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服务器是过程计算机系统的核心,高炉过程控制由它承担。服务器选用的是美国DEC公司的产品ALPHA SERVER 2000,CPU是ALPHA 21164,这是字长64位的RISC芯片,主频达到266MHz;内存大小为128MB,并可扩充至256MB;硬盘容量为2GB,服务器最多可配8个硬盘;另外还有一个8GB的磁带机,可作数据的长期保存。ALPHA SERVER 2000可插两块CPU板,但由于资金所限,武钢4号高炉的服务器只插了一块CPU板。
三台彩色X窗口终端使用的是DEC公司的VXT-200,内存为4MB;其中两台放在高炉主控室中,显示各种趋势曲线和过程画面,一台放在机房中作为画面开发终端。两台黑白字符终端VT382,一台放在高炉主控室,供工艺人员打印报表、设置与传送布料矩阵以及作在线统计时使用;另一台作为远程终端通过MODEM接入炼铁化验室中,将各种原料及铁水、铁渣的分析数据输入到过程计算机系统中;两台网络打印机打印班报、日报等操作报表。
为了保障高炉投产后的应用软件开发工作,专门为过程控制级配了一套开发系统,型号是ALPHA WORKSTATION 4/100工作站。CPU是64位的RISC芯片ALPHA 21164,内存64MB,硬盘容量1GB。工作站与服务器的CPU型号一样,一方面可降低系统的成本,另一方面在工作站上编译、调试的程序可直接在服务器上运行。
服务器、彩色X终端、开发系统等通过DECNET网络连接起来,从而构成了武钢4号高炉过程控制计算机网络系统。
3 DECNET网络
DECNET的组成设备包括:
(1)DEC HUB 900多网段交换式智能集线器,对DECNET集中管理;
(2)32口网络中继器DEC REPEATER 900TM,可连接各种网络设备,如服务器、工作站、彩色X终端等;
(3)32口终端服务器DEC SERVER 900TM,可以将各种异步设备如终端、打印机、调制解调器、PC机等连接到DECNET上;
(4)6口交换网桥DEC SWITCH 900EE,可以实现网间通讯。
过程自动化与基础自动化的通讯是将基础自动化主干网LCN通过模件PLNM连接到DEC SWITCH 900EE的一个端口,DECHUB 900智能集线器自动完成DECNET与LCN的网间通讯。这种网间通讯需要工具软件CM50S的支持。
4 系统的任务与实现
在高炉生产过程中,过程控制系统的主要任务是:各种生产过程数据的采集与处理、工艺参数技术计算、历史数据的长期储存、趋势曲线与过程画面的显示、报表打印以及高炉数学模型等。为实现上述任务,并且考虑到功能修改和扩充的方便性,武钢4号高炉过程计算机系统的应用软件采用了模块化的结构设计方法。应用软件模块主要包括:
(1)数据通讯,负责过程自动化和基础自动化间的通讯,完成各种生产过程数据的采集、传送布料矩阵、下达布料指令等任务;
(2)过程数据处理,完成主要工艺参数的技术计算、过程数据的平均值计算等,提供包括方差分析、相关性分析和多元线性回归分析等在线统计工具;
(3)人机接口,为工艺人员提供操作界面,显示各种趋势曲线、历史曲线和过程画面,输入原料、铁水、铁渣化学成分分析数据,下达布料指令,打印生产报表等;
(4)报表模块,完成班报、日报及各种生产作业报表的计算和存储等;
(5)长期历史数据存储,完成各种生产过程数据的中、长期存储,建立一代炉龄数据库;
(6)数学模型,高炉数学模型的种类较多,对检测仪表有一定要求,按武钢的实际情况,目前只有物料平衡数学模型,模型计算结果以报表的形式输出。
5 基于G2的彩色人机界面
为了加强人机界面,武钢4号高过程控制系统的彩色人机界面借助美国GENSYM公司的工具软件G2实现的。G2是一种强有力的实时专家系统开发平台,非常适宜构造各种智能应用系统,在发达国家得到广泛应用。但由于种种原因,G2一直没有进入中国,因此武钢4号高炉过程计算机系统就成为G2在中国的第一家用户。
G2是面向对象的、图形化的工具软件,G2中各种图、表、变量、菜单等均是G2对象;对象由属性来描述;对象及其属性可以继承;各个对象都是可视的图形;GUTDE是G2的一个子工具包,利用它可以建立窗口型的图形用户界面。G2编程器是交互式的,使用结构化的自然语言编写规则、方法、仿真模型和过程,能自动检查语法与结构的错误,给出句法提示,指导用户编程。G2是多用户系统,G2可以为多个Telewindows用户提供服务,多个Telewindows用户可同时共享G2的服务,这种服务共享的方式是Client/Server模式。图2是G2的Client/Server结构示意图。G2是实时的系统,G2通过GSI与外部数据系统交换信息。
利用G2开发的武钢4号高炉过程计算机系统的彩色人机界面,采用多级下拉式菜单选择驱动的交互方式。菜单的画面格式是Windows型,这种形式的菜单为多数工艺人员所接受,操作使用非常方便。人机界面所显示的画面主要有以下几种:
(1)各工艺参数的实时趋势曲线,显示各参数在1～2h之内的变化趋势和当前瞬时数据;
(2)各工艺参数的历史曲线,按工艺人员的要求显示过去某段时间内各参数变化的历史,显示的时间段可以选择;
(3)高炉炉身、炉缸耐火砖和冷却壁等的温度分布的情况,如温度的水平分布、温度的垂直分布等;
(4)高炉炉底耐火砖的切面温度分布和炉底侵蚀画面。
6 比较与展望
高炉炼铁是一个非常复杂的过程。迄今为止,高炉过程仍然是一个“黑箱”过程。随着计算机技术的发展,高炉过程控制技术在国内外大中型高炉得到了广泛的应用。高炉过程控制正在从单纯监控向智能化发展,各种高炉数学模型和高炉操作指导专家系统日趋成熟,为保障高炉的顺行、增产降耗作出了巨大的贡献。
在国外,世界上主要钢铁生产国家的大中型高炉都有功能完备的过程控制系统,已经或正在开发自己的高炉专家系统。如芬兰罗塔鲁基公司拉赫厂的高炉过程控制系统,主要功能有:上料计算与监控、炉缸平衡模型、炉内料流监控、直接还原度监控、煤气综合利用率监控、长期物料平衡计算、热风炉优化模型以及GO-STOP系统等,其目标是实现高炉过程的优化和决策帮助,可对炉热和异常炉况等实行全面的控制。
在国内,以宝钢3号高炉为代表的高炉过程控制系统,配备了热风炉流量设定模型、高炉软熔带计算模型、高炉炉底浸蚀模型等高炉数学模型和高炉操作指导专家系统,代表了我国高炉过程控制的最高水平。与这些系统相比,现阶段4号高炉的过程控制计算机系统所配备的软硬件能力较强,有很大的发展余地,我们将以这套系统为基础,开发研制高炉数学模型和高炉操作专家指导系统。到那时,武钢4号高炉过程控制系统将达到一个新的水平。
7 结束语
改造后的武钢4号高炉于1996年底点火,到1997年3月,高炉的综合利用系数已达到2.0t/m3*d,创造了武钢大型高炉达到设计能力的最短时间。4号高炉投产至今,过程计算机系统运行正常,各项功能满足生产需要。
顾晓,男,工程师
参考文献
1 S.Fraleigh and J.Wilson,Visual Programming of on-line system for continuous process improvement
2 S.Haimi et al.Advances in the Application of Blast Furnace Control Models at Ruataruukkis Raahe Blast Furnaces |
