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江苏科技大学硕士学位论文焦炉机械走行计算机管理系统姓名：吴帆申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：庞科旺2011-03-12摘要 I 摘要 焦炭是钢铁冶炼过程中不可缺少的原料，炼焦生产在国民经济中扮演重要的角色。焦炉生产属于高能耗行业，我国目前的焦化生产自动化控制技术亟待提高，管理模式有待进一步优化。焦炉生产过程引入计算机控制技术可以很好的提高焦炉生产效率和自动管理水平。本课题设计的焦化大车上位控制管理系统是由上位监控管理主站和四个焦化大车执行从站，以及无线通讯系统构成的。系统采用结构化的设计思想，不同的监控和管理功能采用模块化来实现。为了使生产管理人员能实时的监测和控制生产现场情况，根据焦炉生产工艺的要求，系统采用 Visual Basic 6.0 开发和设计了上位监控人机界面，选用 SQL Server 2005作为后台数据库。上位监控功能主要包括：大车的工作和运行状态、大车的位置信号、推焦电流实时曲线、故障信号、根据推焦计划向发出大车运行信号；上位管理功能主要包括：推焦操作日志的记录及保存、生产报表的生成与打印、推焦计划的自动编排以及故障查询等。借鉴 MODBUS 协议，开发出具有侦错能力强的通信协议，利用PTR2000 无线通讯模块实现上位机与从站控制器 AT89C52 的串口通讯，保证系统通讯的可靠与高效。系统采用模块化的结构设计，可方便的对相关功能进行增减，灵活性和适应性强。通过实验测试，达到了设计目标，有望应用于实际的生产现场。关键词 焦炉机械；计划编排；监控管理；无线通讯 Abstract IIAbstract Coke is an indispensable raw material in metallurgy,coke production plays an important role of the national economy.Coke production is a high energy consumption industries,Chinas current coke production automation and control technology needs to be improved,management needs to be further optimized.Coke oven technology will greatly improve the efficiency of coke production and management control by introducing of computer-controlled production process.This topic designed digital control of coking cart system is consisting of the upper control management station and four coke wagon master slave implementation,and wireless communication systems.System uses structured design,monitoring and management capabilities of different modular to achieve.For real-time production and management personnel to monitor and control the production of the scene,according to the requirements for coke production process,the system uses Visual Basic 6.0 development and design of the upper control interface,use SQL Server 2005 as database.Host monitoring functions include:working and running carts,telling the cart position signal,and the current real-time curve of pushing,fault signals,according to the issue of pushing the cart program run signal;Upper management features include:Pushing operation log recording and storage,production report generation and printing,automatic scheduling of pushing programs and fault inquiries.Reference MODBUS protocol,developed with a strong ability to debug communication protocol,the use of wireless communication module PTR2000 host computer and from the station controller AT89C52 serial communication,to ensure reliable and efficient system of communication.System uses a modular design,can easily change the relevant features,flexibility and adaptability.Through experimental tests,meet the design objectives,may be used in the actual production site.Keywords coke machinery;Programme schedule;Monitoring and management;wireless communications 第 1 章 绪论 1第 1 章 绪论 焦化行业在国民经济发展中起着非常重要的作用，焦化产品如焦炭、煤气、焦油都是冶金、机械、化工等行业的主要原料或燃料。随着我国经济持续较快发展，焦炭等焦化产品的需求量仍然比较大。焦炭在炼钢行业的作用是非常重要的，作为原料的焦炭，其质量会直接影响到钢铁产出的质量，因而焦炭的生产作为冶炼钢铁过程中的重要环节，一直都受到钢铁生产行业的重视，由此可见焦炉生产在国民经济生产中的地位。从上个世纪 90 年代以来我国的焦炭就一直位居世界的第一位。进入 21 世纪以来，我国的焦化生产技术水平得到了较大的提高，焦炭产量也得到大幅提高，也是目前世界上最大的焦炭进出口国。但是我国的优质炼焦煤严重短缺，对焦炭的质量及数量要求却与日提高，而且受工艺以及技术水平的限制，焦炉生产中的燃烧加热耗费了大量煤气资源。为提高炼焦生产技术及管理水平，提高焦化企业效益，本文以国内某焦化厂自动化改造为背景，进行焦炉生产过程远程计算机管理系统的研究开发。1.1 课题背景及意义 焦炉机械是焦化行业主要的生产设备，由于焦炉生产环境条件的特殊性，生产工艺改进较慢，技术设备的改进更新速度也很缓慢，自动化技术应用方面较为落后。例如推焦计划仍然普遍采用人工的方式进行编排，既浪费时间又不便于管理，还经常存在焦车操作员记录推焦电流不认真、不能按计划时间点开关炉门等非自动控制的推焦生产操作现象。由于焦车是在高温度、大粉尘、严重腐蚀性气体的环境中工作，机车活动分散，运行时自身振动大，而且焦车对正靠的是人工摆旗吹笛的方式甚至是司机的经验。这些都易引起信息传递不准确，生产操作不到位等后果。焦炉机械的安全可靠运行是焦炉生产的基本要求，随着在焦炉生产领域引入计算机控制技术，上述生产中所存在的现象问题得到了很好的解决。计算机控制技术是以计算机应用、检测传感器、自动控制、通信网络等技术综合于一体的一门综合控制技术，它的引入能有效的解决焦化生产现场信息采集、运行控制等人为操作问题，同时能自动快速的编排推焦计划，安全准确保存推焦日志记录等工作，避免了焦化生产管理上的人为错误因素，而且准确、快速、安全的执行远程控制。目前，国内焦化行业的生产设备、信息管理和自动化控制大部分还是局部的或者单独的体系，没有形成一个完整的系统，。本课题要设计的是一个集焦炉生产过程控 江苏科技大学工学硕士学位论文 2制、现场信息监测和信息数据管理于一体的综合自动化管理系统，以焦炉生产现场无人化操作为目标，应用计算机控制技术实现生产信息的自动化管理，以光电传感技术、自动识别炉号技术及先进的无线数据传输技术为基础，实现焦炉生产过程的自动控制运行，最终达到规范操作管理，节省人力资源，提高劳动生产率1 2。1.2 国内外研究现状 焦车机械是焦炉生产中的核心设备，焦化环境恶劣、生产效率低下、操作技术落后。如何解放工作于高温炉顶、在有毒气体及粉尘严重环境中、工作强度大的焦炉生产工人，提高焦化生产效率、降低焦化生产成本、同时保证生产安全，一直以来都是焦化行业亟待解决的问题。焦车机械的自动化控制管理是解决这些问题的主要途径，欧美、日本等国先后在这方面做了大量的研究，随着国内外焦化生产设备的升级以及自动化技术水平的提高，焦炉机械的走行控制实现无人化操作已经在在部分地区得以实现。目前德国、法国、芬兰、日本以及我国的多家焦化厂的焦化机车控制已经实现了远程的精确控制以及高效的管理，焦炉机械的的走行实现了无人化的高效运行。随着数据的无线通讯技术、计算机控制技术的进一步发展，焦炉生产设备的无人化操作管理将是不可避免的趋势3。1.2.1 国外焦炉自动化发展情况 国外发达国家在焦化生产中大规模引进自动控制技术是在上个世纪 70 年代，目前处于领先地位是日本和西欧一些国家。虽然美国拥有世界上最先进的计算机技术和自动化技术，但是由于美国从上世纪 80 年代后期开始，焦炭的生产供大于求，焦炉生产控制技术的研究开发比较晚。在焦炉生产的自动化控制技术运用的最普遍的是日本，日本福山制铁所(NKK)投入使用的焦化生产线是目前世界上自动化水平最高的生产系统之一，其单座焦炉的班制定员仅为 2 人4。1.2.2 国内焦炉自动化发展情况 焦炉生产在国内一直以来被人们认为是笨重落后的劳动力密集型行业。直至上个世纪 70 年代后期，随着新的大型化焦炉的建造，焦炉生产的各个操作单元例如炉门炉室清扫等也逐步的要求实现自动化操作。近年来，随着计算机技术、传感技术、集散式控制技术的快速发展，焦炉生产过程也开始告别以往的人工控制，向自动化方式转变。由于近年来国家对焦化这样的高能耗行业的高要求，自动化控制步伐将会更加快速5。2005 年济南钢铁公司开工新建的 6#、7#焦炉机车的自动控制系统目标就是要实现推焦车、拦焦车、熄焦车和装煤车的四车走行精确定位以及焦车相互之间的可靠信 第 1 章 绪论 3息通讯，以达到推焦生产过程中各大焦车操作的可靠协调工作，各大焦车操作的自动运行以及生产信息的计算机集中管理，最终实现焦炉设备的无人化操作目标。2005 年，马鞍山钢铁公司率先宣布已经将集生产信息管理、PLC 控制器单元、自动走行定位和焦车联锁于一体的自动化控制系统运用于部分焦炉。但在当年 10 月份，该项目的实际设计应用只完成了既定目标的 10%，自动控制技术核心功能没有真正的开发出来。2009 年，首钢京唐钢铁联合公司建成了世界上最大之一的焦炉，这套焦炉的控制工艺及自动化技术均为世界先进水平6。1.3 课题主要研究的内容 焦炉生产过程自动化的实质是要实现焦炉生产现场的无人化操作以及生产过程的远程集中控制管理。本课题所研究的焦炉机械走行计算机管理系统是焦炉机械走行自动控制系统的监控管理部分，焦炉机械走行自动控制系统按实现的功能结构划分，具体分为三层：监控层、通信层和执行层。监控层是以 IPC 作为管理运行平台，利用Visual Basic 6.0 人机界面开发软件、数据库管理系统等软件进行功能开发，实现对生产现场的生产信息检测，按照生产工艺流程发送焦炉机械操作指令，保存过往生产信息等上位机监控功能。通信层是系统的联系纽带，实现的是监控层与执行层的信息交换功能，鉴于现场的条件限制，选用经济实用的无线通讯模块，保证系统通讯在硬件设计方面的可靠性，同时设计安全高效的通讯协议，保证系统通讯软件设计方面的合理性。执行层设计主要是如何实现炉号识别、精确定位、以及合理高效的走行控制设计，这部分任务是炉号识别、精确定位器件的选型、控制算法的选择与应用7 8 9。根据厂家对监控管理的功能要求，要开发的焦炉机械走行计算机管理系统是一套集焦化现场信息监测管理、走行过程远程自动控制于一体的管理系统，其具体设计内容包括：开发一套上位机监控管理系统，具体包括三部分功能模块设计：焦炉生产过程管理模块设计：焦炉生产参数实时显示、推焦计划自动编排、推焦电流实时曲线、动画模拟显示，数据保存查询和打印，误操作报警等；焦炉生产自动控制功能设计：根据推焦计划编排自动发送控制指令，当出现操作偏差时，可以人工远程发送纠错指令使其达到预定效果，出现较大误操作时自动停止运行；上位机通讯模块设计：设计可靠的上位机通讯接口，保证上位机指令的发送以及反馈信息的接受，对通讯数据帧的信息截取，对通讯信息准确性校验等。设计本系统的数据库管理后台。江苏科技大学工学硕士学位论文 4 实现主从站的无线通讯：构建一主四从的无线通讯网络，选取可靠的无线通讯设备，参考成熟高效的通信协议设计本系统安全可靠的通讯协议，保证信息传输的可靠、实时10。第 2 章 系统设计方案 5第 2 章 系统设计方案 焦炉机械是焦化生产中的主要设备，是本系统需要控制目标。按照生产管理要求，设计的管理系统必须具备以下的功能：自动编排推焦生产计划，实时监测各个大车状态，结合生产计划和机车状况远程发送机车运行指令，执行单元执行指令并返回执行情况信息，显示并保存生产情况信息，最终实现焦炉生产机械协调准确的自动运行。整个的焦炉机械运行控制是由三部分构成的：上位机监控管理界面、无线通讯模块、执行控制器及信号检测装置。2.1 功能要求 实现焦炉生产的集中监控管理，提高焦炉生产的运行效率是系统设计的总体要求。系统必须实时的监控各个大车系统，按照生产要求自动编排生成推焦计划，推焦计划，对传输上来的各车工作状况，结合计划发送操作指令帧，远程控制焦车联动操作，实现焦化生产的无人、安全、准确的运行。本系统设计按照上述要求要实现以下焦化生产控制功能：各大焦车当前位置显示：焦车检测设备检测装煤、推焦、拦焦、熄焦四车当前所在炉号，在监控界面中显示出来；各车计划推焦炉号显示：自动生成的推焦计划各车接下来需要操作的炉号显示在上位机界面上；推焦计划显示：将自动编排好的推焦时序通过表的形式显示出来以供查询；装煤车远程控制：根据检测返回的信息，结合推焦计划判断机车运行方向，到达相应炉号，由上位机给下位机控制器下达运行指令，由下位控制器控制目标炉号完成开炉盖、装煤、盖炉盖操作；推焦车远程控制：控制机车走行到目标炉号，到达检测到目标炉号，系统给控制器发出摘门动作指令，返回摘门结束信息，系统再发出推焦允许信号。等到拦焦车、熄焦车准备就绪后，发出指令让控制器执行推焦操作等工作；拦焦车远程控制：控制拦焦机车走行至推焦目标炉号，管理系统发出允摘炉门信号，控制器执行摘门，推倒焦栅，完成推焦后撤焦栅，关炉门等工作；熄焦车远程控制：推焦过程，熄焦车自行完成接焦、熄焦、卸焦等操作；焦化大车协同控制：按照控制要求，在推焦过程中，推焦、拦焦、熄焦三车连锁；焦化信息管理：管理系统将下位机反馈上来的焦化生产信息进行存储，并提 江苏科技大学工学硕士学位论文 6供查询、打印等功能。2.2 结构分析与设计 2.2.1 系统现场布局 焦炉生产现场布局示意图，如图 2.1 所示。示意图大致地显示了焦炉控制系统的现场位置分布情况，主站与子站网络分布形式。主站是由位于主站的 IPC 机以及无线通讯模块、打印机、键盘等设备构成，从站分别是由装煤车、推焦车、拦焦车、熄焦车等四大机车上的控制器及其通讯检测装置构成。主站通过无线通讯模块发送查询指令，各个从站接收到指令后对应指令帧中的地址，查询的是否是本站的实时信息，如果是则通过无线通讯模块返回相应的信息与主站。主站 IPC 显示从站发回来的信息，并保存生产信息，管理员在主站可以根据返回的现场信息人工发送操作指令。从站经无线通讯模块接收上位机发过来自动控制指令，传输给焦车内部的 MCU，MCU 根据炉号识别、精确对位等检测装置检测到的信息完成稳定走行、准确对位、推焦生产等焦化操作。推焦过程是焦化生产过程中的重要环节，推焦操作必须要在推焦、拦焦、熄焦三车与推焦炉号对正，且三车连锁后才能开始，而装煤与推焦是焦化生产过程中不同阶段的操作，装煤是煤炭焦化的前期操作，推焦是焦化的后期操作，推焦时推焦、拦焦、熄焦三车是正对在一条直线上的。图 2.1 焦化生产现场布局图 Fig2.1 Coking production site layout 推焦车拦焦车熄焦车轨道轨道轨道炉室上位机无线通讯模块主站从站从站从站 第 2 章 系统设计方案 72.2.2 系统分层设计 焦炉机械控制系统具有控制站点分散、站间交换信息量大、系统结构层次化等特点，按照系统现场布局及焦化生产工艺要求，本系统按照纵向分层的设计思路来设计。系统分层设计是目前工业网络控制设计过程中比较常用的设计方式，所谓分层设计就是根据系统中各个不同功能的子模块按照它们在系统中的相互关系及作用进行层次化分类，并按层次进行系统设计开发。层次化的结构设计不仅使得设计思路简洁明了，而且容易把握系统框架，同时结合功能结构模块化设计，便于实际开发时的分工协作，提高开发效率。根据分层设计的思想以及焦炉生产实际情况，焦炉机械走行控制系统可以分成三层：监控管理层、通讯层、执行层。系统结构分层示意如图 2.2 所示。图 2.2 系统结构分层示意图 Fig2.2 Layered system architecture diagram 监控管理层设计 监控层属于系统的最顶层，本系统的监控层由工业控制计算机（IPC）、键盘、打印机以及运行在计算机内部的控制程序组成。利用计算机的强大处理能力对各个从站采集的数据进行分析判断，根据工艺要求，制定推焦计划，发送操作指令。计算机在焦化行业的应用不仅提高了焦炉生产效率和焦炉监控管理的可靠性，而且更重要的是将先进的现代管理控制体系引入到像焦化生产这样的粗放型工业管理体系中来，优化了生产管理系统。上位机控制程序位于整个的系统控制中最高层，主要完成推焦生产监控管理，具体为两方面内容：推焦生产计划的自动编排和推焦机械运行的远程自动控制。推焦计上位PC机无线数传模块无线数传模块PLC数据检测系统机械执行系统无线数传模块PLC数据检测系统机械执行系统无线数传模块PLC数据检测系统机械执行系统无线数传模块PLC数据检测系统机械执行系统拦焦车推焦车熄焦车装煤车执行层通讯层监控层MCUMCUMCUMCU 江苏科技大学工学硕士学位论文 8划的自动编排是主控程序根据焦化厂的生产实际信息，包括推焦炉号数、推焦串序编排规则、结焦时间等生产参数，输入计算机，经过计算机主控程序运算处理自动编制推焦计划，并提供打印推焦计划及报表功能。如果出现非正常的生产情况，可以手动的在计算机上调整参数生成新的推焦操作计划。焦炉机械远程自动控制是指上位机对各大焦炉机械的运行状况进行监测并记录保存，同时远程控制实现对推焦车、拦焦车、熄焦车的三车联锁，完成装煤推焦等生产操作，对焦炉生产全过程实现监控管理。上位机主程序的功能不仅仅是对焦炉机械运行状态参数的简单判断，而且是要结合焦化生产计划，以实现生产工序为明线，资源有效配置为暗线的全方位的立体的焦炉生产机械管理自动化控制。焦炉生产是一个现场多因素，多样化流程的工业生产过程，因此在系统设计时要综合考虑。除此之外，根据焦化生产的实际情况，系统还应具备易维护性和易扩展性的特点。通讯层设计 通信层是是链接管理层和执行层的中间桥梁，具体是由分布在中控室主站和各个焦车从站上的无线通讯模块构成。无线通讯模块将上位机主站与装煤车系统、推焦车系统、拦焦车系统、熄焦车系统四个从站连接在一起，实现主站与从站的信息传递。通信层设计内容包括:系统通信协议设计；上位机通信接口设计；下位机控制器通讯接口设计。系统的通信顺畅是焦炉生产过程安全可靠运行的根本保证，通讯的准确实时是系统设计必须要做到的，也是系统设计第一位的问题。执行层设计 执行层是由焦车控制器、炉号识别系统、精确对正系统等部分组成。执行层既是系统生产信息的采集者，也是系统控制指令的精确执行者。它的是建立在焦车原有控制系统基础之上的，通过控制焦车内部原有 PLC 控制器，实现对机车电气传动装置、焦车执行机构以及制动装置的控制。焦车控制器 MCU 是执行层的控制核心，它将负责焦车子站与上位机主站的信息联通，执行上位机主站传送来的操作指令，通过自身内部程序处理后，输出能实现焦炉机械合理动作的开关量指令给焦车上的 PLC 控制系统，通过焦车内的 PLC 控制焦炉机械设备的高效运行。当前炉号是焦炉生产过程中非常重要的管理信息，它主要影响焦车走行判断的依据。炉号识别系统是安装在焦车上的信号检测设备，其功能是采集焦车当前所处区域所对应的炉号位置，对整个系统而言，准确无误的识别炉号是保证系统正常稳定运行的前提条件。炉号识别系统将检测到的数据传输给 MCU，经 MCU 将炉号检测结果 第 2 章 系统设计方案 9传送给 IPC，同时也让 MCU 直接得到运行检测信号实现子系统的精确定位运行。对正联锁是推焦操作的先提条件，精确对正系统是校正焦车自动走行到目标炉号并精准的停靠在指定炉号的有效炉室区域，因此，精确对正系统的准确性也是系统控制正常稳定运行的关键，重要性不言自喻。精确对正系统和炉号识别系统一样，首先通过位置检测器件将位置检测信息反馈给 MCU，让 MCU 发出指令给 PLC，用以驱动制动装置停车，利用焦车校正驱动，实现焦车的自动对正，同时将炉号对正信息传送给上位计算机。2.3 技术方案 焦炉生产环境恶劣，除此之外影响控制系统的因素也较为复杂，具体表现为：灰尘大；焦化现场温度高；环境对设备腐蚀性强；车辆运行频繁且运行时机械振动大；现场电磁干扰严重；新旧好坏焦炉不一，导致炉号定位难；焦炉机械设备老旧严重；推焦计划的编制不同；焦炉机械活动范围大且分散；设计系统时，要全面考虑到现场环境中的各种影响因素，保证系统运行的可靠性。2.3.1 主站设计方案 系统主站设计包括监控管理界面开发，后台数据库设计，无线通讯模块的选型，计算机与无线通讯模块的硬件连接。界面开发 主站 IPC 选用研华工业控制计算机，IPC 机界面采用 Visual Basic 6.0 可视化编程软件开发。根据监控功能要求，上位机的功能包括监控界面实时显示各大焦车反馈回来的生产信息，对采集的数据整理存入数据库，同时提供打印生产日志报表功能。对重要的生产过程如推焦操作过程，将以动画模拟结合参数显示的形式展现出来，采集的重要参数如推焦实时电流则以动态实时曲线的方式显示，以直方图的形式展示各炉室装煤重量，如此便以直观的监控这些重要的生产信息。上位机根据焦炉生产工艺及其具体情况自动生成推焦计划表，并按照推焦计划表准确的向各个焦车系统发送操作指令。并校验指令执行情况，当自动操作出现问题时，可以人工命令发送控制指令。江苏科技大学工学硕士学位论文 10对误操作等非正常情况将在主界面上以报警的形式显示出来。数据库的选型设计 系统后台数据库选择的是 SQL Server 2005，SQL Server 是一种关系数据库管理系统，SQL Server 2005 数据库系统因其具有处理数据量大，可视化开发界面,使用便捷等优点，目前成为国内应用最多的数据库平台。SQL Server 2005 数据库由于与微软开发的 Windows 操作系统及其应用平台的交互性、兼容性好,因而被广泛地应用于各种类型的应用系统中11。无线通讯模块的选型 前面也说明了焦化生产现场条件较为恶劣，因此要选用先进的无线通讯模块以保证通讯的顺畅可靠。系统无线通讯模块选用收发一体式无线通讯模块 PTR2000，该器件成本低，体积小，可与 MCU 集成在一起，PTR2000 主要特点如下：模块集发射接收为一体；工作频段为国际上通用的数传频段 433MHz，灵敏度高达105bBm；采用 FSK 调制/解调，可直接进入数据输入/输出，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合；采用 DDS（直接数据合成）+PLL 频率合成技术，因而频率稳定性极好；超小体积，402753mm；工作电压低（2.7V），功耗小，接受待机状态电流仅为 8A；具有两个频道，可满足需要多信道工作的场合；工作速率最高达 20kbit/s(也可在 9600bps 下工作)；可直接与 MCU 串口连接，也可以经 MAX232 与 PC 机串口连接，软件编程方便；由于采用了低发射功率、高接收灵敏的设计，因此使用时无需申请许可证，开阔地时的使用距离最远可达 1000 米。计算机与无线通讯模块的硬件连接 计算机串行通讯口是 RS-232C 标准接口，RS-232C 接口标准的电气特性及逻辑关系规定如下：TXD、RXD、RTS、CTS、DSR、DTR 以及 DCD：逻辑 1 为315+V、逻辑 0为315V，因此 RS-232 正常工作时电平应保持在(315)V。PTR2000的串口信号为TTL电平信号,逻辑1为高电平，逻辑0为低电平：输出时，高电平2.4 V，低电平0.4 V；输入时，高电平=2.0 V，低电平=8？数据格式分析格式有误数据内容分析数据有误确定正常信息接收正常信息清空缓冲区发送报警信息NNNYYY接收中断结束取出八位有效数据 第 3 章 上位机监控管理系统 35CRCl=Len(Trim(Mid(buffer,19,2)获取CRC校验低位 3.3.3 上位机通信界面设计 上位机串行通讯界面设计主要是为了设置串行通讯参数，显示发送的数据及读取上来的数据等。串口参数设置包括串行通讯口、波特率、校验位、停止位的选择，该系统运行时的串行口选择为1，波特率为9600bits/s，校验位为N，停止位0。功能选择选项对应数据帧中的功能代码数据，当通讯参数设置完成，点击“保存设置”按钮即可将选择好的通讯参数调入程序中运行。点击“打开串口”按钮，上位机将按所输入的通信参数打开相对应的串口发送接收数据。同时“串口开否”旁的灯会根据上位机运行程序显示串口为打开还是关闭，红为开，黄为关。“当前串口参数”将在系统运行时显示串口实时读取的数据，“发送数据”显示的是上位机向外发送的当前数据，“地址”显示的是接收数据来自的地址，“接收数据”将显示这一段时间实时读取的串口数据，所有数据以16进制数值显示。设计时，在“串口设置”窗体内添加了2个Frame控件做容器，在其中放置6个ComboBox控件、4个Text控件、1个MSComm控件、1个Timer控件、1个Shape控件和3个Command控件，这里需要说明的是，Timer控件用于实时触发串口发送接收数据，其Interval属性用于设置触发周期，Interval属性单位为0.001秒，程序设置值为100，即0.1秒触发一次。“串口设置”窗体设计如图3.18所示。图 3.18 串口设置窗体 Fig3.18 The form of serial port settings 江苏科技大学工学硕士学位论文 363.4 本章小结 系统上位机监控功能包含三部分，分别是生产过程管理功能、远程自动控制功能、上位机通讯功能。生产过程管理要实现推焦计划自动编排以及现场信息实时显示，这也是上位机的主要功能之一。自动控制功能是按照焦化工艺要求自动发送控制指令，控制各焦车系统自动完成装煤、推焦、走行等焦化操作。上位机通讯功能主要完成上位机能与下位机实现可靠稳定的串行通信。第 4 章 系统数据库设计与实现 37第 4 章 系统数据库设计与实现 4.1 数据库选择 数据库在管理系统开发中占有十分重要的位置，一个好的数据库是一个成功系统的关键，所以要根据系统信息量的大小选择合适的数据库。根据本系统的实际情况，我选择SQL Server 2005作为系统后台数据库。4.1.1 数据库的选型 Access数据库 一种关系型数据管理系统，能管理存储数据，用户能够通过Access数据库提供的管理软件开发环境开发出数据库管理程序，开发过程较为简单。该数据库由表、窗体、报表、查询、模块以及宏对象组成。Oracle数据库 以关系型和面向对象为中心的数据库软件系统，Oracle数据库因其在数据完整性和数据安全性方面性能优越，以及跨硬件平台、跨操作系统的数据交互操作能力，使得很多用户将Oracle作为其管理数据的数据库后台软件。SQL Server数据库 一种关系型数据库系统。SQL Server是一个可扩展的、高性能的、为分布式客户机/服务器计算所设计的数据库管理系统，与Windows NT的有机结合，具有高性能设计、先进的系统管理以及强壮的事务处理功能，提供了基于事务的企业级信息管理系统方案。Access是小型数据库，数据储存量小且安全性不高，数据库过大，一般100M以上性能会变差，每个数据库文件最大限制只有2G。而且不能将 VBA 代码开发的软件系统直接编译成 EXE 可执行文件。Oracle数据库处理的数据容量大,系统功能全面,而且安全管理和数据恢复机制较完善，在大型的对数据处理量大，运行速度快的场合应用比较合适。SQL Server简单易用，数据库系统可处理的数据量较大,可以应用于企业的数据管理系统,处理生产中的各种数据。由于与微软开发的操作系统和应用平台的兼容性较好,同VB,VC,ASP等开发语言结合比其他数据库好。所以SQL Server越来越多地被应用于各种场合21 22。比较而言，Access虽然便宜，操作简单，但是数据容积很小。SQL Sever经济性上比较适宜，功能也很强大，数据容量不错。Oracle是现在大型企业的主流数据库，江苏科技大学工学硕士学位论文 38但价格昂贵。本课题系统数据量适中，对数据处理的速度要求不高，同时出于和监控界面的开发软件Visual Basic 6.0的兼容性方面考虑，选择SQL Server数据库较为合适。4.1.2 SQL Server 2005数据库简介 Microsoft SQL Server 2005 是微软在2005年12月推出的一款拥有多种服务的关系数据库管理系统，用结构化查询语言T-SQL作为数据库编程语言。SQL Server可以定义多达32767个数据库，单个数据库可以扩展20亿个信息表。数据库的编程语言Transact-SQL可以对数据中的数据进行增添、存储、删除等操作功能。SQL Server2005提供了一个完整的数据管理和分析的解决方案，成为大中型数据库解决方案的典型数据库平台22。该数据库具有以下优点：在线检索 在数据定义语言（DDL）执行过程中，可以对基底表格或集簇索引数据以及任何相关的检索，进行同步修正。数据库镜像 这一特点是SQL Server 2005的一个新特性，它允许你将一个SQL2005数据库内容镜像到另一个SQL 2005数据库中。这样就可以在发生错误的时候，通过镜像数据库来进行错误自动恢复。快速恢复 新的快速恢复选项不仅速度恢复速度更快，而且还改进了SQL Server 数据库的可用性，使得管理人员在事务日志超前之后，能重新链接到恢复中的数据库。在线恢复 该特性能使得管理人员在服务器运行情况下，能够执行恢复性操作，这一功能使得服务器的可用性得以恢复，除去正在恢复的数据无法使用外，其他部分仍能在线使用。引入SQL Server Management Studio 这是SQL Server数据库新的数据管理工具组，新的工具组增加了新的功能，包括开发和配置SQL Server数据库，发现及修改故障，对以往的更能进行改进。快照隔离 通过这一功能，使用者能够采用与传统一样的视角存储查询数据，同时为服务器提供更大的升级空间。专门的管理员链接 在服务器出现问题不能使用时，可以通过这个链接打开服务器，这一功能还能让管理员通过Transact-SQL指令或者操作诊断功能找到并解决问题。第 4 章 系统数据库设计与实现 39 安全性能高 数据库加密、增强密码政策、设置安全默认值、增强型的安全模式、缜密的许可控制。复制功能强 对比其他分布式数据库，该数据库对全面的方案修改复制、多个数据库的内置复制功能、多超文本传输协议进行合并复制，以及在这一方面的升级性改进。数据分割 加强对本地数据表的检索分割，对数据的管理更加高效23。焦炉机械操作现场的信息量较大，采集的数据必须进行严格存储管理，重要的数据应当进行备份。同时要求只能相应的工作人员才能打开较为重要的管理信息，所以数据管理要求较为严格。SQL Server 2005功能强大，安全性较高。4.2 系统数据表设计 焦炉机械走行管理的核心是焦化机车推焦信息的管理，这其中包括焦炉推焦计划编排，焦炉机车推焦计划问题的实质是对给定的推焦条件制定计划时间安排通过对管理系统进行的需求分析、流程设计以及系统结构的确定，规划处系统中使用的数据实体对象及实体E-R图24 25。首先是基本信息，基本信息包括用户信息和班次编排信息。用户名及用户密码是用户信息实体，其实体 E-R 图如图4.1所示。图 4.1 用户信息实体 E-R 图 Fig.4.1 User Information E-R diagram entities 根据用户信息实体E-R图在数据库中建表gly，如表4.1所示。表 4.1 gly 表的结构 Tab.4.1The structure of gly 字段名 数据类型 字节 备注 用户名 Varchar 20 操作员名称 用户密码 Int 10 操作员密码 用户信息用户名用户名 江苏科技大学工学硕士学位论文 40班次编排信息包含了班组名、单班时间、班次开始时间、推焦序号，其E-R实体如图4.2所示。图 4.2 用户信息实体 E-R 图 Fig.4.2 User Information E-R diagram entities 焦化生产操作分甲乙丙三班轮流进行，8小时轮换一次，一般8:00、16:00、24:00为交班时间。推焦序号按编排好的计划次序进行。表 4.2 bcxx 表的结构 Tab.4.2The structure of bcxx 字段名 数据类型 字节 备注 班组名 Varchar 10 甲、乙、丙三组 单班时间 Datetime 10 每班工作时长 班次开始时间 Datetime 10 班组接班时间点 推焦序号 Int 10 推焦炉号序列 推焦计划优化衡量标准系数及其他焦化参数等信息实体，E-R图如图 4.3 所示。图 4.3 生产参数实体 E-R 图 Fig.4.3 Production of E-R diagram parameter entity 根据生产参数实体E-R图创建表sccs（生产参数信息表），表中信息包括推焦过程标准系数、入炉煤水分、时间段、炉室炼焦温度等，生产参数信息表如表4.3所示。表 4.3 生产参数信息表表 Tab.4.3 Information exemplar production parameters 字段名 数据类型 字节 备注 推焦总系数 Real 10 计划推焦系数 Real 10 执行推焦系数 Real 10 时间段 Datetime 10 对应参数时间段 入炉煤水分 Real 10 装入炉室煤水分率 炉室温度 Real 10 炼焦炉壁温度 班次编排信息班组名单班工作时间各班开始工作时间推焦序号生产参数推焦