基于软件控制的供料系统自动化监控技术应用

刘 健

（天津工业职业学院，天津 300400）

引言

自动化监控技术是对数据的在线采集，并能够进行分析的一项技术，主要包括监控方法、监控仪器、数据采集系统、监控管理系统。供取料厂房采用的是集散控制系统（Distributed Control System），其特点可概括为“分散控制、集中管理”，目前DCS使用仅限于对现场压力、温度以及设备运行情况参数的采集、显示；人工手动控制阀门的开关、设备参数设置以及联锁控制。目前供取料厂房的DCS系统的应用较少，DCS所采集的庞大的数据和DCS扩展的组态软件未能进行有效的利用。因此，本文主要针对监控管理方面在供取料厂房所能够应用的场景及其实现构想进行研究，实现DCS系统对供料系统净化、净化判断、异常报警等自动化监控的要求[1-5]。

1 供料系统运行维护主要工作及问题

1.1 运行维护主要工作

供料系统主要负责向生产线供给净化合格的工作物质，本章节对供料系统在日常的运行维护中参数记录、设备运行、净化、供料、异常判断等主要工作：工艺人员定时对管线压力、设备温度、重量等参数进行记录、对比，为判断系统正常与否提供依据；每班对供料系统内设备进行巡检，容器的装量及使用状态核实，检查管线的正确性，及时发现运行异常的设备、容器、管线，对异常进行处理，或者将异常提交待处理后续再进行处理；通过开关阀门、孔板改变工作物质流向以及控制箱体温度等进而实现净化、净化判断、供料等操作；由于环境变化、设备故障等因素，不可避免地出现管线或者设备异常情况，运行维护人员需要尽早发现并处理异常[6-8]。

1.2 运行维护主要问题

供料系统由于人、设备等因素影响，导致供料系统存的主要问题如下：由于现场设备的数量和种类多的问题，可能会存在一些疏漏，导致系统管线长时间堵塞等问题；在对厂房内设备定期维修检查，设备检修间隔时间的差异可能会导致检修设备仪器会存在遗漏的问题；供取料运行维护操作时，运行人员疏忽，可能出现遗忘某些操作的风险，导致设备故障、管线堵塞等，甚至严重的可能导致异常事故；运行维护中的异常判断和消除，若人员发现不够及时，未能第一时间处理，可能导致异常进一步扩大。

2 供料系统自动化监控技术研究

针对供料系统中存在的问题，将供料系统自动化监控分为5个部分：自动化参数记录、自动化设备管理、点位状态判断、操作识别、异常识别，如图1所示。

自动化监控系统以自动化参数记录、点位状态判断和设备状态管理为基础功能，在点位状态判断的基础上，加上对DCS数据服务器的操作记录读取通过程序判断出正在进行的操作，在此基础上，对供料系统供取料系统的异常进行判断、报警提示。

2.1 自动化参数记录

自动化参数记录主要负责对DCS数据服务器内数据的读取，在将读取得到的数据依照系统类型进行分类存储到数据库系统软件中，之后将存储的数据按照系统和类型进行编写检查规则，检查规则主要用于检索上下时间段变化异常或者跳变数据，并将检查规则检索出的异常数据的系统、类型、值反馈给操作人员，再由人工对其进行核对，并采取相应的措施来消除异常，如下页图2所示。

通过记录的参数对系统进行监控，以供料单元为例说明，需要对正在工作的单元的电调阀前压力、工作容器的开度值、加热箱温度，每间隔2 h对其进行记录一次。通过安装有电子称的供料单元的质量下降值，得到供料温度值、开度值对应的质量值趋势图如图3所示。

在供料初期如A阶段所示，期间电调阀呈现刚开启状态，容器内的工作物质含量多，供料时会带走一部分热量，容器温度会下降。在记录的间隔时间内，容器温度的变化值Δt不超过7℃，开度值变化值不超过10%，气调阀前压力变化值ΔP不会超过10 kPa。供料中期如B阶段所示，供料的重量下降速度基本稳定，波动较小，在此期间，相同的时间间隔的记录值的变化量Δt、ΔP、开度的变化值大致相同。供料后期如C阶段所示，温度、电调阀前压力、开度变化值呈现降低的趋势，变化值逐渐趋于0。整个供料期间两个容器的温度差值的变化值不会超过5℃。对记录的参数进行对比分析，若变化值超出了相应状态的范围，则可能是容器壁温度较高的容器出现的堵塞的现象。可以通过将记录的参数的差值通过程序进行对比分析，将结果反馈给运行维护人员采取相应的处理措施。

2.2 自动化设备管理

自动化设备管理，以关系型数据库SQL为例，建立SQL关系型数据库，人工录入或者手动修改之前已经存在的设备信息，数据库中主要包含两个重要的基本表：一个是设备基本表，设备表按由设备型号作为设备这个数据表的主键，并添加所属系统、应在点位、所属设备类型、存放位置、检修时间周期、厂家信息、厂家联系方式等属性；另一个是容器基本表，容器表按由容器号作为容器这个数据表的主键，并添加容器体积、上线时间、工作点位、下线时间、装量和状态等属性。在建立数据库的基础上，通过程序语言对数据库中的设备维修时间间隔进行读取，计算出下一次定期维修时间，并且生成相应的报表提供给相应设备维修负责人。

2.3 点位状态判断

通过读取DCS数据服务器中的点位线路的压力、温度参数、根据不同状态下的所进行的操作，以及所设置的温度、压力区间不同，自动对系统的各个单元进行标签状态。供料单元4个状态：净化、备用、供料、检修装进行标注，除了检修状态是需要人工判断，其余3个状态的参数都有较为明显的分界线[9-10]。

净化状态：供料容器中的工作物质清洁度未达到供入标准，需对容器内部的工作物质通过净化，使之达到工作物质供入的标准。

备用状态：供料容器中的工作物质清洁度已经达到供入标准，随时可以投入生产线使用，与净化状态明显的分界线是没有净化判断。

供料状态：备用状态的供料单元检查后投入生产线工作。检修状态：运行维护人员在现场巡检发现问题或者控制室发现设备参数异常，不能正常使用，即为检修状态。在时间线上，供料容器刚上线为净化状态，之后经过净化判断为备用状态，在之后并入供料为供料状态。在上述3个状态中若设备出现问题都变为检修状态，如图4所示。

供料单元在净化状态时，其特点是每经过固定的时间段会对容器进行净化，其特征参数是单元容器的加热箱温度在20℃～50℃±2℃，气调阀前压力不大于60 kPa，并入供料管线线路阀门处于常闭状态，净化管线阀门在净化时处于打开状态。供料单元在备用状态时，净化操作与净化状态相同，不同点是净化的时间间隔不同以及净化判断合格。供料单元在供料状态时，其特征参数是供料单元加热箱温度在50℃±2℃～80℃±2℃（或50℃±2℃～90℃±2℃），并入供料管线线路阀门处于常开状态，净化管线阀门处于常闭状态。对于厂房内点位和线路判断，在智能化判断点位状态的同时，进一步通过点位状态来得知容器的工作状态，进而在手动录入容器编码的情况下，对各个容器的装载量、工作上下线时间进行分析和标注。

2.4 操作识别

现有供料系统的传感器只能对操作人员的部分操作进行判断，采用DCS数据服务器的操作员阀门开关情况、开关时间间隔以及对管道压力通过程序对比规程中的相应操作参数，自动判别控制室运行人员的操作，提醒可能的错误操作，及时识别错误操作，对错误操作显示报警[11]。

2.5 异常识别

监控系统最重要的是异常判断，供料系统主要异常（按出现频次排序）：阀门通道漏、电伴电流低或烧毁、箱体加热异常、设备异常、管线堵塞、仪表架有漏等异常运行维护的问题，在不改变现场的阀门仪表设备的情况下，通过对DCS系统仪表所采集的模拟信号的值对现场系统部分异常情况进行分析并判断。以供料单元堵塞为例说明，在净化时，阀前压力大致变化如图5所示，管线压力在净化阀门开启瞬间迅速下降，有堵塞的管线中由于工作物质堆积导致管道内压力上升趋势缓慢，而正常通畅管线在压力迅速下降后又开始迅速回升，两者之间压力变化趋势存在明显的差异。

在点位状态判断和操作识别的基础上，使用程序通过对压力斜率计算，根据斜率大小对其进行是否存在有堵的情况判断，进一步提高其识别的准确性，可以通过设定一个压力上升斜率，当低于该值时，即判断有堵。最后将该斜率值直接用于对供料系统供料时的堵塞情况分析。

3 结论

伴随工业生产的自动化程度不断提升，全文对供料系统的自动化监控做了详细技术分析，从自动化监控技术、供料系统主要工作、工作中存在的问题3个方面进行阐述，结合自动化监控技术提出了有关于供料系统自动化监控的方式，可为以后供料系统的自动化监控系统建设提供参考。除此之外，通过大量的应用时间和跟踪记录在对供料厂房完成自动化监控后，通过DCS系统的外部扩展，对DCS所采集的数据进行智能化的分析，进一步提高对厂房内异常的识别，使系统自主完成对异常的处理，从为更好的服务于工业生产运行。