计算机云平台控制系统设计在金属冶炼中的应用

2018-02-28杨小霞

世界有色金属 2018年23期

杨小霞

（甘肃能源化工职业学院，甘肃兰州 730207）

在科学技术不断发展的时代背景下，改变了传统制造业，以信息化技术作为行业竞争力，各大企业相继推出冶金控制系统[1]。利用该系统控制各个冶金环节，根据实际情况，配置参数，调节参数比例，按照生产阶段不同分别下达控制命令，以此达到提高金属冶炼速率的目的[2]。本文借助计算机云平台开发一套控制系统，从而实现高效金属冶炼。

1 产品结构

在搭建控制系统过程中，首先考虑构建冶炼工艺模型，选取2个字母作为产品标识，根据冶金工艺复杂性，本文构建如图1所示的两种产品结构。

图1 产品结构

图1中左侧产品定义：组件级操作工艺级别设置为1，走向为叶子指向根，每个工艺级别值分别增加1个单位，左侧产品工艺级别设置为2。图1中右侧产品定义：该类型产品与左侧产品类似，同样沿着叶子向根方向布设，产品工艺级别为3。通常情况下，如果产品的工艺流程只有一个控制操作，则认为该产品属于简单类型产品，控制操作比较简单，生产时间较短。如果工艺流程操作步骤在2个或者2个以上，则认为该产品输入复杂类型产品，控制操作难度较大，需要耗费大量时间加工生产。

2 计算机云平台控制系统设计

为了提高复杂类型产品加工质量，加快产品生产效率，本文借助计算机云平台，设计了一套控制系统。

2.1 系统架构设计

本系统按照云平台系统开发要求，开发了一套基于B/S的控制系统，该系统分为3个层次，即交互层、处理层、交互层。该系统在DCS/PLC核心控制器的作用下，利用智能设备/仪表等装置采集金属冶炼现场数据，通过标准总线/非标准总线传输至处理层，利用人机界面组态开发设备操控功能模块，对采集到的数据进行处理，通过数据分析结果，下达控制命令。其中，系统控制功能的实现，是利用第三方MES系统、第三方ERP系统、OPC UA实现系统控制，通过业务流接口、过程数据接口、实时数据接口建立数据传输。

2.2 系统功能设计

本文设计的金属冶炼控制系统由4个功能模块构成，包括可视化模块、控制模块、数据采集模块、数据计算模块。

①可视化模块。该功能模块指的是人机交互界面，通过计算机显示屏显示数据采集信息、数据处理信息、命令下达情况、现场设备运行情况等信息，实现可视化管理。②控制模块。该功能模块通过系统接口实现信息的发送和接收，用来判断金属冶炼现场生产情况，下发控制命令，该命令的下发与计算模块运行结果密切相关，依据计算功能模块提供的数据信息作出准确判断，从而保证金属冶炼生产线得以正常运行。③数据采集模块。该功能模块主要是利用金属冶炼现场硬件设备采集相关数据信息，通过标准总线传输至系统控制中心。④数据计算模块。该功能模块是对采集到的数据信息进行计算，通过分析计算结果，分别下达生产现场各个设备操作命令。在整个系统中，该功能模块是为控制功能模块提供数据信息。

2.3 算法设计

本文在以往研究基础上，采用智能水滴算法编写金属冶炼控制算法，达到优化系统控制算法的目的。

（1）智能水滴算法原理。假设智能水滴算法中水滴在运动环境中为离散状态，采用G（N,E）图来表示，每个水滴从初始土壤位置沿着图边缘移动。在移动过程中，土壤数量会发生变化，水滴从一个节点运动到下一个节点，如果能够保证运动路径的完整性，那么就可以完成算法的迭代。

（2）算法应用。按照上述算法原理，开发金属冶炼系统算法。首先，定义智能水滴算法参数，包括动态参数和静态参数。其次，在设计算法迭代过程中，不改变静态参数，完成一次迭代操作以后，动态参数恢复到系统初始化状态。在实际应用中，定义生成设备运动轨迹图，按照冶炼工艺编写生产加工流程，选取合适的路径，将多个节点连接到一起，形成完整路径。

3 系统仿真实验分析

本系统采用虚拟架构方式构建系统仿真实验环境，在系统应用层下达控制命令，通过观察金属冶炼现场运行情况，验证系统设计方案可靠性。本文以数据信息传输、金属冶炼控制两项功能进行仿真分析。

（1）数据信息传输功能实验分析。该项功能的测试是以传统网络传输方式作为对照组，探究云平台数据传输效果是否有所提升。通过观察数据传输仿真结果可知，除了数据采集、系统响应两个阶段耗费的时间相近，在其它工艺流程中，与传统网络相比，云平台数据传输耗费的时间更少一些。仿真结果表明，本系统的云平台可以有效提高数据传输速率。

（2）金属冶炼控制功能实验分析。通过对比系统算法改进前后的金属冶炼控制速率，判断本系统是否可以在运行速率上对金属冶炼生产加工有所帮助。如图2所示。