計算機云平臺控制系統設計在金屬冶煉中的應用

楊小霞

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

在科學技術不斷發展的時代背景下，改變了傳統制造業，以信息化技術作為行業競爭力，各大企業相繼推出冶金控制系統[1]。利用該系統控制各個冶金環節，根據實際情況，配置參數，調節參數比例，按照生產階段不同分別下達控制命令，以此達到提高金屬冶煉速率的目的[2]。本文借助計算機云平臺開發一套控制系統，從而實現高效金屬冶煉。

1 產品結構

在搭建控制系統過程中，首先考慮構建冶煉工藝模型，選取2個字母作為產品標識，根據冶金工藝復雜性，本文構建如圖1所示的兩種產品結構。

圖1 產品結構

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

2 計算機云平臺控制系統設計

為了提高復雜類型產品加工質量，加快產品生產效率，本文借助計算機云平臺，設計了一套控制系統。

2.1 系統架構設計

本系統按照云平臺系統開發要求，開發了一套基于B/S的控制系統，該系統分為3個層次，即交互層、處理層、交互層。該系統在DCS/PLC核心控制器的作用下，利用智能設備/儀表等裝置采集金屬冶煉現場數據，通過標準總線/非標準總線傳輸至處理層，利用人機界面組態開發設備操控功能模塊，對采集到的數據進行處理，通過數據分析結果，下達控制命令。其中，系統控制功能的實現，是利用第三方MES系統、第三方ERP系統、OPC UA實現系統控制，通過業務流接口、過程數據接口、實時數據接口建立數據傳輸。

2.2 系統功能設計

本文設計的金屬冶煉控制系統由4個功能模塊構成，包括可視化模塊、控制模塊、數據采集模塊、數據計算模塊。

①可視化模塊。該功能模塊指的是人機交互界面，通過計算機顯示屏顯示數據采集信息、數據處理信息、命令下達情況、現場設備運行情況等信息，實現可視化管理。②控制模塊。該功能模塊通過系統接口實現信息的發送和接收，用來判斷金屬冶煉現場生產情況，下發控制命令，該命令的下發與計算模塊運行結果密切相關，依據計算功能模塊提供的數據信息作出準確判斷，從而保證金屬冶煉生產線得以正常運行。③數據采集模塊。該功能模塊主要是利用金屬冶煉現場硬件設備采集相關數據信息，通過標準總線傳輸至系統控制中心。④數據計算模塊。該功能模塊是對采集到的數據信息進行計算，通過分析計算結果，分別下達生產現場各個設備操作命令。在整個系統中，該功能模塊是為控制功能模塊提供數據信息。

2.3 算法設計

本文在以往研究基礎上，采用智能水滴算法編寫金屬冶煉控制算法，達到優化系統控制算法的目的。

（1）智能水滴算法原理。假設智能水滴算法中水滴在運動環境中為離散狀態，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，土壤數量會發生變化，水滴從一個節點運動到下一個節點，如果能夠保證運動路徑的完整性，那么就可以完成算法的迭代。

（2）算法應用。按照上述算法原理，開發金屬冶煉系統算法。首先，定義智能水滴算法參數，包括動態參數和靜態參數。其次，在設計算法迭代過程中，不改變靜態參數，完成一次迭代操作以后，動態參數恢復到系統初始化狀態。在實際應用中，定義生成設備運動軌跡圖，按照冶煉工藝編寫生產加工流程，選取合適的路徑，將多個節點連接到一起，形成完整路徑。

3 系統仿真實驗分析

本系統采用虛擬架構方式構建系統仿真實驗環境，在系統應用層下達控制命令，通過觀察金屬冶煉現場運行情況，驗證系統設計方案可靠性。本文以數據信息傳輸、金屬冶煉控制兩項功能進行仿真分析。

（1）數據信息傳輸功能實驗分析。該項功能的測試是以傳統網絡傳輸方式作為對照組，探究云平臺數據傳輸效果是否有所提升。通過觀察數據傳輸仿真結果可知，除了數據采集、系統響應兩個階段耗費的時間相近，在其它工藝流程中，與傳統網絡相比，云平臺數據傳輸耗費的時間更少一些。仿真結果表明，本系統的云平臺可以有效提高數據傳輸速率。

（2）金屬冶煉控制功能實驗分析。通過對比系統算法改進前后的金屬冶煉控制速率，判斷本系統是否可以在運行速率上對金屬冶煉生產加工有所幫助。如圖2所示。

圖2 金屬冶煉控制仿真結果

通過觀察圖2可知，與傳統冶煉控制方式相比，智能水滴控制方式在數據計算、數據分析兩個階段消耗的時間較少，并且在其它冶煉環節兩項控制方式耗時相同。因此，本系統的智能水滴算法優勢更大一些，在提高金屬冶煉效率的同時，降低了冶煉成本。

4 總結

本文在傳統金屬冶煉控制方式的基礎上，借助計算機云平臺開發了一套控制系統。該系統由可視化、控制、數據采集、數據計算4個功能模塊構成，通過智能水滴算法進行控制。結果表明，本系統的云平臺可以有效提高數據傳輸速率，且智能水滴算法在金屬冶煉效率提升方面優勢更大一些。