基于RS485总线的石墨化过程测控系统设计摘要：采用RS485现场总线技术和网络技术，在MCGSWWW网络版组态软件平台上，设计了一套以工控机为主机的锂电池负极材料石墨化过程实时测控系统.系统的485现场节点整流变压器高压侧电气参数智能采集模块和变压器电动有载调节机构控制器分别完成变压器电气参数的采集和档位控制.设计并实现了一种基于线性光电耦合的二阶低通滤波器，整流器输出电压与电流及其他模拟信号经二阶低通滤波器处理后，由智能采集板卡采样.提出了一种能匹配设定功率曲线的变压器档位自动调控算法，可实现石墨化过程的优化控制.系统主机通过光纤接入企业局域网程控交换机，使系统具有远程监视功能.120多炉次的实际运行效果表明，石墨化过程实时测控系统稳定可靠、操作方便，产品质量稳定，平均炉次的电耗比原系统降低了6%.关键词：监视与控制通用系统；石墨化；功率调节；485现场总线；远程控制：TP273文献标识码：A碳材料制造的关键工序是石墨化过程，主导设备为大容量艾奇逊石墨化炉＼[1-2＼].用电成本占石墨化产品生产成本的50%以上，且石墨化过程中功率配送的准确性与实时性严重影响产品的成型质量与电耗＼[2＼].因此，理想的送电曲线应根据炉内温度和炉阻实时调整＼[1-3＼].但是，石墨化炉结构复杂，炉芯温度高达3000℃，炉内温度场不均匀且复杂，致使炉内温度在线测量仍然是一个尚未解决的难题＼[1-2＼].到目前为止，石墨化配电还不能采取炉温反馈的各种闭环控制技术，各企业仍然采用根据经验制定的定时定功率配电方式控制石墨化过程的实际送电.仅有极少文献＼[4-6＼]研究石墨化过程的控制技术.文献＼[4＼]与文献＼[5＼]分别介绍了一种采用DOS操作系统、PLC+组态软件的石墨化过程计算机控制系统，这些系统能按照配电功率曲线实现配电功率的调节，但通用性不强，没有通信与组网功能.文献＼[6＼]提出了采用神经网络构建石墨化过程控制模型的思想，但仅仅进行了仿真研究.现有实际的石墨化控制系统可实现变压器和整流器参数的采集、功率计算、数据显示及报警功能，但变压器档位的调节仍由操作员比较实际功率与规定功率曲线对应值，判断是否达到调档条件，来操作相应功能键调节档位，改变配送功率.由于人工操作具有较大的随意性，导致产品质量不稳定，甚至产生巨大的电能浪费.另外，现有石墨化控制系统都是独立的，企业管理部门完全靠人工报表来掌握系统的运行情况，不能实现资源共享，不利于企业的管理水平提升和管理成本控制.针对现有石墨化炉控制系统存在的不足，采用RS485现场总线技术与网络技术＼[7-8＼]，在MCGSWWW网络版组态软件平台＼[9-10＼]设计了一套以工控机为主机的石墨化过程实时测控系统.该系统能实时采集、计算、保存、多形式显示变压器和整流器电气与非电气参数，根据设置的配电功率曲线和实际功率自动或者手动调节变压器档位实现配电功率控制，新增上电自动启动、断电后自动重投运行、设备故障诊断与保护、多条件综合评判自动停机等功能，通过网络技术实现了资源共享和远程网络监控.本文主要介绍了石墨化过程实时测控系统的结构与功能，给出了关键电路和核心软件的详细设计，提出了一种可以良好地跟踪给定配电功率曲线的自动功率配送方法.历时1年多、超过120炉次的实际运行效果表明，设计的石墨化实时测控系统稳定可靠，操作方便，石墨化产品质量稳定，电耗明显降低，实现了企业资源共享.1实时测控系统石墨化过程实时测控系统构成如图1所示，由系统主机、远程监控系统、现场测控系统3部分组成.1.1系统主机系统主机是一台研华工业控制计算机，装有MCGSWWW网络版组态软件，内置数据采集板卡PCI1710U，通过RS485总线与现场测控系统节点变压器档位控制器HMK7和智能交流电量采集模块EDA9033A连接，获取相应的现场信号和调控变压器的档位；通过光纤与企业局域网交换机连接，组成远程网络监视系统，实现资源共享；主机在组态软件平台完成所有数据处理、数据库存盘、数据显示、报表输出，运行控制策略――实时控制软件实现对石墨化过程送电功率的自动配送.1.2现场测控系统现场测控系统采用485现场总线技术，由EDA9033A采集模块、HMK7档位控制器构成RS485总线...