科技创新
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罐式煅烧炉自动调温控制系统的实现
web应用防护系统
郭瑞迎
（济南澳海炭素有限公司，山东 平阴 250400）
摘要：本文首先分析了罐式煅烧炉的数学模型，合理地设计一套罐式煅烧炉自动调温控制系统，主要介绍此系统的组成结构，通过MATLAB 软件对温度信号曲线函数进行拟合，基于西门子SIMATICS7-300编程实现自动调温控制，实现整个系统的组态画面，最后总结罐式煅烧炉自动调温控制系统的实际应用与效益评价。
关键词：罐式煅烧炉；自动调温控制；MATLAB 仿真；组态画面
传统的煅烧炉一般有7到10年的使用寿命，但是应为产品质量和操作不当等问题，有很多煅烧炉在使用短短三四年之内就有可能损坏。煅烧炉的维修需要大量的时间和金钱，因此，需要不断地对煅烧炉质量和性能进行改性，提升煅烧炉的使用寿命。罐式煅烧炉是国内使用广泛的一种煅烧炉，目前正在朝着机械化、大型化、自动化、安全环保的方向快速发展。 将自动控制技术与罐式煅烧炉相结合，可以大大提高煅烧炉的工作效率和使用寿命。罐式煅烧炉自动调温控制系统利用PLC 编程控制西门子SIMATICS7-3
00进行调温控制，由传感器探测温度，利用算法自动控制风门的开启程度，通过调节空气量实现调温控制。 1 罐式煅烧炉数学模型
通过建立罐式煅烧炉的数学模型，可以计算出罐式煅烧炉的具体参数，分析其质量和性能。建立罐式煅烧炉需要用到质量守恒方程：（1）动量守恒方程；（2）能量守恒方程；（3）和组分方程等。
其中组分方程用于描述燃烧反应。
2 罐式煅烧炉自动调温控制系统设计 2.1 系统结构
罐式煅烧炉自动调温控制系统利用PLC 编程控制西门子SIMATICS7-300进行调温控制，SIMATICS7-300可以直接接受传感器的信号，并对不同类型的信号进行处理。西门子SIMATICS7-300系列支持多种编程语言，本文采用PLC 编程对其进行控制，可以计算大量繁琐的公式，得出最优解，对数据敏感记忆，避免数据重复使用。将算法直接植入到SIMATICS7-300中，可以有效提高编写的效率，并且降低之后调试的难度。图1为罐式煅烧炉自动调温控制系
统的结构图。
图1 罐式煅烧炉自动调温控制系统结构图
2.2 温度信号MATLAB 曲线函数拟合 图2为温度信号MATLAB 曲线函数拟合图，从MATLAB 曲线函数中可以看到光电温度传感器送输出的毫伏信号和温度信号呈非线性关系。一般传感器自带的产品规格书中会提供具体的分度对应表。根据二维查算法处理毫伏和温度信号之间的转换，该方法效率不高，CPU 需要耗费较长的时间进行扫描。为了提高系统性能，本系统使
用MATLAB 函数拟合的功能拟合出毫伏信号和温度信号之间的曲线函数。只需将商家提供的温度转换成分度输入到MATLAB 中，确定选取曲线类型，MATLAB 软件就会自动拟合出曲线，并输出拟合出的函
数表达式。  图2 温度信号MATLAB 曲线函数拟合
假设x 为传感器转换的毫伏信号，y 为温度信号，MATLAB 通过
曲线函数拟合得出的表达式为：。 使用MATLAB 函数拟合的功能拟合出毫伏信号和温度信号之间的曲线函数可以高效准确的得到毫伏信号和温度信号之间的对应值，大大缩短了CPU 的扫描时间，提升了系统的效率。 2.3 编程分析
本系统采用西门子SIMATICS7-300编程实现自动调温控制。PLC 是可编程序的存储器，可以于小型PLC 或单片机中储存代码指令，是以通过数学的输入/输出模型来控制整个自动化系统的生产过程。和其他编程语言相比，PLC 具有成本低、功能强、速度快、可靠性高、设计简单和易于安装等诸多优点。
西门子SIMATICS7-300是一种小型PLC，它具有结构紧凑、扩展性好、指令功能强大和价格成本低等优势，非常适用于机械自动化系统。西门子SIMATICS7-300内置算法和公式实现毫伏信号和温度信号的模拟转换，有搜索功能和数据库存储功能，可以对重复的代码进行批量处理。 2.4 组态画面
为了直观了解系统相关信息和对系统进行控制，需要直观的可视化页面对其进行管理。罐式煅烧炉自动调温控制系统采用WINCC 动态软件，SQL 数据库对历史数据进行保存，基于H5、CSS 建立可视化页面。页面展示了罐式煅烧炉的每一个罐在某一时刻的温度信息、压力信息等等，便于检测罐式煅烧炉的自动化情况，如有异常可以实施远程操控。
从组态画面中可以记录历史的温度信号和毫伏信号的曲线函数，具备打印功能，可将函数图打印出来便于分析。
本系统对报表功能进行了优化，系统中插入了VBA 脚本和officeWebComponent 组件，可以根据班次、天、月份、自定义时间等不同时间范围进行搜索，并自动生成记录表，便于打印。本次优化节约了时间和人力，提升了数据准确度。
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Technological Innovation
14《华东科技》
DCS 系统工控安全产品的应用现状，提出了一套相对完整的、可实施性高的DCS 系统网络安全防护方案，系统如图2所示，其应具备
以下功能：
图2 火电厂DCS 系统安全防护系统结构图
3.1 部署安全管理中心
DCS 系统网络安全管理中心应包含以下功能：（1）具备统一管理平台，用于管理DCS 系统工控安全设备，包括审计日志、分析事件行为、统一配置设备参数；（2）部署网络入侵检测装置，能够识别各类网络攻击行为，对局域网内的恶意网络入侵行为、异常流量进行识别并告警；（3）部署DCS 日志审计系统，满足DCS 系统日志收集与审计的需求，实时将工业控制网络中不同厂商的网络设备、安全设备、服务器、操作员站、数据库系统的日志信息，进行统一地收集、处理和关联分析，帮助管理人员从海量日志中迅速、精准地识别安全事件，及时对安全事件进行追溯或干预，并保存不低于6个月的数据；（4）网络运行监控，实现对网络链路、安全设备、网络设备、上位机等运行设备的集中监控，支持设备节点的故障报警功能。 3.2 部署边界防护装置
系统不同区域（各机组之间、各机组和公用之间）进行划分和
隔离，在不同系统（如DCS 与SIS 系统）之间通过防火墙等硬件进行隔离。防火墙应支持工控协议深度解析，具备 OPC 深度包解析功能，可抵抗来自应用服务的攻击。 3.3 部署安全计算环境
部署主机防护和加固软件，对每台计算机进行主机加固，并有统一的平台进行管理。实现DCS 系统计算
机身份鉴别、访问控制、恶意代码防范等功能，同时启用操作系统自身的安全策略，实现操作系统自身安全性的提升和审计、记录。主机防护和加固软件包含病毒查杀、主机加固和应用程序白名单功能。应用程序白名单功能可对工控主机外设端口进行管控，避免控制系统因移动存储介质的随意使用感染恶意代码，或引起关键信息的扩散。 3.4 部署备份、恢复系统
实现对DCS 系统组态及重要数据的实时备份，并可通过备份文件在线恢复系统。备份恢复软件支持磁盘备份恢复，支持异机恢复功能。 4 结语
上述DCS 系统网络安全防护方案已在大型火电厂得到了实际应用，使DCS 系统具备安全审计、主机加固、边界防护等功能。值得注意的是，由于DCS 系统的特殊性，在已投运火电机组加装DCS 安全防护系统时，应通过DCS 系统制造商兼容性测试。新建机组和改造机组的DCS 系统，应将安全防护系统与DCS 同时设计，同时施工，同时投入。 参考文献：
[1]GB_T_22239-2019 信息安全技术网络安全等级保护基本要求[S]. [2]国能安全[2015]36号 电力监控系统安全防护总体方案.
[3]陈夏裕，袁键，章明飞，范海健.等保2.0背景下智能水务工控网络信息安全方案的设计[J].电子技术与软件工程,2019(23):196-197.
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图2 I/O 点分配接线图
4 结语
通过上述结论可以得出，采用PLC 可编程程序控制系统进行压缩空气净化系统的制造，能够极大程度上改善原有设备的质量与体积，并且内部系统的性能呈现上升趋势，装置设备的耐用性增强，提高产品的使用周期，变向的提高了企业的经济效益。除此之外，降低了装置内部的安全隐患，维修与保养变得简洁方便，提高了该产品的市场潜力，具有极强的广泛使用市场。 参考文献：
[1]乔冬青，闫孝姮.基于S7-1200 PLC的矿用电缆卷放车自动控制系统设计[J].能源与环保,2021.
[2]李跃鹏，胡上国，雷霖.自动化专业PLC控制技术课程设计实例[J].实验技术与管理,2021.
[3]霞，李松青.基于PLC的镀槽温度控制系统设计[J].机械与电子, 2021.
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通过以上分析可以发现，在热力系统中应用自动化控制系统是有促进意义的，能够完成设备的自动监测及流程控制。对故障进行自动诊断并完成警报处理，起到保护作用，实现热力系统的稳定运行。 5 结语
在城市发展中，供热系统对居民居住环境影响十分重要。为了实现供热系统更高效的运行，技术人员在自动化控制系统上进行了深入的研究。对供水温度、循环泵、补水泵进行科学的控制和调节，实现热力系统的自动化发展，在热力行业中起到重要的推进作用。
参考文献：
[1]潘晓峰.热力站自动化控制系统的设计与实现[J].自动化与仪表, 2011(6):33-35.
[2]韩华.关于供热系统中自动化控制的改进研究[J].城市建设理论研究：电子版 2015(19).
[3]李岭.阳城电厂自动加氨控制系统的设计改造[D].太原理工大学学报编辑部,2008.
[4]吴宝芬.浅谈自动化控制在供热系统中的应用[J].建筑工程技术与设计,2014(4).
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系统中内置报警功能，如果分析出罐式煅烧炉的运行异常，则发出警报提醒工作人员对其进行处理。系统会自动将本次报警记录到数据库中，生成日志便于工作人员分析具体异常的情况。 3 实际应用与效益评价
采用大型罐式煅烧炉进行生产50万吨煅后焦，可比传统煅烧工艺节约2万吨左右的石焦油烧损，直接可节约成本将近5000万左右，且环保效益约600万。目前，罐式煅烧炉已经广泛应用于国内外的
煅烧工艺中，大幅度提升了煅烧工艺的生产效率和煅烧炉质量，并逐步向大型化和自动化的方向发展，弥补了传统煅烧工艺的诸多缺陷。 参考文献：
[1]李浩，闫红杰，周孑民，等.阳极焙烧炉火道数值模拟研究[J].轻金属, 2010(1):43-45+50.
[2]李圣华.石墨电极生产[M].北京：冶金工业出版社,1997．
[3]姚广春.冶金炭素材料性能及生产工艺[M].北京：冶金工业出版社, 1992．

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