据词典记录了数据变量的详细信息，进入以定义本控制系统所需使用的所有数据。

1.3 建立动画连接

完成主控界面的设计和相关数据的建立，下一步则是将主控界面中的图形对象与数据库中的数据对象建立连接，实现动画功能。此外，对系统中所需要采集的监控数据，也建立相关的动画连接，使仿真PLC模拟的数据显示在主控界面中的相应位置。

2 系统的实际运行检测

在建立画面和设定参数之后，在组态王中运行控制系统，进入运行环节，可以检测控制系统的所有功能。主控界面显示铝电解槽工作动画，模拟实际生产，并显示铝电解槽槽壳三个点的当前温度和当前输入的电压U、电流I，在右上角可以看到当前日期，下方三个按钮可分别切换至其他三个界面。主控界面运行效果如图3所示：

图3 主控界面运行情况

2.1 实时报表及曲线

从主控界面点击“实时数据/曲线”按钮，可以进入实时报表及曲线界面。从实时报表中，可以详细查看当前时刻的槽壳检测点温度和输入电压，因为采用仿真PLC输入数据，因此此时检测到的温度和电压均为随机数值。实时数据报表中提供当前时刻和值班人员的记录，方便查阅。

2.2 历史数据报表

从主控界面点击“历史数据报表”按钮可以切换到历史数据报表界面，可以查看过去某一段时间内的历史数据。使用者可以根据自己需要调用某一个时间段的某一个或几个检测点的数据记录，以查看2015年3月15日22点45分至23点15分的铝电解槽槽壳温度（1、2、3）和电压记录为例，调用的历史报表数据如表1所示：

表1 历史报表查询结果

2.3 报警界面

铝电解槽的温度需要维持在一定的温度范围内，超出此温度范围会影响铝电解槽工作效率。因此在系统中设定温度上限和下限，当检测温度超过上阈值或低于下阈值时，报警窗口会产生警报并显示。在报警界面中，最新数据会出现在最上行，帮助使用者掌握最新动态。另外，因为系统中仿真PLC采用随机数据，因此下一时刻报警事件会恢复正常，而在现实中出现的异常数据，需要人工在现場进行校正。

3 结束语

基于组态王开发的铝电解槽槽壳温度检测系统，通过仿真PLC产生的模拟数据验证了该系统的可行性，并成功实现了铝电解槽动画模拟、数据监控、数据采集、数据记录和报警警示等功能。

基于组态王开发的检测系统具有人机界面友好、开发成本低廉和简单易学等特点。另外，通过该系统可以检测记录到某些必须却又不易现场查看的数据，提高了生产安全性，降低了运行成本。

通过仿真数据验证了系统可行性，可以节省大量实验验证所需的人力物力，为优化铝工业应用提供了参考依据，也为铝工业的设计、研究提供了有效的研究方法和途径。

参考文献

[1]穆亚辉.组态王软件实用技术[M].黄河水利出版社，2012（3）.

[2]张烁.浅谈新型电解铝控制管理系统软件的开发.电脑知识与技术[J].2007（8），3-5.

[3]刘冉冉，郑恩兴，马庆功.基于工控软件的仿真培训系统开发与研究[J].电子科技，2013，3（2）：3-4.

[4]冯乃祥，孙阳，刘刚.铝电解槽热场、磁场和流场及其数值计算[M].东北大学出版社，2001（9）：2-6

[5]王宝林.基于组态软件的PLC仿真教学系统设计[J].轻工科技，2013（5）：111-112.

[6]Aalbu.J，Moen.T，Aalbu.S，et al.Method of Controlling the Alumina Feed into Reduction Cells for Producing Aluminum.US4766552. 1988（8），23.

[7]王春.基于组态软件的PLC实验教学系统[D].四川： 西华大学，2009：1-10.

作者简介：谢佳锋（1992-），男，汉族，广东汕尾人，大学生，热能与动力工程专业。