UDK 621.77.014.2:681.5 ISSN 1318-0010Izvirni znanstveni ~lanek KZLTET 33(5)305(1999)

A. JAKLI^ ET AL.: DALJINSKI NADZOR POTISNE PE^I

DALJINSKI NADZOR POTISNE PE^I

REMOTE MONITORING OF PUSHER-TYPE FURNACE

Anton Jakli~1, Toma` Kolenko2, Branislav Glogovac1

1In{titut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana2Univerza v Ljubljani, NTF - Oddelek za materiale in metalurgijo

Prejem rokopisa - received: 1999-07-20; sprejem za objavo - accepted for publications: 1999-07-26

Razvili smo daljinski nadzor potisne pe~i. Za komunikacijo smo se poslu`ili industrijskega ethernet omre`ja s splo{nim TCP-IPkomunikacijskim protokolom. Simulacijski eksperiment deluje v okolju Linux. Poleg merljivih veli~in omogo~a izra~unnemerljivih veli~in v realnem ~asu. Podrobneje je prikazan diagram poteka simulacijskega eksperimenta, njegova umestitev narealni objekt in datoteke, ki so na voljo za grafi~ni prikaz rezultatov v realnem ~asu.

Klju~ne besede: daljinski nadzor, simulacije, potisna pe~, TCP-IP, Linux

A remote monitoring of pusher-type furnace was developed. Communication is based on industrial ethernet network systemunder TCP-IP communication protocol. Simulation experiment works under UNIX-Linux enviroment and allows alsocalculations of non-measurable values in real-time. The emphasis in the paper is on: the flow chart of simulation experiment, itsadoption on real object and the using of files for real-time graphical presentation.

Key words: remote monitoring, simulation, Pusher-Type Furnace, TCP-IP, Linux

1 UVOD

V industriji se vse bolj uveljavljajo sodobni na~ininadzora nad procesi. Eden tak{nih pristopov je tudidaljinski nadzor nad procesi. Ta omogo~a spremljanjemerilnih in nemerljivih veli~in procesa na daljavo. Prispremljanju nemerljivih veli~in je dodatno potreben {ematemati~ni model, ki deluje v realnem ~asu. Sprva sobile za tak na~in nadzora uporabljene standardiziraneindustrijske serijske povezave (RS-422, RS-485, ipd.),katerih slabosti so bile predvsem nizka podatkovna

prepustnost, ob~utljivost na elektromagnetne motnje inprostorska omejenost, dolo~ena s standardom. Zrazmahom uvajanja ra~unalni{kih Ethernet omre`ij vindustrijske obrate pa se vse bolj uveljavlja tudi njihovauporaba v namene daljinskega nadzora procesov.Prednosti teh omre`ij so predvsem: velika podatkovnaprepustnost, neob~utljivost na elektro magnetne motnje,~e gre za opti~ne povezave, neomejena raz{irljivost,vklju~itev v globalno internet omre`je in mo`nostuporabe splo{nih mre`nih komunikacijskih protokolov(TCP-IP).

KOVINE, ZLITINE, TEHNOLOGIJE 33 (1999) 5 305

izenaèevalnacona

ogrevnacona

predgrevnacona

Slika 1: Potisna pe~Figure 1: Pusher-type furnace

V prispevku `elimo opisati daljinski nadzor potisnepe~i (slika 1), ki smo ga razvili za `elezarno S@ @JAcroni na Jesenicah. Za u~inkovit nadzor tega procesa jezelo pomembno poznavanje nemerljivih veli~in, kot so:temperaturno polje posamezne plo{~e, akumuliranatoplota in trenutni izkoristek. Zato je pri nadzorupotreben zahteven matemati~ni model.

2 OPIS SIMULACIJSKEGA EKSPERIMENTA

Za osnovo simulacijskega eksperimenta smouporabili algoritme iz `e razvitega enodimenzionalnegasimulacijskega eksperimenta za to pe~. Te algoritme smoraz{irili na dve prostorski dimenziji in jih prilagodili zadelovanje v okolju Unix-Linux2,3. Za to okolje smo seodlo~ili, ker obravnavamo ra~unsko zelo zahtevenproces, ki deluje v realnem ~asu, zato je hitrostizra~unavanja za pravilno delovanje izredno pomembna.Poleg hitrosti pa se uporabljeno okolje odlikuje tudi zdobro mre`no podporo in zagotavlja stabilno delovanjeeksperimenta.

Diagram poteka simulacijskega eksperimenta jeprikazan na sliki 2. Simulacijski eksperiment vseskozideluje v zanki. Na za~etku se inicializirajo vse spremen-ljivke. Ker model ne poseduje podatkov o plo{~ah, ki so

trenutno zalo`ene v pe~i, pe~ napolnimo s plo{~amipovpre~nih dimenzij in kvaliteto, ki ustreza temperaturiv izena~evalni coni.

Nato program primerja zadnjo uporabljeno datoteko spravkar prene{eno datoteko. ^e gre za enaki vsebiniobeh datotek, potem na stre`niku {e ni novih meritev,zato program po~aka ~as td in znova preveri vsebinidatotek. Po ugotovitvi, da gre za nove merilne vrednostisledi zajem merilnih vrednosti. Iz teh podatkov programugotavlja, ali je pri{lo do pomika. ^e ni pri{lo do pomikase izvede simulacija ogrevanja za ~as med dvemameritvama tvz. Sicer pa se izvede najprej simulacijaogrevanja za ~as od zadnje meritve in do pomikatpred-pomikom, sledi simulacija pomika plo{~ v pe~i in nato{e simulacija ogrevanja za ~as od pomika do zadnjemeritve tpo-pomiku. Nato preverimo, ~e je pri{lo do vpisapodatkov o na novo zalo`eni plo{~i pred pe~jo in jih, ~eje do njega pri{lo, vpi{emo. Sledi pripis izmerjeneza~etne temperature plo{~i, ki se nahaja pod opti~nimpirometrom pred pe~jo. Iz rezultatov dobljenih ssimulacijo izra~unamo trenutno kemijsko toploto goriva,trenutno akumulirano toploto goriva in trenutniizkoristek pe~i. Sledi zapis rezultatov v datoteke in ~e nizahteve za kon~anje simulacije, se zanka se ponovi.

3 UMESTITEV EKSPERIMENTA NA REALNIOBJEKT

Umestitev simulacijskega eksperimenta v industrij-sko ra~unalni{ko omre`je prikazuje slika 3. Merilnevrednosti iz potisne pe~i zajemajo programski logi~nikrmilniki (PLC), ki so preko Token pass line (TPL)omre`ja povezani z glavnim procesnim ra~unalnikom, nakaterem se zbirajo merilne vrednosti iz celotne valjarne.Vzor~enje se dogodi vsakih 60s. Glavni procesnira~unalnik je povezan v lokalno Ethernet omre`jeAcroni. Preko tega omre`ja do merilnih vrednostidostopa ekspertni sistem potisne pe~i. Prenos podatkovse vr{i s programom FTP, ki ga podpira uporabljeniTCP-IP mre`ni protokol. Sam prenos podatkov potekatako, da na ra~unalniku z ekspertnim sistemom delujeprogram, ki v presledkih po npr. 20s s programom FTPpreko internet omre`ja prenese datoteko z merilnimivrednostmi na ra~unalnik, na katerem te~e simulacijskieksperiment. V datoteki z merilnimi vrednostmi senahaja 37 merilnih vrednosti in podatki o zadnji vpisaniplo{~i ter ~asu zadnjega pomika.

Zasnovali smo sistem s centralnim ra~unalnikom, nakaterem zaradi ra~unske intenzivnosti deluje lesimulacijski eksperiment potisne pe~i, rezultati pa seshranjujejo na datoteke. Tako ta ra~unalnik deluje kotstre`nik za datoteke z rezultati, ki je povezan v obstoje~eEthernet omre`je `elezarne. Do teh datotek pa dostopajoprogrami za grafi~ni prikaz rezultatov. Za prenospodatkov uporabljamo splo{ni mre`ni protokol TCP-IP,kar nam zagotavlja splo{no povezljivost razli~nihoperacijskih sistemov, ki podpirajo ta protokol. Grafi~ni

A. JAKLI^ ET AL.: DALJINSKI NADZOR POTISNE PE^I

306 KOVINE, ZLITINE, TEHNOLOGIJE 33 (1999) 5

Zaèetek

Preverièe so novi

podatki

Napolni peè

Èakaj td

Zajemi meritve

Preverièe je prišlo do

pomika Simulacija (t )Pred_pomikom

Izvedi pomik

Simulacija (t )Po_pomiku

Vpiši novo plošèo

Simulacija (t )vz

Ali je vpisananova plošèa?

Izpisi rezultatov v datoteke

NE

DA

DA

NE

DA

NE

Konec

Konecsimulacije

DA

NE

Vpiši zaèetno temperaturo

Izraèunaj kemijsko toploto gorivain trenutni izkoristek peèi η

Slika 2: Diagram poteka simulacijskega eksperimentaFigure 2: Flow chart of simulation experiment

A. JAKLI^ ET AL.: DALJINSKI NADZOR POTISNE PE^I

KOVINE, ZLITINE, TEHNOLOGIJE 33 (1999) 5 307

Ethernet

report.txt naraèunalnikuz ekspertnimsistemom

Simulacijana NTF vLjubljani

α

Slika 3: Vklju~itev simulacijskega eksperimenta v industrijsko ra~unalni{ko omre`je

Figure 3: Adaption of simulation experiment for use in industrial network system

Slika 4: Vsebina datoteke ene plo{~e za grafi~ni prikaz v realnem ~asuFigure 4: The content of file used for real-time graphical presentation

prikaz rezultatov je zato mogo~ kar v splo{no raz{irje-nem Windows okolju.

Za grafi~ni prikaz kreira program za vsako plo{~o, kise ogreva v pe~i na poddirektoriju "realni-cas", posebnodatoteko (slika 4). Ime datoteke je kar {tevilka plo{~e inkon~nica "plo": (primer: "50392.plo"). Vsebina datotekeje naslednja: v prvi vrstici je zapisan ~as izstopa iz pe~i,nato sledi zapis o dimenzijah in materialu plo{~e, zapisza~etnega temperaturnega polja plo{~e v dvehdimenzijah, nato sledijo izpisi ob vsakem pomiku v pe~i.Ob pomiku se zapi{e ~as pomika, polo`aj plo{~e v pe~i,akumulirana toplota na zgornji in spodnji strani plo{~e indvodimenzionalno temperaturno polje plo{~e. Zaradivelikosti datoteke, so na sliki 4 prikazana le za~etnotemperaturno polje ter temperaturni polji na prvem inzadnjem polo`aju v pe~i.

4 SKLEP

V prispevku smo opisali realen primer izvedbedaljinskega nadzora potisne pe~i, z uporabo sodobnihkomunikacijskih sredstev. Nadzor je podprt zmatemati~nim modelom, ki omogo~a izra~une v dvehprostorskih dimenzijah v realnem ~asu. Simulacijski

eksperiment deluje kot stre`nik za datoteke z rezultati, kiso na voljo programom za grafi~ni prikaz. Uporabljenisplo{no raz{irjeni komunikacijski protokol TCP-IPomogo~a povezljivost, neodvisno od operacijskihsistemov, na katerih te~ejo programi za grafi~ni prikaz.Uporabljeni na~in daljinskega nadzora se je izkazal kotzelo primeren za tak{en objekt, zato je smiselen tudinjegov nadaljnji razvoj. Pri tem bo potrebno na pe~ivgraditi dodatna merilna mesta, in raz{iriti model na triprostorske dimenzije. S stali{~a stabilnosti zajemanjamerilnih vrednosti bo simulacijski eksperiment potrebnoprilagoditi za zajemanje merilnih vrednosti direktno izglavnega procesnega ra~unalnika valjarne.

5 LITERATURA1 Heiligenstädt, W.: Wärmetechnische Rechnungen für Industrieöfen,

Verlag Stahleisen M.B.H., Düsseldorf (1966)2 Jakli~ A.: Informatizacija procesa ogrevanja v potisni pe~i s pomo~jo

matemati~nega modela, Magistrska naloga, Univerza v Ljubljani,Fakulteta za elektrotehniko, 1998

3 Jakli~ A., T. Kolenko, B. Zupan~i~: Simulacija prenosa toplote vpotisni pe~i, Zbornik sedme elektrotehni{ke in ra~unalni{kekonference, Zvezek A, Portoro` 1998, p401-404

4 Miller L. H., Quilici A. E.: Joy of C, John Wiley & Sons, New York,1997

A. JAKLI^ ET AL.: DALJINSKI NADZOR POTISNE PE^I

308 KOVINE, ZLITINE, TEHNOLOGIJE 33 (1999) 5