（检测技术与自动化装置专业论文）精炼炉过程生产自动化信息集成系统的设计.pdf

摘要 题目：精炼炉过程生产自动化信息集成系统的设计 摘要 ( 签字) ( 签字) 离稠 本文首先介绍了课题研究背景和国内外精炼炉的现状，在此基础上结合精炼炉的相关工艺，根据过 程优化、过程管理的要求，对精炼炉过程生产进行了详细的功能分析和系统设计，形成了一套精炼炉过 程自动化网络集成系统。采用d b l i n k 通信技术，。较好地解决精炼炉过程生产自动化信息集成系统与三级 生产计划系统的实时数据通讯问题。同时围绕炉次作业计划的编制，讨论了对标准的工艺数据进行录入 管理。 过程跟踪是保证生产过程能够按照炉次计划正常进行、冶金模型能够正确运行的基本条件，本文通 过对炉次的跟踪详细讨论，建立了过程数据跟踪的基础，对系统各部分的功能实现进行了阐述，其中重 点对过程事件的跟踪进行了详细的阐述。 构建精炼炉过程生产自动化信息集成系统，主要用来解决以下问题：实时接收生产计划，按照计划动 态组织生产；按照炉次对精炼炉生产进行实时的数据跟踪；通过冶金模型的计算，实现作业过程的优化， 同时向操作人员提供操作指导；向下一工序提供精炼炉作业数据；向工艺人员提供生产数据的历史追溯。 某钢厂精炼炉过程生产自动化信息集成系统的建立，遵循了先进、可靠、实用、节约投资的原则， 具有很好的经济和社会效益。同时，证明了在某钢厂的这种条件下，采用高新技术是完全可行的。 关键词：精炼炉、过程管理、过程控制、d b l i n k 、通讯、数据库。 a b s t r a c t t h e d e s i g no f a u t o m a t i c i n f o r m a t i o n i n t e g r a t e d s p e c i a l i t y ： s y s t e mo fp r o d u c t i o np r o c e s si nl f d e t e c t i v et e c h n o l o g ya n da u t o m a t i cd e v i c e c a n d i d a t e ：g a op e n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f l iq i a n g a b s t r a c t ( s i g n a t u r e ： ( s i g n a t u r e ： t h et h e s i si n t r o d u c e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n da n dt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fl fa th o m ea n da b r o a d o n t h i sb a s i s ，a s s o c i a t e dw i t hl ft e c h n o l o g y , a c c o r d i n gt op r o c e s so p t i m i z a t i o n ，p r o c e s sm a n a g e m e n t r e q u i r e m e n t s ，t h ep r o c e s so fl fp r o d u c t i o no fad e t a i l e dn e e d sa n a l y s i sa n ds y s t e md e s i g n ，w e f o r m e dat h ea u t o m a t i ci n t e g r a t e dl a d l ef u r n a c es y s t e mo ft h ep r o d u c t i o np r o c e s s t h e n ，u s i n g d b l i n k ec o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y , b e t t e rs o l v et h ea u t o m a t i ci n t e g r a t e dl a d l ef u r n a c es y s t e mo f t h ep r o d u c t i o np r o c e s sf o r t h ep r o d u c t i o no ft h r e er e a l t i m ed a t ac o m m u n i c a t i o n s a tt h es a m et i m e ， s o m ed a t aa r ea c c o u n t e df o rt h ea d m i n i s t r a t i o no fh e a t sd a t ai st h o r o u g h l l yd i s c u s s e d t h ep r o c e s st r a c ki sb a s i cc o n d i t i o nf o rg u a r a n t e e i n gt h a tp r o d u c t i o nc a nb ea c c o m p l i s h e dn o r m a l l y a n da l l o ym o d e lc a nw o r kr i g h t b yt r a c k i n gt h eh e a t sd i s c u s s e di nd e t a i l ，e s t a b l i s ht h eb a s eo fp r o c e s sd a t a t r a c k i n g ，w ee x p a t i a t et h ef u n c t i o n so fd i f f e r e n tp a r t so ft h es y s t e mt oa c h i e v e ，t h ef o c u so nt h ep r o c e s so f t r a c k i n ge v e n t sd e s c r i b e di nd e t a i l t h ep r o b l e m sf o l l o w e db e l o wa r em a i n l ys o l v e dt h r o u g ht h ee s t a b l i s h m e n to ft h ea u t o m a t i ci n t e g r a t e d l a d l ef u r n a c es y s t e mo ft h ep r o d u c t i o np r o c e s s ：r e a l t i m er e c e i v e dp r o d u c t i o np l a n ，p r o d u c t i o ni so r g a n i z e d a c c o r d i n gt ot h ed y n a m i cp l a n ；t h eh e a t sd a t ai sr e a l t i m e l yt r a c k e db yh e a t s ；t h r o u g ht h ec a l c u l a t i o no fa l l o y m o d e l ，t h ew o r kp r o c e s si so p t i m i z e do p e r a t i o ng u i d a n c ei sp r o v i d e dt ow o r k e ra tt h es a m et i m e ；t h eh e a t sd a t a i sp r o v i d e dt ot h en e x tw o r k i n gp r o c e d u r e ；t h eh i s t o r yd a t ai so f f e r e dt ot h et e c h n o l o g i s t t h ee s t a b l i s h m e n to ft h ea u t o m a t i ci n t e g r a t e ds y s t e mo ft h ep r o d u c t i o np r o c e s so fl fi no n es t e e lp l a n t s e r i o u s l yf o l l o w e dt h ea d v a n c e d ，r e l i a b l y , p r a c t i c a l l yp r i n c i p l e 。t h u sg o o de c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t a tt h e s a m et i m e ，u s e do fh i g h t e c hi nx i a n g t a ns t e e lp l a n ti sp r o v e df e a s i b l e 2 k e yw o r d s ：l f ( l a d l ef u r n a c e ) 、p r o c e s sm a n a g e m e n t 、p r o c e s sc o n t r o l 、d b l i n k ，c o m m u n i c a t i o n 1d a t a b a s e 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我 个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所研究的工 作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：妾地i ： 加d 手年j 月衅日 学位论文使用授权声明 本人离月母在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩， 并已经在西安理工大学申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意 授权西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定 提交印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生 上交的学位论文，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：2 ) 为 教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、 资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名： 离朋 导师签上) o 孑年3 月砰e t 引言 1 引言 。_ l 课题研究背景 目前，随着计算机技术的发展与网络技术普及，冶金系统为了提高精炼过程的自动化 水平，大多数镶厂都建立了各皇酶鸯动纯霹络控制系统。不过，除一些大型钢厂外，很多 钢厂的自动化系统都存在一定的缺陷，如通讯技术落后，数据传输不准确，响应速度较慢 等。这些缺陷的存在很大程度上是由予网络系统没有一个合理的体系结构模型。为了实现 精炼过程高度自动化，切实提高炼钢自动化水平，本课题将提出一个较完备的精炼过程自 动化网络控制的模型，并根据此模型实现对某钢厂3 号精炼炉系统的控制。 本课题的研究以n e t 为工作平台，重点研究通过w i n d o w s 窗体模式来实现数据交换和 指令传递；同时参照钢厂的实际情况，着重设计二级精炼服务器与其它服务器之间的数据 通讯。基予以上工作，本文提出了一稀基于n e t l 2 0 t 精炼炉过程自动化溺络模型。 通过l f 精炼可以达到如下目的：钢水的温度满足连铸工艺的要求；处理时间满足多炉 连浇的要求；成分微调麓保证产品具有合格的成分及实现最低成本的按制；钢水纯净度熊 满足产品质量的要求。 1 2 精炼炉的基本概念 精炼炉即钢包精炼炉，是近年来发展起来的一种主要的炉外精炼设备。 为了克服脱硫或脱气等冶炼过程弭起的钢水溢度损耗，过去采用盘钢前对钢水过度趣 热的办法进稀f 、偿。这种方法存在转炉冶炼效率低、钢水含气量高、耐火材料寿命短等许 多闷题。糖炼炉的出现使上述问题得以解决。 精炼炉主要由钢包移送系统、吹氩搅拌系统、电极加热系统、合金添加系统、测温取 样系统、喂丝机等组成。电极加热系统通过石墨电极与钢渣之间产生的高温电弧来加热钢 水，使钢水温度达至后续工序的要求；合金添加系统焉于调节钢水的成分。 钢水到达精炼炉接收位先进行吹氯搅拌，然后到处理位加热造渣，以形成泡沫渣为埋 弧加热处理做准备。造渣结束后，再次吹氨搅拌使钢水均匀，然后进行电弧加热升温。在 升温过程中，依次进行测温取样、合金添加和_ 喂丝。最后，出钢到真空系统进行进一步处 理线到连铸机进行连铸。 1 3 国内外精炼炉生产和控制系统的发展概况 钢包精炼炉是出蟹本大同钢铁公司率先开发使用的。该公司周精炼炉冶炼取代了电 弧炉的还原精炼期，从而减轻了电弧炉的冶炼负担，提高了电弧炉的生产率。精炼炉发展 初期仅用于生产高级钢，随黄冶金、连铸及相关控制技术的发展，扩大了精炼炉的应用范 围。由于精炼炉具有投资少、用途广、效采好等优点，近年来，国内外已将精炼炉作为主 要的炉外精炼手段。 我国近年来通过科技人员的不断努力，在精炼炉鹃设讨、生产等方面郝有了长足的进步， 西安n - r 大学硕士学位论文 己接近国际先进水平。随着生产工艺的改进和相关技术的发展，现代精炼炉具有了以下特 点。 ( 1 ) 、具有钢水成份调节的功能。 初期的精炼炉作为升温设备，以达到工艺匹配的目的。现在的精炼炉提供了钢水成分 微调、脱氧、脱硫等功能。 ( 2 ) 、加热效率更高，温升更快。 现在的精炼炉普遍采用电极加热技术，通过电极产生的电弧对钢水进行加热，电弧的 功率大、加热效率高。 ( 3 ) 、生产自动化水平不断提高。 以前控制系统大多是继电逻辑控制或者部分计算机控制，以人工操作为主，工人劳动 强度大，设备控制精度低，生产稳定性差，效率低，能耗高。现在精炼炉生产过程己实现 自动化，钢水的加热设定由计算机根据不同的钢种和生产要求自动确定，数字化的电极控 制盘可监视重要参数，实现复杂的算法，控制精度大大提高，提高了热效率，降低了能耗。 计算机能自动根据钢水成份和合金料的特性、价格以最低的成本完成钢水成份的调节。 ( 4 ) 、广泛采用过程控制系统和计算机网络技术。 采用过程控制系统可以实现生产过程的协调、组织与优化。随看计算机及网络技术的 飞速发展，计算机控制系统所采用的技术和设备也日新月异，如高速以太网、现场总线技 术等等。现代精炼炉控制系统普遍采用了上述技术。 1 4 精炼炉工艺步骤 转炉出钢后，钢包被传送到精炼炉作业区域。在钢包车位，钢包放置在钢包车上同时 用惰性气体( 氩气) 对其进行底吹搅拌，流量大小可以通过钢包底部通气孔调整，之后钢 包车运行到加热工位。 钢包车到达加热工位后钢包盖下降到钢包上，通过电极加热和惰性气体搅拌，钢包内 的钢水的成分和温度将比较均匀。之后根据不同的钢种采取不同的工艺处理步骤，处理的 内容有合金加入、渣料的加入、钢水成分化验、测温取样等等。 考虑到钢水在运输过程的温度损失和连铸作业区域的要求，电极加热系统要将钢水提 升到一个比较高的温度。 按钢种冶炼的要求，在加热工位通过喂丝机加入不同种类的实心或空心线( 主要线型 有：铝线，硅钙线以及铝钙线等等) ，同时为了改进钢种的纯净度，再次进行惰性气体“软 吹”，也可以叫做“软搅拌”，它时间和钢种的质量密切相关。 在工艺处理达到要求的温度和成分后，钢包盖提升，钢包车运行返回钢包车位。 最后，经过精炼炉处理的钢包被传送到真空处理作业区域或连铸作业区域。 1 5 精炼炉过程控制系统概述 此系统主要包括三个部分：生产控制系统( l f l ) ；二级计算机控制系统( i 。f 2 ) ；生产计 2 引言 划系统( l f 3 ，也可简称m e s 系统) 。 l f l 系统功能主要包括：监视和下载p l c 应用程序：数据采集和设备自动控制；画面监 视和远程操作；数据的跟踪和修改。 l f 3 能通过信息的传递对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当 实时事件发生时，d e s 能及时对这些事件做出反应、报告，并用当前的准确数据对其约束和 处理。它以过程数学模型为核心，连接实时数据库或非实时的关系数据库，对生产过程进 行实时监视、诊断和控制，完成单元整合和系统优化，在生产过程层进行物料平衡，安排 生产计划，实施调度及优化。进而对生产过程的物料流、能量流、质量流、资金流和数据 流进行完全监测、分析、控制和优化。 l f 2 系统是应用于l f l 和l f 3 之间的一个系统。它通过网络采集操作工输入和确认的生 产数据、一级p l c 控制系统的实时冶炼数据、化验室实时化验数据，并根据冶炼钢种的不 同调用相应的冶金模型计算出最优化的冶炼过程数据，再将数据传送给一级p l c 控制系统 进行全自动相应钢种冶炼，并实时跟踪冶炼过程，动态调节冶炼过程，以达到质量最优、 时间最短的全自动冶炼的目的。它通过网络接收生产计划系统( l f 3 ) 下达的生产计划，并实 时将现场生产数据按照要求生成数据表，最后提供给生产计划系统。它拥有先进的冶金模 型和庞大的数据库。冶金模型可以准确地计算出冶炼过程的精确数据，并在冶炼过程中动 态调整参数数据库可以存储模型所需要的各种必要信息，也存储了冶炼的历史数据，这 些数据对优化工艺、降低成本、提高产品质量有着非常重要的作用。 1 6 过程生产自动化信息集成系统在精炼炉生产中的作用 管理自动化三级 名慕 过程自动化 二级 过程控制妄 控制设备 基础自动化一级 ( p l c ，传感器，执行器等) 图卜1 过程控制系统结构图 f i g l - 1t h es t r u c t u r eo fp r o c e s sc o n t r o ls y s t e m 按照当前自动化技术发展的趋势，先进的工厂自动化系统一般都建立了强大的生产自 动化网络集成系统。从整体布局来看，生产自动化网络集成系统控制计算机位于整个系统 的第二层，主要功能是工艺与参数优化控制、产品质量预报和控制、生产节奏于顺序控制、 过程数据采集和生产过程的管理等。具体如图卜1 所示。 1 6 1 过程生产自动化信息集成系统的过程管理 过程管理是数学模型和专家系统建立的基本条件，通过自动化信息集成系统，实现实 西安理工大学硕士学位论文 时工艺数据的收集、数据管理、数据处理、数据存储和显示、事件的记录和报表处理等， 同时实现与其它局域网互联，向其他计算机系统提供所需信息。 般来说，控制系统过程管理主要包含以下痣容： ( 1 ) 、标准工艺数据的管理：标准工艺数据定义了生产标准和产品目标，标准的工艺数据是 生产的依据，也是模型计算参考的基准。 ( 2 ) 、生产计划的管理：借助予自动化网络集成系统协助完成各工序生产的编制，并通过计 算机( 网络系统) 向各个生产工序传递，从而保证生产按照计划的组织来实施。 ( 3 ) 、生产过程的动态跟踪：盘动采集生产过程各工序相关的生产技术数据，为生产调度系 统以及工艺操作人员提供必要生产过程的跟踪。与此同时，通过提供数据存储手段完成生 产实绩掇表的生成，为工艺人员迸彳亍生产过程分析提供了强大的根据。 ( 4 ) 、与其它计算机系统的数据通讯：为厂级计算机系统和调度系统提供必要的过程数据信 息( 如过程点的实时数据等) ，从化验室的计算机系统获取分析数据等等。 1 6 2 过程生产自动化信息集成系统在精炼炉生产中的作用 在精炼炉生产中建立过程生产自动化信息集成系统计算机，主要用来解决以下问题： ( 1 ) 、实时接收生产计划，按照计划动态组织生产。 在精炼炉生产过程中，不翔的钢种是按照不同的模式进行作业，在连铸生产节奏发生 变化时，精炼炉的生产节奏需要做相应的调整，这需要将控制指令下达到生产设备上。建 立过程生产自动化信息集成系统，借助于计算机网络通讯，才能保证生产计划的实时接收、 调整。 ， ( 2 ) 、按照炉次对精炼炉生产进行实时的数据跟踪。 精炼炉的生产是个间歇的工艺过程，每次作监处理的对象是一炉锅水( 即一个炉次) 。 传统的基础自动化系统( l f i ) 是一个连续数据采集的系统，它无法按照每次作业处理的钢 水进行数据的组织、保存。通过过程生产壹动化信息集成系统，可以对基础自动化系统收 集的工艺数据按照炉次这个唯一的标识，分工艺阶段进行组织、存储，这样便于作业的分 析、控制。 ( 3 ) 、通过冶金模型的计算，实现作业过程的优化，同时并向操作人员提供操作指导。 在糟炼炉的生产过程中，常规的控制策略无法完成诸如电极加热、合金加料控制，网 时传统的基础自动化系统在复杂计算方法的实现上受到诸多因素的限制，然而过程生产岛 动化信息集成系统不但可以借助于各种开发工具完成复杂的电极加热、合金加料控制优化 算法，直接向基础岛动化系统传递控制设定数据，对现场电极设备、合金舾料进行控制， 同时过程生产自动化信息集成系统还可以完成作业过程的预计处理时问、钢水化学成分预 报、钢水湿度预报，对操作人员起到操作指导的作用。 1 4 ) 、向下工序实时提供精炼炉作业数据。 在精炼炉的下一工序连铸机，工艺处理是以精炼炉的最终处理结果( 按炉次组织) 为初 4 引言 始工艺条件，这些工序只有获取了真实可靠的初始数据，才能保证准确的工艺控制。精炼 炉过程生产自动化信息集成系统的建立是向这些工序传递数据的基本条件。 ( 5 ) 、向工艺人员提供生产数据的历史追溯。 在冶金生产中，对重要工序的生产数据的历史追溯是进行产品质量的跟踪技术手段之 一。通常生产数据的历史保存是借助于数据库技术来保证的。精炼炉过程生产自动化信息 集成系统提供了数据库的存储手段，可以完整的按照炉次保存生产实绩数据，并且向工艺 人员提供生产数据的回溯查询。 1 7 论文的主要工作 本论文的主要工作是研究精炼炉过程生产自动化信息集成的技术和设计精炼炉过程生 产自动化信息集成系统，其内容主要有以下几点： ( 1 ) 、对精炼炉的生产工艺、精炼炉的控制以及精炼炉的过程管理作出详细的功能分析。 ( 2 ) 、以实现精炼炉生产线的过程自动化控制为目标，以技术先进、稳定可靠、操作维 护方便、成本低廉为原则，对精炼炉过程生产自动化信息集成系统进行总体方案研究。 ( 3 ) 、在进行某钢厂精炼炉过程生产自动化信息集成系统与生产计划系统的数据通讯设 计时，对所采用的d b l i n k 通讯技术从理论基础、具体实现进行了详细的讨论。 ( 4 ) 、对于精炼炉过程生产自动化信息集成系统应用软件的设计从功能实现上进行了详 细的分析。 5 西安理工大学硕士学位论文 2 过程生产自动化信息集成系统的功能设计 l f 精炼炉过程主要由下列活动序列构成： 钢包到达造渣主合金加入吹氩延时等待( 软吹氩) 喂丝钢包 离开为止的整个精炼过程的控制和管理。 在二级系统精炼过程中，过程生产自动化信息集成系统：可以提供正确的钢水温度、 钢水成份和渣料成分分析；可以计算合金补加量并提供预测数据；与操作员工作站直接相 连；与基础级控制系统相结合，- 调整精炼炉的成份含量，获得实时数据并计算出理论数据。 2 1 系统网络模型及系统集成的结构设计 2 1 1 系统网络模型 依照我们对现场的实际考察及对相关资料的详尽分析，最终设计的系统网络模型如下 图所示： 6 图2 1 系统网络模型 f i g2 1t h en e t w o r km o d e lo fs y s t e m 过程生产自动化信息集成系统的功能设计 211 系统集成部分的结构设计 设计思想：本课题牵扯到的各种设备较多，如何合理的将它们合理的连接到一起将对 生产的顺利进行起到至关重要的作用。因此对系统集成的设计应从以下几方面考虑： 厂区服务器：存放本工程的所有数据库。 化验室：对钢水中所台各元索的成分进行检测，并将结果返回圭控机，以便进行相关 的成分调整。 转炉：获得转炉出钢的相关信息，包括元素含量和温度等，为精炼正常进行做准备。 连铸：获得连铸要求的钢水温度及成分含量等相关信息，使精炼炉的出钢达到其要求 的标准。 精炼炉系统服务器：对o w s ，p w s 发送来的数据进行处理；并可阻充当w e 8 的服务器。 工艺工程师站：可以用于存放生产计划表里的所有相关信息并能够对其进行相关的 操作和管理。 精炼炉系统操作站：完成对精炼炉现场的实时监控，根据实际情况对精炼炉进行温度 预估、台金加料及吹氩控制等操作。 最终设计的系统集成结构如图所示： 圉2 - 2 系统结构 f i g2 - 2t h es t r u c t u r eo fs y s t e m 2 2 系统的功能及信息需求 2 21 系统的功能 舔蠛 西安理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 、完成与各个模块之间的通信，使数据正常流通。 ( 2 ) 、完成合金加入量模型，原则是在满足钢种成分要求的前提下，使合金化成本最低。 ( 3 ) 、完成温度预估模型，使预估出的下一阶段温度值尽可能的接近实际测量值。 ( 4 ) 、通过对自动化系统各个方面的描述，指导操作员操作系统，并使操作员的工作量 最小。 ( 5 ) 、进行炉次生产过程的实时动态跟踪。对合金加料、电极加热、吹氩、喂丝系统进 行生产数据实时跟踪记录。 ( 6 ) 、生成实时准确的生产报表，包括手工报表。 2 2 2 系统的信息需求 该系统所需的信息主要由以下几部分构成： ( 1 ) 、系统运行所需的基本数据。 ( 2 ) 、与基础自动化系统级交换的数据。 ( 3 ) 、与检化验中心及其它过程控制计算机系统交换的数据。 ( 4 ) 、与钢厂l f 3 级系统交换的数据。 2 2 3 数据存储策略 该系统数据分为3 大类：过程实时数据、过程生产数据和生产实绩数据，针对不同的数 据类型应采取不同的存储策略。 ( 1 ) 、过程实时数据 本系统需要处理大量的过程实时数据，主要是与基础自动化系统的实时通讯数据及与 检化验中心系统通讯的实时检化验数据。 与基础自动化系统的实时通讯数据由精炼炉过程生产自动化网络集成系统的实时数据 库管理系统来管理，根据功能需求，实时分发到各功能模块进行处理，该类数据在实时数 据库中只保存瞬时值，经各功能模块处理后的实时数据转化成过程生产数据后，按过程生 产数据存储策略进行保存。 ， 由于与检化验中心系统通讯的实时检化验数据的特殊性，该类数据按过程生产数据存 储策略进行保存。 ( 2 ) 、过程生产数据 本系统处理的过程生产数据较多，包括接收的前工序生产实绩数据，该类数据存储在 o r a c l e 数据库中，根据需要并确保系统性能，系统将保存最近3 0 天的数据。 长期归档功能不包括在该系统主体功能模块中，通过光盘备份及附加报表管理功能( 工 艺工程师站上) 来实现长期数据归档。系统随时自动清除超过3 0 天的过程生产数据。 ( 3 ) 、生产实绩数据 本系统生产实绩数据以报表数据的形式存在，存储在单独的报表数据库中，保存最近 1 年的生产实绩数据。 过程生产自动化信息集成系统的功能设计 系统附加报表管理功能位于工艺工程师站上，可利用该功能将生产实绩数据转存到工 艺工程师站上，根据工程师站硬盘容量，保存多年数据。 2 3 系统各模块网络模型及信息集成部分设计 2 3 。1 数据通信和传输的设计 本系统的数据通信通过i e e e 8 0 2 3 以太网来完成，具体包括以下几个方面： ( 王) 、与一级系统通信的设计： 此部分由级系统通过i n t o u c h 实现表对表的传输，将上传到l f 2 的数据写入我方数 据库的表中。由于此表只能存储一条数据，当新数据传上来时会对原来的数据进行刷新， 据此情况我们设定了级状态表与一级状态备用表，依据两个表中状态位的比较来判断哪 些数据是应该读取的，并把读取的数据存入相关的表格中。 从一级接收的数据表有： 一级上传数据表( t b i n tl f l _ l f 2 _ d a t a ) 此裹主要包含p l c 传土来的各种数据，主要包括合金麓料重量、喂丝长度、镊水温度、 电极档位、氩气消耗量、吹氩时间等数据信息。 一级上传状态表( t bi n tl f ll f 2s t a t u s ) 一级上传状态备用表( t b i n t l f il f 2s t a t u s b e i ) 在每炉次进行过程中，先将状态表上传的数据写入到一级状态备用表中，当下次状 态位传过来时，通过两个表中的数据对比来判断哪些数据为新上传的数据，再去一级数据 表中相应位置读取数据，最后把状态表的状态位更新到状态备用表的相关位置。此功能循 环进行。 下传到一级的数据表有： 二级下达数据计划表( ? 艮王起t l f 2 _ l f l 一d a t a ) 此表存有通过计算模型得出的指导级炼钢的数据，主要包括理论氯气压力、理论合 金加入量、理论喂丝长度、预估之后某一时刻的钢水温度及预计加热时间等数据。 ( 2 ) 、与三级系统的通信的设计： 从三级接收到的数据表有： l f 3 生产计划表( t b _ i n tm e s _ s r p _ p 酞n ) l f 3 钢种变更表( t b _ i n tm e s s r e c h a n g e ) l f 3 精炼对时表( 墨艮至鬻t 麓e s r 已融t c h d o gt e l e g r a m ) ， 把接收到的数据进行处理、分组后传输到各个相关部门，用以指导生产的正常进行。 将接收到的基础级上传的数据进行处理，形成给三级上传的表有： l f 3 炉次报告( t bi n tl fm e sh e a tr e p o r t ) l f 3 加羚 报告( t b in ts r p _ m e s d d r e p o r t ) l f 3 运转状况( t bi n ts r pm e sh e a ts t a t u s ) 9 西安理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 、与检化验室的通信的设计： 通过检化验室传来的信息，判断本炉次的钢水成分和出钢温度是否达到下一阶段( 连 铸) 的要求，达到要求后可以出钢；否则再次计算合金加入量、吹氩量和变压器档位( 电 极加热) 数值，指导一级继续冶炼，直到化验结果达到连铸要求为止。 此阶段主要用到的数据表有： 化验室钢种采样结果表( t 趾i n t _ _ l a b _ _ l f 3 一s a m p l e _ r e s u l t ) 化验室渣料结果表( t b i n l l a b _ l f 3 一s l a g _ r e s u l t ) ( 4 ) 、与其它二级系统( 连铸、转炉) 通信的设计： 其中( 2 ) 、( 3 ) 、( 4 ) 的数据库之间数据传输均使用o r a c l e 数据库通过d b l i n k 技术完成 表对表传输，实现方法将在以后详细说明。 2 3 2 基础库功能设计 此项功能用于保存冶炼过程中所需要用到的各种信息，主要应包括钢种信息、工艺阶 段信息、原材料信息、模型参数等。这些数据应便于操作员维护，在冶炼过程中起到配置 和调整工艺过程的作用。网络模型如图： 图2 - 3 基础数据库网络模型 f i g2 - 3 t h en e t w o r km o d e lo ff o u n d a t i o nd a t a b a s e 其主要包括钢种、工艺过程、原料三个部分。 ( 1 ) 、钢种部分 它可以存储和修改各种类型的钢种数据及相关信息。我们设定由钢种代码来确定一种 1 0 过程生产自动化信息集成系统的功能设计 产品质量以及要达到该质量的工艺途径。通过钢水数据菜单你应该能够访问钢种表( 包含 工厂定义的钢种清单，带有目标分析和工艺途径) 及终点分析( 包括终点质量特性的相关 数据，这些特性表明钢种的特点) 的相关表。此部分应建立的数据表有： 表2 - 1 数据表1 t a b l e 2 一ld a t at a b l e l 钢种元素厂标表 t bs t e e le l e m e n tc b 用于保存钢厂的钢种种类 以及所含元素 钢种元素国标表 t bs t e e le l e m e n tg b用于保存国家的钢种种类 以及所含元素 钢种元素表t b s t e e l e l e m e n t保存钢种里的各种元素 钢种厂标表 t bs t e e lp r o d u c tc b用于保存各家钢厂的钢种 种类 钢种国标表t b s t e e l _ g b用于保存国家的钢种种类 标准 t bs t e e le l e m e n t保存钢种非主要元素( 用 钢种元素表于合金计算涉及非主要元 素) ( 2 ) 、工艺过程部分 根据已得知的钢水信息以及钢种的目标值，我们针对不同的目标钢种设定出不同的工 艺步骤，通过工艺号来选出要执行的信息，用来指导冶炼的进行。此部分建立的数据表有： 表2 - 2 数据表2 t a b l e 2 - 2 d a t at a b l e 2 工艺步骤表 t b g o n g yi s t e p用于保存一炉钢所需步骤 ( 用于加热模型) 精炼炉工序选择表 t bp r o c e s ss e l e c t用于选择工序 化学收得率是添加到钢水中并起到添加作用的某元素的量与该元素添加总量的比值。 在工艺阶段不同时，同种元素的化学收得率是不相同的。因此应根据当前工艺阶段来确定 每种元素的收得率。此部分应建立的数据表有： 表2 - 3 数据表3 t a b l e 2 3d a t at a b l e 3 元素收得率 t be l e m e n te f f i c e n c er a t e记录各种元素的收得率 元素表 t be l e m e n t纪录元素种类 ( 3 ) 、原料部分 此部分应包括精炼过程用到的所有原料信息，诸如添加料、废钢、铁合金、芯线以及 其它，每种材料必须包括的信息有： 西安理工大学硕士学位论文 应建立的数据表有； m a tn 删e 材料名称 m a t _ c o d e 材料代码 m a tc o n s u m p t 材料消耗量m a tw e i g h t 材料重量 表2 4 数据袭4 t a b l e 2 - 4d a t at a b l e 4 合金配方表瑶l 彳l l o y j i i x保存合金怒方 合金种类表 t ba l l o yt y p e 保存合金类型 含金化学成分表 t ba l l o yc h e m i ce l e m e n t保存合金化学种类( 用予 合金计算) 合金材料表 t ba l l o y 俄t e r i a l 保存合金材料 合金统计表 t ba l l o ys t a t i s t i c s统计合金数量 造渣是单独的行为，它只在处理开始时进行一次，它是为了以后工艺处理阶段内形 成好渣，使钢水有效加热，减少过渡元素的损失，并充分脱硫。此部分应建立的数据表有： 表2 - 5 数据表5 t a b l e 2 - 5d a t at a b l e 5 渣料配方表 t bs l a gm i x 用于记录渣料配方 渣料种类表 t b s l a gt a p e用于记录渣料种类 渣料化学成分表碍s 乙媳翻磷i ge l e m e n t用于记录渣料化学成分 ( 在渣料计算时使用) 渣料表 霉3s 弘gm a t e r i a l用于存储各种渣料 2 3 3 炉次报表功能设计 当每一冶炼炉次顺利执行完毕后，我们将该炉次中有用的数据集中并存储到数据库中， 即炉次报表。炉次报表只在每炉次结束时生成条记录存入数据库，以备相关人员查看。 炉次报告中必须包含的信息有：炉次处理时间；能量、气体、原材料的消耗量；澄产钢水 的数据( 包括温度、重量、分析的数据) ；操作员标注的信息等。 精炼炉的炉次报表应通过0 w s ( 操作员工作站) 产生；炉次摄表根据操作员的要求可显 示和打印。 2 3 。4 炉次生产计划的设计 生产计划，也就是按预定顺序将要处理的炉次表。每个生产计划应包含的信息有：工 艺区域标号；生产次序标号；炉次标号( 字母数字混编代码，根据钢厂标准) ；目标钢种标 号( 字母数字混编代码，根据冶金数据库标准) ；处理结束时问计划表：用户相关信息，诸 如生产序号或操作员注意事项。 生产计翔的网络模型如图所示： 1 2 过程生产自动化信息集成系统的功能设计 图2 4 生产计划网络模型 f i g2 4t h en e t w o r km o d e lo fp r o d u c t i o np l a n 获得生产计划应该有两个途径：自动获取和人工获取。 2 3 5 区域生产管理的设计 我们针对每个工艺区域相应的生产管理，为精炼炉操作员提供了以下功能： ( 1 ) 、炉次跟踪 炉次跟踪的目的是提供正在处理的炉次信息，它应实时为我们提供炉次进行中相关数 据，跟踪数据包括：工艺区域标号：当前炉次标号；当前钢种标号等，网络模型如图： 图2 - 5 生产管理网络模型 f i g2 - 5t h en e t w o r km o d e lo fp r o d u c ti o nm a n a g e m e n t 炉次进行过程中，当出现：炉次处理开始、炉次处理结束、新工艺阶段开始、手动请 求中任一事件，我们设定炉次跟踪自动更新。 西安理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 、成分记录 冶炼过程中将每次获得的钢水成分值存入数据库，用以计算模型参考或相关人员查看。 我们的自动化信息集成系统设计为自动从化验室计算机上接收钢水的检化验成分；钢 水成分也可通过键盘在o w s 上输入和备份。 2 3 6 精炼炉过程跟踪的设计 在每个冶炼过程中，过程监控主要完成以下功能： 运行过程显示：访问数据库进行必要的数据读写；检测重要的现场事件；根据模型 推算和操作员数据命令输入、输出计算的工作点给基础自动化；执行操作员指南功能。 过程以阶段的表格形式定义，每一阶段的作业活动已经安排好，“过程阶段”是工艺处 理的基本单元，因此，通过对相关过程阶段的数据定义，工艺工程师能够控制所生产钢种 的路线，现将可能有的阶段列表列于下面。不是下表的所有工艺阶段都必须包括在工艺处 理的一个周期内，它可以根据用户自己的需要而改变。 它主要包括以下四个阶段： ( 1 ) 、等待阶段 ( 2 ) 、钢包到 1 4 过程生产自动化信息集成系统的功能设计 ( 3 ) 、加热处理阶段： ( 4 ) 、钢包离开阶段： 测温取样 全全兰兰芦 鋈：二：兰誊爰：王兰：兰：譬：l 譬鬻 添加鞴原料鼷 检查是否达到要求 达到钢水目标成匿 达到弱标温度 2 1 3 7 相关的数据表 袭2 - 6 数摄表6 t a b l e2 - 6d a t at a b l e6 钢水重量表 t bs t e e lw e i g 疆零 保存钢永重量以及温度预估 需要的值 钢分析表 t bs t e e la n a l y si s用于分析本炉次几次化验结 果是否满足要求 延时表 t bd e l a yn a m e 用于记录延时名称 延时记录表 t bd e l a y _ r e c o r d ， 用于记录延时状况 延时类型和原因 t bd e l a yt y p ea n dr e a s o n 用于记录延时类型和原因表 表 事件记录表 t be v e n tr e c o r d用于记录本炉发生的事件 元素累加表 t b y u a n s 譬一e 王一j 王a 用予合金计算( 计算非主要元 素使用) 合金选择表 t b x u a nz eh e _ j i n 用予合金计算 精炼过程数据备 t br e f i n ep r o c e s sd a t ab e i 用于备份过程数据( 加热模 用表 型) 精炼过程数据表 t b _ r e f i n e _ p r o c e s s 旦k t a用于记录过程数据( 加热模 型) 变压器参数表 t bt r a n s f o 螽! m e rp a r a m e p e r僳存变压器的参数 1 5 西安理工大学硕士学位论文 温度表 w e nd u 温度预估使用 测温表指标表 w e n d 吣j温度预估使用 班组表 b a n z u 用于统计班组信息 状态表t b - s t a t u s用于统计一级、三级状态以及 加热模型 到此为止，过程生产自动化网络集成系统模块的功能分析已完成。根据需要，在o r a c l e 数据库中建立上面所列出的表格( 共计5 2 个) ，并根据实际需要设定每个表格中的相应字 段。 2 4 数据库管理部分设计 登录部分数据流图 数据库管理部分流图 图2 - 6 登录数据流图 f i g 2 - 6t h ed a t af l o w c h a r to fl o g i n 图2 7 数据库管理流图 f ig 2 7t h ed a t af l o w c h a r to fd a t a b a s em a n a g e m e n t 本控制系统的固定数据库采用o r a c l e9 i 数据库。控制系统的固定数据库设计特别考 虑数据密度和完整性。 数据库访问通过安全系统加以控制，数据的显示、修改、拷贝、存取、删除和打印等 1 6 过程生产自动化信息集成系统的功能设计 功能可以由工艺工程师在工艺工程师站( p w s ) 或操作人员在操作员工作站( o w s ) 完成。 系统维护部分功能及流图 ( 1 ) 数据备份：用户可以通过选择保存的路径把数据库保存在硬盘中。 ( 2 ) 数据恢复：用户可以通过选择路径恢复数据。 ( 3 ) 操作员工管理：仅限管理员。其中可以添加、修改、删除操作员工，设置他们的 权限、级别及密码。 ( 4 ) 系统整理信息：显示距离管理员整理系统的时间。 图2 - 8 系统维护流图 f i g 2 - 8t h ed a t af l o w c h a r to fs y s t e mm a i n t a i n 2 5 本章小结 本章从精炼炉过程生产自动化