寶鋼股份特鋼事業部40T產線板帶煉鋼過程控制計算機系統

張芙蓉

摘要：以寶鋼股份公司特鋼事業部40T板帶煉鋼產線計算過程控制工程為藍本，簡要闡述了特鋼40T產線板帶煉鋼過程控制計算機的設計和開發過程中分布式計算機技術在該系統中的應用，主要包括設計思想、系統架構、軟硬件平臺應用系統架構、通信方式。

關鍵詞：過程控制；出鋼開始；Mutilink；XCOM；操作終端；電文；MES；

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

隨著網絡和計算機技術的不斷向前發展，在生產過程的自動化控制系統中，過程控制技術優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大的易修改性。這些優勢都是過去的任何一種控制無法比擬的。

煉鋼、精煉、連鑄是鋼鐵生產的一個非常重要的環節，它的運轉性能及效率的高低直接影響到企業的效益及板坯產品的產量及質量。作為一個現代化的鋼廠尤其是特殊鋼生產產線，產品的生產組織及各個工序的調度安排必須作到統一有序，對生產的各工序進行嚴格的質量控制，以適應市場的變化及需求。

為了有效地貫徹生產部門的統一調度，有效地控制生產、提高產品的質量和產量，正確地指導操作人員進行有效、合理的操作，就必須要有一套先進、強健的計算機控制系統作為支撐。通過利用系統來幫助操作人員提高操作水平，系統對生產過程進行有效的跟蹤控制，對生產作業實績進行有效的收集、統計以及對生產線上的主要設備進行有效管理，將大大地減少人力，提高生產效率。

本系統開發投入后，已經實現了實時地跟蹤現場的生產，為生產提供必要的生產指導，實時收集生產實績，統計必要的消耗，為MES系統提供實績數據。

1 系統結構

本系統包含三大系統：電爐應用系統、精煉應用系統、連模鑄應用系統。其中電爐L2

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

1.1 系統構成特點

為了系統的先進可靠，同時盡可能地降低、節約成本，本系統采用的是基于PC和PC Server的CLIENT/SERVER體系結構。數據庫、應用服務器均采用市場上目前性能可靠、優越的PC服務器，以保證系統的可靠運行。

為了提高系統的安全性、可靠性和高效性，應用服務器、和數據庫服務器的系統盤采用磁盤鏡像技術RAID1；數據盤庫系統采用雙機熱備的方式?？蛻魴C將采用性能可靠的高中檔PC機，以便保證性能可靠和畫面顯示的響應速度。

應用、數據庫服務器的操作系統采用Windows 2003 Enterprise Server，數據庫采用Oracle 10g Enterprise Version關系數據庫。應用程序的開發利用Microsoft Visual Studio .Net Prof。

客戶機端操作系統采用Windows XP Professional，人機交互界面應用主要由利用ORACLE的前端開發工具Forms、Reports開發的人機界面系統（HMI System）和報表打印顯示系統組成。

系統考慮了必要的病毒防治軟件及系統備份軟件。系統的架構及開發基于寶信公司開發的中間件Plature99、XCOM、MultLink上進行。

整個過程計算機系統主要組成包括：機房服務器、操作終端和網絡設備，其中機房服務器又包括通訊前置機、應用服務器和數據庫服務器。

針對所處理工位的不同，本設計方案分別設計了冶煉區域（料場、EAF爐）、精煉（LF爐、VD爐、AOD爐和VOD爐）、鑄造區域（連鑄、模鑄）三個過程計算機子系統、各系統分別處理本工位的二級計算機功能，且每套系統均配備各自的應用服務器和數據庫服務器。而各操作室的爐前終端主要提供實現數據顯示和畫面操作功能。

通訊前置機負責L2系統與L1系統之間的數據通訊，基于OPC工業控制數據通訊的標準實現與不同PLC的數據通訊功能。通訊服務器在獲得相關PLC數據后將啟動對應的應用處理功能。

應用服務器負責處理對應工位的應用處理功能（過程跟蹤、實績收集等），提供相關終端對數據庫訪問的統一接口，同時負責各L2系統之間以及其與L3系統之間的數據通訊功能。

數據庫服務器存儲相應工位的過程計算機系統的全部數據信息，包括冶煉計劃、標準信息、過程狀況、實績信息、日志信息等。

電爐、精煉和連鑄計算機系統之間的應用功能相互獨立，各應用系統分別與本工序范圍內的基礎自動化系統進行數據通訊，處理本系統范圍內的二級應用功能，并實現與L3系統的數據通訊功能。

上述各系統相互之間存在生產狀態和實績信息等信息的數據通訊，采用DB-LINK通訊方式。各系統可以查詢相關工序的冶煉狀態和實績信息。

1.2 計算機系統硬件配置

PC服務器包括CCS2應用服務器3臺、CCS2數據庫服務器3臺、備用服務器1臺，HMI Server PC機一臺，操作終端PC機48臺，通信前置機3臺。彩色噴墨打印機4臺，激光打印機2臺。網絡設備包括：交換機機箱、SUP IV交換機引擎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；具有線速轉發，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多模接口可網管產品 符合特鋼網絡設備選型要求，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個設備 Switch Hub，符合特鋼網絡設備選型要求，能夠無縫兼容。1個1000M接口，8個100M RJ45接口。endprint

2 系統功能概述

系統實現了4個廢鋼料場稱量的生產過程控制、4個EAF爐的生產過程控制、4個LF爐的生產過程控制、2個AOD爐的生產過程控制、1個VD爐的生產過程控制、1個VOD爐的生產過程控制，1臺1機1流垂直連鑄機的生產過程控制、1臺模鑄機的生產過程控制。

2.1 電爐工藝

鋼包到達指定位置時，電弧開始通電，當鋼包內鋼水達到目的狀態時電弧通電結束。

電弧通電以后，要向爐內吹氧，吹氬，吹碳，為了加速冶煉過程，還需要對電壓進行換檔，共分為8個檔位。冶煉開始時，檔位逐個升高，冶煉結束時，檔位逐個降低。在冶煉過程中，要抽取試樣，并測定鋼水溫度，以確定鋼水是否達到了要求。鋼水達到要求后，電爐冶煉結束，進入出鋼流程。由EBT出鋼方式出來的鋼水還要經過精練，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，同時進行底吹攪拌，進行測溫取樣。在等待快速化驗結果的同時，繼續進行通電加熱。獲取取樣結果后，投料，進行合金微調。加入合金料后，吹氬，繼續加熱。此時進行最后一次測溫取樣，然后進行喂絲處理，進行終脫氧、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

準備階段：鋼水扒渣后，通過行車將鋼包吊進真空罐，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之前除去。脫硅過程中必須進行靈活的壓力控制。

吹氧脫碳：這個過程可以被分為：

主吹：脫碳是一個連續過程，可以由供氧量來控制。罐內壓力可通過真空控制或專用泵級達到150-50

動態吹煉：為了促進碳的反應，使真空罐壓力和氧流量發生變化，可根據碳含量、鋼水溫度和脫碳效率來控制和結束吹氧，控制系統將監控所有這些參數。

沸騰：停止吹氧后，繼續降低壓力到深度真空，利用鋼水中殘余氧進行沸騰脫碳。

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

大氣下處理階段：破真空后進行測溫取樣，喂絲，并進行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，啟動蒸汽噴射泵進行真空脫氣處理，保持約25分鐘，使鋼溶液氣體含量達到要求，破壞真空后，移開真空罐蓋車，進行測溫取樣、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行澆注。

2.5 連鑄工藝

經過精煉后溫度、成分均合格的鋼水，由起重機吊運到鋼包回轉臺上。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，鋼包回轉臺旋轉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，鋼水經過鋼包到中間罐之間的保護套管流入中間罐，待中間罐內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自動打開，鋼水通過浸入式水口流入結晶器。

結晶內的鋼水上升到一定高度后，人工加入保護渣。在自動開澆系統的控制下，結晶器振動裝置和拉坯輥自動啟動，在結晶器內已形成坯殼的鑄坯在引錠桿的帶動下緩緩拉出結晶器和足輥段，進入二冷導向段。鑄坯在二冷導向段中經過氣霧噴淋冷卻，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從輥道上運出至鑄坯堆存區。

2.6 模鑄工藝

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

模鑄作業時，起重機將鋼包吊運至澆注車上，然后由澆注車將鋼包運至澆注位。待鋼包按要求調整到位后，就可進行模鑄澆鑄。

3 過程應用系統

寶鋼股份特鋼40T產線過程計算機應用系統主要分為兩個模塊，模塊一：工程數據接收和數據發送模塊，是指接收制造管理部門下發的計劃、命令、標準、物料代碼及工器具有關信息數據，寫入數據表。每一爐生產結束后將應用系統收集到的數據向MES發送計劃狀態、實績及事件信息。模塊二：數據跟蹤采集模塊，是指電爐、精煉、連鑄及模鑄過程跟蹤系統獲取PLC數據后，據模塊一MES下發的數據，進行有效地匹配，收集整理，調用模塊一，向外發送。

3.1 工程數據收集及發送模塊

工程數據接收主要是指接收MES下發的計劃、命令、配料代碼、通用制造標準、工器具信息、連模鑄制造命令及實績應答等電文。工程數據發送管理主要向MES發送電爐系統中的電爐及精煉兩個系統的上位料倉裝料信息、電爐料籃裝料信息、電爐作業實績、電爐事件信息、精煉作業實績、精煉取樣實績、精煉事件信息、連鑄爐次作業實績、連鑄板坯作業實績、模鑄爐次作業實績、模鑄鋼錠作業實績等電文。

MES下發電文后，通過中間通訊軟件，由平臺PLATURE99進程調度軟件將MESDHREC接收電文進程調起，據與MES事先約定好三個系統的計劃電文號來調用MESDHREC模塊的相應處理子類，并進行數據檢驗及校正后，來合理的存儲到數據表中。

向MES發送電文時，由三個子系統相應的跟蹤處理模塊通過平臺PLATURE99進程調度軟件將MESDHSEND模塊進程調起，通過XCOM通信軟件將數據發送出去。

3.2跟蹤處理收集模塊

該部分主要由電爐、精煉、連模鑄系統的跟蹤模塊通過MUTILINK采集PLC信號及過程數據，并進行處理寫數據表操作，并相應地調用工程數據發送管理模塊，將數據發送給MES。

據現場設備工藝操作順序管理各個設備及其操作。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各控制系統間的通訊

電爐、精煉、連模鑄三個系統之間的運轉狀況、實績信息發送和接收，使用三個系統的數據庫服務器之間使用DBLINK將三個系統的數據進行傳送。

3.4各控制系統與檢化驗系統的通訊。

主要通過向檢化驗系統開放特定的數據庫用戶來實現。

4 結論

服務器要有較大容量的存儲介質以滿足同時安裝多種系統軟件、應用軟件，以及歷史數據的保存工作。同時要有高性能的中央處理器，滿足系統軟件和應用軟件的穩定運行。

操作終端計算機為操作人員提供了人機界面，過程計算機收集的相關工位信息在操作終端上。操作人員可以通過連接的網絡打印機把所需的畫面和報表打印出來，把它作為相關問題分析討論的依據。當系統故障時為了保證數據的完整性，操作人員可以根據實際情況在操作終端上進行人工后備。操作人員還可以在操作終端上獲取由廠區生產管理計算機下發的生產計劃相關信息，以及發送工藝指導信息給基礎自動化控制系統指導實際生產。

服務器和各個終端及終端打印機通過網絡交換設備進行相互連接。并且采用以太網，星型網絡拓撲結構，保證數據穩定有效的傳輸。另外由于電爐過程計算機、精煉過程計算機、連鑄過程計算機之間，以及和其他區域的過程計算機存在數據交換如：生產過程數據綜合分析系統、設備監控系統、檢化驗系統、MES系統等，這些不同網關的各計算機系統之間的數據信息交換也是通過網絡交換設備實現。

參考文獻

[1] 《現代電爐煉鋼技術發展趨勢》黃華，蔡繼明.特鋼技術2006，12（49）endprint