计算机过程自动化系统在济钢精炼中的应用

济钢第三炼钢厂作为一个现代化钢铁企业，其优越性主要体现在品种钢开发和自动化水平方面，其中精炼从开发高端冶金材料、自动化炼钢的角度出发明确提出了生产基础自动化（Level 1）、生产过程自动化Level 2、生产管理自动化（Level 3）为主体的三级网络模式。 1 三级网络模式概述 1）生产基础自动化（L1级）：主要是通过PLC技术完成各个相对独立顺序和闭环控制的运行，各系统间既存在一定的关联，又具有相对的独立性，当某个系统遭到破坏时，一般不会造成系统整体故障。 2）生产过程自动化（L2级）：一种基于服务器数据库技术的模型生产技控制术，通过在相近区域设置服务器，实现对本区域内L1级系统的网络管理，由于每个服务器都固化有与本区域工艺相关的生产模型，系统具备自学习功能，能够指导L1级的生产。 3）生产管理自动化（L3级）：这是整个三级网络体系的最高层，直接参与生产制造命令的接受和下达。它从硬件上完成分厂L2级服务器的连接与管理，软件上连接外部L3级，包括各种生产管理表格，将各种制造命令合理编排后交给L2级、L1级去执行。 其中二级计算机自动化系统在自动化炼钢、提高冶金产品质量方面占有举足轻重的地位和作用，通过二级自动化系统的模型炼钢不仅可能提高炼钢的精度，而且可以最大强度地降低操作人员的劳动强度，提高生产率，冶金模型还可为操作人员提供操作指导，尽量避免无谓的操作失误。 2 LF过程控制系统模块功能 精炼系统现在只具备LF钢包炉生产条件，LF过程控制系统采用模块化设计，包括有以下功能： （1）生产管理 1）炉次信息输入：通过“炉次信息输入”，操作员将某一炉次的信息输入过程控制系统。当选择了炉次号，生产计划的相关数据就会展示给操作员，过程控制系统也就接收到炉次处理的基本信息。 2）炉次跟踪：对于钢包炉的每一重要事件，如熔炼开始/结束，过程步骤的改变（钢包到达、加热、离开……），炉次跟踪模型均被更新。 3）剩余处理时间：考虑了预定的处理时间，当前的处理时间和待执行过程步骤之后计算出剩余处理时间，周期性计算并显示在OWS上。 4）操作员指导：是贯穿于冶金处理过程中冶金工程师的一系列关于“测温”、“取样”等的口头指导，依附于数据库中的个别的过程步骤中。 5）分析成分登记：当与外部通信正常时会自动接受从化验室计算机送来的分析成分，作为一备用功能，钢水的分析成分还可通过键盘手动输入。 （2）模型 1）LF过程模型：在L2级自动化系统内执行，主要是检测现场事件，在需要时访问数据库并运行计算模型，根据模型预报和操作员输入数据指令，向基础自动化（L1）发送计算出的工作点，并指导操作员工作。 2）热量平衡：估算系统能量含量的趋势，以便控制加热程序，给操作员过程趋势的指示。 3）合金料添加模型：计算出可能采用的铁合金配比中最经济一种配比以修正熔池成分，同时计算完成铁合金和造渣剂，提高产品质量。计算得出的配比、重量和物料代码，从L2级送往L1级，在操作员确认和可能的手动更新后，物料代码与料仓之间的安排由L1级完成。 3 过程自动化系统 三炼钢精炼的二级计算机过程自动控制系统具有计划、跟踪和生产活动报表的全面性工厂控制功能：根据工艺过程和计算机模型，提供过程的在线监视、督导和控制功能；提供数据记录、报告和炉次跟踪与生产计划功能。 精炼二级计算机控制采用的是当今流行、性能稳定的C1ient/Server模式，该模式又称分布式应用处理或协作应用处理，该系统有3个主要部件：数据库Server、客户应用程序、网络。其中数据库Server作为后台服务器的功能包括：①为并发用户管理1个单独的数据库。②控制对数据库的访问和其它安全性要求。③使用备份和恢复功能保护数据库。④对所有的客户应用程序集中实施全部数据完整性约束。 客户应用程序的主要任务是为用户提供交互界面（即HMI），便于完成各种工作，管理各种显示逻辑（如按数据项目的格式弹出列表或在图形数据表示工具中弹出图形），验证数据项目，向数据库服务器请求及接收来自服务器的数据。 精炼二级计算机控制系统具体分为三个部分：①二级服务器SERVER，支持冶金和工艺数据的数据库，执行督导工作和数学模型，根据模型计算结果向受控设备生成和发送工作点数据，并收集相应实际数据在数据库内生成生产的质量报告。②HMI接口系统（操作员工作站OWS和冶金工程师工作站PWS)，OWS作为功能强大的操作员工作站，向控制台操作员提供设备监视画面和生产炼钢的实际状态，允许操作员在需要时根据生产实际情况对模型控制的自动冶炼过程进行手动干预；PWS提供了一系列软件功能用于冶金工程师维护生产数据库和冶金数据库，在这个工作站，冶金工程师可以根据生产实际情况及钢种要求定义一些生产实绩、生产决窍、工艺路线、操作指导。③网络体系结构采用工业用快速以太网，介质访问采用CSMA/CD控制策略，即带有碰撞检测的载波侦听多路访问。网络协议采用TCP/IP协议，网络结构为星形结构。精炼整个网络布局如图1。 其中OWS、PWS作为Client执行现场控制的操作及冶金模型的维护功能，客户OWS、PWS访问中央过程控制服务器（SERVER）的信息并依靠存入/取回技术与服务器中运行的计算模型互相联系。过程控制服务器作为SERVER执行了“应用服务器”和“数据库服务器”两层功能。即根据生产模型执行自动化函数和逻辑运算，以实现最佳的冶金处理应用服务功能和长期保存数据的数据服务功能，集中数据库以防止数据失调和减少维护操作。数据库采用的是关系型ORACLE数据库，并采用SQL访问的标准数据库包。数据交换、SERVER、OWS、PWS、PLC（1级基础自动化系统)之间的协作关系是通过工业用的快速局部以太网来实现。数据从服务器到客户沿网络分布，完成传送设定点、收集质量和产量数据等功能。 对于精炼二级计算机系统，精炼系统的逻辑控制结构如图2。 无论从精炼系统的网络布局图，还是逻辑图，我们可以明显地看出，二级过程服务器与基础自动化系统直接通过快速局部区域网联系，收集基础数据，二级过程服务器直接与外部通过介质转换器与外部化验室等通信，这样就避免了外部直接进入二级模型控制网络及一级基础自动化网络而导致系统故障的危险性，使网络具有了良好的安全性。 4 结束语 通过二级计算机管理过程和模型控制，有效地避免了经验炼钢所带来精度不够准确的问题，为开发优质品种钢提供了有效的生产条件。