寶鋼股份特鋼事業(yè)部40T產(chǎn)線板帶煉鋼過程控制計算機(jī)系統(tǒng)

張芙蓉

摘要：以寶鋼股份公司特鋼事業(yè)部40T板帶煉鋼產(chǎn)線計算過程控制工程為藍(lán)本，簡要闡述了特鋼40T產(chǎn)線板帶煉鋼過程控制計算機(jī)的設(shè)計和開發(fā)過程中分布式計算機(jī)技術(shù)在該系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要包括設(shè)計思想、系統(tǒng)架構(gòu)、軟硬件平臺應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)、通信方式。

關(guān)鍵詞：過程控制；出鋼開始；Mutilink；XCOM；操作終端；電文；MES；

中圖分類號：TH843文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0000-00

隨著網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)技術(shù)的不斷向前發(fā)展，在生產(chǎn)過程的自動化控制系統(tǒng)中，過程控制技術(shù)優(yōu)勢在于它的高頻率處理，即時性，同時相比模擬控制和微控它具有極為強(qiáng)大的易修改性。這些優(yōu)勢都是過去的任何一種控制無法比擬的。

煉鋼、精煉、連鑄是鋼鐵生產(chǎn)的一個非常重要的環(huán)節(jié)，它的運轉(zhuǎn)性能及效率的高低直接影響到企業(yè)的效益及板坯產(chǎn)品的產(chǎn)量及質(zhì)量。作為一個現(xiàn)代化的鋼廠尤其是特殊鋼生產(chǎn)產(chǎn)線，產(chǎn)品的生產(chǎn)組織及各個工序的調(diào)度安排必須作到統(tǒng)一有序，對生產(chǎn)的各工序進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，以適應(yīng)市場的變化及需求。

為了有效地貫徹生產(chǎn)部門的統(tǒng)一調(diào)度，有效地控制生產(chǎn)、提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，正確地指導(dǎo)操作人員進(jìn)行有效、合理的操作，就必須要有一套先進(jìn)、強(qiáng)健的計算機(jī)控制系統(tǒng)作為支撐。通過利用系統(tǒng)來幫助操作人員提高操作水平，系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進(jìn)行有效的跟蹤控制，對生產(chǎn)作業(yè)實績進(jìn)行有效的收集、統(tǒng)計以及對生產(chǎn)線上的主要設(shè)備進(jìn)行有效管理，將大大地減少人力，提高生產(chǎn)效率。

本系統(tǒng)開發(fā)投入后，已經(jīng)實現(xiàn)了實時地跟蹤現(xiàn)場的生產(chǎn)，為生產(chǎn)提供必要的生產(chǎn)指導(dǎo)，實時收集生產(chǎn)實績，統(tǒng)計必要的消耗，為MES系統(tǒng)提供實績數(shù)據(jù)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)包含三大系統(tǒng)：電爐應(yīng)用系統(tǒng)、精煉應(yīng)用系統(tǒng)、連模鑄應(yīng)用系統(tǒng)。其中電爐L2

計算機(jī)系統(tǒng)：覆蓋4個電爐的計算機(jī)系統(tǒng)；精煉L2計算機(jī)系統(tǒng)：覆蓋5個LF爐、1個AOD爐、1個VD爐、1個VOD爐的計算機(jī)系統(tǒng)；連模鑄L2計算機(jī)系統(tǒng)：覆蓋1臺連鑄機(jī)本體、1套模鑄工位的計算機(jī)系統(tǒng)。

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成特點

為了系統(tǒng)的先進(jìn)可靠，同時盡可能地降低、節(jié)約成本，本系統(tǒng)采用的是基于PC和PC Server的CLIENT/SERVER體系結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用服務(wù)器均采用市場上目前性能可靠、優(yōu)越的PC服務(wù)器，以保證系統(tǒng)的可靠運行。

為了提高系統(tǒng)的安全性、可靠性和高效性，應(yīng)用服務(wù)器、和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的系統(tǒng)盤采用磁盤鏡像技術(shù)RAID1；數(shù)據(jù)盤庫系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備的方式?？蛻魴C(jī)將采用性能可靠的高中檔PC機(jī)，以便保證性能可靠和畫面顯示的響應(yīng)速度。

應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的操作系統(tǒng)采用Windows 2003 Enterprise Server，數(shù)據(jù)庫采用Oracle 10g Enterprise Version關(guān)系數(shù)據(jù)庫。應(yīng)用程序的開發(fā)利用Microsoft Visual Studio .Net Prof。

客戶機(jī)端操作系統(tǒng)采用Windows XP Professional，人機(jī)交互界面應(yīng)用主要由利用ORACLE的前端開發(fā)工具Forms、Reports開發(fā)的人機(jī)界面系統(tǒng)（HMI System）和報表打印顯示系統(tǒng)組成。

系統(tǒng)考慮了必要的病毒防治軟件及系統(tǒng)備份軟件。系統(tǒng)的架構(gòu)及開發(fā)基于寶信公司開發(fā)的中間件Plature99、XCOM、MultLink上進(jìn)行。

整個過程計算機(jī)系統(tǒng)主要組成包括：機(jī)房服務(wù)器、操作終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其中機(jī)房服務(wù)器又包括通訊前置機(jī)、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

針對所處理工位的不同，本設(shè)計方案分別設(shè)計了冶煉區(qū)域（料場、EAF爐）、精煉（LF爐、VD爐、AOD爐和VOD爐）、鑄造區(qū)域（連鑄、模鑄）三個過程計算機(jī)子系統(tǒng)、各系統(tǒng)分別處理本工位的二級計算機(jī)功能，且每套系統(tǒng)均配備各自的應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。而各操作室的爐前終端主要提供實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和畫面操作功能。

通訊前置機(jī)負(fù)責(zé)L2系統(tǒng)與L1系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊，基于OPC工業(yè)控制數(shù)據(jù)通訊的標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)與不同PLC的數(shù)據(jù)通訊功能。通訊服務(wù)器在獲得相關(guān)PLC數(shù)據(jù)后將啟動對應(yīng)的應(yīng)用處理功能。

應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)處理對應(yīng)工位的應(yīng)用處理功能（過程跟蹤、實績收集等），提供相關(guān)終端對數(shù)據(jù)庫訪問的統(tǒng)一接口，同時負(fù)責(zé)各L2系統(tǒng)之間以及其與L3系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊功能。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲相應(yīng)工位的過程計算機(jī)系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)信息，包括冶煉計劃、標(biāo)準(zhǔn)信息、過程狀況、實績信息、日志信息等。

電爐、精煉和連鑄計算機(jī)系統(tǒng)之間的應(yīng)用功能相互獨立，各應(yīng)用系統(tǒng)分別與本工序范圍內(nèi)的基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，處理本系統(tǒng)范圍內(nèi)的二級應(yīng)用功能，并實現(xiàn)與L3系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊功能。

上述各系統(tǒng)相互之間存在生產(chǎn)狀態(tài)和實績信息等信息的數(shù)據(jù)通訊，采用DB-LINK通訊方式。各系統(tǒng)可以查詢相關(guān)工序的冶煉狀態(tài)和實績信息。

1.2 計算機(jī)系統(tǒng)硬件配置

PC服務(wù)器包括CCS2應(yīng)用服務(wù)器3臺、CCS2數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3臺、備用服務(wù)器1臺，HMI Server PC機(jī)一臺，操作終端PC機(jī)48臺，通信前置機(jī)3臺。彩色噴墨打印機(jī)4臺，激光打印機(jī)2臺。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括：交換機(jī)機(jī)箱、SUP IV交換機(jī)引擎CPU模塊、冗余電源、交換背板；24口多模光纖接口模塊；24個10/100/1000M RJ接口；具有線速轉(zhuǎn)發(fā)，分布式交換能力的6口千兆接口模塊，提供1個單模和1個多模接口；支持OSPF路由協(xié)議所需的軟件，24口10/100/1000M UTP接口，4口多模100M光纖接口模塊， 8個10/100M RJ45接口、1個100M多模接口可網(wǎng)管產(chǎn)品 符合特鋼網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型要求，能夠無縫兼容。6個1000M接口，6個100M RJ45接口；32GBps背板能力，最大堆疊9個設(shè)備 Switch Hub，符合特鋼網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型要求，能夠無縫兼容。1個1000M接口，8個100M RJ45接口。endprint

2 系統(tǒng)功能概述

系統(tǒng)實現(xiàn)了4個廢鋼料場稱量的生產(chǎn)過程控制、4個EAF爐的生產(chǎn)過程控制、4個LF爐的生產(chǎn)過程控制、2個AOD爐的生產(chǎn)過程控制、1個VD爐的生產(chǎn)過程控制、1個VOD爐的生產(chǎn)過程控制，1臺1機(jī)1流垂直連鑄機(jī)的生產(chǎn)過程控制、1臺模鑄機(jī)的生產(chǎn)過程控制。

2.1 電爐工藝

鋼包到達(dá)指定位置時，電弧開始通電，當(dāng)鋼包內(nèi)鋼水達(dá)到目的狀態(tài)時電弧通電結(jié)束。

電弧通電以后，要向爐內(nèi)吹氧，吹氬，吹碳，為了加速冶煉過程，還需要對電壓進(jìn)行換檔，共分為8個檔位。冶煉開始時，檔位逐個升高，冶煉結(jié)束時，檔位逐個降低。在冶煉過程中，要抽取試樣，并測定鋼水溫度，以確定鋼水是否達(dá)到了要求。鋼水達(dá)到要求后，電爐冶煉結(jié)束，進(jìn)入出鋼流程。由EBT出鋼方式出來的鋼水還要經(jīng)過精練，連鑄工序。

2.2 LF爐工藝

吊車將鋼水包吊到鋼包車的吊包工位，進(jìn)行吹氬。然后將鋼包車開至加熱工位，鋼包蓋下降，測溫加渣料，電極下降，開始通電加熱，基本達(dá)到熱平衡后，鋼液溫度不再下降，這時停止通電，提起電極，同時進(jìn)行底吹攪拌，進(jìn)行測溫取樣。在等待快速化驗結(jié)果的同時，繼續(xù)進(jìn)行通電加熱。獲取取樣結(jié)果后，投料，進(jìn)行合金微調(diào)。加入合金料后，吹氬，繼續(xù)加熱。此時進(jìn)行最后一次測溫取樣，然后進(jìn)行喂絲處理，進(jìn)行終脫氧、脫硫，作夾雜物的變性處理。在喂絲完成后包蓋生起，鋼包車開至吊包工位。

2.3 VOD爐工藝

準(zhǔn)備階段：鋼水扒渣后，通過行車將鋼包吊進(jìn)真空罐，利用惰性氣體連接裝置連接氬氣管線并開始吹氬，測溫取樣和測鋼包凈空。

脫硅：所有的硅必須在碳氧反應(yīng)之前除去。脫硅過程中必須進(jìn)行靈活的壓力控制。

吹氧脫碳：這個過程可以被分為：

主吹：脫碳是一個連續(xù)過程，可以由供氧量來控制。罐內(nèi)壓力可通過真空控制或?qū)Ｓ帽眉夁_(dá)到150-50

動態(tài)吹煉：為了促進(jìn)碳的反應(yīng)，使真空罐壓力和氧流量發(fā)生變化，可根據(jù)碳含量、鋼水溫度和脫碳效率來控制和結(jié)束吹氧，控制系統(tǒng)將監(jiān)控所有這些參數(shù)。

沸騰：停止吹氧后，繼續(xù)降低壓力到深度真空，利用鋼水中殘余氧進(jìn)行沸騰脫碳。

沸騰脫碳后，加入石灰和還原劑在深度真空下對渣中Cr進(jìn)行還原，并進(jìn)行合金化，還原結(jié)束后破真空，并可進(jìn)行合金微調(diào)。

大氣下處理階段：破真空后進(jìn)行測溫取樣，喂絲，并進(jìn)行Ar氣軟吹，軟吹后測溫取樣，將鋼包吊離VOD處理站。

2.4 VD爐工藝

鋼包由行車吊運到VD工位，同時，接通鋼包底吹氬，測溫，蓋好罐蓋，啟動蒸汽噴射泵進(jìn)行真空脫氣處理，保持約25分鐘，使鋼溶液氣體含量達(dá)到要求，破壞真空后，移開真空罐蓋車，進(jìn)行測溫取樣、定氧、定氫，喂絲，鋼水溫度滿足澆注條件后用行車吊運至連鑄或模鑄工位進(jìn)行澆注。

2.5 連鑄工藝

經(jīng)過精煉后溫度、成分均合格的鋼水，由起重機(jī)吊運到鋼包回轉(zhuǎn)臺上。連接好鋼包滑動水口液壓缸和鋼包下渣檢測裝置接線。鋼包加蓋，鋼包回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180度，把鋼包運送到澆注位置的中間罐小車的上方。開啟鋼包滑動水口，鋼水經(jīng)過鋼包到中間罐之間的保護(hù)套管流入中間罐，待中間罐內(nèi)鋼水液面上升至一定高度后，投入覆蓋渣。中間罐鋼流控制系統(tǒng)自動打開，鋼水通過浸入式水口流入結(jié)晶器。

結(jié)晶內(nèi)的鋼水上升到一定高度后，人工加入保護(hù)渣。在自動開澆系統(tǒng)的控制下，結(jié)晶器振動裝置和拉坯輥自動啟動，在結(jié)晶器內(nèi)已形成坯殼的鑄坯在引錠桿的帶動下緩緩拉出結(jié)晶器和足輥段，進(jìn)入二冷導(dǎo)向段。鑄坯在二冷導(dǎo)向段中經(jīng)過氣霧噴淋冷卻，坯殼不斷加厚直至全凝固。

鑄坯出了二冷導(dǎo)向段之后，由夾送輥夾送鑄坯，此時夾送輥下方的火焰切割機(jī)將鑄坯切成倍尺或定尺后，由接坯小車將鑄坯送入處于等待位的斜出坯裝置，斜出坯裝置接受到鑄坯后由接坯位轉(zhuǎn)至斜出坯位。之后，斜出坯裝置將鑄坯送入地面上的后部出坯輥道，鑄坯在后部出坯輥道上去毛刺，去好毛刺的鑄坯由起重機(jī)從輥道上運出至鑄坯堆存區(qū)。

2.6 模鑄工藝

模鑄工藝：在模鑄四跨布置有鋼錠模準(zhǔn)備區(qū)，鋼錠模的準(zhǔn)備工作包括冷卻、清刷。冷卻以空冷為主，冷卻后，鋼錠模要用鋼鏟、鋼刷清理內(nèi)壁，并用壓縮空氣吹去殘鋼，結(jié)渣和氧化鐵皮，清理后的鋼錠模放在堆放區(qū)以使用。

模鑄作業(yè)時，起重機(jī)將鋼包吊運至澆注車上，然后由澆注車將鋼包運至澆注位。待鋼包按要求調(diào)整到位后，就可進(jìn)行模鑄澆鑄。

3 過程應(yīng)用系統(tǒng)

寶鋼股份特鋼40T產(chǎn)線過程計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)主要分為兩個模塊，模塊一：工程數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，是指接收制造管理部門下發(fā)的計劃、命令、標(biāo)準(zhǔn)、物料代碼及工器具有關(guān)信息數(shù)據(jù)，寫入數(shù)據(jù)表。每一爐生產(chǎn)結(jié)束后將應(yīng)用系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)向MES發(fā)送計劃狀態(tài)、實績及事件信息。模塊二：數(shù)據(jù)跟蹤采集模塊，是指電爐、精煉、連鑄及模鑄過程跟蹤系統(tǒng)獲取PLC數(shù)據(jù)后，據(jù)模塊一MES下發(fā)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行有效地匹配，收集整理，調(diào)用模塊一，向外發(fā)送。

3.1 工程數(shù)據(jù)收集及發(fā)送模塊

工程數(shù)據(jù)接收主要是指接收MES下發(fā)的計劃、命令、配料代碼、通用制造標(biāo)準(zhǔn)、工器具信息、連模鑄制造命令及實績應(yīng)答等電文。工程數(shù)據(jù)發(fā)送管理主要向MES發(fā)送電爐系統(tǒng)中的電爐及精煉兩個系統(tǒng)的上位料倉裝料信息、電爐料籃裝料信息、電爐作業(yè)實績、電爐事件信息、精煉作業(yè)實績、精煉取樣實績、精煉事件信息、連鑄爐次作業(yè)實績、連鑄板坯作業(yè)實績、模鑄爐次作業(yè)實績、模鑄鋼錠作業(yè)實績等電文。

MES下發(fā)電文后，通過中間通訊軟件，由平臺PLATURE99進(jìn)程調(diào)度軟件將MESDHREC接收電文進(jìn)程調(diào)起，據(jù)與MES事先約定好三個系統(tǒng)的計劃電文號來調(diào)用MESDHREC模塊的相應(yīng)處理子類，并進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗及校正后，來合理的存儲到數(shù)據(jù)表中。

向MES發(fā)送電文時，由三個子系統(tǒng)相應(yīng)的跟蹤處理模塊通過平臺PLATURE99進(jìn)程調(diào)度軟件將MESDHSEND模塊進(jìn)程調(diào)起，通過XCOM通信軟件將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

3.2跟蹤處理收集模塊

該部分主要由電爐、精煉、連模鑄系統(tǒng)的跟蹤模塊通過MUTILINK采集PLC信號及過程數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理寫數(shù)據(jù)表操作，并相應(yīng)地調(diào)用工程數(shù)據(jù)發(fā)送管理模塊，將數(shù)據(jù)發(fā)送給MES。

據(jù)現(xiàn)場設(shè)備工藝操作順序管理各個設(shè)備及其操作。而爐次跟蹤功能則是以爐次為單位管理物（鋼水、鑄片）流的過程。

3.3各控制系統(tǒng)間的通訊

電爐、精煉、連模鑄三個系統(tǒng)之間的運轉(zhuǎn)狀況、實績信息發(fā)送和接收，使用三個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間使用DBLINK將三個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送。

3.4各控制系統(tǒng)與檢化驗系統(tǒng)的通訊。

主要通過向檢化驗系統(tǒng)開放特定的數(shù)據(jù)庫用戶來實現(xiàn)。

4 結(jié)論

服務(wù)器要有較大容量的存儲介質(zhì)以滿足同時安裝多種系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件，以及歷史數(shù)據(jù)的保存工作。同時要有高性能的中央處理器，滿足系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的穩(wěn)定運行。

操作終端計算機(jī)為操作人員提供了人機(jī)界面，過程計算機(jī)收集的相關(guān)工位信息在操作終端上。操作人員可以通過連接的網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)把所需的畫面和報表打印出來，把它作為相關(guān)問題分析討論的依據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)故障時為了保證數(shù)據(jù)的完整性，操作人員可以根據(jù)實際情況在操作終端上進(jìn)行人工后備。操作人員還可以在操作終端上獲取由廠區(qū)生產(chǎn)管理計算機(jī)下發(fā)的生產(chǎn)計劃相關(guān)信息，以及發(fā)送工藝指導(dǎo)信息給基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)指導(dǎo)實際生產(chǎn)。

服務(wù)器和各個終端及終端打印機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備進(jìn)行相互連接。并且采用以太網(wǎng)，星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定有效的傳輸。另外由于電爐過程計算機(jī)、精煉過程計算機(jī)、連鑄過程計算機(jī)之間，以及和其他區(qū)域的過程計算機(jī)存在數(shù)據(jù)交換如：生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、檢化驗系統(tǒng)、MES系統(tǒng)等，這些不同網(wǎng)關(guān)的各計算機(jī)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息交換也是通過網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備實現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 《現(xiàn)代電爐煉鋼技術(shù)發(fā)展趨勢》黃華，蔡繼明.特鋼技術(shù)2006，12（49）endprint