预焙阳极特征参数自动采集系统的开发与应用

谭震

【摘 要】影响预焙阳极产品质量的主要因素是各生产特征参数的控制，要分析特征参数对产品质量的影响，首先要对生产工艺特征参数进行采集，然后通过分析数据，优化参数控制，提高产品质量。文章主要介绍预焙阳极特征参数自动采集应用软件的开发，为生阳极质量的分析提供数据，不断优化生阳极的产品质量。应用系统设计包括PLC数据采集程序的编程、WINCC变量组态及数据写入脚本动作、SQL2000数据库的编辑等环节，属国内首创生阳极特征数据自动采集系统的开发与应用。

【关键词】预焙阳极;特征参数;数据采集

【中图分类号】TF351 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）03-0066-04

为提高预焙阳极生块（简称生阳极）产品质量，只有通过分析生阳极生产过程中的特征参数，才能不断优化生产工艺参数，提高产品质量，但分析参数的前提条件是要取得该产品对应的相关生产数据，关键在于如何采集这些数据，本应用系统的开发就是为了解决这一难题，实现生阳极特征参数的自动采集与记录。

1 特征参数的确定

经过与工艺技术人员的分析研究，确定了21个影响生阳极质量的参数，分别是预热螺旋电机频率、预热螺旋热媒出口温度、干骨料温度、沥青温度、混捏机电流、混捏机温度、冷却机糊料温度、冷却机电流、糊料振动温度、预加压气囊压力、振动成型气囊压力、振动电机转速、振动时间、重量、长、宽、高、测高器到平台高度、假比重、沥青流量。最终确定各特征参数的采集方式见表1。

2 特征参数的采集方式

生阳极的主要生产原料为煅后焦、沥青和残极等，这些物料在生产流程中通过破碎筛分、配料、加热、混捏、成型冷却多套生产工艺制备而成，即配料秤—预热螺旋—混捏机—冷却机—振动成型机等，最后糊料在成型模具中振动成型。从生阳极生产的工艺流程可知，要准确采集每一块生阳极的特征参数，就要采集该生阳极振动成型前物料在生产流程中各参数控制点的数值。物料从配料秤到成型模具这一过程中要经过一定的时间，若要准确采集到该块生阳极所属的糊料在各生产环节中的对应数据，需知道其物料从各参数采集点到振动成型时所经过的时间，推算并验证所需要的时间，并提前计算特征参数的平均值，作为历史数据预存到数据块。当每块生阳极振动成型生产时刻，将与其有关的所有特征参数记录到数据库的同一行表格中，就可以采集到该生阳极真实的特征参数。

3 PLC硬件系统条件

特征数据只有进入PLC控制系统才能实现自动采集数据，这些参数的信号已在前期PLC升级改造中分别进入3套PLC控制系统，硬件条件已满足，现在的关键是如何根据表1的要求编写数据采集程序。

4 PLC采集软件编程

根据各项参数的采集定义，在各参数所在的PLC系统里编写数据采集程序，编程包括数据取样、平均值计算、最大值的采集、数据的预存等，数据取样采用高频率取样，使平均值更准确;创建WINCC变量项目，编写WINCC全局脚本VBS动作，编写SQL2000数据库的写入记录程序，将各特征参数历史数据保存至数据库，并且每生成一块生阳极打印一行数据，也可以将数据导出到Excel表格。

根据表1所列的各特征参数采集条件，分别在各参数对应的PLC系统中编写数据采集程序，数据采集方法及编程方法如下。

通过西门子PLC编程软件STEP7编写数据采集程序，采集各特征参数数据。编程内容及方法如下：采用程序模块化编程调用的编程方式，即编写功能块FB数据采集程序，每个数据只需调用该功能块并根据条件赋值便可以获取相应的数据。对功能块进行变量声明，包括IN输入变量、OUT输出变量、STAT静态变量等。

在完成功能块变量声明后，开始编写数据采集PLC程序，数据采集采用较高频率的数据采集方式，使平均值更精确，即每2 s钟采集一个当前值并不断累计，触发累计信号频率为2 s（如图1所示），累计至1 min后将累計值除以累计次数，便取得该分钟内的精确平均值;再将平均值保存到数据块（DB7），作为历史数据预存起来，最多保存最近18 min前的历史数据。

最后计算3 min内的平均值，由于生产原料在生产流程中会停留约3 min的时间用于加热、混捏等，所以计算3 min内的数据平均值更能真实地反映该物料在生产进程中的参数数据（编程原理如图2所示）。

编写好PLC数据采集程序后，PLC控制系统已可采集到相关数据，但要提取并保存数据，还需通过西门子的WINCC过程监视系统即组态软件来完成。

5 WINCC数据记录编程的编写

WINCC是西门子工控系统中的一个电脑控制组态软件。要实现数据的存储记录，首先要对PLC编程采集到的数据进行变量组态，其次创建WINCC变量项目，最后创建数据采集变量。特征参数变量创建方法如图3所示。

在创建完WINCC变量后，WINCC与PLC之间建立了信号连接，可以通过编辑监控界面对参数进行在线监视等功能，但要实现对数据的存贮，还需进一步编写WINCC的全局脚本VBS动作，变量才能按触发动作信号的要求将数据写入SQL2000数据库，编辑方法如下：创建项目、编写变量连接、传送触发信号等。编写的主程序如图4所示。

6 SQL2000数据库的编写

在WINCC编写数据的写入全局脚本VBS动作后，仍需在对应的SQL2000数据库创建数据的记录表，才能将数据库的数据存贮到设定的表格内。创建SQL200数据库文件，并对数据记录表进行变量创建、数据类型选择、列排序、字符长度等，变量名称与数据类型要与PLC、WINCC系统保持一致。创建的数据记录表见表2。

7 数据表的导出

通过PLC编程、WINCC及SQL2000相关项目的创建编辑，生阳极特征参采集控制系统已完成并投入运行，系统运行稳定可靠，可在线打开所采集到的数据，每块生阳极的21个真实特征参数记录在同一行数据表格中，也可以将该数据表导出到Excel表格。表3为实际导出数据。

8 数据的应用及经济效益

自该系统投入运行以来，给中铝广西分公司碳素厂提供了真实的生阳极生产特征参数数据，可用于分析查找影响生阳极产品质量的原因，并不断优化调整生阳极制造工艺参数，提高了生阳极的产品质量，创造了良好的经济效益。

参 考 文 献

[1]邹彤.WinCC组态软件的编程技巧[J].化工自动化及仪表，2001（2）.

[2]瑞士R&D炭素有限公司.铝用炭阳极技术[M].北京：冶金工业出版社，2007.

[3]西门子（中国）有限公司.STEP7 V5.2编程手册[Z].2003.

[责任编辑：钟声贤]