[硕士论文精品]VOD生产指导系统的研制开发.pdf

摘要 随着钢铁工业自动化技术的发展和进步 国内外钢铁企业都大力研究开发智 能控制系统 以进一步增强冶炼工艺的自动化程度 提高生产效率 目前 国内 许多钢铁企业大多是从国外购买成套生产控制系统 或是购买组态软件自己进行 开发 大大增加了生产系统的研发成本 本文以炉外精炼工艺中的真空吹氧脱碳 v o d 法为对象 提出了利用高级程序语言研制开发生产系统软件的方法 达 到降低研发成本 且功能完善的要求 本文针对v o d 真空精炼炉系统 设计开发了v o d 生产指导系统 通过对吹 氧各阶段钢液中碳及其它金属元素氧化量和氧化速度的计算 实时 准确地预报 v o d 炉冶炼吹氧时间 真空精炼时间和终点碳温值等参数 有效指导生产质量的 优化 通过与p l c 控制系统相结合充分实现v o d 精炼过程的动态控制功能 论文详细介绍了v o d 炉的生产工艺流程 生产指导系统的总体结构设计 系 统软件的编写及系统的调试等内容 研究利用v b 开发软件开发设计了具有冶炼计 时 记录查询 读写工艺参数等功能的生产操作画面 实现了对现场数据的实时 记录和监控 并可根据实时曲线的变化及时调整吹氧量的数值 以确保冶炼的终 点目标值达到要求 同时 三机同步通信模块的设计在系统实际运行中起到了冗 余热备作用 从实际运行的情况来看 效果比较理想 最后 对本文所取得的成果做出了总结 同时分析了系统的不足和需要改进 的方面 关键词 v o d生产指导系统同步 v b 数据库 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n ti nt h et e c h n o l o g yo ft h es t e e li n d u s t r ya u t o m a t i o n t h e s t e e le n t e r p r i s e sa th o m ea n da b r o a dh a v ev i g o r o u s l yr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f i n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e m st of u r t h e ri n c r e a s ep r o d u c t i v i t y a tp r e s e n t m a n yd o m e s t i c e n t e r p r i s e sm o s t l yb u yc o m p l e t es e t so fp r o d u c t i o nc o n t r o ls y s t e m sf r o ma b r o a d o r d e v e l o pt h es y s t e mu s i n gt h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a r eb yt h e m t h i sh a sg r e a t l yi n c r e a s e d t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tc o s t so ft h ep r o d u c t i o ns y s t e m s b a s e do nt h ev a c u u m o x y g e nd e c a r b u r i z a t i o n v o d p r o c e s s o n eo ft h es e c o n d a r yr e f i n i n gp r o c e s s e so f s t a i n l e s ss t e e l t h i sp a p e rp r e s e n t st h ed e v e l o p e dp r o d u c t i o nc o n t r o ls y s t e ms o f t w a r e a p p r o a c hu s i n gh i g h l e v e lp r o g r a m m i n gl a n g u a g e t h i sm a y l e a dt ol o w e rr dc o s t s a n dm a i n t a i nt h es y s t e mp e r f e c t t h i st h e s i sa n a l y z e st h ev o df u r n a c es y s t e m t h ep r o d u c t i o ng u i d a n c es y s t e mo f v o df u r n a c ei sd e s i g n e da n dd e v e l o p e d t h r o u g ht h eo x i d a t i o nq u a n t i t ya n do x i d a t i o n r a t eo fc a r b o na n do t h e rm e t a le l e m e n ti ns t e e li sc a l c u l a t e di nt h ev a r i o u ss t a g e so f o x y g e n i tc a l lr e a l t i m e a c c u r a t ef o r e c a s t i n gt h et i m eo ft h eb l o w i n ga n dt h ev a c u u m r e f i n i n g e n d p o i n tt e m p e r a t u r ea n de n d p o i n tc a r b o nc o n t e n ta n ds oo n i ti se f f e c t i v e l y g u i d eq u a l i t yo p t i m i z a t i o no fp r o d u c t i o n w i t ht h ep l cc o n t r o ls y s t e m i t i sf u l l y r e a l i z e dt h ed y n a m i cc o n t r o lf u n c t i o n so f v o dp r o c e s s i nt h i sp a p e r t h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s ss e q u e n c e so fv o df u r n a c e a n dd e s i g no f t h eo v e r a l ls t r u c t u r eo ft h ep r o d u c t i o ng u i d a n c es y s t e m a n dt h ep r o g r a m m i n ga n d d e b u g g i n go fs y s t e ms o f t w a r ea r ed e t a i l e d l yd e s c r i b e d u s i n gv b t h ep r o d u c t i o n o p e r a t o ri n t e r f a c ew i t hal o to ff u n c t i o n s s u c ha st i m i n go fs m e l t r e c o r d i n g a n d q u e r y i n g r e a d i n ga n dw r i t i n go fp r o c e s sp a r a m e t e r s i sd e v e l o p e d t h es y s t e mc a n r e a l t i m er e c o r da n dm o n i t o rt h eo n s i t ed a t a a n da c c o r d i n gt ot h er e a l t i m ec h a n g e so f t h ec u r v eo ft h eb l o w i n g o n ec a nt i m e l ya d j u s tm et a r g e tv a l u et ob eu pt ot h em u s t a r d a tt h es a m et i m e w i t ht h ed e s i g no fs y n c h r o n o u sc o m m u n i c a t i o nm o d u l e so ft h r e e m a c h i n e s t h es y s t e mp l a y e dar e d u n d a n tr o l e i na c t u a lo p e r a t i n g i tm a k e sag o o d r u n n i n gr e s u l ti na c t u a lp r o d u c t i o n f i n a l l y t h es u m m a r yo ft h i sp a p e ri sg i v e n a n dt h es y s t e m sd e f i c i e n c i e sa n ds o m e p r o b l e m so fn e e d i n gf o ri m p r o v e dw e r ep o i n t e d o u t k e y w o r d v o d p r o d u c t i o ng u i d a n c es y s t e ms y n c h r o n o u s v i s u a lb a s i c d a t a b a s e 西安电子科技大学 学位论文独创性 或创新性 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德 本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 尽我所知 除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果 也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意 申请学位论文与资料若有不实之处 本人承担一切的法律责任 同期羔孕生l 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定 即 研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学 学校有权保 留送交论文的复印件 允许查阅和借阅论文 学校可以公布论文的全部或部分内 容 可以允许采用影印 缩印或其它复制手段保存论文 同时本人保证 毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学 保密的论文在解密后遵守此规定 本学位论文属于保密 在一年解密后适用本授权书 本人签名 三坠 导师签名 缸剧 日期坦z z z 三 日期4 号址业 第 章绪论 第一章绪论弟一早珀t 匕 本章首先叙述了钢铁工业自动化发展的状况 以及国内外关于精炼工艺自动 化控制研究的现状与发展 然后指出研究生产指导系统的原因与意义 最后概括 了本文所做的工作 1 1 钢铁精炼工艺自动化概述 1 1 1 钢铁工业自动化的发展 随着钢铁工业的发展 对控制水平和规模均提出了越来越高的要求 从而加 速了自动化技术的发展和进步 而采用新的自动化技术装备的企业 能够获得更 加显著的技术 经济和社会效益 在钢铁企业中 自动化系统则是以微处理机为 核心 把微机 工控机 数据通讯 仪表等技术有机的结合起来 通过系统集成 来实现 为实现钢铁工业综合一体化奠定了基础 增强了系统控制精度 质量和 可靠性 据了解 目前钢铁企业已基本实现了过程自动化 但这种自动化基本上属于 单机式自动化 缺乏对信息资源的有效共享和生产过程的统一管理 难以适应现 代钢铁产业发展的要求 而在未来 钢铁企业将更多的注重向多品种 小批量生 产 质优价廉 交货快捷 美国 日本等一些大型钢铁企业在2 0 世纪7 0 年代已 广泛实现计算机集成生产系统c i m s c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r es y s t e m 化 目前 我国钢铁行业也在加紧建设c i m s 但由于建立c i m s 需要投入巨额资金和 大量的高级科技人员 因此有关专家又提出了建立低成本自动化系统l c a l o w c o s ta u t o m a t i o n 即采用新技术 低成本 高效益 低风险的自动化模式 i p c i n d u s t r yp e r s o n a lc o m p u t e r 即工业p c 就是适合低成本自动化的产品之一 此 外e i c 一体化控制打破了长期以来传统的电气 e l e c t r i c i t y 仪表 i n s t r u m e n t 计算机 c o m p m e r 简称为三电 之间的控制设备方面的分工和专业界限 解决 了d c s 系统难以实现逻辑控制和p l c 难以实现模拟量控制的缺点 真正符合被控 对象本身要求数据处理 模拟控制 顺序控制作为一个完整整体的有机联系 提 高了系统的操作性和实用性 实现三电一体化后 原三电分离控制系统的硬件和 软件资源可以共享 从而减少了设备投资和软件工作量 l l 当前 国际上低成本自 动化发展主要瞄准先进控制技术 软测量技术 i p c 控制系统 e i c 一体化控制方 向 2 v o d 生产指导系统的研制开发 由于钢铁工业具有大型化 高速化和连续化的特点 传统的控制技术遇到了 难以克服的困难 因此有必要采用智能控制技术 智能控制技术主要包括专家系 统 模糊控制和神经网络等 广泛应用于钢铁企业的产品设计 生产 控制 设 备与产品质量诊断等各个方面 如高炉控制系统 电炉和连铸车间轧钢系统 炼 钢系统等 目前 许多钢铁企业正在进行智能化控制技术方面的工程建设 并取 得了较好的成绩 1 1 2 国内外精炼工艺自动化现状 1 1 2 1 国外精炼工艺自动化现状 国外 精炼自控系统的进展基本分为三个阶段 1 7 0 年代末 基本上是常规模拟式仪表和继电器逻辑控制系统 主要是过 程量检测 小闭环控制和电力传动顺控系统 2 7 0 年代末至8 0 年代中 精炼开始计算机化 此时由于出现用于电控和 主要作顺序控制的以微机为核心的可编程序过程控制器和以c r t 为核心的中央监 视装置 使自动化水平进一步提高 此外 许多厂还设过程机监视 使用数学模 型来设定控制 组成三级的e i c 一体化系统 3 8 0 年代中期以后 由于自动化装备和系统结构的进展 精炼自控系统由 原来的三级e i c 系统再加上生产控制级构成四级控制系统 并可作为总厂c i m s 的一部分1 2 下面介绍几种国外精炼自动控制的系统 1 美国的精炼自动化系统 1 r h o b 过程控制系统 美国内陆钢铁公司r h o b 真空脱气设备具有高度的自动化系统 由两级构成 一级为p l c 二级为监控计算机 一级系统接收二级计算机的命令并执行相应的 控制操作 二级监控计算机采用钢化学成分模型与温度 碳和游离氧关系模型处 理曲线及进行过程修正 2 r h 真空脱气装置的计算机控制 这种r h 真空脱气装置的计算机监控系统是由美国d r a v oa u t o m a t i o ns c i e n c e s 公司与d a v yd r a v o 公司联合设计与提供的 它的真空系统处理模型由冶金算法和 热力算法组成 主要解决钢水处理过程中的各种材料添加剂及设定所需要的处理 时间 整个处理过程可分为若干周期 每个周期由处理模式和过程模型的预测值 所决定 各处理周期具体是含氧量调整 合金添加 脱碳 增碳和脱气 预测计 算根据程序所建议的添加材料 处理周期和操作者输入的处理参数 推测当前钢 第 章绪论 3 水的终点条件 根据监控系统执行的处理模型和提供的精确计算结果 有效提高 了钢包冶炼设备处理能力 同时降低了原材料与劳动力的费用 2 日本的精炼自动化系统 日本大同钢铁公司开发了 钢包精炼炉自动操作系统 即a l f o s 其开发目 的是实现钢包精炼炉 l f 单人操作 提高并稳定钢的质量 同时降低生产费甩 该系统分别于8 0 年代在东京钢铁有限公司和大同钢铁公司投入运行 效果显著 化学成分的控制是钢包精炼重要的功能 根据钢种需要计算最佳目标成分 根据 输入的分析成分与目标成的差异计算各种合金的添加量 并由a l f o s 控制加料系 统进行合金添加 同时示添加后预期成分 在钢包处理结束后 记录相关项目并 送上位机 例如钢号 钢水重量 处理间 添加合金量 钢水温度 成分分析等 3 意大利a o d 精炼过程自动化系统 意大利t e r n i 特钢厂a o d 设备的自动化系统包括基础自动化与过程自动化 基础自动化硬件包括5 台p l c 用于管理合金添加物称量系统 转炉驱动系 统 底吹系统 气体清洁系统 顶吹氧气系统等子系统 过程自动化系统由d e c m i c r o v a x1 l 组成 与操作站 化学试验室计算机 连铸过程计算机 钢区计算 机等相联接 4 英国钢包冶金的过程控制 英国钢铁公司开发出适合钢包冶金处理的综合过程控制系统 为操作者提供 指导 对现场变化迅速采取对策 在操作人员确认制造的钢种后 控制系统为其 提出较好的工艺路线 以及目标出钢时间与温度的建议 钢水自炼钢炉出来后 系统一直跟踪钢水的温度 成分变化 提出剩余处理时间与工艺路线的建议 控 制系统与精炼站的每一台局部计算机连接 并与炼钢 连铸和实验室计算机系统 相连接 1 i 2 2 国内精炼过程自动化现状 国内精炼自动化的发展大致可分为两个阶段 2 1 8 0 年代以前 主要是以模拟式仪表调节器和继电器硬线连锁的控制系统 使用d d z i 或d d z i i 型甚至旧式仿苏仪表 仪表落后 检测参数少 参数示值 不准确 都是简单的自动化系统 基本上是手动操作 2 8 0 年代以后 由于引进一批精炼装置及其先进的自动化系统与p l c d c s 硬件等 从而使我国精炼自动化水平大大提高 引进的全线精炼自动化系统达到 了当代国际先进水平 我国引进的精炼设备及自动化系统大致可分为两类 1 单体成套设备的自动化系统 v o d 生产指导系统的研制开发 这仅属于基础自动化级 由于引进年代不同 自动化水平各异 但仍不失先 进与可靠 例如 抚钢引进的v o d v h d 精炼炉是8 0 年代初的产品 控制系统是 p l c 加先进的模拟仪表或数字装置 武钢8 0 年代从德国引进的r h 设备 在电气 自动控制及仪表监视方面 自动化程度较高 各种走行车辆装有变频调速装置 便于精确停车 整套设各通过p l c 控制 2 整流程成套引进精炼自动化系统 这类系统自动化程度较高 具有过程计算机 设有数学模型并作设定控制 是三级的e i c 一体化系统 例如 鞍钢的a n s 0 1 3 钢水处理设备是与连铸一起从 日本神户钢厂引进的 由p l c 和d c s 组成 p l c 主要执行合金添加控制 钢包车 行走 浸渣管升降 氧枪升降等顺序控制 测温取样及液面检测装置的控制和除 尘装置的控制 d c s 主要执行氢气 氮气和氧气压力 流量和时间的设定与控制 显示钢水温度 合金及铝的称量控制 除尘系统的控制等 1 i 3v o d 精炼工艺自动化现状 v o d 是真空吹氧脱碳法 v a c u u mo x y g e nd e c a r b u r i z a t i o n 的简称 属于炉 外精炼工艺中的一种 是由联邦德国维腾特殊钢厂 e d e l s t a h l w e r kw i t t e n 于1 9 6 5 年 首次开发的 并由此发明了v o d 钢包精炼炉 它具有真空脱气 吹氧脱碳 真空 加料 吹氩搅拌 非真空测温取样 喂丝等多种功能 有效保证了钢水中的氢 氧 氮 碳含量达到最低水平 并可精确调整钢水成份 使夹杂物充分上浮而有 效提高钢的洁净度 可以精炼轴承钢 合金结构钢 弹簧钢 优质碳素钢及超低 碳不锈钢等 正因为其设备简单 投资少 成本低 质量高 操作方便 能够为 用户更灵活的根据市场需要 及时精炼出市场需要的许多特殊钢种 从而增加企 业的经济效益 目前 v o d 钢包精炼炉已成为世界上使用最广泛的炉外精炼设备 之一 截止现今为止 世界已有v o d 炉的总数近百台以上 容量在5 一 1 5 0 t 之间 最大的是日本新日铁八幡制铁厂的1 5 0 t 中国采用v o d 法精炼虽起步较晚 1 9 7 8 年在大连 但也有了一定的基础和规模 除大连外 重庆 上海 抚顺 太原 北京等均已先后建有v o d 炉 并各自取得了具有本厂特色的经验 由于v o d 炉外精炼法是一种在真空条件下吹氧脱碳并吹氩搅拌的炉外精炼关 键技术 较其它工艺而言 其降碳保铬的出色效果 使其成为现代不锈钢冶炼工 艺的重要手段之一 深受国内外钢铁企业的广泛应用 长期以来 通过对v o d 精 炼过程的动态监测和控制 实现工艺的优化 终点的准确预测和真空处理效率的 提高 在国外应用的非常普遍 例如 俄罗斯的北方钢铁公司在v o d 工艺中使用 飞行时间质谱炉气分析系统 实现了全过程的动态监测 使精炼炉的生产能力得 到显著提高 巴西的a c e s i t a 钢厂建立了由d a n i e l i 冶金中心和自动化部设计的新 第一章绪论 5 型v o d 精炼车间 日本新r 铁 韩国浦项以及德国e w k 等国公司也应用了类似 的工艺技术博j 而目前在我国 大多钢铁企业是通过购买国外成套的过程控制工艺软件来实 现生产的自动化 也有个别厂家正在自主研究适合自己的智能控制软件开发 例 如 太钢于2 0 0 2 年由意大利d a n i e l i 公司引进了一套v o d 精炼炉动态过程控制系 统 1 0 1 该系统利用炉气连续分析来实现对钢水的监视和控制 对于实际碳含量 氧平衡和化学反应释放的能量 将全部通过炉气成分分析来进行估计 通过这些 信息可用于改变工艺参数 主要是处理容器压力和氧气流量 以避免过多的元素 被氧化 从而保持正常的能量平衡 大连钢厂与钢铁研究总院等部门合作 在v o d 工艺中引进质谱炉气分析动态监测系统 该系统可在线连续分析真空处理废气 由处理过程中各成分的变化曲线决定吹氧结束和脱气结束的时间 减少过吹率 保证冶炼质量 1 2 1 课题来源 1 2 课题来源和本文研究的内容 目前 国内大中小型企业为提高产量和生产效率 增强企业运行安全系数 普遍开始利用计算机进行工业自动化生产的技术改造 通过微机对现场的生产情 况进行监视控制 可以达到减轻工作量 提高劳动生产率和安全可靠性的目的 这己经成为企业界管理人员和自动化领域技术人员的共识 l3 1 当前 国外钢铁企业的生产工艺控制系统已近趋完善 且在许多企业中得到 广泛应用 在国内 许多钢铁企业除了购买成套国外的生产控制系统外 也有一 些在购买了生产模型基础上利用组态软件自行开发适合自己的生产智能控制系 统 但从长远来看 国内企业的生产工艺控制系统仍存在以下问题 1 成套系统的价格非常昂贵 大大增加了生产成本 且随着技术的发展难 以进行自主改造 2 利用组态软件开发系统 受组态软件的功能要求限制 国外的组态软件 不但价格高 而且通用性强 在实际应用上存在着软件功能的闲置浪费 且不能 满足一些企业的特殊要求 国内的组态软件则由于我国软件工程的组织薄弱 使 得其开放性 集成性 网络功能 可靠性都有一定的局限性 不适合在钢铁生产 工艺控制中应用 3 购买模型软件控制 会受到设备的限制 若模型软件与生产设备的配合 不好 会大大影响冶炼过程 v o d 生产指导系统的研制开发 鉴于此 利用高级语言程序开发一套吸收国外同类产品的最新发展的先进技 术 具有自身特色 拥有自主知识产权的智能控制软件 充分发挥其在炼钢生产 过程中的作用 真正提高我国炼钢工艺的计算机自动控制水平 有着非常重要的 意义 本课题以某钢厂的v o d 不锈钢精炼工艺为背景 根据v o d 精炼炉的终点碳 含量及温度预测模型 开发一套v o d 生产指导系统 初步实现其不锈钢冶炼过程 的智能化和添加物料计算的合理化 能够进一步提高在不锈钢冶炼的终点控制中 较难控制的终点碳含量和终点温度的控制水平 缩短冶炼时间 降低气体消耗 减少补吹的次数 延长炉体的寿命 从而达到降低不锈钢冶炼成本 提高生产效 率的目的 1 2 2 本文研究内容 本课题的研究目的是结合已有的v o d 碳温数学模型 通过对吹氧各阶段钢液 中碳及其它金属元素氧化量和氧化速度的计算 实时 准确地预报v o d 炉冶炼吹 氧时间 真空精炼时间和终点碳温值等参数 有效指导生产质量的优化 充分实 现v o d 精炼过程的动态控制功能 本文共分为五章 第一章为绪论 随着炼钢工艺越来越复杂 自动化控制系统不断发展 我们 有必要用高级的软件设计方法 来实现炼钢工艺的生产指导和控制 降低生产成 本 提高生产效率 第二章则结合所做项目针对v o d 生产工艺分别从硬件和软件两方面分析了其 生产指导系统的总体结构 第三章是本文的重点 详细说明了生产指导系统软件各组成部分的开发过程 特别是对系统与数据库通信接口 三机同步功能两个关键的实现进行了描述 由 于涉及的内容比较多 只能用一些例子加以说明 并且引用了一些源程序段和图 表 第四章介绍了v o d 生产指导系统软件的实际应用效果 第五章为总结和今后改造 总结本文的工作 描述未来的工作方向 第一章v o d 生产指导系统的总体设计 2 1 1 概迷 第二章v o d 生产指导系统的总体设计 2 1v o d 冶炼工艺概述 v o d 法是一种在真空条件下吹氧脱碳井吹氩搅拌的炉外精炼技术 由于钢水 在v o d 炉处理过程中 钢水和渣全部处在真空环境下 吹氩搅拌效果好 渣 钢 反应活跃 并且通过v o d 的顶吹氧系统 可进行吹氧强制脱碳 具有渣精练功能 因此 v o d 炉不仅具有很好的脱氢 脱氧 脱氨 脱碳 脱硫功能 而且去除夹 杂物及央杂物形态控制的功能也很好 能生产纯净度很高的钢种 2 12 v o d 工艺特点 v o d 炉主要组成有 钢包 真空罐 氧枪 加料系统 测温取样系统 真空 系统和控制系统 v o d 法精炼的主要目的是降碳保铬 成分微调优化 降低冶炼成本 提高冶 金质量 其炉型如图1 l 所示 图2 1 v o d 精炼炉示意图 v o d 法的主要特点是先在初炼炉中调整好除碳 硅咀外的所有成分 然后出 钢至包内 并将钢包移入真空罐中保持 在真空罐抽气达到一定的真空度后 从 上方用水冷氧枪或消耗式氧枪向包内钢液吹入氧气降碳 同时由包底的透气砖吹 入氩气搅拌钢液 整个v o d 过程可以分为吹氧阶段 真空阶段 还原阶段三个阶 v o d 生产指导系统的研制开发 段 0 1 它的主要优点为 1 降碳保铬效果好 通过控制真空度 可在铬几乎不被氧化的情况下脱碳 脱碳后用于还原渣中c r 2 0 3 的还原剂用量少 2 由于是在钢包中精炼 精炼后不吸收氮 碳 更适合冶炼超低碳 超低 氮不锈钢 3 脱氧效果好 正因为v o d 法的这些优点 使其成为了目前不锈钢特别是超低碳不锈钢冶炼 工艺的主要手段之一 2 1 2v o d 工艺流程 目前v o d 工艺主要采用的是双工位炼钢工艺 整个处理过程可以分为吹氧脱 碳 真空脱碳 加料还原三个阶段 其工艺流程是 当装有钢水并经过倒渣的钢 包运送到v o d 处理站后 放置于双工位真空罐中的一个 并打开氩气阀 对钢包 开始底部吹氩 在进行测温取样完毕后 盖上真空盖使真空罐完全密闭 真空泵 系统开始工作 随着压力的降低 脱碳过程开始 当真空度达到一定值时 氧枪 移动到预设的位置 开始吹氧过程 吹氧结束后 进一步抽真空 开始进入真空 阶段 真空阶段结束时 真空泵停止工作 真空罐破真空 然后 真空泵连接到 另一个真空罐系统 同时 真空罐盖移动到此真空罐上 进行另一炉次的v o d 真 空处理 第一个真空罐继续在大气条件下 做大气微调处理 温度测量 取样 化 学成分调整 钢水均匀化 喂丝操作软搅拌 处理终止后 氩气底吹停止 自动 氩气接头断开连接 行车将钢包吊离真空罐 吹氧 真空 还原 阶段 阶段 阶段 钢微 水 测 调 吊 温 成 至 测 取 分 匣嘲l 扛二话 t 一 保存采样值 开始计算 图2 7 生产指导系统生产模式下流程图 吹氧结束后 生产进入第二步 真空 即对钢液进行真空下脱碳 在实际 生产中 从吹氧进入真空时 不一定会采样 而如果需要破空采样 生产设备会 先进行抽真空到一定程度 才能进行破空 因而吹氧结束后 如果钢包真空度越 来越低 系统需人工判断是否进入真空 如是则直接显示真空数据 否则会显示 零z j 害一 1 6 v o d 生产指导系统的研制开发 为破空阶段 真空结束后 生产进入第三步 还原 操作人员可根据计算出的还原材料 加入量 加入造渣材料来还原钢液中的贵重金属 还原结束后再次取样得到温度 和各种成分含量 最后进入成分微调阶段 微调结束后还需对钢液取样 本炉次 钢液冶炼结束 如果还需继续生产 则转入下二炉次的生产过程 否则生产过程 结束 二 离线模式 图2 8 生产指导系统离线模式下流程图 系统处于离线模式下 操作人员可查看历史数据和热停工记录 2 5 系统数据库结构设计 根据图2 3 的数据分析 1 工艺参数数据库 存放模型所需初始参数 照各参数类型建立各表 本系统数据库需建两个库 以便模型根据不同的钢种进行相应的计算 分别按 2 生产历史数据库 存放生产过程数据 以便查询历史生产数据 为方便存取数据 分别按照系 统界面的分类建立各数据表 2 6 上下位通信接口设计 由系统设计要求和图2 2 分析可知 系统需要配置三个接口 1 由于与l 1 的o r a c l e 数据库和本级s q l 数据库需进行数据的读写 因此要 编写两个数据读写接口 2 与p l c 进行数据交换 需要编写与p l c 的通信接口 3 三机系统在运行时需要保持操作同步 故而需要编写网络通信接口 第二章v o d 生产指导系统的总体没计 2 7 小结 开发生产系统软件 首先要明确生产的工艺流程 然后根据系统的需求分析 和硬件网络配置在总体上设计系统软件所需的各个模块 本章结合v o d 不锈钢精 炼设备工艺要求及提出的指导系统要实现的功能 分析了生产指导系统软件的硬 件环境 组成结构及所需数据库结构 为下一步软件晃面的设计和系统功能的实 现提供了理论基础 第二章v o d 生产指导系统的软1 l 实现 1 9 第三章v o d 生产指导系统的软件实现 3 1 1 操作系统平台 3 1 系统软件开发平台 现场的三台工作站分别安装了w i n d o w sx p 操作系统和i n t o u c h 组态软件 为 便于v o d 生产指导系统与p l c 通信 我们利用w o n d e r w a r e 司的d a s s i d i r e c t 将p l c 配置成一个o p cs e r v e r 由r o d 生产指导系统作为o p c 客户端来读写p l c 数据 本级网络的数据库服务器已安装了s q ls e r v e r2 0 0 5 数据库系统 在l 2 网络中的 数据库服务器安装的是o r a c l e 9 i 数据库系统 3 1 2 系统软件开发工具的选择 目前w i n d o w s 系统平台下应用程序的可视化开发工具主要有v i s u a lb a s i c v i s u a lc d e l p h i c b u i l d e r 等 本系统采用v i s u a lb a s i c 这一用户最多 应用领域最为广泛的开发工具 主要基于v b 的以下特点 l 能生成面向多种w i n d o w s 平台的应用程序 增强了程序的兼容性 2 可视化的界面设计技术 用户可以直观地生成具有专业效果的界面 3 完善的程序调试和错误处理功能以及优秀的集成编程环境 4 面向对象的设计思想 o o p 虽然v b 不是一种纯粹的o o p 语言 但它通过 方便的对象属性和方法调用实现了类似v c 中类的成员变量和成员函数的定义和 封装 5 丰富的控件和a p i 函数资源 控件可用来构造应用程序的对象 控件编制 者已经在其内部封装了相应的属性 方法和事件 可直接调用 w i n d o w s 的应用程 序接口 a p d 函数可在v b 中直接调用 从而大大扩充了v b 的功能 6 支持动态数据交换 d d e 对象的连接和嵌入 o l e a c t i v e a u t o m a t i o n d d e 是指两个不同程序问的数据交换 o l e 可以将不同的应用程序连接起来 a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术则可以在应用程序中访问和控制具有标准c o m 接口的其 他应用程序 如o f f i c e a u t o c a d 等 7 支持动态链接库 d l l v b 不具有低级语言的功能 如访问硬件接口 而 通过引入用其它语言 如v c 编写的d l l 即可实现同样的功能 这为v b 提供了广 阔的应用前景 2 0v o d 生产指导系统的研制开发 8 支持a c t i v e xc o m 技术 作为微软公司倡导的技术发展方向 a c t i v e xc o m 技术利用部件对象模型 可生成各种a c t i v e x 部件 这些部件本质是一段可重用 的代码和数据 可大大减少程序开发时间 9 强大的数据库访问功能 通过d a o r d o o d b c 以及最新的a d o 数据接口 技术 v b 能访问各种类型的数据库 无论是在本地机还是网络服务器端均可实现 l o 利用v b 丰富的资源和大量的控件 可供用户设计友好的系统人机交互界 面 实现较复杂的算法 可与i n t e r n e t 进行互联 可以链接数据库进行存储和调 用 并具有强大的通讯功能 编程简单 易于实现 开发周期短 3 2v o d 生产指导系统的界面规划 用户界面设计最基本的原则是直观和易用 在测控系统中 界面设计在占主 导地位的主控窗体中尤显重要 它既要尽可能地反映现场的真实情况 通常还需 要动画显示 又要尽量减少系统资源的占用 主控窗体的界面包括静态和动态两 部分 静态部分起到渲染效果和美观的作用 动态部分则直观地动态显示实时数 据和控制元件的实时状态等 为了醒目生动地显示当前温度值 本系统还专门设计 了将温度值用模拟液晶数字显示的a c t i v e x 控件 3 2 1 界面窗体的设计 根据第二章的分析 本系统涉及到8 个软件界面 因此需用一个主窗体界面 来控制这八个界面的切换 因而 在程序界面设计中 使用了v b 提供的m d i 窗体 将程序界面设计成了多文档界面 共同的部分放在了m d i 主窗体中 避免了界面 显示过多的占用内存资源 提高了系统运行的效率 m d i 窗体实际是一个容器窗体 它允许在单个容器窗体中包含多个窗体的应用 程序 象m i c r o s o f te x c e l 与m i c r o s o f tw o r d 这样的应用程序界面就具有多文档 界面 m d i 应用程序允许用户同时显示多个文档 每个文档显示在它自己的窗口中 文档或子窗口被包含在父窗口中 父窗口为应用程序中所有的子窗口提供工作空 间啪1 例如 m i c r o s o f te x c e l 允许创建并显示不同样式的多文档窗口 每个子 窗口都被限制在e x c e l 父窗口的区域之内 当最小化e x c e l 时 所有的文档窗 口也被最小化 只有父窗口的图标显示在任务栏中 子窗体就是m d i c h i l d 属性设置为t r u e 的普通窗体 一个应用程序可以包 含许多相似或者不同样式的m d i 子窗体 在运行时 子窗体显示在m d i 父窗体工作空间之内 其区域在父窗体边框以 第二章v o d 生产指导系统的软件实现 内及标题与菜单栏之下 当子窗体最小化时 它的图标显示在m d i 窗体的工作 空间之内 而不是在任务栏中 在运行时 m d i 宙体及其所有的子窗体都呈现特定的性质 所有子窗体均显示在m d i 窗体的工作空间内 象其它的窗体一样 用户能移 动子窗体和改变子窗体的大小 不过 它们被限靠忏这一工作空间内 当最小化一个子窗体时 它的图标将显示于m d i 窗体上而不是在任务栏中 当最小化m d i 窗体时 此m d i 窗体及其所有子窗体将由一个图标显示在任务栏 中 当还原帅i 窗体时 m d i 窗体及其所有子窗体将按最小化之前的状态显示出 来 通过设定k u t o s h o 虻h i l d r e n 属性 子窗体可以在窗体加载时自动显示 t r u e 或自动隐藏 f a l s e 本系统主界面如下图示 3 22 静态部分的显示 图3 1 主窗体显示界面 系统界面中静态部分显示的关键在于按钮控件的位置 提示性标签控件的醒 目以及各子窗体中表格 曲线控件的格式和大小 以保证界面的整洁美观 v b 6 应用程序中可加载的图片格式包括位图 图标 图元 i p g 及g i f 文件等 这些图片素材可在设计时加载 也可在运行时加载 以使系统在不同的生产阶段 显示相对应的生产背景 此外 v b 6 提供的表格控件支持对不同类型的数据进行不 v o d 生产指导系统的研制开发 同色显示 使得用户在大量的表格数据面前不会看错数据 3 23 动态部分的显示 界面中的动态部分用来直观地动态刷新实时数据和控制元件的实时状态等 我们可以利用p r i n t 方法 l a b e l 控件 t e x t b o x 控件显示实时的文本数据 利用 v b 提供的图形方法和s h a p e l i n e p i c t u r e b o x 等控件来显示工艺流程 实时数 据及实时曲线变化等 1 由于系统的主体界面有大量的数据更新和动态曲线显示 为降低内存开销 提高执行效率 本系统采用了以下方法 l 实时数据的显示用m s h f i e x g r i d 和t e x t b o x 控件实现 通过w s h f l e x g r i d 控件实现表格中各工序预测数据与实时数据的对比 用t e x t b o x 控件实现对个别 关键参量的实时观测 畦劐一 i t i r 磊 1 lrw k l 02 0 一 r i j 厂r 厂 k r i 哺洲h t d i r m r i t w l l 图3 2 数据显示界面 2 图形曲线的显示使用p i c t u r e b o x 控件实现 并使用v b 提供的l i n e 方法 进行实时曲线的绘制 p i c t u r e b o x 控件的l i n e 方法格式如下 p i c l l i n e x 1 1 一 x 2 y 2 c o l o r x l 1 为直线的起点坐标 x 2 y 2 为直线的终点坐标 c o l o r 用于设定所 画直线的颜色 第三章v o d 生产指导系统的软仆实现 h 一件 二i 釉 上二j 一 什件 卜广卜 1 7 1 l t l 8 t t2 9 nit 4 13 b1 ys 32 1 8 1 2 3 3l 数据库连接模块 图3 3 曲线显示界面 3 3 系统主要功能模块的实现 在实际生产中 系统软件需要同时与s q l 数据库和0 r a c e 数据库进行数据访 问 v b 作为前端开发语言 使用的数据访问技术如图3 4 v b 访问数据库技术大 体有三种常用的技术 即 1 d a o d a t aa c c e s so b j e c t 技术 2 r d 0 r e m o t ed a t ao b j e c t 技术 3 a i d a c t i v e xd a t ao b j e c t 技术 图3 4v b 访问数据库接口示意图 v o d 生产指导系统的研制开发 v b 为我们提供了三个数据访问接口来实现对数据库的访问 它们是n 引 1 数据访问对象 d a o d a o d a t aa c c e s so b j e c t 技术是允许程序员操作m i c r o s o f tj e t 数据库引擎 的面向对象接口 d a o 既可以访问本地数据库 也可以访问远程数据库 它是为了 实现从v b 访问a c c e s s 数据库而开发的程序接口 d a o 访问s q ls e r v e r 数据库有 两种方法 1 通过m i c r o s o f tj e t 引擎来实现 2 通过o d b cd i r e c t 来实现 o d b cd i r e c t 使得d a o 可以跳过j e t 引擎 直接访问o d b c 数据库 从而d a o 不再被 绑 在j e t 上了 使用d a o 的程序编码非常简单 它们提供了完成管理 一个系统所需的全部操作的属性和方法 包括创建数据库 定义表及字段和索引 建立表间的关系 定位和查询数据库等工具 2 远程数据对象 r d o r d o 是位于o d b ca p i 之上的一个对象模型薄层 它绕过了j e t 数据库引擎 而依赖于o d b ca p i o d b c 驱动程序以及后端数据库引擎实现大部分的功能 因此 m i c r o s o f t 将它称为 o d b c 之上的薄层 v b 通过o d b c 与c l i e n t s e r v e r 数据库通信 o d b c 提供了一套a p i 函数 使 开发人员可以很方便地同许多数据格式相连 因为使用了o d b c 标准 所以即使实 际的数据存储系统完全不同 也可以用同样的函数集和命令集来访问s q ls e r v e r 中的信息 还可用o d b c 函数访问许多p c 数据库 要用r d o 访问数据库 必须先建立o d b c 数据源 数据源用o d b cm a n a g e r 应 用程序实现 可在控制面板中找到o d b cm a n a g e r 它是操作系统的一部分 为保持产品的一致性 r d o 和d a o 十分相似 这种相似性不仅使r d o 易于理解 而且使程序从p c 数据库移植到c l i e n t s e r v e r 数据库更方便