2023年二级计算机系统.doc

钢铁公司二级计算机系统简介一、 概念由来二级计算机系统是自动化控制系统一种概念，指是自动化控制系统中功能层次较高某些，用来实现某些较为复杂控制功能。普通称为Leve 2 Process Control System，即二级过程控制系统。从设备上讲，二级系统涉及硬件服务器及其在服务器上运营系统软件和应用软件，以及HMI（人机界面）和相应通讯网络设备，构成了二级计算机系统。那么，既然称之为二级，一级自动化系统指又是什么呢？一级是指基本自动化系统（Level 1 Basic Automation System），重要由PLC（可编逻辑控制器）和DCS（集散控制系统）构成，把现场仪表数据和设备状态信号采集进来，用于设备逻辑控制和回路控制（开关量控制，以及可连续测量简朴物理参数回路控制，如温度、压力和流量），并将数据和信号传送给二级系统。此外，一级系统接受二级系统设定数据，依照这些设定数据控制设备达成控制目的。一级和二级系统一起构成了一条生产线中某道工序设备中较为完备自动化控制系统。通俗地说，自动化控制系统好比一种人体，一级是人肢体，二级是人大脑，仪表和设备状态信号是人眼睛和感觉器官，三者合一，构成了一种可以依照外部环境变化而对的做出人体动作反映当代人。可见，二级概念相对于一级系统，用来实现一级系统无法完毕功能。二、 二级计算机系统功能前面已经说过，二级计算机系统用来实现某些较为复杂控制功能。什么样控制功能较为复杂呢？钢铁生产流程中成品和半成品制造过程目的命中控制（一级系统就无法控制了），像热连轧生产线卷板厚度控制，炼钢转炉吹炼终点钢水化学成分和终点温度控制，都属于较为复杂控制功能，必要使用二级计算机系统中数学模型进行控制，才可以挣脱因人而异经验局限，大幅度提高控制目的命中率。以热连轧生产线卷板厚度控制为例，一方面收集汇总来料板坯数据（化学成分、几何尺寸、轧机机架前板坯温度等）轧机设备数据（如辊径、标定数据等）和目的数据（卷板目的厚度、公差等）等等，通过数学模型加以计算，得出各个机架辊缝、轧制力、工作辊转速、机架间冷却水量等等设定数值，将这些设定数值下达成一级基本自动化系统中，从而实现生产线设备受控运营和物料受控加入（物料受控加入对炼钢各工序中更为明显），使该生产线产品达成盼望目的值。简言之，钢铁生产流程中生产工序无非都是物理化学解决行进过程，其产品性能指标也无非是产品物理化学性能。产品达成盼望目的值，也就是产品物理化学性能达成盼望公差范畴之内。二级计算机系统恰恰是实现这一目的有效工具，以CSP生产线为例（笔者曾经观测过），卷板厚度目的值假如是3.0（mm），通过一级、二级自动化系统控制机械设备运营，最后产品厚度是3.001（mm）、2.999（mm）或3.000（mm），可见精度之高。假如是手动控制，一是控制精度低，二是速度慢。手动控制炼钢转炉还可以进行（只是命中率高低问题），手动控制高速运转热连轧，就是不也许了（手动无法适应高速轧制生产过程）。三、 二级计算机系统硬件构成和常用系统软件1、 二级计算机系统硬件前面说过，二级计算机系统硬件，普通涉及一台或若干台计算机服务器（每台服务器实现不同解决功能）、HMI和相应通讯网络设备及其他辅助设备（如打印机等），构成一种小型局域网络，并与一级系统、其他二级系统或三级系统（假如有话）进行连接，互相进行数据传播。如下图所示。二级计算机系统硬件技术规定，普通是可靠性高（故障率低），备件来源充足和备件受支持时间长期，易于维护。2、 二级计算机系统常用系统软件二级计算机系统常用系统软件，重要是二级计算机系统应用软件运营平台和开发平台。普通涉及：操作系统（如Windows，VMS，Unix，Linux等），数据库（Oracle，SQL Server等），编程语言（C，C+等）及其运营库。二级计算机系统常用系统软件技术规定，普通是便于组织，便于开发，便于备份，便于查找故障和追溯工艺状态。四、 二级计算机系统应用软件二级计算机系统应用软件是二级计算机系统核心，是它生命力所在。简朴来说，二级计算机系统应用软件，是工艺过程、设备对象和被解决物件客观规律精确描述。二级计算机系统应用软件普通由两某些构成，一某些叫做数学模型某些，另一某些叫做非数学模型某些。1、 应用软件数学模型某些应用软件是工艺过程、设备对象和被解决物件客观规律精确描述，指就是这某些功能。它依照工艺过程（物理化学反映）、设备对象（设备在温度、压力条件变化时变形等，如轧机机架变形曲线）和被解决物件（如轧件在物理化学解决过程中晶格变化）规律，使用各种数学工具（如微分方程，数学物理方程，有限元法，递推，逼近等），将各种工艺规律用数学办法加以描述，从而形成数学模型。这种模型，只要给定各种输入数据，就可以计算出输出数据，这些输出数据，就是对设备，对工艺条件，对基本自动化系统（一级）设定数据，进而去控制设备和工艺条件。固然，数学模型个数和功能不会是单一。此前面热连轧数学模型为例，有机架道次模型，轧制力模型，轧件温度模型，轧辊热凸度模型等。精轧机产品目的，是产生均匀一致符合精度轧件几何尺寸和最后一架轧机后轧件温度，以及良好板型。热连轧数学模型，要计算出所有达成这些目的控制系统设定值。从而使基本自动化系统（一级）以及机械工艺设备，按规定行为动作。在这个过程中，轧件被加工解决趋向产品盼望目的值。在轧件行进过程中，一级系统收集现场仪表数据，传播给二级系统。二级系统将轧件实测值与目的值互相比较，对数学模型进行自学习和自适应，进一步提高数学模型控制精度。固然，也许还会涉及神经元功能，离线进行学习，使数学模型更加符合客观规律。应用软件数学模型某些开发，普通需要开发人员具有广泛知识范畴，既要十分懂得工艺过程、设备对象和被解决物件性能，也要懂得数学办法，还要懂得计算机语言。现场计算机维护人员和工艺人员工作，要为数学模型准备充足工作条件，保障数学模型正常工作。及时解决数学模型生成数据，为工艺技术人员提供产品性能分析和产品形成条件（设备状态和被解决物件状态数据）强有力工具。此外，要研究分析应用软件，涉及数学模型，向工艺技术人员学习，逐渐研究清楚数学模型原理和相应计算机语言程序，争取为此后开发自己数学模型逐渐积蓄知识和奠定基本。当今世界，数学模型应用越来越广泛，导弹拦截系统，宇宙空间技术，核算验计算机模仿，都是最高档数学模型技术应用体现。那些不信任数学模型技术观点，可以想一下，难道钢铁冶炼轧制技术比导弹拦截系统，宇宙空间技术，核算验更为复杂吗？2、 应用软件非数学模型某些应用软件非数学模型某些重要有两个作用，一是为数学模型服务，为数学模型组织数据。二是承上启下，满足自身和周边上下各级自动化系统数据需求。重点如下：u 为数学模型组织数据。数学模型所需数据重要为三某些：一是目的数据，即最后产品物理化学性能盼望数据值。如热卷板几何尺寸（及板型）和力学性能，这些数据公差范畴。这某些数据普通来自HMI（或三级系统）。二是被解决物件数据，如来料板坯数据（化学成分、几何尺寸、轧机机架前板坯温度等）。这某些数据普通来自其他二级系统（或三级系统），也有数据来自一级系统（如轧机机架前板坯温度）。三是设备数据，如轧机设备数据（辊径、标定数据等）。这某些数据普通来自一级系统。这三某些数据形成了数学模型工作条件，应用软件非数学模型某些把她们组织起来，转换成为数学模型所需要格式，在恰当时刻提供应数学模型进行计算。u 与一级自动化系统通讯。涉及两层含义，一是从一级系统获取仪表数据，获得被解决物件状态和设备状态。二是将二级系统数学模型计算出设定数据，下传到一级系统进行设备控制。满足下级系统和自身数据归档需求。u 与其他二级计算机系统通讯。从上游二级计算机系统中获取来料物件数据，如轧机二级计算机系统从连铸二级计算机获取来料板坯数据。向下游二级计算机系统传播产品数据。如平整机二级计算机系统从轧机二级计算机系统获取卷板数据。满足先后系统需求。u 与三级自动化系统通讯（假如有话）。三级自动化系统功能普通生产筹划解决，排产，质量跟踪和生产实绩解决。生产筹划解决、排产数据普通作为二级计算机系统设定值下传到二级系统，作为产品目的数据。质量跟踪和生产实绩解决普通作为生产现场数据，从一级系统上传到二级系统，再由二级系统上传到三级系统。假如有四级系统（ERP），还会从三级系统上传到四级系统。可见，二级计算机系统功能，重要是满足上级需求，数据中转作用。u 被解决物件跟踪功能。跟踪功能永远是面向过程应用软件主程序，物件被跟踪到特定位置和时刻，触发特定事件，启动相应解决程序。除了外部其他自动化设备随时发出祈求和HMI手动启动某些解决程序之外，二级系统内部所有程序启动都由跟踪程序来启动。因而，跟踪功能有着全局管理某种含义。u 数据归档功能。数据归档重要是指对从一级系统中采集数据（一级系统采集现场仪表和检测元件数据）加以规范化，分类组合，把有关数据组织在一起。像CSP，二级系统采集数据周期是1秒，以板卷号（板坯号）为数据文献名，在整个板带长度上采集了板带状态数据和设备状态数据，如厚度，宽度，温度等，存储在一种数据文献内。供评估这条板带质量，追溯有缺陷板卷工艺设备条件。这些数据文献，形成了对工艺技术人员分析产品状况强力支撑。u 有简朴生产线没有数学模型，这时，二级计算机系统只有非模型某些。并且有时，这些非模型功能可以合并则一级或三级系统中，因此这些生产线可以在物理上没有二级系统（如线棒材生产线）。五、 公司钢后品质增效战略与二级计算机系统关系当前，为了应对钢铁行业严峻市场形势，为了实现综合效益最大化，公司适时提出“鉄前挖潜，钢后品质增效”经营战略，强力推动技术进步和新产品开发，开发X70、X80和X100管线钢，大力开发汽车用钢板。要使这些新产品获得效益，必要提高所涉及工序产品合格率（即生产命中率），这样，各生产线二级计算机系统作用明显提高。咱们二级计算机系统维护人员，要为公司创效，就必要保证二级计算机系统所有功能模块完全投运和正常运营，保障二级计算机系统功能正常运营所需各种条件。说究竟，二级计算机系统是一种工具，这个工具有两个基本作用，一是支持生产线正常生产；二是为工艺技术人员提供了查询和追溯产品异常手段。简言之，这个工具就是为了出精品（高质量产品）。如前所述，二级计算机系统数据归档功能，对每一件产品（如卷板）形成了完备数据（一卷产品生成一种数据文献），每个数据文献记录了产品在生产过程中设备、工艺条件和被解决物件具体数据。那么，为什么有产品合格，有不合格，通过这些数据分析，就可以查找产品与否合格与工艺条件变化之间关系。在国外钢铁公司中（如新日铁、蒂森），工艺技术人员寻常工作，就是围着二级计算机系统数据转，用数据分析工艺条件，优化生产工艺过程，增进数学模型自身优化能力，从而提高产品性能。咱们应当从中得到某些启迪，爱惜和用好咱们宝贵生产过程数据。咱们计算机维护人员，要使这些数据更加直观、以便，将其做成关联表格、曲线和棒图，供工艺技术人员使用。六、 以更辽阔视角审阅自动化控制系统前面说过，一级、二级系统构成了较为完备生产线自动化控制系统。那么，假如有三级四级，甚至五级系统呢？一级、二级系统是生产线（或工序）自动化系统，三级系统是区域生产管理系统（MES），四级是公司经营管理系统（ERP），五级是数据仓库，决策支持和网络营销门户系统。从广义上说，自动化是信息化系统一某些。公司产供销（生产经营管理）行为，应当完全工作在公司信息化平台之上，应当是以公司整体综合利益最大化为目的，优化配备资源，优化生产和管理流程，生产和管理是相通，靠规律、规则、机制、制度和计算机软件来规范行为，则优质、高效、顺行。靠人治，则不通不顺，或者有时行，有时不行。信息化（涉及自动化）规则应当具有刚性约束力，不允许钻空子，不允许绕道而行（不允许甩掉应当有功能）。这样才干生产出精品，管理最优化，投入成本低，公司有效益。摩天大厦，源于坚实根基，自动化系统是基本，二级计算机系统在其中间，起着承上启下作用，意义重大。七、 钢铁公司钢后生产线二级计算机系统数学模型重要功能下表摘自某些文献资料，罗列国内钢后系统生产线二级计算机系统数学模型重要功能，旨在供同志们参照，与咱们既有二级系统功能相比较，有方向地不断加以完善和改善。表一 炼钢系统数学模型惯用功能生产过程模型名称重要功能铁水预解决预解决模型依照铁水数据，计算所需粉剂量和氧气量，推算解决时间，推算解决后铁水温度和解决后铁水成分。转炉炼钢静态控制模型依照来料铁水数据和历史上成功炉次历史数据以及目的数据，计算出吹氧量、副原料加入量、副原料加入时间，合金料加入量和时间，计算出重点钢水成分和温度。是全自动炼钢基本。动态控制模型转炉副枪测定后，依照副枪测定数据和所要达成停吹碳和停吹温度，计算出还需吹炼氧量。假如需要加入冷却剂，计算出冷却剂量。实时推定钢水碳和钢水温度。模型进行动态自学习。合金计算模型依照收得率，计算所要元素量，所需合金量。模型进行自学习。计算收得率上下限。依照目的停吹成分或推定停吹成分，在最低成本基本上计算出每炉钢需要加入合金量。RH炉温度模型u 依照解决开始初次测温信息预报整个解决周期钢水温度变化变化趋势。u 依照RH解决过程中测温信息、实际合金加入量、吹氧量以及操作工设定信息，实时推定钢水温度变化。操作人员依照温度预报值可以有效地对解决过程进行控制，提高解决终点温度命中率。静态脱碳模型依照解决开始获得初始碳、游离氧、钢液温度和真空排气模式等信息，在解决初期预报达成目的碳含量所必要解决时间和吹氧量等综合信息。动态脱碳模型动态脱碳模型是基于分析碳及愁真空产生废气信息，结合自适应控制技术实时预报钢水碳含量模型。合金最小成本模型依照钢种元素需求、元素收得率、钢水分析值等信息，计算出一构成本最低合金投入量和投入组合。成分预报模型依照实际合金投入量、钢水分析值、收得率预测钢水中各元素含量。LF炉温度模型依照钢液温度已有实际测量值与采用工艺操作，实时推定钢液当前温度值和预报将来时刻钢液温度，并依照所预报在原则解决时刻钢液温度与实际温度差值计算出所需要通电量。脱硫模型依照所解决钢种目的硫含量规定、解决前钢水中硫含量、渣中硫含量添加一定量合成渣与石英，从而使钢液中硫含量减少到目的值上限如下。合金最小成本模型依照钢种元素需求、元素收得率、钢水分析值等信息，计算出一构成本最低合金投入量和投入组合。成分预报模型依照实际合金投入量、钢水分析值、收得率预测钢水中各元素含量。板坯连铸二冷配水模型控制二冷水流量，提高板坯质量。优化切割模型以连铸机目录批示切断长度为基本，充足考虑铸机内发生品质异常，通过解决钢水量，计算出切割报废量最小、锻导致品率最大时，控制切割机切割动作。液芯压下模型计算整个板坯温度分布，计算板坯内部固态和液态分布，进行液芯压下控制，消除中心偏析。质量鉴定模型依照设备工况和工艺条件，模仿鉴定板坯质量，供工艺技术人员参照。漏钢预报模型u 粘结性漏钢预报模型：依照结晶器中热电偶检测到实时温度值，根据粘结性漏钢典型温度特性，使用神经元网络+模糊控制技术，结合专家经验和有关逻辑，预报和避免粘结性漏钢发生。u 纵裂性漏钢预报模型：依照纵裂性漏钢典型温度特性，使用神经元网络+模糊控制技术，结合专家经验和有关逻辑，预报和避免纵裂性漏钢发生。表二 轧钢系统数学模型惯用功能生产过程模型名称重要功能中厚板u 道次设定计算：自动计算出每一道次压下量和各种参数。u 厚度控制模型，保证厚度在允许公差之内，保证厚度同板差在允许范畴之内。u 冷却模型：轧后冷却控制（ACC ），淬火控制(DQ)。热连轧轧制力模型轧制力是热轧工序中最重要参数，依照钢卷数据、机械参数、轧件材料特性以及工艺所需要计算类型，计算生产过程中自动化系统所需轧制力、轧制力矩、轧制功及前滑等参数，供其他数学模型和基本自动化使用。道次模型计算各机架压下量和辊缝。厚度模型遵循秒流量原理，借助基本自动化系统，计算各机架压下位置、张力和轧制速度，再与测厚仪检测值相比较，把厚度控制在公差范畴之内。宽度模型（普通有立辊控制）依照板坯来料宽度和精轧宽度，进行宽度压下负荷分派、道次筹划预测算、后计算、自适应、前馈控制、反馈控制和短行程控制，并进行精轧自然宽展计算和测量。终轧温度模型依照精轧道次计算数据，计算热轧带钢在精轧区域温降，计算机架间冷却水喷放时序和水量设定等，两个目的：一、保证达成精轧后温度目的值；二、保证带钢温度通板一致性。层流冷却模型依照精轧后温度和卷曲目的温度，计算层流冷却阀门启动方式、启动数量和启动时间，进行头部调节。并且依照实际测量带钢温度，进行前馈控制、反馈控制、后计算和自适应计算。板型控制模型依照目的值，计算CVC和弯辊力，控制带钢断面形状，控制各种浪板发生。平整机平整模型依照钢卷原始数据和目的数据，计算不同规格机组张力和压下位置设定值。加热炉加热模型依照钢坯入炉前温度值、成分数据和目的温度，计算燃料喷吹量及钢坯在加热炉内各段逗留时间，再依照温度实测值，反馈计算和自适应计算。优化燃烧模型依照含氧量分析仪，计算空气和燃气比率，控制充足燃烧，节约燃料。计算钢坯在加热炉内各段速度和通过时间，用至少燃料加热到目的温度。表三 深加工生产线数学模型惯用功能生产过程模型名称重要功能酸轧线酸洗设定模型依照钢卷原始数据、工艺参数、设备参数和控制参数，计算出钢带通过酸槽速度、在酸槽内停留时间和各种设定数据，下达成基本自动化进行控制，保证钢带酸洗洁净度和生产效率。冷连轧模型计算各机架自动控制设定数据，实现厚度、张力和带钢温度自动控制，保证带钢几何尺寸、机械性能在公差之内和一致性。动态变规格控制对于全连续冷轧机，当带钢轧机焊缝（动态变规格焊缝简称，以区别于酸洗焊缝）到达轧机时，要进行动态变规格切换。这时各机架带钢厚度、速度和各机架间张力都要从旧带钢状态切换到新带钢状态上来。显然切换不能突发进行，否则会对轧机导致冲击，引起断带，导致全连续轧制失败。为了防止在动态变规格时各机架参数发生跳变，应在焊缝通过轧机时让其受控地、连续渐进地实现过渡。使得带钢在轧机焊缝两旁形成楔形段，使带钢均匀地过渡到新带钢厚度。镀锌线锌层厚度和单位面积重量控制模型计算气刀位置和角度设定数据，控制锌层厚度及其均匀性和一致性。加热炉出炉温度和锌锅温度控制模型计算加热炉内各段温度设定值和钢带速度，控制钢带在出加热炉后温度，与锌锅内锌液温度一致，保证锌层结实附着在钢带之上。罩式退火炉温度控制模型计算和控制退火温度和时间。连退线温度控制模型计算退火炉内温度设定值和钢带速度，控制钢带退火后机械性能。八、 结语钢铁公司固然还涉及鉄前区域，焦化、烧结和高炉，是钢企成本投入重要生产区域。数学模型在鉄前应用，可以提高产品质量、减少成本、提高炉龄和保障高炉稳定顺行，使其可以宽范畴适应原燃料变化。固然，开发好、使用好鉄前区域数学模型，同样需要各个专业人员连续工作，共同努力。总之，钢铁公司工艺技术人员，计算机、自动化专业技术人员，要以公司技术进步为己任，不断扩充自己各方面知识，打破专业之间界线，以实际应用为目的，不断摸索数学模型在各条生产线上应用，从简朴工作做起，消化引进数学模型，逐渐开发自己数学模型。让咱们公司出精品、降成本，为咱们公司生存和发展打下坚实基本。鉴于本人对各生产线知识有限，文中差错之处在所难免，敬请读者批评指正。封金双