西门子模块6ES511-1AK02-0AB0型号介绍
选矿生产是钢铁工业的基础，虽然我国的铁矿资源丰富，但大多为品位较低的赤铁矿等难选矿石，其品位一般为33％左右，利用常规的磁选方法难以从这些原料中提取出高品位的铁质成分。为了改善对弱磁性赤铁矿矿石的分选效果，采用竖炉预先对矿石进行高温还原磁化焙烧，使弱磁性矿物变成强磁性矿物，然后再用磁选方法既可以得到铁精矿。于是，竖炉磁化焙烧过程直接关系到选矿的金属回收率与精矿品味等生产指标。控制好竖炉磁化焙烧过程是**选矿过程金属回收率与精矿品味的关键。
竖炉是将弱磁性铁矿石（主要成分Fe2O¬3）在加热带进行加热，然后落入还原带，在一定浓度还原剂、一定温度下，使Fe2O¬3还原成强磁性的磁铁矿Fe3O¬4的热工设备，工艺过程俗称磁化焙烧。竖炉于1926年世界始建。我国于1966年由鞍山黑色冶金矿山设计院设计竖炉[1]。
竖炉焙烧是我国目前处理弱磁性矿物的有效途径之一。其生产现状是自动化程度低，生产成本高，资源消耗大，环境污染严重。竖炉焙烧过程具有机理复杂，多变量强耦合，过程中不确定因素多，磁选管回收率等关键工艺参数难以在线连续测量。因此采用传统的控制结构难以对其进行有效的控制。欧洲钢铁工业技术发展指南指出：“对于降低生产成本、**产品质量、减少环境污染和资源消耗只能通过全流程自动控制系统的优化设计来实现[2]”。采用计算机控制系统是对竖炉焙烧过程实现成功控制的关键，采用新的合适的控制结构的过程综合自动化系统是解决上述问题的关键。文[3]提出了采用过程控制、过程优化、生产调度、企业管理和经济决策五层结构的综合自动化系统。文[4]提出了由过程稳定化、过程优化、过程管理三层结构组成的选矿生产过程自动化系统。文[5]提出了基于企业资源计划（ERP）/制造执行系统（MES）/过程控制系统（PCS）三层结构的金矿企业综合自动化系统，并成功应用于中国排山楼金矿，取得了显著成效。
本文结合某选矿厂的实际，针对竖炉焙烧过程的特点，采用智能优化、过程控制和过程管理三层结构的综合自动化系统体系架构，提出了基于Rockwell自动化技术和智能控制方法的竖炉焙烧过程综合自动化系统，并成功应用于该选矿厂竖炉焙烧过程，取得了显著的成效，为选矿厂综合自动化系统[6]的成功实施奠定了基础。
2 工艺描述
竖炉的焙烧过程是将矿石在加热带加热到700-800℃，然后通过自重落入还原带，在一定浓度还原剂存在下，保持一定温度（550-600℃），使铁矿石的主要成分Fe2O¬3还原成强磁性的磁铁矿Fe3O4。
焙烧过程包括预热，加热，还原，冷却等几个环节，其中加热、还原是主要的工艺过程。和竖炉有关的机电设备包括抽烟机、鼓风机、搬出机和排矿机等。炉膛上部是预热带，中部为加热带，下部为还原带，炉膛中部有一狭窄的炉腰（宽1米），炉腰下部有导火孔，与炉两侧的燃烧室相通，燃烧室有煤气烧嘴与加热煤气相连，并配一台鼓风机，一台抽烟机，炉底有两个承重梁（即水箱梁）来支托整个炉壁的重量。在还原带下部的炉底上有煤气喷出塔，每个塔有独立的管道与炉外还原煤气主管相接。炉子下部两侧各有用来排出矿渣用的排渣漏斗。炉子两侧设有排出焙烧产品用的两台辊式排矿机。每台排矿机有两节排矿辊组成。辊式排矿机轴中心线以下全部淹没在水封池水中，水封池中设有两台斗式搬出机，用来搬出炉中的焙烧矿。为了延长抽烟机叶轮的使用寿命，设有两台旋风除尘器，用来减少废气中的粉尘，整个炉子是在负压下工作的。如图1所示，主要过程描述如下：
给矿：原矿通过炉顶贮矿槽，经由下料口落入炉膛内。
预热：当矿石进入预热带，在废气的预热下，矿石的平均温度一般为150-200℃。
加热：矿石通过自重下落进入加热带，加热煤气与加热空气在燃烧室混合燃烧时放出的热量通过对流、辐射以及传导的方式使矿石温度达到700-850℃。矿石温度高低不仅取决于搬出的快慢，还取决于燃烧室内煤气和空气的配比，配比适当，煤气燃烧充分。燃烧室温度一般控制在1050-1150℃，其热量由导火孔传导给矿石。
还原：加热矿石进入还原带，在570℃左右时与供给的还原煤气发生还原反应。
冷却：焙烧矿进入水封池冷却到400℃以下，必须保持水温在40-45℃，否则，焙烧矿不能有效冷却，矿石反而被氧化，达不到还原的目的。
搬出：搬出制度决定矿石在竖炉内焙烧的时间，为了保证焙烧质量，必须有一个合理的搬出制度，一般以一个周期的时间来表示。
竖炉操作者主要依据经验知识进行判断，在此基础上进行各种手工操作，自动化程度非常低。加上竖炉焙烧过程中包括多种内外因素的交叉变化，不确定性普遍，设备众多，使得焙烧过程控制变得复杂起来，表现在如下几个方面：
1) 过程本身具有多变量强耦合的特点，输入输出众多。输入有空气量，加热煤气量，还原煤气量等，输出量有燃烧室温度，加热带温度，还原带温度等，任何一个输入的变化都可能引起所有的输出发生波动；2）机理复杂，有物料的进出、热量的传递，还有化学反应，难以对燃烧室的温度对象建立准确的数学模型，使得基于模型的**控制理论难以发挥其长处；3）不确定性因素多，如矿石的性质改变，加热煤气成分的波动以及操作工水平参差不齐等，这些不确定因素均会影响关键工艺参数的稳定性；4) 焙烧过程中往往伴随着一些故障的发生，一旦操作不当，将会引发生产故障，影响生产的连续性和稳定性。
以上说明了手工操作的局限性，同时说明了单一的常规控制理论与技术难以实现竖炉焙烧复杂的控制，难以达到生产过程的终需求，如用户对产品质量的期望等，究其原因是因为基础回路控制级难以找到合适的设定值。如燃烧室温度、还原煤气**、搬出制度等，往往是由操作员借助于其积累的经验给出，带有主观性和随意性，使产品质量及其它工艺指标得不到有效可靠的保证。如果不对设备进行自动化系统的改造，所带来的问题是：控制精度不高，浪费能源，终的产品质量得不到有效的保障。近年来，随着工厂自动化程度的不断**以及**控制技术的发展，各企业越来越重视工艺过程的自动控制实现，这样不仅能**控制精度，而且节约了能源，使产品质量得到了大幅**。
3 竖炉焙烧过程综合自动化系统
结合选矿厂竖炉焙烧过程的特点，采用智能优化、过程控制和过程管理三层结构的综合自动化系统体系架构，提出了如图2所示竖炉焙烧过程综合自动化系统。
3.1 系统结构
该系统有竖炉智能优化系统、竖炉过程控制系统、竖炉过程管理系统和计算机支撑系统组成。其中，智能优化系统采用以综合生产指标为目标的智能优化设定技术，具有燃烧室温度智能优化设定模块、还原煤气智能优化设定模块和搬出制度智能优化设定模块。
过程控制系统采用EIC(Electric Instrument Computer)一体化计算机集散控制系统集成设计技术。其中基础自动化系统具有回路控制模块、逻辑控制模块和关键工艺参数的监控模块。
过程管理系统采用综合生产指标为目标的生产过程优化运行与优化管理技术，具有生产管理和系统管理两部分。
计算机支撑系统有监控软件、实时数据库和计算机网络系统组成，通过计算机支撑系统实现过程控制系统和过程管理系统的信息集成，从而实现竖炉焙烧过程的综合自动化。
3.2 系统功能
竖炉焙烧生产过程综合自动化系统包括：智能优化系统、过程控制系统和过程管理系统(系统功能图参见图3)。竖炉智能优化系统根据生产指标要求，根据选矿厂制定的指标：磁选管回收率，由回路智能优化设定模型对竖炉焙烧过程的燃烧室温度、还原煤气**和搬出制度等控制回路的给定值进行优化设定，实现焙烧过程的磁选管回收率优化控制，从而保证选矿过程综合生产指标的优化。
竖炉过程控制系统实现竖炉焙烧过程生产设备的启动、停止等逻辑控制，如抽烟机、鼓风机、搬出机和排矿机等，具有设备安全保护功能，实现了生产工艺参数，如竖炉温度（燃烧室、加热带、还原带等）、压力（加热煤气压力、还原煤气压力、炉膛负压等）、**（煤气、空气等）的闭环控制。该系统通过上位机监控系统对设备运行状态、关键工艺参数和趋势曲线进行实时监控，从而保证生产过程的稳定运行。
竖炉过程管理包括生产管理和系统管理，对竖炉焙烧生产过程和综合自动化系统进行管理。生产管理具有系统监测、故障诊断、设备管理、生产安全管理和系统通讯等功能。系统监测功能对数据进行采集、处理以及生产过程的监控；故障诊断功能对故障进行实时预测、及时发现生产故障。设备管理功能对设备故障进行报警，对设备的维护进行管理，对设备维修计划进行预测，帮助制定维修计划，保证设备的安全运行。生产安全管理功能包括设备间的连锁保护，关键操作执行前确认，现场设备起停前打铃，以保证生产安全。系统通讯功能实现各个控制子系统和各级计算机网络之间的通讯。操作指导功能是系统根据采集的数据和人工输入、设定信息判断当前的生产状况和操作条件，由基于案例推理的专家系统给出操作指导。系统管理具有系统安全管理、用户管理和系统导航等功能。系统安全管理保证系统不被恶意破坏和记录所发生过的事件和所进行的操作，系统的进入需要用户和密码，同时对运行中的活动和报警进行记录。用户管理用来增加和删除用户，对用户的权限进行设定和用户密码进行修改。系统导航实现系统内部导航功能，实现监控画面之间的切换和各个子系统间的切换。
通过监控软件提供的强大组态功能、**的OPC接口功能以及DDE数据交换功能，计算机网络与实时数据库的支持，编制了控制及智能优化设定软件，将竖炉焙烧生产过程的控制、优化和管理集成，实现生产过程管理和过程控制的一体化，从而保证竖炉焙烧生产过程的优化控制、优化运行和优化管理。
3.3 控制策略
由于竖炉焙烧过程具有多变量强耦合、强非线性，磁选管回收率等关键工艺参数不能连续在线测量，而且，难以用控制回路的输入与输出的解析式子来表示。因此，难以采用常规的优化控制方法进行优化控制。本文采用图4所示的智能优化控制技术，通过两层结构：回路控制层和回路优化设定层来实现竖炉焙烧过程的优化控制。
智能优化系统优化目标值为磁选管回收率设定值，该系统通过燃烧室温度、还原煤气**和搬出制度的智能优化设定模型产生竖炉焙烧过程的温度、**等控制回路和搬出制度的优化设定值，通过回路反馈控制使焙烧生产过程的温度、**等稳定跟随优化设定值。利用焙烧过程的输入、输出量，通过智能预报模型[7]，产生磁选管回收率预报值，并与磁选管回收率的目标值进行比较，产生的误差经过前馈补偿来校正回路优化设定值，并通过化验过程产生的磁选管回收率的化验值与磁选管回收率的目标值进行反馈校正回路设定值，通过回路控制使竖炉焙烧过程实现优化。
燃烧室温度Y1的回路控制原理如图5所示。根据易于检测的**、温度等物理量，应用智能控制技术解决竖炉焙烧过程中炉温干扰因素与加热煤气量和空燃比之间的非线性耦合影响，采用智能控制与PID控制相结合的方法对燃烧室温度进行控制，自动搜索并跟踪佳空燃比，以实现佳燃烧和综合自动控制，即燃烧室温度的智能优化控制。从图中可以看出，它是一个前馈—串级比值调节系统，加入了基于人工神经网络的前馈动态补偿，使得炉膛负压n、加热煤气压力p及热值h发生波动时，能及时修正加热煤气的**和空燃比，与单变量调节系统相比，相当于增加了微分作用的超前环节，加快了系统的调节过程。其中智能控制器由神经网络动态补偿器与模糊控制器组成。模糊控制器根据燃烧室温度的设定值W1与实际检测值Y1的误差e和误差变化率de/dt给出加热煤气**的设定值。系统中空燃比的实时修正调节，使得燃料在诸多干扰因素的作用下仍能充分燃烧，节约了能源，避免了因燃烧不充分冒黑烟而污染环境的现象。
还原煤气**Y2控制原理如图6所示，采用参数自整定PID控制器实现还原煤气**的快速、稳定化控制。
优化设定模型给出搬出制度Y3的设定值后，由软件实现搬出电机的定时启停，达到电机按规定动作而将焙烧矿搬出还原带的目的，保证焙烧矿不发生“过还原”或“欠还原”的现象，使其质量得到保障。搬出制度的一个控制时序如图7所示。其中，S11表示第1台搬出机在第1个周期内的运行时间，S12表示第2台搬出机在第1个周期内的运行时间，T1表示搬出机在个周期内的停止时间。搬出制度即1个周期为S11、2T1、S12之和。
4 系统实施及应用效果
某选矿厂年处理铁矿石500万吨，矿石含铁品位33%。全厂用于矿石焙烧的竖炉22座。竖炉焙烧生产过程基本采用人工根据经验进行操作，用人眼看火孔观察火焰的颜色来估计燃烧室和还原带的温度，然后，手动关小或开大阀门来调节温度；观察焙烧矿的颜色来判断焙烧质量，然后，更改搬出制度和燃烧室温度来控制焙烧矿的质量。有关的电机设备都是在现场操作箱进行起停控制。造成生产人员多，效率低，成本高，消耗大。竖炉区温度高，雾气大，工人的工作环境差，劳动强度大。结合该选矿厂竖炉焙烧生产过程的实际采用本文提出的方法，实施了竖炉焙烧过程综合自动化系统。
4.1 系统硬件结构
系统的硬件结构，如图8所示。模型机（5台）及监控计算机（6台）均为DELL公司PC机，操作系统为bbbbbbs2000。计算机控制系统采用美国Rockwell公司ControlLogix系统，包括CPU模块，电源模块，开关量输入输出模块，模拟量输入输出模块，控制网(ControlNet)通讯模块，设备网(DeviceNet)通讯模块等。控制网与设备网之间通过控制网(ControlNet)通讯模块进行通讯，模型机和控制站的通讯通过以太网进行通讯，智能优化程序将计算结果通过以太网传至各控制站。监控机直接通过控制网与PLC进行通讯。
控制站由1-11#竖炉控制站、一个竖炉测温远程站等共12个控制站组成，12个站总共有14个机架（11个本地站，每个站1个机架；1个远程站，共3个机架）。1-11#控制站分别负责两台竖炉的控制，每个站对应1台控制柜，安放在中央控制室；竖炉远程控制站实现对22台竖炉燃烧室温度、还原带温度及加热带温度的检测。各控制站通过设备网(DeviceNet)实现对22座竖炉所有变频器的状态监测与频率设定，以实现鼓风机的变频调速。1-11#控制站的各处理器通过冗余的ControlNet网，以Producer/Consumer的通信模式实现数据开放。
4.2 系统软件结构
整个控制系统所使用的软件均为美国Rockwell公司的配套产品：RSLogix5000、RSbbbb、RSNetWorx、RSView32等。监控计算机配有RSLogix5000、RSbbbb、RSNetWorx、RSView32应用软件，使用Microsoft bbbbbbs2000操作环境，编程软件由RSLogix5000和RSView两部分组成，其中RSLogix5000为PLC软件开发环境，RSView为监控画面及模型机开发环境，RSbbbb、RSNetWorx为网络组态软件。
各控制站的控制程序的开发基于RSLogix5000软件[8]，ControlLogix系统的结构体系是一个技术**的控制平台，它集成了多种控制功能：顺序控制，过程控制，运动控制等。ControlLogix系统是模块化的，用户可以根据其具体应用来选择合适的内存量、控制器个数和网络类型。这种柔性结构允许用户在同一个机架内使用多个控制器、网络通讯及I/O模块。用户能在多个控制器之间分配资源和划分任务。ControlLogix数据传输总线利用Producer/Consumer技术为用户提供一种高性能的、具有确定性的分布式方案。通过通讯接口模块可以实现ControlLogix与计算机、分布式处理器和分布式I/O的互连。它们可以共享连接到通讯接口模块上的任何EtherNet， ControlNet或DH+链路。
在每个站的控制程序中，主要包括一个连续任务和一个周期性任务，其中连续任务下有1个主程序，主程序下有一个主例程(Main Routine)，主例程实现各设备的启停以及搬出机的自动搬出控制，主例程有几个子例程，包括故障处理子例程、电机故障子例程，信号处理子例程，温度处理子例程，数据处理子例程，搬出机电流处理子例程等等。周期性任务下有有1个主程序(Loop Program)，主程序下有1个主例程(PIDLOOP)和一个子例程(PIDDataProcess)，实现对每个站的温度、**控制回路的数据处理及闭环控制。
控制网与设备网通过应用软件RSbbbb和RSNetWorx进行组态[9-11]，在组态的过程中可以设定通讯节点，以便于网络资源分配，可以设定网络更新时间(NUT)等等。在RSbbbb中组态OPC接点后，就可以使PLC和监控机两者经过组态的OPC接点进行通讯联系，彼此交换数据与信息。
RSView32是一个功能强大的控制系统监控软件[12]，可以按用户的要求编制监控程序及友好的操作界面。基于RSView32的VBA软件类似于VB，可以编制复杂的计算处理程序，智能优化模型的开发就是基于VBA软件设计的。本系统中监控画面的主要组成是：竖炉工艺图、自动控制参数总览、设定值及PID参数控制面板、仪表信号图、实时趋势图、历史趋势图故障报警画面等。通过对这些操作界面的操作，可监视温度、压力、**的变化趋势，对故障报警进行显示，对生产状况分析，可以使操作员随时对现场进行生产过程的操作指导及控制。
4.3 应用效果
竖炉焙烧控制是选矿生产过程控制的关键。竖炉生产过程输入有空气量、加热煤气量和还原煤气量；输出有燃烧室温度、加热带温度和还原带温度。输入与输出之间具有强耦合，过程机理复杂，如矿石的进出、热量的传递、化学反应，而且不确定因素多，如矿石的特性变化，加热煤气成分的波动，磁选管回收率，还原带的温度难以在线连续测量。这些因素的存在使得焙烧控制任务非常复杂，合理的系统结构及**的控制技术是保证可靠控制的关键。
竖炉焙烧综合自动化系统具有智能优化、过程控制和过程管理三层结构，采用智能解耦控制技术和智能优化设定控制技术，通过对竖炉焙烧过程的燃烧室温度、还原煤气**、搬出制度的优化设定及温度、**的回路控制，实现磁选管回收率的优化控制。重要工艺参数的监控画面如图9所示，重要参数的智能优化设定画面如图10所示。
竖炉焙烧过程的实际控制曲线如图11所示。其中，W1表示燃烧室温度设定值，Y1表示燃烧室实际温度，W2表示还原煤气**设定值，Y2表示还原煤气实际**，U1表示加热煤气阀开度。图中纵坐标表示燃烧室温度(0-1300℃)，对应加热煤气阀开度(0-)和还原煤气**(0-5000m3/h)。从图11可以看出燃烧室温度和还原煤气**的设定值根据工况的变化而变化，控制输出能够很好的跟踪优化设定值。现场长期运行的效果表明，竖炉台时产率从24.90T/h**到25.62T/h，**0.72 T/h。竖炉的磁选管回收率**2％。设备运转率**2.98%，能耗降低了10%，操作人员减少50%。竖炉焙烧生产过程实现了优化控制、优化运行和优化管理。
5 结 语
本文针对竖炉焙烧过程的特点，应用Rockewll自动化技术和智能控制方法，提出了由智能优化、过程控制和过程管理三层结构组成的竖炉焙烧生产过程综合自动化系统。本系统在某选矿厂竖炉焙烧过程中成功应用，可以实现竖炉焙烧生产过程的优化控制、优化运行和优化管理，从而**了产品的质量、生产的稳定性，降低了工人的劳动强度，改善了操作环境，减少了资源消耗和操作人员，**了设备运转率，实现了磁选管回收率的优化控制。以Rockewll自动化技术为基础，开发出的综合自动化系统的结构还可以应用于其他行业，有很高的推广价值。
随着经济的发展，媒体信息业近年来得到迅猛发展，报纸、杂志的发行量不断扩大，人们对知识、信息的渴望也越来越强烈，对印刷品日益增长的需求给印刷行业带来很大的发展，为印刷机的供墨环节急需解决自动化问题，同时对用墨量希望能有准确的计量，以便进行成本核算，**工作效率和经济效益。本文介绍了为太原高氏劳瑞油墨化学有限公司开发的面向大型印刷厂的集中供墨系统的计算机监控部分。该系统具有自动上墨、罐体容量检测、油墨消耗量的日报和月报、油墨消耗的历史趋势以及油墨存量的上下限报警等功能。
关键词：集中供墨，计算机监控，油墨消耗报表，油墨增加报表
随着二十一世纪的到来，整个社会步入了一个飞速发展的阶段，人们对各种知识、信息的需求也日益迫切。尽管从网络上获取信息快捷、方便，但还有更多的人们从报纸、书刊上获取信息和知识。社会对印刷品需求量的骤然增加，必然需要印刷厂投入更多的人力物力，随着竞争的不断加剧，如何**劳动生产率，降低消耗，**经济效益已成为各大印刷厂关注的焦点。在传统的印刷过程中，单就油墨供应环节而言，大部分是由人工来完成，工作人员不仅要随时检查印刷机里油墨是否充足，而且，当需要对印刷机填充油墨时，使用的方法还是桶装油墨全手工注入，显而易见，这样的方法不仅需要投入大量的人力，高负荷的劳动强度，而且桶装油墨的成本高、价格贵。近年来，太原高氏劳瑞油墨化学有限公司率先在全国范围内推广集中供墨的理念，即将大量的油墨用墨罐车运送至印刷厂，并存储在一个容量较大的墨罐中，墨罐又与印刷机通过管道相连接，需加墨的时候只需对管道闸门进行操作，通过压力泵将油墨送到印刷机。并在集中供墨系统中加入了计算机监控系统，墨罐中的油墨剩余量、每个班组对各种油墨的消耗量等都可以通过网线在办公室的计算机上进行显示，并生成日报表和月报表。不但使印刷厂的油墨使用成本大大降低，而且减轻了劳动强度，节约了人力，成本效益核算更加容易，因而受到大多数印刷厂的欢迎，本文就是对该系统计算机监控部分的介绍。
1．系统功能与结构设计
印刷厂的集中供墨系统应该能够对印刷过程中的油墨用量进行计量，生成日报表、月报表，并能对各油墨储罐中的余墨存量进行检测，对其液位和重量进行显示，对油墨的储量进行上下位报警，以便及时向储罐中补充油墨，并在向罐中补充油墨时以防冲顶。
1.1 系统功能
(1) 通过称重控制仪，重量传感器， RS232/485转换接口，将油罐中数据采集到计算机内，对数据进行整理，计算出单位时间油耗量并保存到数据库；
(2) 当日的油墨耗量进行整理，生成日报表，以数据和曲线两种格式显示；
(3) 对当月的油墨耗量进行整理，生成月报表，以数据和曲线两种格式显示；
(4) 能对各油墨储罐中的余墨存量进行检测，对其液位和重量进行显示。对油墨的储量设置上下位报警，当油墨储量低于下限时，显示警报，提醒操作员及时给墨罐补充油墨，当向墨罐补充油墨时，当达到上限时，及时报警，以防冲顶。
(5) 当油耗量变化超出历史标准的一定范围时，显示警报，提醒操作员对其进行检查；
(6) 系统可以被连接到Internet，所有数据均可以被远程查询，对导出的数据资料进行加密，使其不能被修改，增加了数据的准确性；
(7) 系统管理员具有用户权限管理功能，使不同的用户具有对数据访问的不同权限。
1.2 系统结构
系统中包含6个储罐，分别有金红、黄、蓝、桃红和2个黑墨罐，墨罐中油墨的重量由重量传感器传送至重量显示仪表，再由重量显示仪表输出至上位计算机，通过上位计算机中集中供墨监控软件，实现对现场数据的采集，并通过对采集的数据进行分析、整理、存储，以报表、棒图和曲线等形式显示给操作人员，并可实现历史数据的查询与分析。
由于在数据采集时要对多个储罐进行轮询，再加上办公室与印刷车间储墨房距离较远，因此，传输总线采用485总线，为此须在各显示仪表和计算机端连接RS232/485转换接口，系统的结构如图1所示。
2. 硬件设备选型
对硬件设备选择的整体原则如下：1）读数准确不易出现误差；2）传输数据时确保不易受干扰；3）安装过程简便；4）价格便宜，以降低整个系统的初期投入成本。
2.1 称重传感器与称重设备（天津华北衡器厂的SCS-5）
称重器的选择对整个系统至关重要，必须要求称重数据准确，并且经久耐用，天津华北衡器厂生产的SCS-5型称重传感器具有以上特点，经过多家用户反馈，有着良好的口碑，并且具有安装过程简便、价格便宜等优点，减少了初期投入的成本。
2.2 控制仪表（上海快捷cb-100）
上海快捷cb-100型号的称重控制器采用双排显示器，使读数更加容易；全不锈钢防腐屏蔽外壳，增加了仪表使用寿命，符合降低系统投入成倍的原则。并且具有日期、时间、走时；自动打印、手动打印选择、累计打印；可置微打机、宽打机、标签打印机等优点，可接入Rs232等多种接口设备（接口）。
2.3 Rs232/485接口（光电分离）
Rs232接口是早应用于逻辑信号转换为数字信号的接口之一，具有良好的稳定性、准确性，但其缺点是传输距离相对较短，只有50英尺左右，不能完成由油墨罐到计算机之间的数据传输。而Rs485接口恰恰克服了这个困难，它的传输距离可达4000英尺（折合3000米左右），因此，选择Rs232/485转换接口，将数字信号转换为逻辑信号进行长距离传输，在终端将再进行一次由Rs232/485接口对逻辑信号到数字信号的转换，终通过Rs232接口将数字信号输入到计算机当中。光电分离的优点是信号不容易被外界因素所干扰，确保了数据传输过程中的准确性。
2.4 计算机选型 （联想启天系列）
整个系统在数据采集过程中，如无特殊情况，将保持长时间连续工作状态，这就要求对计算机的选择必须具备可以长时间稳定运行的特点。联想启天系列商用计算机在经过大量测试之后，理论上具有连续运行50000小时的特点，并且具有独特的硬盘保护措施，使得数据库中的资料更加不容易丢失，确保了数据库的安全。故本系统选择联想启天系列计算机。
3. 软件系统的开发
3.1 开发平台的选择
本系统的开发着重于对功能的实现和日后对本系统的日常维护以及功能升级。因此要求开发平台具有强大的组态功能。能在大众化的bbbbbbs98/2000/NT/XP环境下运行，能在网络环境操作。
3.2 关于开物2000( controX2000)
controX2000北京图灵开物技术有限公司开发的通用工业监控软件开发平台，具有组态软件的功能，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现优化管理。它基于Microsoft bbbbbbs 98、bbbbbbs 2000、bbbbbbs NT操作系统，内部采用真正的Client/Sever体系结构，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息，无论是在控制现场还是在办公室内，都可以进行交互式的操作，让操作者和管理人员作出快捷有效的决策。采用controX2000通用监控软件做工业监控工程，可以极大地增强用户生产线能力、**工厂的生产力和效率、**产品的质量、减少成本及原材料的消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构的分布式大型集中监控管理系统的开发。
开物2000体系结构由开发环境、数据服务、驱动程序[库]、运行环境构成。
开发环境（STUDIO）：是一个工程开发设计工具。用于创建监控虚拟现实场景（图页），监控设备及相关变量，动画连接，设定运行系统配置等的系统组态。
数据服务（iCORE）：作为数据处理的核心，用于根据开发环境的设计进行与硬件设备通讯的调度和数据的加工处理以及网络间数据的传输。
驱动程序库（DRIVER）：负责与外部设备的数据信息交换，每一种通讯驱动程序支持相应类型的外部硬件设备。
运行环境（VIEW）：运行界面。从数据服务获得通讯数据并显示，并依据由开发环境的动画设计显示动画画面，现实人与控制设备的交互操作。
开物2000软件的体系结构如图2所示：
图2 开物2000体系结构
3.3基于开物2000的系统实现
利用开物2000开发平台开发控制系统时的步骤如下：步：构建硬件系统的逻辑结构；第二步：定义标签变量；第三步：规划和绘制控制应用系统中的每个操作页面，确定各控制操作页面间的切换操作顺序；第四步：为各个操作页面中的相应操作按钮编写程序，完成所要求的操作。
1．构建硬件系统的逻辑结构。开物2000提供给开发人员提供了控制系统逻辑组态功能，开发人员根据控制系统的要求，选择上位机和控制器的种类、型号以及数量，以便选择适当的驱动程序，对现场数据进行采集。根据控制系统对上位机、控制器、传感器的需要以及它们之间的关系，进行增加、减少，并对其进行适当的逻辑组织。
2．定义标签变量。为控制系统中的数据采集定义编程所需的变量、中间变量、控制变量，显示变量等。
3．规划和绘制控制应用系统的每个操作界面，确定各控制操作页面间的切换操作顺序。对油墨监控系统，主界面中包括了进入控制系统和用户管理系统，如图3所示，控制流程图界面如图4所示：
图3 主界面
图4 控制流程图界面
图5 用户管理界面
图6 油墨消耗数据报表界面
在用户管理界面，可实现用的登陆和注销，也可通过系统管理员实现对用的管理，例如增加和删除用户、改变用户的权限等。
在主控制界面，用户可通过按钮“加墨数据报表”、“耗墨数据报表”、“油墨重量实时曲线”、“重量数据报表”、“油墨消耗历史趋势图”、“查看系统报警”和“返回首页”切换到相应的操作界面。
4．编写程序，完成相应操作。系统的主要功能就是采集数据，并记录两次数据采集数据间的差值作为这一阶段的油墨消耗值。这一消耗值按照事件记录在日报表中，当结束进入第二天时，累计当天的消耗量，把该消耗量按日写入月报表中。日报表和月报表如图6所示，用户也可以选择以前的日期来查看历史数据。历史数据保留的时间长短（现设置为一年），可由用户在系统环境界面中设置。
5．程序实现中的关键。
系统程序主要有三部分构成：系统初始化、日期变更处理、数据采集与滤波数据，各部分之间的关系如图7所示。在程序初始化部分主要考虑在机器开始时要等待一定时间，待系统稳定后再开始采集数据，尽管系统要求连续24小时开机，但如果由于停电等其他原因导致关机的话，数据如何处理也是该部分要考虑的内容；日期变更处理部分主要是考虑当日期发生变化时，对上的油墨用量或增加量进行累计求和，写入月报表中；数据的采集和滤波部分主要考虑的在油墨数据采集过程中，由于墨泵房内人在称量器上踩踏或其他原因导致的用墨量突然变化很大的情况，将其视为噪声数据滤除掉。另外，由于所采用的控制仪表经常会出现高位数据丢失的现象，因而所采集进入计算机的数据也有很大的跳变，这些都要采用一定的策略进行过滤。
系统采用Delphi编程语言实现，数据库采用Access，通过开物2000提供ODBC接口将数据自动存入数据库中。
4. 系统的应用与维护
系统已经在重庆、西安、南京等多家报社印刷成应用，效果比较理想，用户比较满意。集中供模系统的应用不但减轻了工人的劳动强度，**了劳动生产率，而且是各个班组的生产成本能够很快由计算机统计出来，对于降低报纸和印刷品的成本很有意义，因而受到大多数印刷厂的欢迎。
当然，任何系统在投入使用时，由于操作人员的不熟悉或者由于开发人员在编写程序时针对具体的用户要求考虑的不全面，在初始运行的一段时间内要根据用户的要求对软件进行修改，但该系统的用户分散在全国各地，如果由开发人员去现场维护，必定在路上浪费时间且要花费较多费用，为了降低成本，我们通过网络实现了远程调式与维护，效果非常理想。
远程维护主要通过三种途径实现，一种是应用远程控制软件Pcanywhere来实现，第二种通过bbbbbbs的通讯功能中的“远程桌面”来实现，第三种是通过QQ即时通讯软件中的远程控制来实现。这三种软件我们在远程调试中都采用过，感觉方便的还是QQ即时通讯软件。
