朱偲

摘要：設(shè)計了一套鋼包精煉爐過程控制系統(tǒng)，介紹了過程控制系統(tǒng)的技術(shù)方案和實現(xiàn)的功能。系統(tǒng)功能包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理、生產(chǎn)過程監(jiān)控、報表打印、模型計算和數(shù)據(jù)通信等，以標準化流程指導生產(chǎn)，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

【關(guān)鍵詞】 過程控制 鋼包爐精煉

一、引言

鋼包爐精煉（LF）是優(yōu)化煉鋼生產(chǎn)的一項重要工藝技術(shù)，它不僅僅能夠調(diào)控產(chǎn)品質(zhì)量，還可以優(yōu)化工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、開發(fā)高附加值產(chǎn)品、節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、增加效益，調(diào)節(jié)生產(chǎn)節(jié)奏，保證生產(chǎn)穩(wěn)定進行。通過鋼包爐精煉過程控制系統(tǒng)包括生產(chǎn)標準數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)過程監(jiān)控、模型計算、生產(chǎn)信息收集等人機界面（HMI）、外部通訊管理。

二、過程控制系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

本軟件系統(tǒng)使用.NET4.0框架。開發(fā)工具選用Visual Studio 2012，后臺程序和前臺畫面都采用Microsoft Visual C#.NET高級語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫可以通過配置可以支持目前市場上流行的通用大型數(shù)據(jù)庫，如 ORACEL 和SQL SERVER等。 系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，分為表現(xiàn)層、邏輯處理層、數(shù)據(jù)訪問層。表現(xiàn)層（人機界面系統(tǒng)）：系統(tǒng)的操作界面采WPF技術(shù)，并應用了MVVM設(shè)計模式，把程序的業(yè)務(wù)與展現(xiàn)邏輯從用戶界面干凈地分離開，保持程序邏輯與界面分離能夠幫助解決很多開發(fā)以及設(shè)計問題，能夠程序能更容易的測試，維護與升級。邏輯處理層（系統(tǒng)邏輯處理系統(tǒng)）：系統(tǒng)根據(jù)過程控制的不同功能，分為多個功能模塊比如數(shù)據(jù)通訊模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、物料跟蹤模塊、模型計算模塊等，降低不同模塊間的耦合性，使得系統(tǒng)功能的擴展、開發(fā)和調(diào)試等到大大提高，提高了系統(tǒng)的靈活性。數(shù)據(jù)訪問層（數(shù)據(jù)處理訪問系統(tǒng)）：數(shù)據(jù)訪問層框架采用ORM框架中的NHibernate，Nhibernate從數(shù)據(jù)庫底層來持久化.Net對象到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，大量減少開發(fā)時人工使用SQL對ADO.NET處理數(shù)據(jù)的時間。

三、過程控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

鋼包爐精煉過程控制系統(tǒng)應包括以下功能：

1、與外部計算機系統(tǒng)的通訊。過程控制系統(tǒng)與下列系統(tǒng)之間網(wǎng)絡(luò)連接介質(zhì)用工業(yè)以太網(wǎng)，通訊協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議Socket方式交換數(shù)據(jù)。與上級生產(chǎn)管理系統(tǒng)（3級）計算機之間通訊數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)、原料數(shù)據(jù)、檢化驗數(shù)據(jù)、生產(chǎn)狀態(tài)信息、生產(chǎn)實績數(shù)據(jù)。與基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)之間通訊，數(shù)據(jù)交換內(nèi)容為生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。

2、生產(chǎn)計劃管理。此功能模塊為鋼包爐精煉生產(chǎn)工序起始端。主要顯示3級系統(tǒng)下發(fā)的精煉計劃，由操作工選擇該計劃進入合適的工位進行生產(chǎn)，并監(jiān)視當前工位的生產(chǎn)狀態(tài)。

3、生產(chǎn)原料管理。此功能模塊管理鋼包爐生產(chǎn)中用到的物料種類及各種屬性信息。

4、檢化驗數(shù)據(jù)管理。此功能模塊可以根據(jù)爐次號或者精煉生產(chǎn)順序號查詢該爐次的檢化驗實績以及自動匹配該爐次計劃鋼種中的成分上下限數(shù)據(jù)與檢測數(shù)據(jù)進行對比來指導生產(chǎn)。

5、生產(chǎn)過程監(jiān)控。此功能模塊主要顯示工位當前的實時數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)包括：生產(chǎn)事件信息、測溫信息、加料信息、通電信息、化驗數(shù)據(jù)等，并提供鋼種標準查看、手動投料、投料值管理等功能。

6、生產(chǎn)實績管理。此功能模塊主要根據(jù)不同的查詢條件如時間、班次、班別、爐次號、計劃號、制造命令號等查詢爐次生產(chǎn)實績數(shù)據(jù)，并提供報表打印功能。

8、模型優(yōu)化管理。模型優(yōu)化管理包括二個模型應用：合金加料模型、溫度預測模型。該優(yōu)化工具可以作為一個獨立的子系統(tǒng)運行，但屬于二級機系統(tǒng)的一部分，計算所需的部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)以及計算的結(jié)果由二級機系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配。

1）合金加料模型。合金優(yōu)化配料模型的功能為：根據(jù)當前鋼水中元素實際含量，當前可用的合金料，考慮一定約束條件，采用單純形法解決線性優(yōu)化問題，計算出達到鋼水目標要求的化學元素含量所要加入的合金料重量。計算結(jié)果滿足鋼液成分要求和成本控制。

2）溫度預測模型。溫度預測模型采用使用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型預報鋼水溫度，步驟：1.建立神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型；2.收集樣本數(shù)據(jù)；3.離線學習；4.在線應用。該模型的優(yōu)點是具有自學習功能，因而能夠在不同程度上反應出一些不能被檢測的因素對輸出的影響、使用比較方便。

結(jié)論：該系統(tǒng)對鋼包爐精煉實現(xiàn)了信息化的管理，便于三級系統(tǒng)對生產(chǎn)進行系統(tǒng)化的管理與調(diào)配，保證數(shù)據(jù)的準確性；對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控與跟蹤，方便生產(chǎn)人員對生產(chǎn)進行管理與監(jiān)控；對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化的采集與分析，以便對生產(chǎn)過程進行優(yōu)化；采用了數(shù)學模型來計算調(diào)節(jié)鋼水成分所需要添加的合金重量和預報鋼水溫度曲線，不僅降低了生產(chǎn)成本，而且提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高了產(chǎn)品在國際市場中的競爭力。

參 考 文 獻

[1] 《C#高級編程（第 6版）》（美）內(nèi)格爾 等編著，李銘 翻譯 2008

[2] 《.NET 框架程序設(shè)計（修訂版）》（美）Jeffrey Richter 著 李建忠譯 2004