毛科學(xué)，梁劍波

（漣源鋼鐵集團(tuán)，湖南 婁底 417009）

漣鋼6號(hào)高爐總?cè)莘e2 200 m3，采用了PW串罐無(wú)料鐘爐頂、磚壁合一的薄內(nèi)襯結(jié)構(gòu)、銅冷卻壁、聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、準(zhǔn)平坦形出鐵場(chǎng)、比肖夫煤氣水洗系統(tǒng)、TRT余壓透平發(fā)電、高風(fēng)溫內(nèi)燃式硅磚熱風(fēng)爐、輪法爐渣?；认冗M(jìn)技術(shù)。2003年12月4日點(diǎn)火開(kāi)爐，2004年1月利用系數(shù)突破2.0，實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)目標(biāo)，目前日出鐵量為5 900 t，焦比355 kg/tFe，礦比1.6。高爐控制系統(tǒng)由三級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。0級(jí)為設(shè)備級(jí)，主要設(shè)備為現(xiàn)場(chǎng)智能檢測(cè)儀表、變頻器、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)器、稱(chēng)重裝置和各類(lèi)控制開(kāi)關(guān)；1級(jí)機(jī)系統(tǒng)為PLC控制設(shè)備，采用西門(mén)子PCS7集成自動(dòng)化系統(tǒng)，具有很強(qiáng)大的運(yùn)算與通訊功能，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜大系統(tǒng)控制。主要包括槽上槽下供配料控制系統(tǒng)、主卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng)、爐頂布料系統(tǒng)、高爐本體監(jiān)控系統(tǒng)、熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)、粗煤氣清洗系統(tǒng)、水處理控制系統(tǒng)、頂壓回收發(fā)電TRT系統(tǒng)、高爐紅外圖像識(shí)別和處理系統(tǒng)等；2級(jí)機(jī)系統(tǒng)為過(guò)程控制級(jí)，主要完成高爐煉鐵生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集，模型計(jì)算和優(yōu)化控制，也包括過(guò)程監(jiān)視、操作指導(dǎo)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析和管理、數(shù)據(jù)通訊和報(bào)表打印等功能。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與通訊方式

1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與通訊方式

6#高爐一級(jí)機(jī)控制系統(tǒng)軟件采用西門(mén)子公司PCS7，運(yùn)行平臺(tái)為WINDOWSXP，版本為7.0SP1。上位機(jī)系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)，共有4臺(tái)服務(wù)器，其中2臺(tái)服務(wù)器用于主工藝控制系統(tǒng)，主要包括槽下供配料控制系統(tǒng)，爐頂布料系統(tǒng)，高爐本體監(jiān)控系統(tǒng)，熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)。另外2臺(tái)服務(wù)器用于輔助工藝控制系統(tǒng)，主要包括煤氣洗滌系統(tǒng)，TRT發(fā)電系統(tǒng)；同組兩臺(tái)服務(wù)器之間采用“一用一備”的工作方式。服務(wù)器與各PLC系統(tǒng)進(jìn)行連接同時(shí)又與13臺(tái)客戶(hù)機(jī)相連，服務(wù)器上數(shù)據(jù)直接取自PLC，客戶(hù)機(jī)數(shù)據(jù)交換（包括各種操作指令）都直接取自服務(wù)器完成。6#高爐網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太網(wǎng)絡(luò)，完成服務(wù)器、操作站、PLC之間的連接。按西門(mén)子公司PCS7系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，操作站與PLC處于不同的2層網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。各操作站掛在由X交換機(jī)和光纖組成的單環(huán)二級(jí)網(wǎng)上，PLC掛在由OSM和光纖組成的另一層單環(huán)一級(jí)網(wǎng)上，4臺(tái)服務(wù)器和工程師站為雙網(wǎng)卡，其中1613卡掛在一級(jí)網(wǎng)上，直接讀取PLC中的數(shù)據(jù)和交換數(shù)據(jù)；普通網(wǎng)卡掛在二級(jí)網(wǎng)上，直接和客服機(jī)進(jìn)行通訊與數(shù)據(jù)關(guān)換；通過(guò)ES工程師站直接來(lái)修改下位機(jī)程序和上位機(jī)畫(huà)面。圖1為整個(gè)6號(hào)高爐控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖1 6號(hào)高爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

本項(xiàng)目在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備與電纜等設(shè)備。新增計(jì)算機(jī)置于高爐主控室。如圖1所示，爐況診斷系統(tǒng)位于二級(jí)設(shè)備層，與現(xiàn)有Oracle數(shù)據(jù)服務(wù)器并聯(lián)，分布通過(guò)OPC技術(shù)讀取SRV11和SRV21服務(wù)器中的實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)，主要包括：煤氣流量，爐頂壓力設(shè)定值與檢測(cè)值，熱風(fēng)壓力，冷風(fēng)壓力，熱風(fēng)流量，冷風(fēng)流量，透氣性指數(shù)，探尺，布料角位，布料時(shí)間，料罐重量等數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到本地的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)模糊專(zhuān)家推理等方法，結(jié)合煤氣流量與爐況關(guān)系模型，進(jìn)行對(duì)爐況的判斷，給出高爐爐況處于各種異常爐況的概率。圖2給出了簡(jiǎn)化了的系統(tǒng)硬件平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。

圖2 爐況檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

1.2 通訊方式

爐況診斷系統(tǒng)采用OPC技術(shù)與SRV11和SRV21服務(wù)器進(jìn)行通信。OPC全稱(chēng)為OLE for Process Control，是專(zhuān)為過(guò)程控制而設(shè)計(jì)的基于OLE技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。它將訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開(kāi)發(fā)任務(wù)，以標(biāo)準(zhǔn)接口的形式放到設(shè)備生產(chǎn)廠家或第三方，并將該接口以服務(wù)器形式透明地提供給用戶(hù)（工控軟件開(kāi)發(fā)人員），使得用戶(hù)得以從底層的通信模塊開(kāi)發(fā)中解放出來(lái)，而專(zhuān)注于工控軟件的功能。

OPC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)由兩部分組成，OPC服務(wù)器部分及OPC客戶(hù)應(yīng)用部分。OPC服務(wù)器是一個(gè)典型的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)源程序，它收集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)信息，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口傳送給OPC客戶(hù)端應(yīng)用。OPC客戶(hù)應(yīng)用是一個(gè)典型的數(shù)據(jù)接收程序，如人機(jī)界面軟件（HMI）、數(shù)據(jù)采集與處理軟件（SCADA）等。OPC客戶(hù)應(yīng)用通過(guò)OPC標(biāo)準(zhǔn)接口與OPC服務(wù)器通信，獲取OPC服務(wù)器的各種信息。符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的客戶(hù)，應(yīng)用可以訪問(wèn)來(lái)自任何生產(chǎn)廠商的OPC服務(wù)器程序。

OPC以O(shè)LE/COM為基礎(chǔ)，其中所有對(duì)象的使用，都是通過(guò)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)客戶(hù)應(yīng)用程序而言，它所能見(jiàn)到的僅僅是接口而已。OPC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基本OPC對(duì)象有3個(gè)：OPCServer、OPC Group和OPCItem。OPCServer對(duì)象除了維護(hù)自身信息外，還作為組對(duì)象的容器，可動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建或釋放組對(duì)象，是客戶(hù)端軟件與服務(wù)器交互的首要對(duì)象；而OPCGroup對(duì)象相對(duì)于項(xiàng)而言，也是一個(gè)包容器，它提供一套管理項(xiàng)的機(jī)制，用于組織管理服務(wù)器內(nèi)部的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；OP CItem則表示與OPC服務(wù)器中數(shù)據(jù)的連接,包括值（Value）、品質(zhì)（Quality）、時(shí)間戳（Time Stamp）3 個(gè)基本屬性。OPC存取數(shù)據(jù)的過(guò)程如圖3所示。

圖3 OPC存取過(guò)程示意圖

OPC規(guī)范定義了兩套服務(wù)器接口：定制接口（Custom Interface）和自動(dòng)化接口（Automation Interface）。定制接口是OPC服務(wù)器所必須實(shí)現(xiàn)的接口，它適合C++語(yǔ)言，編程比較復(fù)雜，并可實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行性能的客戶(hù)應(yīng)用程序；自動(dòng)化接口是可選接口，它主要應(yīng)用于VB等腳本語(yǔ)言，該接口使用比較方便，但它的便利性是以犧牲性能為代價(jià)得來(lái)的。本項(xiàng)目中所采用接口為定制接口。

OPC有兩種存取數(shù)據(jù)的方式，一種是同步讀取，一種為異步讀取。同步方式就是直接讀取過(guò)程數(shù)據(jù)，成功后返回；而異步方式則是給OPC服務(wù)器發(fā)送一條命令，通知它要讀取那些數(shù)據(jù)，然后馬上返回，而OPC服務(wù)器則在這些數(shù)據(jù)一旦發(fā)生改變時(shí)，主動(dòng)通知客戶(hù)程序。這兩種方式各有優(yōu)點(diǎn)，同步方式能夠馬上得到數(shù)據(jù)，而異步方式只在數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)才傳輸數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)變化不大的情況下可以減輕系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，但是異步存取應(yīng)用到了COM規(guī)范中的連接點(diǎn)性質(zhì)，需要客戶(hù)程序?qū)崿F(xiàn)接收器（Sink）對(duì)象，編程較為復(fù)雜。本系統(tǒng)采用同步方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

6#高爐煤氣流量與爐況關(guān)系系統(tǒng)，通過(guò)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，將所讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理存入SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)；知識(shí)庫(kù)利用鏈表的添加、查找和刪除等功能，對(duì)其中的規(guī)則對(duì)象進(jìn)行添加、刪除、冗余檢查和一致性檢查；推理預(yù)報(bào)模塊完成基于專(zhuān)家知識(shí)的推理，并實(shí)時(shí)將推理的結(jié)果，即異常爐況的異常爐況發(fā)生的概率計(jì)算并顯示。查詢(xún)模塊針對(duì)煤氣流量、紅外圖像、冷風(fēng)流量、熱風(fēng)壓力等的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢(xún)和實(shí)時(shí)曲線顯示。此外系統(tǒng)還有打印等其他功能。

根據(jù)圖2的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖，可以得出系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

高爐實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)OPC通訊接口由錄入SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)。6#高爐煤氣流量和爐況關(guān)系系統(tǒng)從SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)讀取信息，利用專(zhuān)家知識(shí)，運(yùn)用模糊推理思想，計(jì)算得到各種異常爐況所發(fā)生的概率，指導(dǎo)高爐生產(chǎn)操作，也可以查詢(xún)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

高爐爐況診斷系統(tǒng)，能快速得到診斷結(jié)論的基礎(chǔ)，是優(yōu)秀穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、快速而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集機(jī)制。只有做到數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確及時(shí)，診斷系統(tǒng)才有時(shí)效意義。

[1]馮 震，董世澤.高爐專(zhuān)家系統(tǒng)在本鋼五號(hào)高爐的應(yīng)用[J].本溪冶金高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2003，(12)：22-24.

[2]畢學(xué)工.高爐過(guò)程數(shù)學(xué)模型及計(jì)算機(jī)控制[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.