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东北大学硕士学位论文 摘要 中厚板轧钢厂网络集成及轧制过程信息平台建设 摘要 综合自动化是钢铁企业自动化发展的必然趋势，它充分利用计算机技术、通 讯技术、自动化技术以及其他与生产管理相关的技术，在企业内部信息集成的基 础上，通过企业内部所有应用系统的综合集成，达到提高企业经济效益和市场竞 争能力的目的。本文从工程角度深入研究和探讨了某中厚板轧钢厂综合自动化的 需求，给出了该系统的网络结构及轧制过程信息平台的构建方法。本文的主要研 究内容如下： 1 综述了综合自动化在国内外的发展状况，描述了综合自动化的体系结构， 分析了钢铁企业综合自动化系统体系结构的发展过程，对实施综合自动化的相关 关键技术进行了研究，结合国内某中厚板厂网络集成硐l 管理系统的设汁和丌发， 对恢厂实施综合自动化进行了论证。 2 介绍了综合自动化的关键技术之计算机网络系统，对原有的通讯网络进 行了分析，在综合自动化的信息需求以及基础数据的获取与存储方式特点的基础 上，构建了该中板厂综合自动化信息集成的物理支撑系统一一计算机网络，同时 详细介绍了基础数据的获取和存储方式。 3 对综合自动化中的数据库进行了分析和设计。详细讨论了其中应用到的两 种数据库：关系数据库和实时数据库。并且详细介绍了o d b c 和a d o 两种访问 数据库的方法。本论文采用a d o 技术实现对数据库实现访问，梅建了中厚板轧制 过程信息平台。 4 利用组态软件w i n c c 6 0 ，实现了综合自动化中轧件跟踪的设计，实现了 过程监控可视化，大大提高了系统的可扩展性和系统集成的兼容性，提高了软件 运行的可靠性和稳定性，便于系统的升级和维护。分析了该综合自动化系统中不 完善之处，对其改进提出了建议。 关键词：综合自动化通讯网络数据库w i n c c跟踪控制 i i i n f o r m a t i o np l a t e f o r mc o n s t r u c t i o no ft h en e t w o r k i n t e g r a t i o na n dr o l l i n gp r o c e s s f o rap l a t em i l l a b s t r a c t i n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e mi st h ed i r e c t i o no fi r o na n ds t e e li n d u s t r ya u t o m a t i o n i tu t i l i z e st h et e c h n o l o g i e so fc o m p u t e rs c i e n c e ，c o m m u n i c a t i o n ，a u t o m a t i o na n do t h e r s r e l a t e dt op r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n t ，b a s e do nt h ei n t e g r a t i o no fi n f o r m a t i o nf r o m p r o d u c t i o na n db u s i n e s sp r o c e s s a l la p p l i c a t i o n so fe n t e r p r i s ea r ei n t e g r a t e dt oi m p r o v e t h ep r o f i ta n dt h ec o m p e t i t i o ni nt h em a r k e t b a s e do nt h ei n v e s t i g a t i o na n dd i s c u s s i o n o ft h ed e m a n do fam e d i u mp l a t ep l a n tt b rb a s i ci n t b r m a t i o ni n t e g r a t i o n ，as e to f p r a c t i c a b l en e t w o r ks t r u c t u r ea n dt h em e t h o dt h a ti su s e dt oc o n s t r u c tt h ei n t b r m a t i o n p l a t f o r ma b o u tr o l l i n gp r o c e s sw e r eg i v e n t h em a i nw o r k sa r e a sf o l l o w i n g ： 1 a f t e rs u m m a r i z i n gt h ed e v e l o p m e n to ft h ei n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e ma th o m e a n da b r o a d t h es y s t e ms t r u c t u r eo ft h ei n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e mi sd e s c r i b e d b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h es y s t e ms t r u c t u r eo ft h ei n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e mi nt h e i r o na n ds t e e li n d u s t r y ，s o m ek e yt e c h n i q u e sa b o u tt h ei m p l e m e n t a t i o no fi n t e g r a t e d a u t o m a t i o ns y s t e mi sr e s e a r c h e d ap l a nc o m b i n e dw i t ht h ei n t e g r a t i o no ft h en e t w o r k a n dt h em a n a g e m e n ts y s t e mi nf lm e d i u mp l a t ep l a n ti sd e s i g n e d 2 t h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ks y s t e m ，w h i c hi so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e si nt h e i n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e m ，i sr e c o m m e n d e di n t h ep a p e r b y a n a l y z i n gf o r m e r c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki nd e t a i l ，t h en e wc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ks t r u c t u r eb a s e do n t h e a n a l y s i s o fi n f o r m a t i o nd e m a n df o ri n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e ma n dt h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h eb a s i sd a t aa c q u i s i t i o na n ds t o r a g ei ss e tu p ，w h i c hi st h es u p p o r t s y s t e ma b o u tt h ec o n s t r u c t i o no ft h e i n f o r m a t i o nm o d e lf o r i n t e g r a t e da u t o m a t i o n s y s t e m - 3 t h ed a t a b a s eu s e di nt h ei n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e mi sa n a l y z e da n dd e s i g n e d t h er e l a t i o n a ld a t a b a s ea n dt h er e a l t i m ed a t a b a s ea p p l i e di nt h ei n t e g r a t e da u t o m a t i o n s y s t e ma r ed i s c u s s e d o d b ca n da d o ，t h et w om e t h o d sa b o u tt h ea c c e s sd a t a b a s ea r e i n t r o d u c e d i nt h i sp a p e r , a d ot e c h n o l o g yi sa d o p t e dt oa c c e s st h ed a t a b a s e t h e i n f o r m a t i o np l a t f o r ma b o u tr o l l i n gp r o c e s sa l s ow a sc o n s t r u c t e d ， 4 w i n c e 6 0 ，w h i c hi sak i n do fc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ，r e a l i z e st h ed e s i g na b o u tt h e i i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t p l a t et r a c k i n go ft h ei n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e ma n dt h ev i s u a l i z a t i o ni nt h e s u p e r v i s o rc o n t r 0 1 t h ee x t e n s i b i l i t ya n dc o m p a t i b i l i t yo ft h es y s t e mw a se n h a n c e d m e a n w h i l e ，t h er e l i a b i l i t y , s t a b i l i t y , m a i n t e n a n c ea n du p d a t i n go ft h es y s t e mw e r e i n c r e a s e d o nt h eo t h e rh a n d ，t h ei n c o m p l e t i o no ft h ei n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e mi s t a l k e da b o u ta n dt h es u g g e s t i o ni sg i v e n k e yw o r d s ：i n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e m ，c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，d a t a b a s e ，w i n c c t r a c k i n gc o n t r 0 1 i v 东北犬学硕士学位论文声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说i 归并表示谢意。 学位沦文作者签名：i 司哪 日期：埘 ，2 ，、形 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用 学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 从6 0 年代_ 丌始半导体技术飞速发展，电子计算机走向工业实用化，使工业自 动化技术在强有力的计算机技术支持下得到了迅速发展。工业自动化随着工艺和 装备不断发展而发展，从初期简单的手工操作( 可以说对自动化没有什么要求) 到连续工艺及负荷不断加大，对生产稳定性要求越来越高，对控制的要求及自动 化水平随之越来越高，仪表使用越来越普遍，从简单回路的闭环控制到单元装嚣 的全面自动化，控制工具也从气动单元组合仪表、电动单元组合仪表到d c s ：控 制水平也从单参数简单控制回路到多变量复杂控制回路：先进控制系统、优化控 制系统在各种场合部有成功应用的典范。但随着工业规模的进一步扩大，快速反 应、临界稳定工艺、能量综合平衡工艺的开发成功，对自动化提出了更高的要求； 另外，激烈的市场竞争也对自动化提出了新的目标和要求。自动化技术不仅用于 生产控制方面，而且也逐渐应用于企业生产管理方面【l i 。 6 0 年代后期，同本和欧美就有一些工厂陆续建成了把企业中生产控制自动化 系统和生产管理自动化系统连接在一起的在线控制管理一体化系统，那是综合自 动化的雏形。由于当时计算机技术水平的限制，这种一体化集成系统的功能还是 比较有限的，一般也没有包括企业中全部的管理和控制功能，许多关键功能还得 靠人来干预实现。到7 0 年代以后，由于全国性以及跨国性大公司的形成和全球性 商品市场竞争加剧，对企业各种信息集成提出了更高的要求，而计算机技术的飞 速发展正好为此提供了技术手段。在工业中起牵引作用的制造工业逐渐提出了计 算机集成自动化系统( c o m p e e ri n t e r g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，即c i m s ) 的概 念。到了8 0 年代中期，欧、美、日有一些企业采用综合自动化技术进行技术改造， 取得了较明显的技术经济效益，并增强了在世界市场竞争中的地位。综合自动化 技术日益引人注意，这些应用综合自动化技术进行技术改造的企业一般都已经具 备了良好的基础条件，即普遍己实现了较高水平的局部自动化，职工具有较高的 科技文化素质，企业具有丰富的科学管理经验【2 _ 6 】。图1 1 为自动化系统发展示意 图。据美国a r c 公司调查，应用综合自动化技术可获得显著的经济效益，如产品 质量提高1 9 2 ，劳动生产率提高1 3 5 ，产量提高1 1 5 。这正是流程工业综合 自动化技术的重要潜在市场【7 j 。 市场经济体制下，轧钢企业要在未来愈加剧烈的市场竞争中占有一席之地， 使生产保持持续稳定发展，必须提高市场竞争力，具备一套能够对环境做出快速 反应的经营管理机制和一个新产品开发及生产系统，以便在瞬息万变的环境下做 出快速响应和正确决策。在这样的背景下，应用综合自动化技术，能够有效提高 轧钢企业应变能力和新产品丌发能力【8 1 。 企业克爷 ， 产品贞置、企业生产 市场、时问客户城务 的排动力 立牟、r 稳优质、高产、低消耗 惫体聂盂、碌磊一 “。 僦籼论戳；群蛹器黧2 隰匏f 挣搀拄制理论 与挣制 先进控制策略住一1 1 代专求系统、l c i p si i 现代誓制理论i 箩史产控制i 嵩霍：掣到笑竿嚣裂j 1 ：磊生，j 7 0 年代8 0 年代9 0 年代 常表i ( 弋动、 f 微k 汁掉一数击赢脱代i 删fj 赫4 多嫘批f 黼删简l撼烈i：慧剿懈轴络弧i,iiit 敞功、i 乜功) 简雌反馈控制 、技术 i 丁怍站m 络系统l 龙玎h 珊h u ， 蜓淑控制计婶帆光进拎制糸统【 逊0 4 疗 1 1 综合自动化技术国内外发展的现状 1 1 1 国外发展状况 2 0 世纪8 0 年代后期，随着计算机技术和网络技术的迅速发展，流程工业控制 中出现了多学科川的相互渗透与交叉，信号处理技术、计算机技术、通讯技术及 计算机网络与自动控制技术的结合，使过程控制开始突破自动化孤岛模式，出现 了集控制、优化、调度、管理、经营于一体的综合自动化新模式。 2 0 世纪9 0 年代，随着计算机技术的日新月异，计算机集成生产系统的研究已 成为自动化领域的一个前沿课题。国外大型流程企业十分重视信息集成技术的应 用，纷纷以极大的热情和精力，构架工厂级、公司级甚至超公司级的信息集成系 统。1 9 9 5 年美国、日本、西欧等国已有1 0 0 多家炼油、化工企业在实施c i m s 计 划，推动了流程工业综合自动化技术在实际生产中的应用。 在流程工业领域国外如i b m 、h p 、i c c 、l t v 钢厂、德国的s l i c o s 、l g i l 公司等致力于c i m s 过程管理的研究和开发。其中i b m 公司开发的p o m s ( 过程 管理系统) ，强调只有将数据管理与过程管理有效的结合在一起，才能充分地发挥 c i m s 的功能。他们提出的m e s 方案就是通过对企业生产过程的不断跟踪、监视， 及时找出生产中的瓶颈及存在的问题，进行总的调度和控制，从而实现生产全过 程的不断改进，以提高劳动生产率。美国u v 钢厂正在开发的t o c ( 战术运行 中心) 也是针对集成化生产系统中主要生产工艺进行计划、实时调度、并对全厂 2 东北大学项士学位论文第一章绪论 的生产过程进行监控，及时发现并纠正生产中出现的问题和设备运行出现的故障， 从而减少废品，降低生产成本，提高劳动生产率。 ， 同本三井石油化学工业公司、德曹达公司、高尔公司都相继建立了化工过程 综合自动化。据美国凯格公司的调查表明，综合自动化系统可以给企业带来很大 的经济效益，可使次品率减少1 0 ，提高工效5 0 ，向客户交货时间缩短2 0 + 库存减少2 0 。9 0 年代，随着计算机技术的日新月异，综合自动化系统的研究已 经成为自动化领域的一个前沿课题“。 1 1 2 国内发展状况 在我圈，现在研究、开发和应用综合自动化是指如何广泛采用计算机、通信、 白动化等技术的集成柬提高企业的应变能力和竞争能力。建在清华大学的团家 c i m st 程研究中心，是我国综合自动化技术的主要研究基地。在这里，来自1 1 个单位的2 5 0 名多学科科技人员经过5 年多时间的联合攻关，解决了一系列综合 自动化关键技术使我国的综合自动化技术走到了世界的前列。1 9 9 4 年1 1 月c i m s 工程中心获得美国制造工程师学会的c i m s 应用开发“大学领先奖”，这一奖励旨 定了我国研究工作的进展与企业界的密切联系及对企业技术进步的牵引导向作用 和培养各种层次的综合自动化人刊的贡献。它表明了我国c i m s 的研究达到国际 先进水平。我固综合自动化技术得到了国际社会的承认 “。 我国经过二十年的研究和攻关，在流程工业综合自动化领域已积累了大量的 科研成果，特别是在“九五”计划期间，产生了大批具有产业化前景的高技术成 果和产品，如集散控制系统( d c s ，d i s t r b u t e dc o n t r o ls y s t e m ) 、现场总线技术、 先进控制软件、实时优化软件、过程管理与优化软件、企业管理和生产调度系统 软件等。已缩短了与国际先进水平的差距，部分成果达到国际先进水平。并广泛 应用于国内众多石化、化工、医药、冶金、建材、轻工等流程企业，产生了巨大 的经济效益和社会效益。在以信息化带动工业化的进程中发挥了重要的作用。 总体而言，我国综合自动化技术与系统的研究与产业化过程中同国外先进技 术相比还存在很大的差距，主要体现在技术深度上不够、应用基础研究不够、相 关领域技术借用不够、系统化程度不够、集成能力不够、产品化程度不够、产业 化能力不强等诸多方面刚。国内虽有许多高等院校和科研院所参与开发和攻关，但 真正在原创性、产品化和产业化方面取碍突破的关键技术还远远满足不了市场的 巨大需求。近十年来，许多科研人员参与技术和产品开发并进行创业活动，整体 上取得了巨大的成功，拥有了一批具有自主知识产权的技术和产品，并有一定的 市场份额，为今后大规模产业化和资产重组奠定了良好的基础。 一1 一 东北大学硕士学住论文第一章绪论 的生产过程进行监控，及时发现并纠正生产中出现的问题和设备运行出现的故障， 从而减少废品，降低生产成本，提高劳动生产率。 r 本三井石油化学工业公司、德曹达公司、高尔公司都相继建立了化工过程 综合自动化。据美国凯格公司的调查表明，综合自动化系统可以给企业带来很大 的经济效益，可使次品率减少l o ，提高工效5 0 ，向客户交货时间缩短2 0 ， 库存减少2 0 。9 0 年代，随着计算机技术的日新月异，综合自动化系统的研究已 经成为自动化领域的一个前沿课题i l 。 1 1 2 国内发展状况 在我困，现在研究、丌发和应用综合自动化是指如何广泛采用计算机、通信、 自动化等技术的集成柬提高企业的应变能力和竞争能力。建在清华大学的固家 c i m s 工程研究中心，是我国综合自动化技术的主要研究基地。在这里，来自1 1 个单位的2 5 0 名多学科科技人员经过5 年多时间的联合攻关，解决了一系列综合 自动化关键技术使我国的综合自动化技术走到了世界的前列。1 9 9 4 年1 1 月c i m s 工程中心获得美国制造工程师学会的c i m s 应用开发“大学领先奖”，这一奖励肯 定了我国研究工作的进展与企业界的密切联系及对企业技术进步的牵引导向作用 和培养各种层次的综合自动化人爿的贡献。它表明了我国c i m s 的研究达到国际 先进水平。我囡综合自动化技术得到了国际社会的承认”“。 我国经过二十年的研究和攻关，在流程工业综合自动化领域已积累了大量的 科研成果，特别是在“九五”计划期间。产生了大批具有产业化前景的高技术成 果和产品，如集散控制系统( d c s ，d i s t r b u t e dc o n t r o ls y s t e m ) 、现场总线技术、 先进控制软件、实时优化软件、过程管理与优化软件、企业管理和生产调度系统 软件等。已缩短了与国际先进水平的差距，部分成果达到国际先进水平。并广泛 应用于国内众多石化、化工、医药、冶金、建材、轻工等流程企业，产生了巨大 的经济效益和社会效益。在以信息化带动工业化的进程中发挥了重要的作用。 总体而言，我国综合自动化技术与系统的研究与产业化过程中同国外先进技 术相比还存在很大的差距，主要体现在技术深度上不够、应用基础研究不够、相 关领域技术借用不够、系统化程度不够、集成能力不够、产品化程度不够、产业 化能力不强等诸多方面【6 】。国内虽有许多高等院校和科研院所参与开发和攻关，但 真正在原刨性、产品化和产业化方面取得突破的关键技术还远远满足不了市场的 巨大需求。近十年来，许多科研人员参与技术和产品开发并进行创业活动，整体 上取得了巨大的成功，拥有了一批具有自主知识产权的技术和产品，并有一定的 市场份额，为今后大规模产业化和资产重组奠定了良好的基础。 市场份额，为今后大规模产业化和资产重组奠定了良好的基础。 3 东北走擘硕士学位论文第一章绪论 1 2 综合自动化的体系结构 综合自动化体系结构能够从系统的角度全面地研究一个企业如何从过去的经 营方式转化为未来的方式。传统的综合自动化体系结构按照功能一般分为五个层 次，自上而下从功能上分被为经营决策层、企业管理层、生产调度层、过程监控 层和过程控制层【眦讲。如图1 2 所示。 1 ) 经营决策系统：依据企业内部和外部信息对企业产品策略、中长期目标、 发展规划和企业经营提出决策和支持。 2 ) 生产管理系统：系统功能又可细分为经营管理、生产管理和人力管理，对 厂级、车问、各科室的生产和业务信息实现集成管理，并依据经营决策指令制定 ，e 落实年、零、月的综合i - t - 9 4 。生产计划是综合计划的核一l l , ，管理信息系统将月 汁划指令下达给生产调度系统。 3 ) 生产凋度系统：完成生产计划分解，将年、月生产计划分解成r , j 、周、五 r 、三= i 或开作业凋度计划，同时根据生产的实际情况形成凋度指令，及时的指 挥生产，组织i = l 常均衡生产和处理异常事件。 4 ) 过程监控系统：根据调度指令完成过程优化操作、先进控制、故障珍断、 过程仿真等功能。当调度指令变化时，使生产装溉的过程操作在保旺质暾的前提 下始终处于媛佳工作点附近。 5 ) 过程控制系统：实现对生产过程运行状态的检测、监视、常规控制和传统 的先进控制。 传统的体系结构体现了多级递阶控制思想和多层跨平台概念，各功能层次所 设计的内容、范围不同，因而执行的频率也不同。赖于实现的系统平台亦不相同。 每级内有横向联系，每级间有纵向联系。在信息视图上，信息向上浓缩，逐级抽 象，以满足不同级上对信息的不同要求。在控制试图上，命令向下传达，逐级具 体，以完成不同级上控制功能的具体职责。各级的对象试图分别为各级的控制提 供策略依据。不同级上的对象形态各异，但总的趋势是逐级向上，其抽象程度和 宏观程度也逐级提高 2 1 五3 1 。 耋耋立：耋生茎堡垄：i ：一，。， ，。，。，一： ，。，；，。，丝三童竺尘 决策层 i 决蓑特息 营垲层 管膛数姑表达 、经营决策最统e r j 0 经营策略 管剧信息系统c r 一 工逻辑策略 压亟卜一裟”f o 剐笠层- i全局生产计划i 生产策略 l 一调发信息l + 一生产i j ；i 度系统# 1 牛细生产汁划工过程策略 ! 雠挖层 it 巩f 肯息卜叫过程临拄f 膏恩p 优化政建：h 络谴略 摊制层 i 操作信息 + 1 p l c 或d c s 系统 l _ jl - r - - - - 4 1 , 擘产过f ! 王 关 m 数 据 库 系 统 实 时 数 掂 j 乍 系 统 图i 2 综台自动化体系结构i 芏| f i g 1 2t h es t r u c t u r eo f p r o c e s si ni n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e m 1 3 钢铁企业综合自动化的现状 钢铁行业是我国国民经济的支柱产业之一，它所面临的生产经营环境具有按 订单尘产、多品种、, j q t t 量生产是钢铁行业的发展趋势。钢铁行业本来是以大规 模批量生产见长的，近十年来，钢铁企业面临的市场竞争环境发生了巨大的改变， 客户对钢铁的品种、规格( 如板材的宽度、，厚度、镀层和机械性能指标等) 需求 越来越多样化，客户需求呈现多品种、小批量的特点【2 4 1 。这种局面下，钢铁企业 对用户需求的预测越来越困难。为了减少库存，节约成本，最有效的运行策略就 是将传统以预测为主轴的推进式系统改成以需求计划为主轴的拉式系统。在这种 生产模式下，企业的销售部门应该对生产部门的情况非常了解，掌握生产线的实 时数据，避免牵动不合理的合同。生产调度人员要能够及时掌握生产的历史情况 和现时数据，方便根据实际产能进行小订单合并，制定科学合理的生产调度计划， 对生产部门进行科学指挥与协调；而生产部门也需要及时掌握当前的各项订单情 况、生产计划指令，快速准确地根据销售合同和调度计划安排班组生产。 国际上从8 0 年代以来已经陆续有一批钢铁企业建成了综合自动化，并已取得 显著效益。如美钢联所属年产7 0 0 万吨的加里厂，为建设综合自动化投资了2 7 亿 美元，于1 9 9 0 年建成投入运行，每年增加直接经济效益1 6 亿美元。在日本，新 5 东北大学硕士学位论文第一章绪论 同铁、住友、川崎、同本钢管、神户五大钢铁公司的许多钢铁厂，近年来相继更 新丁六七十年代建立的计算机系统而建立了现代化的综合自动化。因此在国际市 场竞争中占据了有利地位，成为先进的钢铁生产大国。后起之秀韩国的浦项和光 阳钢铁厂也部己建成综合自动化。特别是年产千万吨的光阳厂，从1 9 8 5 年开始动 工兴建，从建设开始就同步建立综合自动化。随着工厂分期投产，各部分综合自 动化也相应同时分期投入运行。目前己成为国际公认的现代化程度最高的实现综 台自动化的钢铁企业，同样也取得了显著的综合经济效益，多项技术经济指标处 于国际领先水平。 我国钢铁企业大部分建设于五六十年代，主体生产工业设备很多都较为落后， 管理水平有待提高。在这些企业中，近年来经过技术改造，新建了部分车间和尘 “线，基础自动化和过程控制自动化水平有了显著提高，其中有一部分生产流程 区段，在本世纪将有可能具有建成综合自动化的条件，但也只足一小部分。目前 有条件建设综合自动化的大型钢铁企业，在我国只有宝山钢铁公司和天津无缝钢 管公司。 宝钢是一个从国外成套引进设备建设起来的现代化大型联合钢铁企业，具有码 头、原料场、烧结、焦化、炼铁、炼钢、轧钢、能源中心等各个部分。其三级生 产控制自动化部已具备部分分厂具备了第四级和第五级计算机辅助生产管理的 功能。虽然没有建立全厂计算机管理系统，但引进了全套生产管理软件，同时经 过几年生产管理实践，已结合国情掌握了较丰富的管理经验。随着宝钢生产和建 设的发展，全厂的信息流通量和需要处理量大量增加。管理、技术、经济等各方 面的形势都迫切要求建立现代化信息流通和处理手段，进一步发挥全厂潜力，提 高全厂水平。综合自动化整个系统包食有生产计划、质量管理、设备维修、财务、 原料物资、材料管理、人事管理、经营决策智能办公等予系统。宝钢综合自动化 的开发和建设，必将为我国建设大型联合钢铁企业综合自动化工程积累宝贵的经 验。 天津无缝钢管公司是我国从国外成套引进设备建设起来的现代化大型无缝钢 管厂。工厂为典型的短流程模式，具有电炉炼厂、二次精炼、连铸、热轧管、冷 轧管、管加工等部分。流程较为简单，工厂布置紧凑。其三级生产控制自动化都 已具备。而且过程控制计算机的机型较为统一。这些都为建设综合自动化创造了 好的条件。它比大型联合钢铁企业所要处理的信息量和流通量都要少的多。由于 生产流程简单、稳定，可能出现的流程变化不是很多。虽然建设天钢综合自动化 具有上述有利条件，但是综合自动化毕竟是个复杂的大系统，同时为了实现综合 自动化还需要引进许多在线自动质量检测仪表仪器系统，整个工程投资亦很大， 6 东北大学硕士学位论文第一章绪论 系统集成和软件工作量也达数百人年。而且由于是一个新建厂，缺乏一套行之有 效的较为成熟的管理全厂生产、处理各种生产问题的管理方法、制度和经验，这 为天钢综合自动化带来了很大的难度。 国际上从8 0 年代起随着综合自动化建设得发展，人们也认识到大量中小企业 缺乏大型企业建设综合自动化所需的大量资金和人力、物力条件，于是重新提出 了现代低成本自动化的发展途径。企业可以依据具体需要选择集成其中部分获得 显著经济效益的一些自动化子系统，形成低成本综合自动化。我国还有许多己生 产多年的大型钢铁联合企业，近年来这些企业虽然进行了一系列生产设备更新和 技术改造，但要在全企业建立综合自动化还难以具备条件。不过在一些新建扩建 进行过技术改造的部分生产流程区段，建立和发展局部综合自动化也具有重要意 义。局部综合自动化的重点足在第一、二绒基础自动化。这两级直接保汪企业产： 品的质量和数量，能最大限度的发挥计算机自动化技术的特点和功能，取得显著 的技术经济效益。其次是第三级中关键和主要生产机组的过程控制。为了进一步 发挥局部综合自动化的综合效益，企业可依据具体需要选择集成其中部分能获得 显著经济效益的一些自动化予系统。形成低成本的综合自动化。由于局部综合自 动化覆盏范围只是企业一部分，如何与整个企业划分好职责与功能，并且能相互 摘好m 渊工作，是需要缜密研究解决的课题5 0 。 1 4 综合自动化的关键技术 实施综合自动化的关键在于信息集成。信息集成是指在综合自动化中不同应 用系统之间实现数据共享，这些应用系统分布在网络环境下的计算机中，他们所 管理和操作的数据格式和存储方式各异，实现信息集成就是要实现数掘的转换、 数据源的统一、数据一致性的维护、异构环境下不同应用系统之间的数据传送。 综合自动化主要解决两大类的技术问题：一是建立集成环境，二是实现上述 功能的相关技术，可以从硬件和软件两方面来考虑。硬件方面，要实现信息处理 和传递计算机化。在企业已有的底层控制网络和局域网的基础上，通过p c 机、服 务器、网络和相应软件的配置，建立完整的计算机系统。用计算机在既不给网络 增加负担又不影响生产设备正常运行的同时记录、保存、整理生产数据和物流数 据，确保数据的完整性和准确性。通过局域网传递信息，保证管理人员及时获得 所需信息。软件方面，要实现管理规范化。需要有先进的管理思想和规范的管理 制度作软件支持 2 7 _ 2 叭。综合考虑，实现综合自动化需要考虑以下因素： 1 计算机网络系统。计算机网络系统是整个系统集成的物质基础，其作用是 解决系统间的数据通讯和资源共享。采用什么样的计算机体系结构，是主从结构 7 东北大学硕士学位论文第一章绪论 还是客户服务器结构或者浏览器服务器结构：采用什么样的网络资源、网络拓扑 结构、通讯协议、通讯传输速率、传输介质等都应该根据现场的实际情况决定。 2 数据库管理系统。信息集成是整个综合自动化的核心，而数据库管理系 统则是信息集成的基础。由于连续工业本身的特点，有大量反映生产过程状态的 实时测量数据要进行处理、管理，以便有效利用，因而采用实时数据库管理系统 对生产过程进行监督控制、生产状态进行分析评价，还可以协同动作及时并行和 交叉处理全部信息，真正做到信息的集成和共享。 3 各种接口技术。如关系数据库的接口，各种应用软件与数据库的接口， 各种应用软件之l n j 及各种计算机和一种网络互联的接口等。 4 各功能子系统所采取的技术。包括控制技术、管理技术、决策方法等，是 实现备功能子系统的基础。 由此可见，综合自动化系统是一个将信息采集、传输、处理和存储融为一体 的综合系统，在此系统中信息的传输和存储是关键，他们影响着系统对信息分 析和处理的准确性和及时性。 1 5 课题背景 1 5 1 中板厂生产工艺的优化 我固钢铁行业在计算机管理和监控这万面刚处于起步阶段国内中厚板轧机 在计算机控制系统方面与国外先进国家仍有很大的差距。加入w 1 d 盾，我国的钢 铁业面临更严峻的考验，为了满足日益提高的产品质量要求，增加自身竞争力， 国内各中厚板厂纷纷进行改造，提高自动化的程度，利用信息技术和现代管理技 术结合，建立高效、集成在线的计算机管理系统。随着改造的深入，自动化程度 在逐步提高，轧制节奏不断加快，为了保证生产过程有序的进行，需要对整个生 产线进行在线跟踪，实行统一的管理和协调。另外生产工艺规程的优化及产品质 量的分析需要大量加工历程数据，这需要一个完善的生产过程的网络集成与管理 系统，实时保存产品的各项加工历程数据，为日后的质量分析提供可靠的数据来 源【2 8 】。 本文是以菜中板厂的自动化改造为依托，建立综合自动化的网络集成及轧制 过程信息平台系统，为今后实现企业的综合自动化奠定基础。该中板厂生产线经 过逐年的技术改造，目前产品的产量和质量等主要技术经济指标在国内同类企业 中居领先水平，特别是通过控制轧制和控制冷却技术应用和工艺装备的配套和完 善，将使中板厂产品的内在质量和产品的开发能力得到大幅度的提高，使中板厂 r 东北犬学硕士学位论文第一章绪论 生产模式向高效化转化，为中板厂新一轮技术改造创造了有利的条件，实现中板 厂的可持续发展。建立四辊轧制规程优化、机前机后控温和轧后加速冷却的三位 一体的标准化控轧控冷体系，涉及到粗轧、精轧两个轧机和轧机间喷淋、机后控 温、轧后加速冷却三个即独立又关联的系统，这三个系统在生产过程中，可以根 据生产品种、规格的不同要求实现多样化的组合，如两机架1 8 j 的冷却和机后冷却 之蚓的组合：两机架间的拎却和轧后加速冷却之间的组合：两机架问的冷却、机 后冷却及轧后加速冷却三者的组合，而这三种组合方式又能与四辊轧机舰程的优 化、双机负荷的合理分配以及钢坯的加热等环节密不可分，因此，实现上述系统 的集成和过程自动控制是有效调动各系统功能的根本措施【 o 川。 对于如此复杂的工艺和生产过程，必须有相适应的网络集成和信息管理系统 作为有力支撑立足予生产计划的安排，针对轧制铡种、胤格的具体情况，对三 开生产计划和班计划进行统筹和优化，制定出控轧控冷钢种的控制策略和生产工 艺规程，向在线的有关系统和设备发出运行和操作指令，使需要进行控轧控冷为 主的钢扳在此系统的监控和管理下进行生产。同时该系统对生产线各工序主体设 备的运行情况进行监控，将有关的生产数掘实时采集并存储到系统的数据库中， 为全面实现产品质壤的实时分析和生产管理奠定良好的瑟础。 1 5 2 中板厂存在的问题 通过对该中板厂的调查分析，发现生产中存在一些制约生产率提高和生产成 本降低的问题。要实现企业的发展目标，必须对企业底层的生产进行全面的监控， 优化生产、规范设备管理提高生产管理水平。该中板厂现行的生产执行系统已 经基本具备管理和监控的功能，但是在管理方面仍基本采用传统的管理模式，信 息流、物流还比较混乱，大部分功能是依靠人工输入来完成。根据对现状的调查 和分析，目前的系统主要存在以下几方面的问题： 1 ) 数据资源浪费。企业的上层管理者不能及时、直观的了解生产现场的情 况；控制系统与管理系统分离，无法实现数据共享；多个控制系统各自独立，无 法进行综合分析，统一规划。全厂资源控制系统无法进行更深层次的数据挖掘。 2 ) 数据处理不及时。目前，该中板厂已经基本实现生产过程自动化，但是 生产数据的收集整理还是沿用传统的处理方法，容易造成数据不完整，数据传递 不够及时准确。这对科学利用数据资源进行生产状态分析、诊断和决策十分不利。 信息的可靠性差、传输效率低，会导致生产现场调度协调不及时，以致影响产量、 成材率和合格率。另外，对生产中的资源未能全面采集，造成目标成本管理受限 制，生产成本高。最终都会制约企业经济效益的提高。 0 东北犬学硕士学住论文第一幸绪论 尽管浚中板厂已经实现了连续化的生产方式，生产能力有了极大的提高，但 是如果其他环节配合不好，如：底层监控数据不能及时上传、生产安排不合理等， 都会影 l a i n 生产效率和产品质量。现代化的生产设备如果缺少现代化的管理，是 难以发挥应有效率的。目前，由于信息处理方式的传统化，制约了管理效率和管 理质量，使得管理水平很难上一个新台阶。为了改善这种情况，中板厂建立一套 生产过程的网络集成与管理系统，形成以四辊精轧机为中心以机前机后控温和 轧后加速冷却设备为主体的集成网络系统，建立四辊轧制规程优化、机i 订机后控 温和轧后加速冷却的三位一体的标准化控轧控冷体系，从而提高产品质量和产量， 增加新品种的研发能力。以此为核心，系统向两端扩展，完成对在线主要生产没 备的管理，实现以网络为载体，以科学先进的管理软件的开发为手段，充分调动 和嚷合主体工艺改备能力，他整个生产线达到流畅商效化进行。实现以软件开发 为主，整合硬件设备的技术创新，尽量以小的投入，提升中板厂的生产能力和管 理水平。 1 6 研究内容 本课题以某中扳厂为实际应用背最，通过对生产过程数据的自动采集，进行 常规控伟, j j h n 先进控制，负责保证生产的平稳操作，达到节能降耗，提高产品质量 和产量的目标。 运用s i m e n s e 公司的w i n c c ( 视窗控制中心) 组态软件对中板生产过程的 坯料进行跟踪，实时采集数据在钢坯出炉后，跟踪程序为每一块钢坯分配一个 i d 号，作为系统跟踪的依据。在每一个站点，由p l c 提供走钢信号或根据其他检 测仪表信号判断，更新人机界面的数据，由w i n c c 的触发信号触发v b 后台程序， 把各个站点的加工历程数据保存到数据库中。主要研究内容如下： 1 ) 对中扳厂的原有网络进行分析，根据中板厂的改造后的设备分布情况以实 现综合自动化为目标，设计该中板厂新的通讯网络。 2 ) 轧件跟踪是实现加工历程数据采集、保存及以后的全自动轧钢的基础，需 要从入炉到喷字打印整条生产线对坯料的p d i ( 原始数据信息) 数据进行跟踪，设 计跟踪界面、对跟踪信号作出判断并能进行跟踪修正设计。 3 ) 需要建立数据库查询系统，要求可以通过查找生产时间、坯料的炉号和身 份证号等方式快速的找到某一坯料的详细工艺数据，为产品质量的分析提供可靠 的数据基础。 1 0 一 东北走学硕士学住论文第二章计算机网络系统设计 第二章计算机网络系统设计 计算机网络是将分布在不同地理位置的多台独立的计算机( 一般称为主机或 安置工作站，也可简称为站) 通过传输介质按一定几何拓扑结构连接在一起所组 成的计算机系统阢33 1 。在不同地理范围的计算机网络可以通过互联设备和传输介 质在更大范围被连接到一起组成互联网络( 因特网) 。在网络软件系统( 包括网络 通讯协议、网络操作系统与网络应用软件) 的控制下，连接在网络上的各台计算 机之问可以实现相互通讯、资源共享、分布式处理等，从而大大提高系统的可靠 性与可用性。 通讯网络的设计包括选择合适的网络结构、适当的传输介质，为连入网络的 p l c ( 可编程序逻辑控制器1 编制相应的控制程序和通讯程序，把监控软件需要的数 掘通过网络传输到工控机上。 2 1 通讯网络介绍 2 1 1 网络传输介质 在计算机之间连网时，首先遇到的是通信线路和通道传输问题。目f i ，计算 机通信分为有线通信和无线通信两种。有线通信是利用电缆或光缆或电话线柬充 当传输导体的，无线通信是利用卫星、微波、红外线来