高炉过程控制计算机体系结构配置.doc

高炉过程控制计算机体系结构配置摘要 通过对10年来高炉过程控制计算机系统的3种体系结构(集中控制型、分散控制型和Client Server型)在系统配置、开发和维护等方面的主要优缺点的比较，得出Client Server型在目前阶段是比较合适的结构的结论。关键词 高炉过程控制计算机体系结构配置Architecture of process control computer for blast furnace Guo Hongyu(Chongqing Iron Steel Designing Institute Chongqing 400013) Abstract By comparison of the advantage and shortcoming among three architectures of process control computer(centralized control, distributed control and Client-Server type) for blast furnace, a conclusion is drawn that Client-Server is a more suitable architecture at present. Key words blast furnace; process control computer; architecture; configuration 10年来，我国陆续建成投产了不少大中型现代化高炉，其自动化控制水平基本不低于同期的国际先进水平。高炉自动化控制系统一般分为两级：设备控制级和过程控制级。过程控制计算机随着计算机技术的发展，体系结构也相应发生变化，主要分为集中控制型、分散控制型、Client-Server型。其应用功能变化不大，主要有原料数据分析处理、原料称量(预约)处理、装料数据处理、本体数据处理、出铁渣数据处理、热风炉数据处理、数学模型运算、画面和报表处理。其工作流程如图1所示，过程级从基础自动化级定时和不定时采集数据，将收集的各种过程数据分类、处理，生成累计值、平均值，写入数据库系统，进行各种技术计算和模型运算，得到各种指标，对高炉内部状态进行推测和预测，生成各种优化的设定值，并将设定值发送给基础自动化级，指导高炉平稳操作。下面结合具体实例说明这3种结构如何实现以上应用功能。图1过程计算机的主要工作流程1集中控制型早期限于计算机硬件能力有限，设备昂贵，大多采用1台主机承担过程控制级的全部基本功能，包括从数据采集、计算、模型运算、操作值设定，到画面生成和打印控制等。采用这种结构的有攀枝花钢铁公司的4高炉，上海宝钢集团公司的1、2、3高炉。攀钢4高炉容积1350m3，系统较小，只采用1台主机。宝钢的3座高炉容积都在4000m3以上，系统庞大，采用2台主机，1台作过程控制用，另1台用于热备兼系统维护。下面以1993年投产的宝钢3高炉为例来介绍，硬件、软件配置分别如图2、3所示。图2宝钢3高炉硬件配置DPU分布式过程处理单元；PCI喷煤粉图3宝钢3高炉软件配置系统采用两台DEC公司的VAX4200，DEC公司的VAX机是我国当年推荐的优选系列机型之一，VAX4200为当时VAX系列最先进的小型机型号。两台VAX4200互相之间用Watch-dog相连，采用镜像磁盘，分别与Ethernet和Westnet相连，备用机时刻监视主机，一旦主机故障，系统就自动切换到备用机上，继续运行。操作系统采用VMS操作系统。一代炉龄数据库运行在VAX3100上。操作监视设定画面可显示在3台工作站和2台XWindows图形终端之中的任一台上，但画面程序实际运行于主机之上。计算机的连续报表如操作记录表、故障记录由专用打印机连续打印，其余报表如班、日、月、自由格式等报表由指定打印机打印(可以修改指定)。该系统的数据库系统比较独特，由几百个文件构成。文件类型大致分为两类，一类为固定记录数目、按记录号直接存取的文件(如设备实时状态文件)；另一类为固定最大记录数目、按先进先出原则存取的文件(如故障记录文件)。应用程序直接调用用FORTRAN语言编写的接口程序，对文件进行读写。由于是对文件进行直接存取，缩短了运行时间，提高了执行效率。缺点是无法对由文件组成的数据库进行直观查询，给开发、调试、维护带来很大困难。因为程序对文件中的记录号和项进行操作，当系统庞大时，开发工作量很大，调试时查错不易。如果不是对程序和数据库非常熟悉，几乎不可能对其进行维护。当时计算机硬件昂贵、能力有限，使这种结构的系统存在一个主要缺点，即整个庞大系统的安危系于主机身上。为了防止因主机故障造成整个系统瘫痪，就需增加一个主机作为备用，而有些厂家恐怕就负担不起这个费用。2分散控制型随着计算机硬件的迅速发展，硬件能力大增，价格下降，同时为了提高开发效率，缩短软件开发时间，一些企业在过程控制级采用分散控制型，如在上钢一厂新建(1999年10月投产)的2500m3高炉上，过程控制级采用了一种全新的体系结构分散控制型。其硬件、软件配置分别如图4、5所示。图4上钢一厂2500m3高炉硬件配置图5上钢一厂2500m3高炉软件配置一台SUNSPAC5工作站(主频175Hz，内存64MB，硬盘1.2GB)的性能已高于当年的VAX4200，价格却便宜了许多。该系统主要采用4台SUN工作站分担整个系统功能，操作系统采用UNIX，数据库系统采用ORACLE数据库，画面与报表的开发工具采用Developer2000，应用程序与数据库的接口采用Proc、Profortran。4台工作站分担应用功能，180机承担原料、上料数据管理功能，181机承担高炉本体数据管理功能，182机承担铁渣数据管理功能，160机承担热风炉数据管理功能。因160机负荷较轻，附加打印机管理功能。4台工作站拥有独立的ORACLE数据库，独立运行各自的程序，互不干扰。当一台工作站需要对另一工作站的数据库进行查询时，可远程登录另一站的数据库，进行查询，并不影响另一站的程序运行。每台工作站前台运行画面程序，进行人机接口，后台运行应用程序，进行数据采集、处理、分类、入库、查询等，定时生成打印报表数据。这种系统配置的特点是由于整个系统由4个基本独立的子系统组成，因此相互关联很少，4台工作站地位平等，其中一台故障，不会造成整个系统瘫痪，提高了系统安全性。ORACLE数据库提供强有力的画面报表开发工具，并且程序开发人员可对库内数据进行直观查询，开发和调试的工作量大为减轻，可大大提高开发进度。缺点是UNIX系统图形界面功能不强，汉化版本不多，对系统管理员和维护人员要求较高；另外，以后如要开发管理级计算机，由于要从4个独立的数据库中提取数据，略嫌麻烦。3Client-Server型昆明钢铁公司2000m3高炉于1998年投产，其过程计算机结构采用Client-Server结构。硬件、软件配置分别如图6、7所示。图6昆钢2000m3高炉硬件配置GUS全方位用户操作站；EPLCG增强型PLC通道；NIM接点接口模块；HPM高性能过程管理站；TPS全厂一体化解决方案图7昆钢2000m3高炉软件配置服务器采用HP公司的HP9000、Microsoft公司的WindowsNT操作系统，客户机采用3台高性能PC机，配17in(43cm)彩显。数据库采用Sybase,画面与报表开发工具采用VB。WindowsNT操作系统安全性好，性能稳定，采用图形化用户界面，有汉化版本，易于整个网络的维护与管理。Sybase为一个成熟的数据库系统。VB不同于过去的面向过程的编程语言，是一种面向对象的编程语言，它支持对多种数据库的调用，用它来开发画面和报表较为容易。整个系统只有1个数据库，运行于服务器上，整个后台应用程序(包括原料、上料数据管理功能，高炉本体数据管理功能，铁渣数据管理功能，热风炉数据管理功能等)也运行于服务器上，进行数据采集、处理、分类、入库等。画面程序运行于3台PC机(客户机)上，向数据库服务器提交查询与修改请求，由服务器执行后，向客户机返回执行结果。报表格式存于PC机上，当需要打印报表时，由PC机向数据库服务器提交查询请求，得到查询结果后，生成报表，在打印机上输出。该系统采用当今流行的Client-Server结构，造价便宜，易于扩展。数据库Sybase及开发工具VB比较流行，开发与维护都较为容易(如果采用微软的OPCOLE for Process Control规范，开发将更为容易)，在此基础上开发管理机也较为容易。另外现在硬件技术提高了，硬件故障率极低，采用1台服务器即可满足要求。当然如果系统安全性要求极高，经济许