李照鵬，王學(xué)峰，唐鳳敏

（河鋼唐鋼微爾自動(dòng)化有限公司，河北省 唐山市 063000）

1 前言

隨著我國科學(xué)技術(shù)和綜合國力的高速發(fā)展，各種行業(yè)包括石油、化工、汽車等行業(yè)對鋼材材料的性能要求日趨嚴(yán)格，均需要低硫，甚至超低硫的高品質(zhì)鋼材。鐵水預(yù)處理站作為煉鋼廠整個(gè)煉鋼生產(chǎn)物流的起始生產(chǎn)單元，其在對鐵水最初的成分控制上扮演重要角色，因此鐵水爐外脫硫技術(shù)的應(yīng)用越發(fā)重要，并成為鋼材生產(chǎn)中必不可少的工序，是完善鋼材生產(chǎn)工藝最經(jīng)濟(jì)、最有效的技術(shù)之一。唐鋼中厚板公司脫硫站一直以來都是以人為操作控制的方式進(jìn)行鐵水噴吹的控制，造成成本的控制較高，鐵水質(zhì)量的控制不高，操作依賴性較強(qiáng)等缺點(diǎn)，為了保證煉鋼工序生產(chǎn)順行和鋼水的質(zhì)量，特此引進(jìn)一套鐵水預(yù)處理過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

唐鋼中厚板公司煉鋼廠鐵水預(yù)處理工位在過程處理上分為鐵包進(jìn)站、脫硫開始、測溫、取樣、扒渣開始、扒渣結(jié)束、脫硫結(jié)束、鐵包出站。鐵水預(yù)處理過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（以下簡稱“L2鐵水預(yù)處理過程控制系統(tǒng)”）主要完成對上述各處理過程數(shù)據(jù)信息流的過程控制。

2 系統(tǒng)基礎(chǔ)及構(gòu)成

為了滿足煉鋼區(qū)域?qū)﹁F水生產(chǎn)工藝的控制要求，并盡量簡化方便維護(hù)人員，鐵水預(yù)處理過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要具有開放性、兼容性好、擴(kuò)充性好、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，以及具有友好方便的操作界面，因此L2鐵水預(yù)處理過程控制系統(tǒng)的開發(fā)采用CLINET/SERVER架構(gòu)。

服務(wù)器端寄托于HP DLL388 GEN9高性能服務(wù)器，并以Windows Server2012 R2系統(tǒng)為基礎(chǔ)，此服務(wù)器用于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以SQLSERVER2014數(shù)據(jù)庫為核心，后臺(tái)控制程序基于MFC類庫進(jìn)行開發(fā)，服務(wù)端和客戶端的應(yīng)用程序采用消息隊(duì)列的方式進(jìn)行通信。而應(yīng)用服務(wù)器與外部計(jì)劃排產(chǎn)管理MES系統(tǒng)之間采用DB方式直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，與一級PLC系統(tǒng)采用DDE方式進(jìn)行通訊，與轉(zhuǎn)爐、精煉、化驗(yàn)室、天車等外部系統(tǒng)之間采用TCP/IP方式進(jìn)行通訊。為了保證系統(tǒng)的高可靠性，以及數(shù)據(jù)的高安全性，服務(wù)器硬盤采用RAID0+1的冗余磁盤陣列策略，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)冗余備份，保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全高效性。

客戶端PC機(jī)采用研華P610工控機(jī)，以Windows7操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，前臺(tái)人機(jī)接口界面依托.NET環(huán)境，基于C#語言進(jìn)行開發(fā)，前臺(tái)HMI界面兼具生產(chǎn)過程的管理、監(jiān)控和報(bào)表打印功能。

3 系統(tǒng)功能

鐵水預(yù)處理站主要是為了對煉鋼區(qū)域鋼水的硫成分進(jìn)行精細(xì)化處理，保證轉(zhuǎn)爐鋼水對硫成分的要求。主要的工藝過程包括鐵包進(jìn)站、脫硫開始、測溫、取樣、扒渣開始、扒渣結(jié)束、脫硫結(jié)束、鐵包出站。鐵水預(yù)處理過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用功能主要分為非控和模型兩部分，非控部分的功能模塊分為：生產(chǎn)計(jì)劃管理、過程跟蹤、實(shí)績處理及管理、HMI畫面、報(bào)表功能、外部通信、進(jìn)程管理、日志管理；模型部分功能模塊分為：模型計(jì)算和設(shè)定控制兩部分[1]。

3.1 非控部分功能

L2鐵水預(yù)處理過程控制系統(tǒng)非控部分功能包括：

3.1.1 生產(chǎn)計(jì)劃管理功能

鐵水預(yù)處理生產(chǎn)計(jì)劃的排產(chǎn)需要兼顧本工位的生產(chǎn)負(fù)荷需求以外，還要考慮轉(zhuǎn)爐、精煉和連鑄的生產(chǎn)安排，保證整個(gè)煉鋼區(qū)域的生產(chǎn)穩(wěn)定。MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)根據(jù)整個(gè)鋼區(qū)的生產(chǎn)狀況，進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的統(tǒng)一安排調(diào)度，然后以電文的形式將生產(chǎn)指令下發(fā)至預(yù)處理過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

生產(chǎn)計(jì)劃管理功能模塊就是負(fù)責(zé)接收處理MES下發(fā)的計(jì)劃數(shù)據(jù)，包括了生產(chǎn)制造標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、排產(chǎn)計(jì)劃序列數(shù)據(jù)、當(dāng)前工位生產(chǎn)狀態(tài)信息。

當(dāng)生產(chǎn)計(jì)劃管理模塊接收到MES下發(fā)的相關(guān)指令數(shù)據(jù)后，首先對數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行檢查確認(rèn)，若數(shù)據(jù)有誤，則不予接收并發(fā)出報(bào)警信息，若確認(rèn)無誤后予以接收處理，然后等待生產(chǎn)操作人員進(jìn)行鐵包與鐵次計(jì)劃數(shù)據(jù)的匹配。當(dāng)然，匹配完成后，如果現(xiàn)場的實(shí)際生產(chǎn)情況出現(xiàn)變化，操作人員也可以從前臺(tái)界面對實(shí)時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行手工調(diào)整和修改，并將所有的操作實(shí)時(shí)的反饋給MES系統(tǒng)，從而保持兩端數(shù)據(jù)的同步。

3.1.2 過程跟蹤管理功能

鐵水包在鐵水預(yù)處理工位主要的處理過程包括：鐵水包進(jìn)站、脫硫開始、測溫、取樣、扒渣開始、扒渣結(jié)束、脫硫結(jié)束、鐵包離站。過程跟蹤管理功能就是對整個(gè)處理過程的作業(yè)狀況進(jìn)行跟蹤。

過程跟蹤管理功能負(fù)責(zé)記錄和管理鐵包從進(jìn)站到離站的整個(gè)過程中的所有事件、處理時(shí)間和過程參數(shù)，事件包括進(jìn)站座包/離站事件、脫硫開始/結(jié)束事件、測溫/取樣事件、扒渣事件，處理時(shí)間主要包括各個(gè)事件的觸發(fā)時(shí)間或過程處理時(shí)間，過程參數(shù)主要包括座包鐵水的基本數(shù)據(jù)、脫硫能力參數(shù)數(shù)據(jù)、鐵次溫度、成分結(jié)果、脫硫劑（鎂粉和石灰）投入量、鐵渣狀況、鐵水重量等參數(shù)數(shù)據(jù)。在整個(gè)跟蹤過程中，系統(tǒng)以鐵次號為主鍵，將所有與鐵次相關(guān)的基本數(shù)據(jù)和過程處理數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，便于操作人員或工藝人員后續(xù)的干預(yù)處理，對整個(gè)冶煉過程的狀況進(jìn)行更好的分析比對，從而優(yōu)化生產(chǎn)。過程跟蹤的事件觸發(fā)基于IPC消息隊(duì)列的方式，以消息號為基礎(chǔ)，進(jìn)行各個(gè)處理過程之間信息的傳送和通知。

3.1.3 實(shí)績處理及管理功能

L2鐵水預(yù)處理過程控制系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)需要對實(shí)際的生產(chǎn)過程進(jìn)行有效監(jiān)控管理、合理的調(diào)度和處理，其中主要就是對基礎(chǔ)自動(dòng)化級實(shí)際生產(chǎn)狀況數(shù)據(jù)的監(jiān)控和采集[2]，實(shí)績處理及管理功能通過循環(huán)定時(shí)的采集數(shù)據(jù)并處理上拋來滿足上級系統(tǒng)的需求。此功能模塊以DDE通訊方式為基礎(chǔ)，對基礎(chǔ)自動(dòng)化PLC數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)掃描采集，分析處理數(shù)據(jù)的有效性，將有效的數(shù)據(jù)上拋到二級或MES三級系統(tǒng)。

3.1.4 HMI界面功能

L2鐵水預(yù)處理過程控制系統(tǒng)的HMI界面功能主要包括權(quán)限管理界面、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)據(jù)維護(hù)界面、生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)管理界面、跟蹤數(shù)據(jù)管理界面、設(shè)定表管理界面、模型參數(shù)維護(hù)界面、成分?jǐn)?shù)據(jù)維護(hù)管理界面、料倉下料數(shù)據(jù)維護(hù)管理界面、操作工管理界面、HMI中英文維護(hù)界面、報(bào)警信息維護(hù)管理界面。

通過這些界面功能，操作人員、工藝管理人員可以分別對生產(chǎn)工藝過程需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)方便的維護(hù)處理，通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的操作界面，極大的簡化了操作，降低了操作的差異性和出錯(cuò)率，有效的提高了生產(chǎn)效率。

3.1.5 報(bào)表功能

系統(tǒng)能夠按照操作人員的定制化要求來生成合理的班報(bào)、日報(bào)、月報(bào)等報(bào)表，并以網(wǎng)頁形式展現(xiàn)給用戶，同時(shí)可以以Excel文件格式導(dǎo)出，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化管理，并提供查詢和打印功能。

3.1.6 外部通信功能

由于對整個(gè)煉鋼區(qū)域生成節(jié)奏控制的要求，以及系統(tǒng)對生產(chǎn)相關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的需要，L2鐵水預(yù)處理過程控制系統(tǒng)需要與其它外部系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。本系統(tǒng)與生產(chǎn)管理（MES）系統(tǒng)、轉(zhuǎn)爐自動(dòng)煉鋼計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、精煉自動(dòng)煉鋼計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、鋼包管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間通過TCP/IP SOCKET的通訊方式進(jìn)行通信，與成分分析系統(tǒng)之間通過ODBC的方式進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通。本系統(tǒng)與外部系統(tǒng)通訊關(guān)系示意圖如下圖1所示。

圖1 通訊簡圖

3.1.7 進(jìn)程管理功能

在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，不可避免的會(huì)發(fā)生某些突發(fā)情況，比如說進(jìn)程卡死或意外關(guān)閉等特殊情況，為了盡可能的保證進(jìn)程的正常運(yùn)行，進(jìn)程管理功能會(huì)實(shí)時(shí)的監(jiān)控和管理系統(tǒng)進(jìn)程，若出現(xiàn)意外情況，此功能模塊主動(dòng)將卡死的進(jìn)程關(guān)閉，然后重新啟動(dòng)壞死的進(jìn)程，同時(shí)對出現(xiàn)意外的原因進(jìn)行記錄，從而方便對事故原因的分析處理。

3.1.8 日志管理功能

整個(gè)的L2鐵水預(yù)處理過程控制系統(tǒng)是處于365天7＊24小時(shí)不間斷的運(yùn)行狀態(tài)中，系統(tǒng)會(huì)對所有運(yùn)行程序的過程處理狀態(tài)及應(yīng)用程序的報(bào)警情況等數(shù)據(jù)會(huì)以日志文件的形式進(jìn)行記錄存儲(chǔ)，為了保證服務(wù)器的負(fù)荷正常，這些日志文件需要進(jìn)行定時(shí)定量的清理維護(hù)，日志管理功能可以以文件大小或特定的時(shí)間周期對日志文件進(jìn)行轉(zhuǎn)移和清理處理。

圖2 硫趨勢圖

3.2 模型處理部分功能

鐵水預(yù)處理的模型部分，按照功能分類，主要是分為模型計(jì)算和設(shè)定下發(fā)兩部分。

3.2.1 模型計(jì)算

鐵水預(yù)處理工位的模型計(jì)算功能主要包括對石灰和鎂的噴吹量、噴吹比例、噴吹速度、以及攪拌速度的計(jì)算[3]。L2鐵水預(yù)處理過程控制系統(tǒng)模型計(jì)算功能主要基于基本設(shè)定表，根據(jù)鐵水重量、鐵水溫度、鐵水進(jìn)站初始成分、鐵水目標(biāo)出站成分、鐵水渣量，來計(jì)算脫硫劑（石灰、鎂）的加入量、噴吹比例、速度參數(shù)，然后將計(jì)算結(jié)果保存并呈現(xiàn)到HMI界面上，供操作人員進(jìn)行檢查確認(rèn)。若檢查發(fā)現(xiàn)計(jì)算值不符合要求，操作人員可以通過修改相應(yīng)參數(shù)，然后選擇重新計(jì)算，直至滿足要求。石灰和鎂噴入后硫的趨勢如下圖2所示。

3.2.2 設(shè)定下發(fā)

當(dāng)鐵包進(jìn)站后，模型計(jì)算功能會(huì)根據(jù)鐵水的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行模型計(jì)算，操作工審核確認(rèn)模型計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)無誤后，點(diǎn)擊下發(fā)數(shù)據(jù)到基礎(chǔ)自動(dòng)化PLC系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)以此計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)為依據(jù)，進(jìn)行生產(chǎn)控制。當(dāng)然，對于穩(wěn)定成熟的鋼種鐵次數(shù)據(jù)，操作工可以選擇自動(dòng)設(shè)定下發(fā)模式，此時(shí)，當(dāng)二級模型計(jì)算出脫硫劑加入量、噴吹速度和噴吹比例后，計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)下發(fā)到PLC系統(tǒng)，無需人工干預(yù)。

4 結(jié)束語

當(dāng)前，隨著市場競爭愈演愈烈，鋼水成分的控制精度要求更加嚴(yán)格。只有通過不斷的技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新，來降低企業(yè)成本，提高生產(chǎn)效率。通過LF爐在唐鋼中厚板預(yù)處理工位的應(yīng)用情況來看，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作更加規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，物料計(jì)算精確，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和操作的失誤率，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)指標(biāo)。同時(shí)，需要保證基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，才能使得預(yù)處理過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用得到保障。

[1]鄧崎琳，蕭忠敏，劉振清，等.鐵水脫硫預(yù)處理技術(shù)在武鋼的應(yīng)用[J].煉鋼，2002，18（1）：9-14

[2]張宇宏.過程化信息機(jī)制在L2鐵水預(yù)處理計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].冶金自動(dòng)化，2009，S2：27-31.

[3]陳軍利，鄧建軍，郭 輝.純鎂脫硫技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].煉鋼，2005，2：2-4