高炉过程控制计算机标准体系结构配置.doc

高炉过程控制计算机体系结构配置
摘要 经过对来高炉过程控制计算机系统3种体系结构(集中控制型、分散控制型和Client Server型)在系统配置、开发和维护等方面关键优缺点比较，得出Client Server型在现在阶段是比较适宜结构结论。
关键词 高炉过程控制计算机体系结构配置
Architecture of process control computer for blast furnace
Guo Hongyu
(Chongqing Iron ＆ Steel Designing Institute Chongqing 400013)
Abstract By comparison of the advantage and shortcoming among three architectures of process control computer(centralized control, distributed control and Client-Server type) for blast furnace, a conclusion is drawn that Client-Server is a more suitable architecture at present.
Key words blast furnace; process control computer; architecture; configuration
　　来，中国陆续建成投产了不少大中型现代化高炉，其自动化控制水平基础不低于同期国际优异水平。
　　高炉自动化控制系统通常分为两级：设备控制级和过程控制级。过程控制计算机伴随计算机技术发展，体系结构也对应发生改变，关键分为集中控制型、分散控制型、Client-Server型。其应用功效改变不大，关键有原料数据分析处理、原料称量(预约)处理、装料数据处理、本体数据处理、出铁渣数据处理、热风炉数据处理、数学模型运算、画面和报表处理。其工作步骤图1所表示，过程级从基础自动化级定时和不定时采集数据，将搜集多种过程数据分类、处理，生成累计值、平均值，写入数据库系统，进行多种技术计算和模型运算，得到多种指标，对高炉内部状态进行推测和估计，生成多种优化设定值，并将设定值发送给基础自动化级，指导高炉平稳操作。下面结合具体实例说明这3种结构怎样实现以上应用功效。

图1　过程计算机关键工作步骤
1　集中控制型
　　早期限于计算机硬件能力有限，设备昂贵，大多采取1台主机负担过程控制级全部基础功效，包含从数据采集、计算、模型运算、操作值设定，到画面生成和打印控制等。采取这种结构有攀枝花钢铁企业4＃高炉，上海宝钢集团企业1＃、2＃、3＃高炉。攀钢4＃高炉容积1350m3，系统较小，只采取1台主机。宝钢3座高炉容积全部在4000m3以上，系统庞大，采取2台主机，1台作过程控制用，另1台用于热备兼系统维护。下面以1993年投产宝钢3＃高炉为例来介绍，硬件、软件配置分别图2、3所表示。

图2　宝钢3＃高炉硬件配置
DPU—分布式过程处理单元；PCI—喷煤粉

图3　宝钢3＃高炉软件配置
　　系统采取两台DEC企业VAX4200，DEC企业VAX机是中国当年推荐优选系列机型之一，VAX4200为当初VAX系列最优异小型机型号。两台VAX4200相互之间用Watch-dog相连，采取镜像磁盘，分别和Ethernet和Westnet相连，备用机时刻监视主机，一旦主机故障，系统就自动切换到备用机上，继续运行。操作系统采取VMS操作系统。一代炉龄数据库运行在VAX3100上。操作监视设定画面可显示在3台工作站和2台XWindows图形终端之中任一台上，但画面程序实际运行于主机之上。计算机连续报表如操作统计表、故障统计由专用打印机连续打印，其它报表如班、日、月、自由格式等报表由指定打印机打印(能够修改指定)。
　　该系统数据库系统比较独特，由几百个文件组成。文件类型大致分为两类，一类为固定统计数目、按统计号直接存取文件(如设备实时状态文件)；另一类为固定最大统计数目、按优异先出标准存取文件(如故障统计文件)。应用程序直接调用用FORTRAN语言编写接口程序，对文件进行读写。因为是对文件进行直接存取，缩短了运行时间，提升了实施效率。缺点是无法对由文件组成数据库进行直观查询，给开发、调试、维护带来很大困难。因为程序对文件中统计号和项进行操作，当系统庞大时，开发工作量很大，调试时查错不易。假如不是对程序和数据库很熟悉，几乎不可能对其进行维护。
　　当初计算机硬件昂贵、能力有限，使这种结构系统存在一个关键缺点，即整个庞大系统安危系于主机身上。为了预防因主机故障造成整个系统瘫痪，就需增加一个主机作为备用，而有些厂家恐怕就负担不起这个费用。
2　分散控制型
　　伴随计算机硬件快速发展，硬件能力大增，价格下降，同时为了提升开发效率，缩短软件开发时间，部分企业在过程控制级采取分散控制型，如在上钢一厂新建(1999年10月投产)2500m3高炉上，过程控制级采取了一个全新体系结构——分散控制型。其硬件、软件配置分别图4、5所表示。

图4　上钢一厂2500m3高炉硬件配置

图5　上钢一厂2500m3高炉软件配置
　　一台SUNSPAC5工作站(主频175Hz，内存64MB，硬盘1.2GB)性能已高于当年VAX4200，价格却廉价了很多。该系统关键采取4台SUN工作站分担整个系统功效，操作系统采取UNIX，数据库系统采取ORACLE数据库，画面和报表开发工具采取Developer，应用程序和数据库接口采取Proc、Profortran。
　　4台工作站分担应用功效，180机负担原料、上料数据管理功效，181机负担高炉本体数据管理功效，182机负担铁渣数据管理功效，160机负担热风炉数据管理功效。因160机负荷较轻，附加打印机管理功效。4台工作站拥有独立ORACLE数据库，独立运行各自程序，互不干扰。当一台工作站需要对另一工作站数据库进行查询时，可远程登录另一站数据库，进行查询，并不影响另一站程序运行。
　　每台工作站前台运行画面程序，进行人机接口，后台运行应用程序，进行数据采集、处理、分类、入库、查询等，定时生成打印报表数据。
　　这种系统配置特点是因为整个系统由4个基础独立子系统组成，所以相互关联极少，4台工作站地位平等，其中一台故障，不会造成整个系统瘫痪，提升了系统安全性。ORACLE数据库提供强有力画面报表开发工具，而且程序开发人员可对库内数据进行直观查询，开发和调试工作量大为减轻，可大大提升开发进度。缺点是UNIX系统图形界面功效不强，汉化版本不多，对系统管理员和维护人员要求较高；另外，以后如要开发管理级计算机，因为要从4个独立数据库中提取数据，略嫌麻烦。
3　Client-Server型
　　昆明钢铁企业m3高炉于1998年投产，其过程计算机结构采取Client-Server结构。硬件、软件配置分别图6、7所表示。

图6　昆钢m3高炉硬件配置
GUS—全方位用户操作站；EPLCG—增强型PLC通道；NIM—接点接口模块；HPM—高性能过程管理站；TPS—全厂一体化处理方案

图7　昆钢m3高炉软件配置
　　服务器采取HP企业HP9000、Microsoft企业WindowsNT操作系统，用户机采取3台高性能PC机，配17in(43cm)彩显。数据库采取Sybase,画面和报表开发工具采取VB。WindowsNT操作系统安全性好，性能稳定，采取图形化用户界面，有汉化版本，易于整个网络维护和管理。Sybase为一个成熟数据库系统。VB不一样于过去面向过程编程语言，是一个面向对象编程语言，它支持对多个数据库调用，用它来开发画面和报表较为轻易。
　　整个系统只有1个数据库，运行于服务器上，整个后台应用程序包含原料、上料数据管理功效，高炉本体数据管理功效，铁渣数据管理功效，热风炉数据管理功效等)也运行于服务器上，进行数据采集、处理、分类、入库等。画面程序运行于3台PC机(用户机)上，向数据库服务器提交查询和修改请求，由服务器实施后，向用户机返回实施结果。报表格式存于PC机上，当需要打印报表时，由PC机向数据库服务器提交查询请求，得到查询结果后，生成报表，在打印机上输出。
　　该系统采取当今流行Client-Server结构，造价廉价，易于扩展。数据库Sybase及开发工具VB比较流行，开发和维护全部较为轻易(假如采取微软OPC——OLE for Process Control规范，开发将更为轻易)，在此基础上开发管理机也较为轻易。另外现在硬件技术提升了，硬件故障率极低，采取1台服务器即可满足要求。当然假如系统安全性要求极高，经济许可话，也可增设1台备用服务器。
4　小结
　　为实现高炉应用功效采取3种结构配置这3个系统，其费用、投入人员、开发周期依次递减(考虑了系统复杂程度)，表明Client-Server型占有优势，是现阶段比较适合于大中型高炉过程计算机体系结构。
(编辑 沈黎颖)

郭红宇 男 1968年生工程师关键从事高炉过程计算机系统设计工作
作者单位：郭红宇(重庆钢铁设计研究院 重庆 400013)