黄磷炉智能容错控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种黄磷炉智能容错控制系统，包括两个单机黄磷炉智能控制系统，各个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机与其执行机构通过RS485通讯方式连接，两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机之间通过RS485通讯方式连接，两个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构之间通过RS485通讯方式连接，使两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机、执行机构之间构成双向环形数据网络，两个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构均通过一硬件开关转换电路与升降控制系统连接，所述硬件开关转换电路用于接收执行机构的控制信号，实现两个单机黄磷炉智能控制系统的输出控制切换。其较好地解决了当前自动化装置可靠性问题。
【专利说明】
黄磷炉智能容错控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及黄磷生产技术领域，特别涉及一种黄磷炉智能容错控制系统。
【背景技术】
[0002]黄磷电炉是黄磷冶炼企业的重点设备，而电冶炼的电能消耗十分巨大，在企业产品生产成本中最高可达75%以上。同时，由于人工操作的技术限制及专注程度，可能导致黄磷冶炼不是处于最佳工况，造成电能的多余消耗。因此，采用新型黄磷电炉智能控制系统，保证黄磷电炉始终处于最佳工况，来达到降低黄磷电炉的能耗，改善黄磷电炉工况的目的。
[0003]从上世纪九十年代末期，国内就开始致力黄磷冶炼生产中的人工手动操作自动化设备的开发和研制，但囿于技术水平的限制和对黄磷炉工艺了解的不足，一直不能投入工厂生产实际使用。直到基于专利号(ZL201520187689)的新型黄磷炉智能控制系统的出现，才基本解决了黄磷冶炼生产的自动化设备实用问题。但由于黄磷炉生产现场的恶劣环境对自动化设备有极强的腐蚀作用，虽然当前使用的新型黄磷炉智能控制系统也在设备可靠性方面做了大量的改善，当前智能控制系统也只能延长自动化设备使用寿命到一年左右，而黄磷冶炼是24小时不间断过程，当受黄磷炉生产现场的恶劣环境影响致自动化设备损坏，就会影响整个黄磷冶炼工艺，给工厂生产造成损失。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种黄磷炉智能容错控制系统，避免了某个部件出现故障导致整个自动化冶炼系统完全不能工作的情况，既可较好解决黄磷炉自动化控制问题，又可在当前使用的单机黄磷炉智能控制系统出现故障时，实时不停机的自动转为备用单机黄磷炉智能控制系统进行控制，较好地解决了当前自动化装置可靠性问题，并成功运用于黄磷电炉冶炼企业，且本系统智能化程度高，大大及降低工人劳动强度，且更节能，可靠，使用寿命长。
[0005]本实用新型的技术方案是:一种黄磷炉智能容错控制系统，包括两个单机黄磷炉智能控制系统，各个单机黄磷炉智能控制系统均包括主控计算机和执行机构，各个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机与其执行机构之间建立通讯连接，各个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构用于接收手动命令输入以及数据采集单元采集的黄磷炉的电极运行参数，并将采集到的电极运行参数传递给主控计算机，主控计算机用于接收电极运行参数，输出相应控制指令给执行机构;两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机之间建立通讯连接，两个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构之间建立通讯连接，使两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机、执行机构之间构成双向环形数据网络，通过该环形数据网络的数据交换，相互监测该环形数据网络内各个智能控制部件是否运行正常，并在监测到运行异常后自动启动系统转换;两个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构均通过一硬件开关转换电路与升降控制系统连接，所述执行机构用于接收主控计算机的控制指令，输出控制信号经硬件开关转换电路和输出控制电路传递给升降控制系统，控制电极的运动状态。
[0006]各个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机与其执行机构之间通过RS485通讯方式连接，两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机之间通过RS485通讯方式连接，两个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构之间通过RS485通讯方式连接。
[0007]所述硬件开关转换电路用于接收执行机构的控制信号，实现两个单机黄磷炉智能控制系统的输出控制切换。黄磷炉智能容错控制系统还包括用于给两个单机黄磷炉智能控制系统供电的电源。所述电源采用冗余热备份电源。当冗余热备份电源中某个电源单元发生故障时，另一个处于热备份的单元立刻向两个单机黄磷炉智能控制系统供电。冗余热备份电源中的故障监测单元发出报警信号通知主控计算机。
[0008]单机黄磷炉智能控制系统的执行机构用于监测其单机内非智能控制部件是否运行正常，若发现故障通知本单机黄磷炉智能控制系统的计算机并由本计算机通过双向环形数据网络通知备用单机黄磷炉智能控制系统自动启动系统转换。非智能控制部件包括数据采集单元、输出控制电路等。
[0009]所述系统转换可以为在两个单机黄磷炉智能控制系统之间的转换。
[0010]所述系统转换也可以为在两个单机黄磷炉智能控制系统的某个部件之间的转换，两个单机黄磷炉智能控制系统的某个部件之间的转换时，单独切除了故障部件，通过系统之间的环形数据网络和硬件开关转换电路重新互联构成新的黄磷炉智能控制系统。
[0011]所述执行机构连接有异常警告系统，所述异常警告系统用于接收报警监测系统的信号，进行异常警告提示。
[0012]两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机均通过网络转换器与多台远程监控计算机连接。
[0013]两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机均可通过网络转换器与多台远程监控计算机连接，从而构成远程DCS控制系统，进一步拓展其功能。所述网络转换器为工业以太网协议转换器。
[0014]所述执行机构采用可编程逻辑控制器PLC。
[0015]黄磷炉智能容错控制系统还包括主控操作台，主控操作台设有手动控制电极升降的开关、手动/自动转换开关、自动模式启动开关以及用于选择运行的单机黄磷炉智能控制系统的选择开关，这些指令输入开关均与两个执行机构连接，以便在黄磷冶炼出现异常时，人工能及时干预。
[0016]所述主控计算机主要根据当前黄磷炉况，确定相应电极运动以达到最优冶炼模式，改善炉况，达到节能目的，同时，也用于运行状态显示、电极异常提示以及系统故障提不O
[0017]本实用新型的有益效果是:本发明将两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机之间通过RS485通讯方式连接，两个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构之间通过RS485通讯方式连接，使两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机、执行机构之间构成双向环形数据网络，通过该环形数据网络的数据交换，相互监测该环形数据网络内各个智能控制部件是否运行正常，并在监测到运行异常后自启动系统转换，自动完成将故障的单机黄磷炉智能控制系统向备份的单机黄磷炉智能控制系统的转换;两个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构均通过一硬件开关转换电路与升降控制系统连接，所述硬件开关转换电路用于接收执行机构的指令信号，实现两个单机黄磷炉智能控制系统的输出控制切换，这样构成的新型黄磷炉智能容错控制系统，既可较好解决黄磷炉自动化控制问题，又可在当前使用的单机黄磷炉智能控制系统出现故障时，实时不停机的转为备用单机黄磷炉智能控制系统进行控制而不影响工厂生产。单机黄磷炉智能控制系统自动检测本机故障情况和环形数据网络与其相连接的相邻智能部件的故障情况，并自动切除故障部分，不间断转向备用的系统或部件继续运行。
[0018]两个单机黄磷炉智能控制系统控制的目标都是相同的，即负责黄磷炉电极的运动控制。因此，新型黄磷炉智能容错控制系统运行时，只有当前运行的单机黄磷炉智能控制系统的控制输出有效，而备用的单机黄磷炉智能控制系统的输出是不允许的，故在新型黄磷炉智能容错控制系统中增加硬件开关转换电路，来实现两个单机黄磷炉智能控制系统的输出控制切换。
[0019]由于计算机及PLC都是智能设备，具有错误诊断能力，一旦这些智能设备诊断出某个部件故障，通过环形数据通讯链路传播到其它各智能设备，通过交叉比对判断，确定故障部件单元位置，实时转换到另一个无故障的系统以保证黄磷电炉容错智能控制系统正常运行而不受故障单元影响。
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】作进一步的说明。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的电路原理框图。
【具体实施方式】
[0022]参见图1，一种黄磷炉智能容错控制系统，采用热备份双套平行控制结构，包括主控操作台和两个单机黄磷炉智能控制系统。各个单机黄磷炉智能控制系统均包括主控计算机和执行机构，所述执行机构采用可编程逻辑控制器PLC。各个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机与其执行机构通过RS485通讯方式连接，各个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构用于接收手动命令输入以及数据采集单元采集的黄磷炉的电极运行参数，并将采集到的电极运行参数传递给主控计算机，主控计算机用于接收电极运行参数，输出相应控制指令给执行机构;两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机之间通过RS485通讯方式连接，两个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构之间通过RS485通讯方式连接，使两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机、执行机构之间构成双向环形数据网络，通过该环形数据网络的数据交换，相互监测该环形数据网络内各个智能控制部件是否运行正常，并在监测到运行异常后自启动系统转换;两个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构均通过一硬件开关转换电路与升降控制系统连接，所述执行机构用于接收主控计算机的控制指令，输出控制信号经硬件开关转换电路和和输出控制电路传递给升降控制系统，控制电极的运动状态，所述硬件开关转换电路用于接收执行机构的控制信号，实现两个单机黄磷炉智能控制系统的输出控制切换。电极运行参数包括电极运动与停止、上升与下降、当前位置、运动速度快慢、极限位以及电极电流和电压等。本实施例的升降控制系统采用变频控制方式工作。每根电极的升降由一台变频器的输出控制，这样通过对变频器正反转控制实现电极的升降；通过改变变频器的输出频率实现电极升降的速度控制。
[0023]所述主控操作台设有手动控制电极升降的开关、手动/自动转换开关、自动模式启动开关以及用于选择运行的单机黄磷炉智能控制系统的选择开关，这些开关均与两个执行机构连接，以便在黄磷冶炼出现异常时，人工能及时干预。
[0024]单机黄磷炉智能控制系统的执行机构用于监测其单机内非智能控制部件是否运行正常，若发现故障通知本单机黄磷炉智能控制系统的计算机并由本计算机通过双向环形数据网络通知备用单机黄磷炉智能控制系统自动启动系统转换。非智能控制部件包括数据采集单元、输出控制电路等。
[0025]所述系统转换可以是两个单机黄磷炉智能控制系统之间的转换也可以是两个单机黄磷炉智能控制系统的某个部件之间的转换，两个单机黄磷炉智能控制系统的某个部件之间的转换时，单独切除了故障部件，通过系统之间的互联网络和相应硬件开关转换电路重新互联构成新的黄磷炉智能控制系统。
[0026]所述执行机构的输出端连接有异常警告系统，所述异常警告系统用于接收执行机构的报警信号，进行异常警告提示。
[0027]两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机均通过网络转换器与多台远程监控计算机连接。所述网络转换器为工业以太网协议转换器。
[0028]本黄磷炉智能容错控制系统是基于专利号为ZL201520187689的黄磷电炉智能控制系统发展起来的新型黄磷炉智能容错控制系统，其由两个独立单机黄磷炉智能控制系统组成，每个单机黄磷炉智能控制系统具有独立自动控制电极升降、数据采集及故障诊断，每个单机黄磷炉智能控制系统都可独立完成黄磷炉自动控制和智能冶炼，两个独立单机黄磷炉智能控制系统的智能单元(计算机和PLC)通过RS485通讯链路构成双向环形网络，相邻的智能单元相互通讯，以判定其相邻智能单元是否正常。若选择的单机黄磷炉智能控制系统正常，则相应执行机构通过硬件开关转换电路直接控制电极控制系统;若系统出现故障，则启动当前系统向备用的单机黄磷炉智能控制系统转换，由备用单机黄磷炉智能控制系统的执行机构通过硬件开关转换电路直接控制电极控制系统。这些转换分为两个层面:一是在两个单机黄磷炉智能控制系统相互之间的转换;二是单独切除故障部件，通过系统之间的互联网络和相应硬件开关转换电路重新互联构成新系统实现容错。这样所有部件都以“热备份”形式构成新型黄磷炉智能容错控制系统，避免了某个部件出现故障导致整个自动化冶炼系统完全不能工作的情况，而这样的新型黄磷炉智能容错控制系统在当前黄磷炉冶炼环境是非常有必要的。两个独立系统可以通过数据通讯链路、转换控制电路连接，构成一个完整的黄磷炉容错智能控制系统。
[0029]本发明的主控操作台中间12个蘑菇头按钮为手动控制六电极升降的带灯按钮，当系统处于手动运行状态时(手动/自动模式通过左起第5个选择开关(手/自动切换)选择)，按下其中的任一按钮，相应电极将会开始升/降的运动，并且按钮自身被点亮发光，松开按钮，电极停止停止，按钮灯熄灭，手动模式不需要任何计算机及运算处理设备，是最原始的工作模式，命令直接通过按钮执行；当手动/自动选择开关拨到自动位时，系统即进入在线手动模式，在线手动模式是由计算机模拟的手动模式，操作和手动模式保持一致，此时如果再点击一下左起第6个按钮(运行)，系统即开始对六根电极进行自动控制。在电极处于自动运行状态时，如果任意按下一根自动运行电极的手动升/降按钮，该电极立刻变为在线手动控制模式，不再受计算机自动控制，而其余电极保持自动控制不变，如需再次转为自动控制，再按一次运行按钮即可。手动/自动运行状态在计算机屏幕上有对应的显示，程序界面的排列方式和操作台上的电极升降控制按钮是一一对应，操作人员可以很直观的观察到。操作台左侧键盘为预留炉变控制按钮，即黄磷炉变压器分合闸控制按钮及指示灯，对应上部显示面板是预留变压器报警光字牌及一次侧电参模拟指针表，右侧键盘是为油栗及冷却栗等设备预留的启停控制带灯按钮，右侧显示面板为二次侧电压和电流模拟指针表。所有模拟指针表所显示参数在中间显示面板的显示器上均有显示，系统保留有纯手动控制模式，和自动系统完全独立，借助模拟指针表和手动控制按钮，操作人员可以在自动系统异常时，保持黄磷炉的正常生产。
[0030]主控计算机系统环境为windows XP，通过运行黄磷炉专用控制程序实现控制功能，负责黄磷炉自动运行的所有数据运算及命令发布，主程序采用VC++编写，由主程序文件和参数配置文件两部分组成，用户通过更改配置文件的关健值可以调整程序运行的各种参数。主程序通过控制计算机与执行机构的RS485数据链路建立双向环形通讯网络，波特率为19200，数据格式为8个数据位，一个停止位，偶校验。通讯协议使用自定义协议，协议结构为主从询问模式，在系统刚开始运行时，每个智能控制部件相互之间发生交换数据来确认相应设备是否正常，同时单机黄磷炉智能控制系统也诊断其单机系统内的其它非智能控制单元部件是否正常，若一切正常，则按选中的单机黄磷炉智能控制系统采用专利号为ZL201520187689的控制方式运行。在运行过程中，若某部件诊断出现故障，其通过智能环形通讯网通知备用系统转换，同时停用当前单机黄磷炉智能控制系统，并报警通知操作人员。
[0031]主程序正常运行时，界面上半部分为黄磷炉电极电流的动态实时曲线，设定值为绿色，实际值为红色，这样可以方便操作人员观察电炉的大致运行状况;程序界面的下半部分为数据图表区，提供了黄磷炉一次二次的所有电参显示和电极异常报警、系统故障报警等警示信息的显示。程序界面的最下面部分为预留的手动操作虚拟按钮，可使用鼠标进行电极的升降控制，本按钮功能等同于系统控制台上的手动升降按钮。
[0032]主程序有自动报表记录功能和自动定时打印报表功能，该功能可由配置文件进行控制开启，开启后主程序自动记录包括所有电参及手/自动状态等运行参数，每15分钟记录一次，8小时保存一次并调用默认打印机自动打印，以EXCEL表格形式保存，文件名为当天年/月/日/时/分，方便用户查询系统运行状态。
[0033]主程序还带有数据远传功能，支持远程监控。接口支持RS485总线和工业以太网。通讯协议支持MODBUS TCP^MODBUS RTU或自由定制。
[0034]本系统的工作原理:
[0035]1.开机时系统选择:操作台上设有一选择开关，选择首先运行的单机黄磷炉智能控制系统。两个单机黄磷炉智能控制系统没有主次之分，当前使用哪个单机黄磷炉智能控制系统由操作台上开关来确定。
[0036]2.正常使用时，一个单机黄磷炉智能控制系统作为当前控制系统正常运行，另一个单机黄磷炉智能控制系统作为备用系统待命，并监视当前使用单机系统工作正常与否，一旦当前使用单机系统出现故障，备用的单机黄磷炉智能控制系统屏蔽故障系统，自动启动黄磷炉自动升降控制。
[0037]3.单机系统内部的非智能单元的故障(如电参数采取单元故障、电路故障、电源故障等)诊断由单机故障诊断软件完成，并通过环形通讯网络通知备用单机黄磷炉智能控制系统进行转换；
[0038]4.当去运行的单机黄磷炉智能控制系统确定后，其对应的输出控制也确定下来了，启动相应硬件开关转换电路实现与运行的单机黄磷炉智能控制系统一致输出控制。
[0039]5.环形数据网络既可判定相邻智能部件是否正常，也可把单机黄磷炉智能控制系统内部的其它非智能单元故障检测后通知备用单机黄磷炉智能控制系统。通过系统内智能设备的双向数据通讯链路通讯的异常判定哪个智能设备出现故障;然后又由智能设备来确定外围输入输出设备及其它硬件单元是否正常。一旦当前使用系统出现任何故障，都自动转换到备用的系统不间断的连续运行。
[0040]本系统较好地解决了黄磷电炉自动化装置在黄磷电炉冶炼黄磷生产过程中实用性问题，具有良好的社会效益和经济效益。
【主权项】
1.一种黄磷炉智能容错控制系统，其特征在于:包括两个单机黄磷炉智能控制系统，各个单机黄磷炉智能控制系统均包括主控计算机和执行机构，各个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机与其执行机构之间建立通讯连接，各个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构用于接收手动命令输入以及数据采集单元采集的黄磷炉的电极运行参数，并将采集到的电极运行参数传递给主控计算机，主控计算机用于接收电极运行参数，输出控制指令给执行机构;两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机之间建立通讯连接，两个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构之间建立通讯连接，使两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机、执行机构之间构成双向环形数据网络，通过该环形数据网络的数据交换，相互监测该环形数据网络内各个智能控制部件是否运行正常，并在监测到运行异常后自启动系统转换；两个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构均通过一硬件开关转换电路与升降控制系统连接，所述执行机构用于接收主控计算机的控制指令，输出控制信号经硬件开关转换电路传递给升降控制系统，控制电极的运动状态，所述硬件开关转换电路用于接收执行机构的控制信号，实现两个单机黄磷炉智能控制系统的输出控制切换。2.根据权利要求1所述的黄磷炉智能容错控制系统，其特征在于:单机黄磷炉智能控制系统的执行机构用于监测其单机内非智能控制部件是否运行正常，若发现故障通知本单机黄磷炉智能控制系统的计算机并由本计算机通过双向环形数据网络通知备用单机黄磷炉智能控制系统自动启动系统转换。3.根据权利要求1或2所述的黄磷炉智能容错控制系统，其特征在于:所述系统转换为在两个单机黄磷炉智能控制系统之间的转换。4.根据权利要求1或2所述的黄磷炉智能容错控制系统，其特征在于:所述系统转换为在两个单机黄磷炉智能控制系统的某个部件之间的转换，两个单机黄磷炉智能控制系统的某个部件之间的转换时，单独切除了故障部件，通过系统之间的环形数据网络和硬件开关转换电路重新互联构成新的黄磷炉智能控制系统。5.根据权利要求1所述的黄磷炉智能容错控制系统，其特征在于:所述执行机构连接有异常警告系统，所述异常警告系统用于接收执行机构的信号，进行异常警告提示。6.根据权利要求1所述的黄磷炉智能容错控制系统，其特征在于:两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机均通过网络转换器与多台远程监控计算机连接。7.根据权利要求1所述的黄磷炉智能容错控制系统，其特征在于:各个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机与其执行机构之间通过RS485通讯方式连接，两个单机黄磷炉智能控制系统的主控计算机之间通过RS485通讯方式连接，两个单机黄磷炉智能控制系统的执行机构之间通过RS485通讯方式连接。
【文档编号】G05B19/04GK205540066SQ201620321557
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】夏志雄, 饶龙彪
【申请人】重庆欣黎和工业自动化设备有限公司