宝钢股份特钢事业部40T产线板带炼钢过程控制计算机系统

张芙蓉

摘要：以宝钢股份公司特钢事业部40T板带炼钢产线计算过程控制工程为蓝本，简要阐述了特钢40T产线板带炼钢过程控制计算机的设计和开发过程中分布式计算机技术在该系统中的应用，主要包括设计思想、系统架构、软硬件平台应用系统架构、通信方式。

关键词：过程控制；出钢开始；Mutilink；XCOM；操作终端；电文；MES；

中图分类号：TH843文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0000-00

随着网络和计算机技术的不断向前发展，在生产过程的自动化控制系统中，过程控制技术优势在于它的高频率处理，即时性，同时相比模拟控制和微控它具有极为强大的易修改性。这些优势都是过去的任何一种控制无法比拟的。

炼钢、精炼、连铸是钢铁生产的一个非常重要的环节，它的运转性能及效率的高低直接影响到企业的效益及板坯产品的产量及质量。作为一个现代化的钢厂尤其是特殊钢生产产线，产品的生产组织及各个工序的调度安排必须作到统一有序，对生产的各工序进行严格的质量控制，以适应市场的变化及需求。

为了有效地贯彻生产部门的统一调度，有效地控制生产、提高产品的质量和产量，正确地指导操作人员进行有效、合理的操作，就必须要有一套先进、强健的计算机控制系统作为支撑。通过利用系统来帮助操作人员提高操作水平，系统对生产过程进行有效的跟踪控制，对生产作业实绩进行有效的收集、统计以及对生产线上的主要设备进行有效管理，将大大地减少人力，提高生产效率。

本系统开发投入后，已经实现了实时地跟踪现场的生产，为生产提供必要的生产指导，实时收集生产实绩，统计必要的消耗，为MES系统提供实绩数据。

1 系统结构

本系统包含三大系统：电炉应用系统、精炼应用系统、连模铸应用系统。其中电炉L2

计算机系统：覆盖4个电炉的计算机系统；精炼L2计算机系统：覆盖5个LF炉、1个AOD炉、1个VD炉、1个VOD炉的计算机系统；连模铸L2计算机系统：覆盖1台连铸机本体、1套模铸工位的计算机系统。

1.1 系统构成特点

为了系统的先进可靠，同时尽可能地降低、节约成本，本系统采用的是基于PC和PC Server的CLIENT/SERVER体系结构。数据库、应用服务器均采用市场上目前性能可靠、优越的PC服务器，以保证系统的可靠运行。

为了提高系统的安全性、可靠性和高效性，应用服务器、和数据库服务器的系统盘采用磁盘镜像技术RAID1；数据盘库系统采用双机热备的方式。客户机将采用性能可靠的高中档PC机，以便保证性能可靠和画面显示的响应速度。

应用、数据库服务器的操作系统采用Windows 2003 Enterprise Server，数据库采用Oracle 10g Enterprise Version关系数据库。应用程序的开发利用Microsoft Visual Studio .Net Prof。

客户机端操作系统采用Windows XP Professional，人机交互界面应用主要由利用ORACLE的前端开发工具Forms、Reports开发的人机界面系统（HMI System）和报表打印显示系统组成。

系统考虑了必要的病毒防治软件及系统备份软件。系统的架构及开发基于宝信公司开发的中间件Plature99、XCOM、MultLink上进行。

整个过程计算机系统主要组成包括：机房服务器、操作终端和网络设备，其中机房服务器又包括通讯前置机、应用服务器和数据库服务器。

针对所处理工位的不同，本设计方案分别设计了冶炼区域（料场、EAF炉）、精炼（LF炉、VD炉、AOD炉和VOD炉）、铸造区域（连铸、模铸）三个过程计算机子系统、各系统分别处理本工位的二级计算机功能，且每套系统均配备各自的应用服务器和数据库服务器。而各操作室的炉前终端主要提供实现数据显示和画面操作功能。

通讯前置机负责L2系统与L1系统之间的数据通讯，基于OPC工业控制数据通讯的标准实现与不同PLC的数据通讯功能。通讯服务器在获得相关PLC数据后将启动对应的应用处理功能。

应用服务器负责处理对应工位的应用处理功能（过程跟踪、实绩收集等），提供相关终端对数据库访问的统一接口，同时负责各L2系统之间以及其与L3系统之间的数据通讯功能。

数据库服务器存储相应工位的过程计算机系统的全部数据信息，包括冶炼计划、标准信息、过程状况、实绩信息、日志信息等。

电炉、精炼和连铸计算机系统之间的应用功能相互独立，各应用系统分别与本工序范围内的基础自动化系统进行数据通讯，处理本系统范围内的二级应用功能，并实现与L3系统的数据通讯功能。

上述各系统相互之间存在生产状态和实绩信息等信息的数据通讯，采用DB-LINK通讯方式。各系统可以查询相关工序的冶炼状态和实绩信息。

1.2 计算机系统硬件配置

PC服务器包括CCS2应用服务器3台、CCS2数据库服务器3台、备用服务器1台，HMI Server PC机一台，操作终端PC机48台，通信前置机3台。彩色喷墨打印机4台，激光打印机2台。网络设备包括：交换机机箱、SUP IV交换机引擎CPU模块、冗余电源、交换背板；24口多模光纤接口模块；24个10/100/1000M RJ接口；具有线速转发，分布式交换能力的6口千兆接口模块，提供1个单模和1个多模接口；支持OSPF路由协议所需的软件，24口10/100/1000M UTP接口，4口多模100M光纤接口模块， 8个10/100M RJ45接口、1个100M多模接口可网管产品 符合特钢网络设备选型要求，能够无缝兼容。6个1000M接口，6个100M RJ45接口；32GBps背板能力，最大堆叠9个设备 Switch Hub，符合特钢网络设备选型要求，能够无缝兼容。1个1000M接口，8个100M RJ45接口。endprint

2 系统功能概述

系统实现了4个废钢料场称量的生产过程控制、4个EAF炉的生产过程控制、4个LF炉的生产过程控制、2个AOD炉的生产过程控制、1个VD炉的生产过程控制、1个VOD炉的生产过程控制，1台1机1流垂直连铸机的生产过程控制、1台模铸机的生产过程控制。

2.1 电炉工艺

钢包到达指定位置时，电弧开始通电，当钢包内钢水达到目的状态时电弧通电结束。

电弧通电以后，要向炉内吹氧，吹氩，吹碳，为了加速冶炼过程，还需要对电压进行换档，共分为8个档位。冶炼开始时，档位逐个升高，冶炼结束时，档位逐个降低。在冶炼过程中，要抽取试样，并测定钢水温度，以确定钢水是否达到了要求。钢水达到要求后，电炉冶炼结束，进入出钢流程。由EBT出钢方式出来的钢水还要经过精练，连铸工序。

2.2 LF炉工艺

吊车将钢水包吊到钢包车的吊包工位，进行吹氩。然后将钢包车开至加热工位，钢包盖下降，测温加渣料，电极下降，开始通电加热，基本达到热平衡后，钢液温度不再下降，这时停止通电，提起电极，同时进行底吹搅拌，进行测温取样。在等待快速化验结果的同时，继续进行通电加热。获取取样结果后，投料，进行合金微调。加入合金料后，吹氩，继续加热。此时进行最后一次测温取样，然后进行喂丝处理，进行终脱氧、脱硫，作夹杂物的变性处理。在喂丝完成后包盖生起，钢包车开至吊包工位。

2.3 VOD炉工艺

准备阶段：钢水扒渣后，通过行车将钢包吊进真空罐，利用惰性气体连接装置连接氩气管线并开始吹氩，测温取样和测钢包净空。

脱硅：所有的硅必须在碳氧反应之前除去。脱硅过程中必须进行灵活的压力控制。

吹氧脱碳：这个过程可以被分为：

主吹：脱碳是一个连续过程，可以由供氧量来控制。罐内压力可通过真空控制或专用泵级达到150-50

动态吹炼：为了促进碳的反应，使真空罐压力和氧流量发生变化，可根据碳含量、钢水温度和脱碳效率来控制和结束吹氧，控制系统将监控所有这些参数。

沸腾：停止吹氧后，继续降低压力到深度真空，利用钢水中残余氧进行沸腾脱碳。

沸腾脱碳后，加入石灰和还原剂在深度真空下对渣中Cr进行还原，并进行合金化，还原结束后破真空，并可进行合金微调。

大气下处理阶段：破真空后进行测温取样，喂丝，并进行Ar气软吹，软吹后测温取样，将钢包吊离VOD处理站。

2.4 VD炉工艺

钢包由行车吊运到VD工位，同时，接通钢包底吹氩，测温，盖好罐盖，启动蒸汽喷射泵进行真空脱气处理，保持约25分钟，使钢溶液气体含量达到要求，破坏真空后，移开真空罐盖车，进行测温取样、定氧、定氢，喂丝，钢水温度满足浇注条件后用行车吊运至连铸或模铸工位进行浇注。

2.5 连铸工艺

经过精炼后温度、成分均合格的钢水，由起重机吊运到钢包回转台上。连接好钢包滑动水口液压缸和钢包下渣检测装置接线。钢包加盖，钢包回转台旋转180度，把钢包运送到浇注位置的中间罐小车的上方。开启钢包滑动水口，钢水经过钢包到中间罐之间的保护套管流入中间罐，待中间罐内钢水液面上升至一定高度后，投入覆盖渣。中间罐钢流控制系统自动打开，钢水通过浸入式水口流入结晶器。

结晶内的钢水上升到一定高度后，人工加入保护渣。在自动开浇系统的控制下，结晶器振动装置和拉坯辊自动启动，在结晶器内已形成坯壳的铸坯在引锭杆的带动下缓缓拉出结晶器和足辊段，进入二冷导向段。铸坯在二冷导向段中经过气雾喷淋冷却，坯壳不断加厚直至全凝固。

铸坯出了二冷导向段之后，由夹送辊夹送铸坯，此时夹送辊下方的火焰切割机将铸坯切成倍尺或定尺后，由接坯小车将铸坯送入处于等待位的斜出坯装置，斜出坯装置接受到铸坯后由接坯位转至斜出坯位。之后，斜出坯装置将铸坯送入地面上的后部出坯辊道，铸坯在后部出坯辊道上去毛刺，去好毛刺的铸坯由起重机从辊道上运出至铸坯堆存区。

2.6 模铸工艺

模铸工艺：在模铸四跨布置有钢锭模准备区，钢锭模的准备工作包括冷却、清刷。冷却以空冷为主，冷却后，钢锭模要用钢铲、钢刷清理内壁，并用压缩空气吹去残钢，结渣和氧化铁皮，清理后的钢锭模放在堆放区以使用。

模铸作业时，起重机将钢包吊运至浇注车上，然后由浇注车将钢包运至浇注位。待钢包按要求调整到位后，就可进行模铸浇铸。

3 过程应用系统

宝钢股份特钢40T产线过程计算机应用系统主要分为两个模块，模块一：工程数据接收和数据发送模块，是指接收制造管理部门下发的计划、命令、标准、物料代码及工器具有关信息数据，写入数据表。每一炉生产结束后将应用系统收集到的数据向MES发送计划状态、实绩及事件信息。模块二：数据跟踪采集模块，是指电炉、精炼、连铸及模铸过程跟踪系统获取PLC数据后，据模块一MES下发的数据，进行有效地匹配，收集整理，调用模块一，向外发送。

3.1 工程数据收集及发送模块

工程数据接收主要是指接收MES下发的计划、命令、配料代码、通用制造标准、工器具信息、连模铸制造命令及实绩应答等电文。工程数据发送管理主要向MES发送电炉系统中的电炉及精炼两个系统的上位料仓装料信息、电炉料篮装料信息、电炉作业实绩、电炉事件信息、精炼作业实绩、精炼取样实绩、精炼事件信息、连铸炉次作业实绩、连铸板坯作业实绩、模铸炉次作业实绩、模铸钢锭作业实绩等电文。

MES下发电文后，通过中间通讯软件，由平台PLATURE99进程调度软件将MESDHREC接收电文进程调起，据与MES事先约定好三个系统的计划电文号来调用MESDHREC模块的相应处理子类，并进行数据检验及校正后，来合理的存储到数据表中。

向MES发送电文时，由三个子系统相应的跟踪处理模块通过平台PLATURE99进程调度软件将MESDHSEND模块进程调起，通过XCOM通信软件将数据发送出去。

3.2跟踪处理收集模块

该部分主要由电炉、精炼、连模铸系统的跟踪模块通过MUTILINK采集PLC信号及过程数据，并进行处理写数据表操作，并相应地调用工程数据发送管理模块，将数据发送给MES。

据现场设备工艺操作顺序管理各个设备及其操作。而炉次跟踪功能则是以炉次为单位管理物（钢水、铸片）流的过程。

3.3各控制系统间的通讯

电炉、精炼、连模铸三个系统之间的运转状况、实绩信息发送和接收，使用三个系统的数据库服务器之间使用DBLINK将三个系统的数据进行传送。

3.4各控制系统与检化验系统的通讯。

主要通过向检化验系统开放特定的数据库用户来实现。

4 结论

服务器要有较大容量的存储介质以满足同时安装多种系统软件、应用软件，以及历史数据的保存工作。同时要有高性能的中央处理器，满足系统软件和应用软件的稳定运行。

操作终端计算机为操作人员提供了人机界面，过程计算机收集的相关工位信息在操作终端上。操作人员可以通过连接的网络打印机把所需的画面和报表打印出来，把它作为相关问题分析讨论的依据。当系统故障时为了保证数据的完整性，操作人员可以根据实际情况在操作终端上进行人工后备。操作人员还可以在操作终端上获取由厂区生产管理计算机下发的生产计划相关信息，以及发送工艺指导信息给基础自动化控制系统指导实际生产。

服务器和各个终端及终端打印机通过网络交换设备进行相互连接。并且采用以太网，星型网络拓扑结构，保证数据稳定有效的传输。另外由于电炉过程计算机、精炼过程计算机、连铸过程计算机之间，以及和其他区域的过程计算机存在数据交换如：生产过程数据综合分析系统、设备监控系统、检化验系统、MES系统等，这些不同网关的各计算机系统之间的数据信息交换也是通过网络交换设备实现。

参考文献

[1] 《现代电炉炼钢技术发展趋势》黄华，蔡继明.特钢技术2006，12（49）endprint