計(jì)算機(jī)云平臺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在金屬冶煉中的應(yīng)用

楊小霞

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的時代背景下，改變了傳統(tǒng)制造業(yè)，以信息化技術(shù)作為行業(yè)競爭力，各大企業(yè)相繼推出冶金控制系統(tǒng)[1]。利用該系統(tǒng)控制各個冶金環(huán)節(jié)，根據(jù)實(shí)際情況，配置參數(shù)，調(diào)節(jié)參數(shù)比例，按照生產(chǎn)階段不同分別下達(dá)控制命令，以此達(dá)到提高金屬冶煉速率的目的[2]。本文借助計(jì)算機(jī)云平臺開發(fā)一套控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)高效金屬冶煉。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

在搭建控制系統(tǒng)過程中，首先考慮構(gòu)建冶煉工藝模型，選取2個字母作為產(chǎn)品標(biāo)識，根據(jù)冶金工藝復(fù)雜性，本文構(gòu)建如圖1所示的兩種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

圖1中左側(cè)產(chǎn)品定義：組件級操作工藝級別設(shè)置為1，走向?yàn)槿~子指向根，每個工藝級別值分別增加1個單位，左側(cè)產(chǎn)品工藝級別設(shè)置為2。圖1中右側(cè)產(chǎn)品定義：該類型產(chǎn)品與左側(cè)產(chǎn)品類似，同樣沿著葉子向根方向布設(shè)，產(chǎn)品工藝級別為3。通常情況下，如果產(chǎn)品的工藝流程只有一個控制操作，則認(rèn)為該產(chǎn)品屬于簡單類型產(chǎn)品，控制操作比較簡單，生產(chǎn)時間較短。如果工藝流程操作步驟在2個或者2個以上，則認(rèn)為該產(chǎn)品輸入復(fù)雜類型產(chǎn)品，控制操作難度較大，需要耗費(fèi)大量時間加工生產(chǎn)。

2 計(jì)算機(jī)云平臺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了提高復(fù)雜類型產(chǎn)品加工質(zhì)量，加快產(chǎn)品生產(chǎn)效率，本文借助計(jì)算機(jī)云平臺，設(shè)計(jì)了一套控制系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)按照云平臺系統(tǒng)開發(fā)要求，開發(fā)了一套基于B/S的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為3個層次，即交互層、處理層、交互層。該系統(tǒng)在DCS/PLC核心控制器的作用下，利用智能設(shè)備/儀表等裝置采集金屬冶煉現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過標(biāo)準(zhǔn)總線/非標(biāo)準(zhǔn)總線傳輸至處理層，利用人機(jī)界面組態(tài)開發(fā)設(shè)備操控功能模塊，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果，下達(dá)控制命令。其中，系統(tǒng)控制功能的實(shí)現(xiàn)，是利用第三方MES系統(tǒng)、第三方ERP系統(tǒng)、OPC UA實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，通過業(yè)務(wù)流接口、過程數(shù)據(jù)接口、實(shí)時數(shù)據(jù)接口建立數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的金屬冶煉控制系統(tǒng)由4個功能模塊構(gòu)成，包括可視化模塊、控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)計(jì)算模塊。

①可視化模塊。該功能模塊指的是人機(jī)交互界面，通過計(jì)算機(jī)顯示屏顯示數(shù)據(jù)采集信息、數(shù)據(jù)處理信息、命令下達(dá)情況、現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況等信息，實(shí)現(xiàn)可視化管理。②控制模塊。該功能模塊通過系統(tǒng)接口實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送和接收，用來判斷金屬冶煉現(xiàn)場生產(chǎn)情況，下發(fā)控制命令，該命令的下發(fā)與計(jì)算模塊運(yùn)行結(jié)果密切相關(guān)，依據(jù)計(jì)算功能模塊提供的數(shù)據(jù)信息作出準(zhǔn)確判斷，從而保證金屬冶煉生產(chǎn)線得以正常運(yùn)行。③數(shù)據(jù)采集模塊。該功能模塊主要是利用金屬冶煉現(xiàn)場硬件設(shè)備采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，通過標(biāo)準(zhǔn)總線傳輸至系統(tǒng)控制中心。④數(shù)據(jù)計(jì)算模塊。該功能模塊是對采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算，通過分析計(jì)算結(jié)果，分別下達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場各個設(shè)備操作命令。在整個系統(tǒng)中，該功能模塊是為控制功能模塊提供數(shù)據(jù)信息。

2.3 算法設(shè)計(jì)

本文在以往研究基礎(chǔ)上，采用智能水滴算法編寫金屬冶煉控制算法，達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)控制算法的目的。

（1）智能水滴算法原理。假設(shè)智能水滴算法中水滴在運(yùn)動環(huán)境中為離散狀態(tài)，采用G（N,E）圖來表示，每個水滴從初始土壤位置沿著圖邊緣移動。在移動過程中，土壤數(shù)量會發(fā)生變化，水滴從一個節(jié)點(diǎn)運(yùn)動到下一個節(jié)點(diǎn)，如果能夠保證運(yùn)動路徑的完整性，那么就可以完成算法的迭代。

（2）算法應(yīng)用。按照上述算法原理，開發(fā)金屬冶煉系統(tǒng)算法。首先，定義智能水滴算法參數(shù)，包括動態(tài)參數(shù)和靜態(tài)參數(shù)。其次，在設(shè)計(jì)算法迭代過程中，不改變靜態(tài)參數(shù)，完成一次迭代操作以后，動態(tài)參數(shù)恢復(fù)到系統(tǒng)初始化狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中，定義生成設(shè)備運(yùn)動軌跡圖，按照冶煉工藝編寫生產(chǎn)加工流程，選取合適的路徑，將多個節(jié)點(diǎn)連接到一起，形成完整路徑。

3 系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)分析

本系統(tǒng)采用虛擬架構(gòu)方式構(gòu)建系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在系統(tǒng)應(yīng)用層下達(dá)控制命令，通過觀察金屬冶煉現(xiàn)場運(yùn)行情況，驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案可靠性。本文以數(shù)據(jù)信息傳輸、金屬冶煉控制兩項(xiàng)功能進(jìn)行仿真分析。

（1）數(shù)據(jù)信息傳輸功能實(shí)驗(yàn)分析。該項(xiàng)功能的測試是以傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸方式作為對照組，探究云平臺數(shù)據(jù)傳輸效果是否有所提升。通過觀察數(shù)據(jù)傳輸仿真結(jié)果可知，除了數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)響應(yīng)兩個階段耗費(fèi)的時間相近，在其它工藝流程中，與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，云平臺數(shù)據(jù)傳輸耗費(fèi)的時間更少一些。仿真結(jié)果表明，本系統(tǒng)的云平臺可以有效提高數(shù)據(jù)傳輸速率。

（2）金屬冶煉控制功能實(shí)驗(yàn)分析。通過對比系統(tǒng)算法改進(jìn)前后的金屬冶煉控制速率，判斷本系統(tǒng)是否可以在運(yùn)行速率上對金屬冶煉生產(chǎn)加工有所幫助。如圖2所示。

圖2 金屬冶煉控制仿真結(jié)果

通過觀察圖2可知，與傳統(tǒng)冶煉控制方式相比，智能水滴控制方式在數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析兩個階段消耗的時間較少，并且在其它冶煉環(huán)節(jié)兩項(xiàng)控制方式耗時相同。因此，本系統(tǒng)的智能水滴算法優(yōu)勢更大一些，在提高金屬冶煉效率的同時，降低了冶煉成本。

4 總結(jié)

本文在傳統(tǒng)金屬冶煉控制方式的基礎(chǔ)上，借助計(jì)算機(jī)云平臺開發(fā)了一套控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由可視化、控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算4個功能模塊構(gòu)成，通過智能水滴算法進(jìn)行控制。結(jié)果表明，本系統(tǒng)的云平臺可以有效提高數(shù)據(jù)傳輸速率，且智能水滴算法在金屬冶煉效率提升方面優(yōu)勢更大一些。