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1、细心整理钢铁企业二级计算机系统介绍一、 概念的由来二级计算机系统是自动化限制系统的一个概念，指的是自动化限制系统中功能层次较高的局部，用来实现一些较为困难的限制功能。通常称为Leve 2 Process Control System，即二级过程限制系统。从设备上讲，二级系统包括硬件效劳器及其在效劳器上运行的系统软件和应用软件，以及HMI人机界面和相应的通讯网络设备，组成了二级计算机系统。那么，既然称之为二级，一级自动化系统指的又是什么呢？一级是指根底自动化系统Level 1 Basic Automation System，主要由PLC可编逻辑限制器和DCS集散限制系统组成，把现场的仪表数据和设
2、备状态信号采集进来，用于设备的逻辑限制和回路限制开关量的限制，以及可连续测量的简洁物理参数的回路限制，如温度、压力和流量，并将数据和信号传送给二级系统。此外，一级系统接收二级系统的设定数据，依据这些设定数据限制设备到达限制目标。一级和二级系统一起构成了一条生产线中某道工序设备中较为完备的自动化限制系统。通俗地说，自动化限制系统好比一个人体，一级是人的肢体，二级是人的大脑，仪表和设备状态信号是人的眼睛和感觉器官，三者合一，构成了一个可以依据外部环境变更而正确做出人体动作反响的现代人。可见，二级的概念相对于一级系统，用来实现一级系统无法完成的功能。二、 二级计算机系统的功能前面已经说过，二级计算机
3、系统用来实现一些较为困难的限制功能。什么样的限制功能较为困难呢？钢铁生产流程中的成品和半成品制造过程的目标命中限制一级系统就无法限制了，像热连轧生产线的卷板厚度限制，炼钢转炉吹炼的终点钢水化学成分和终点温度限制，都属于较为困难的限制功能，必需运用二级计算机系统中的数学模型进展限制，才能够摆脱因人而异的经验的局限，大幅度提高限制目标的命中率。以热连轧生产线的卷板厚度限制为例，首先收集汇总来料的板坯数据化学成分、几何尺寸、轧机机架前的板坯温度等轧机的设备数据如辊径、标定数据等和目标数据卷板目标厚度、公差等等等，经过数学模型加以计算，得出各个机架的辊缝、轧制力、工作辊转速、机架间冷却水量等等设定数值
4、，将这些设定数值下到达一级根底自动化系统中，从而实现生产线设备的受控运行和物料的受控参与物料受控参与对炼钢各工序中更为明显，使该生产线的产品到达期望的目标值。简言之，钢铁生产流程中的生产工序无非都是物理化学处理的行进过程，其产品的性能指标也无非是产品的物理化学性能。产品到达期望的目标值，也就是产品的物理化学性能到达期望的公差范围之内。二级计算机系统恰恰是实现这一目标的有效工具，以CSP生产线为例笔者曾经视察过，卷板的厚度目标值假如是3.0mm，经过一级、二级自动化系统限制机械设备的运行，最终产品的厚度是3.001mm、2.999mm或3.000mm，可见精度之高。假如是手动限制，一是限制精度低
5、，二是速度慢。手动限制炼钢转炉还可以进展只是命中率凹凸的问题，手动限制高速运转的热连轧，就是不行能的了手动无法适应高速轧制的生产过程。三、 二级计算机系统的硬件组成和常见系统软件1、 二级计算机系统硬件前面说过，二级计算机系统硬件，一般包括一台或假设干台计算机效劳器每台效劳器实现不同的处理功能、HMI和相应的通讯网络设备及其它帮助设备如打印机等，构成一个小型局域网络，并与一级系统、其它二级系统或三级系统假如有的话进展连接，相互进展数据传输。如下列图所示。二级计算机系统硬件的技术要求，一般是牢靠性高故障率低，备件来源足够和备件受支持的时间漫长，易于维护。2、 二级计算机系统常见系统软件二级计算机
6、系统常见系统软件，主要是二级计算机系统应用软件的运行平台和开发平台。一般包括：操作系统如Windows，VMS，Unix，Linux等，数据库Oracle，SQL Server等，编程语言C，C+等及其运行库。二级计算机系统常见系统软件的技术要求，一般是便于组织，便于开发，便于备份，便于查找故障和追溯工艺状态。四、 二级计算机系统的应用软件二级计算机系统的应用软件是二级计算机系统的核心，是它的生命力所在。简洁来说，二级计算机系统的应用软件，是工艺过程、设备对象和被处理物件的客观规律的精确描述。二级计算机系统的应用软件一般由两局部组成，一局部叫做数学模型局部，另一局部叫做非数学模型局部。1、 应
7、用软件的数学模型局部应用软件是工艺过程、设备对象和被处理物件的客观规律的精确描述，指的就是这局部的功能。它依据工艺过程物理化学反响、设备对象设备在温度、压力条件变更时的变形等，如轧机机架变形曲线和被处理物件如轧件在物理化学处理过程中的晶格变更的规律，运用各种数学工具如微分方程，数学物理方程，有限元法，递推，靠近等，将各种工艺规律用数学方法加以描述，从而形成数学模型。这种模型，只要给定各种输入数据，就能够计算出输出数据，这些输出数据，就是对设备，对工艺条件，对根底自动化系统一级的设定数据，进而去限制设备和工艺条件。当然，数学模型的个数和功能不会是单一的。以前面的热连轧数学模型为例，有机架道次模型
8、，轧制力模型，轧件温度模型，轧辊热凸度模型等。精轧机的产品的目标，是产生匀整相同符合精度的轧件几何尺寸和最终一架轧机后的轧件温度，以及良好的板型。热连轧数学模型，要计算出全部到达这些目标的限制系统的设定值。从而使根底自动化系统一级以及机械工艺设备，按规定的行为动作。在这个过程中，轧件被加工处理趋向产品的期望目标值。在轧件行进的过程中，一级系统搜集的现场仪表数据，传输给二级系统。二级系统将轧件的实测值与目标值相互比拟，对数学模型进展自学习和自适应，进一步提高数学模型的限制精度。当然，可能还会包含神经元的功能，离线进展学习，使数学模型更加符合客观规律。应用软件的数学模型局部的开发，一般须要开发人员
9、具有广泛的学问范围，既要特别懂得工艺过程、设备对象和被处理物件的性能，也要懂得数学方法，还要懂得计算机语言。现场计算机维护人员和工艺人员的工作，要为数学模型准备充分的工作条件，保障数学模型的正常工作。刚好处理数学模型生成的数据，为工艺技术人员供应产品性能分析和产品形成条件设备状态和被处理物件的状态数据的强有力工具。此外，要探究分析应用软件，包括数学模型，向工艺技术人员学习，逐步探究清楚数学模型的原理和相应的计算机语言程序，争取为今后开发自己的数学模型逐步积蓄学问和奠定根底。当今世界，数学模型的应用越来越广泛，导弹拦截系统，宇宙空间技术，核试验计算机模拟，都是最高级的数学模型技术应用的表达。那些
10、不信任数学模型技术的观点，可以想一下，莫非钢铁冶炼轧制技术比导弹拦截系统，宇宙空间技术，核试验更为困难吗？2、 应用软件的非数学模型局部应用软件的非数学模型局部主要有两个作用，一是为数学模型效劳，为数学模型组织数据。二是承上启下，满足自身和周边上下各级自动化系统的数据需求。重点如下：u 为数学模型组织数据。数学模型所需的数据主要为三局部：一是目标数据，即最终产品物理化学性能期望的数据值。如热卷板的几何尺寸及板型和力学性能，这些数据的公差范围。这局部数据一般来自HMI或三级系统。二是被处理物件的数据，如来料的板坯数据化学成分、几何尺寸、轧机机架前的板坯温度等。这局部数据一般来自其它二级系统或三级
11、系统，也有的数据来自一级系统如轧机机架前的板坯温度。三是设备的数据，如轧机的设备数据辊径、标定数据等。这局部数据一般来自一级系统。这三局部数据形成了数学模型的工作条件，应用软件的非数学模型局部把他们组织起来，转换成为数学模型所须要的格式，在适当的时刻供应应数学模型进展计算。u 与一级自动化系统的通讯。包括两层含义，一是从一级系统获得仪表数据，获得被处理物件的状态和设备的状态。二是将二级系统数学模型计算出的设定数据，下传到一级系统进展设备限制。满足下级系统和自身数据归档的需求。u 与其它二级计算机系统的通讯。从上游二级计算机系统中获得来料物件的数据，如轧机二级计算机系统从连铸二级计算机获得来料的
12、板坯数据。向下游二级计算机系统传输产品的数据。如平整机二级计算机系统从轧机二级计算机系统获得卷板的数据。满足前后系统的需求。u 与三级自动化系统的通讯假如有的话。三级自动化系统的功能一般生产准备处理，排产，质量跟踪和生产实绩处理。生产准备处理、排产数据一般作为二级计算机系统的设定值下传到二级系统，作为产品的目标数据。质量跟踪和生产实绩处理一般作为生产现场数据，从一级系统上传到二级系统，再由二级系统上传到三级系统。假如有四级系统ERP，还会从三级系统上传到四级系统。可见，二级计算机系统的功能，主要是满足上级的需求，数据中转的作用。u 被处理物件跟踪功能。跟踪功能恒久是面对过程应用软件的主程序，物
13、件被跟踪到特定的位置和时刻，触发特定的事务，启动相应的处理程序。除了外部其它自动化设备随时发出请求和HMI手动启动某些处理程序之外，二级系统内部的全部程序的启动都由跟踪程序来启动。因此，跟踪功能有着全局管理的某种含义。u 数据归档功能。数据的归档主要是指对从一级系统中采集的数据一级系统采集现场仪表和检测元件的数据加以标准化，分类组合，把相关的数据组织在一起。像CSP，二级系统采集数据的周期是1秒，以板卷号板坯号为数据文件名，在整个板带长度上采集了板带的状态数据和设备的状态数据，如厚度，宽度，温度等，存储在一个数据文件内。供评估这条板带的质量，追溯有缺陷板卷的工艺设备条件。这些数据文件，形成了对
14、工艺技术人员分析产品状况的强力支撑。u 有的简洁的生产线没有数学模型，这时，二级计算机系统只有非模型局部。并且有时，这些非模型功能可以合并那么一级或三级系统中，所以这些生产线可以在物理上没有二级系统如线棒材生产线。五、 公司钢后品质增效战略与二级计算机系统的关系目前，为了应对钢铁行业严峻的市场形势，为了实现综合效益最大化，公司适时提出“鉄前挖潜，钢后品质增效”的经营战略，强力推动技术进步和新产品开发，开发X70、X80和X100管线钢，大力开发汽车用钢板。要使这些新产品获得效益，必需提高所涉及工序的产品合格率即生产命中率，这样，各生产线的二级计算机系统的作用明显提升。我们二级计算机系统的维护人
15、员，要为公司创效，就必需保证二级计算机系统全部功能模块完全投运和正常运行，保障二级计算机系统功能正常运行所需的各种条件。说原委，二级计算机系统是一个工具，这个工具有两个根本作用，一是支持生产线的正常生产；二是为工艺技术人员供应了查询和追溯产品异样的手段。简言之，这个工具就是为了出精品高质量产品。如前所述，二级计算机系统的数据归档功能，对每一件产品如卷板形成了完备的数据一卷产品生成一个数据文件，每个数据文件记录了产品在生产过程中设备、工艺条件和被处理物件的详细数据。那么，为什么有的产品合格，有的不合格，通过这些数据分析，就可以查找产品是否合格与工艺条件变更之间的关系。在国外的钢铁企业中如新日铁、
16、蒂森，工艺技术人员的日常工作，就是围着二级计算机系统的数据转，用数据分析工艺条件，优化生产工艺过程，促进数学模型的自身优化实力，从而提高产品的性能。我们应当从中得到一些启迪，珍惜和用好我们宝贵的生产过程数据。我们的计算机维护人员，要使这些数据更加直观、便利，将其做成关联的表格、曲线和棒图，供工艺技术人员运用。六、 以更广袤的视角谛视自动化限制系统前面说过，一级、二级系统构成了较为完备的生产线自动化限制系统。那么，假如有三级四级，甚至五级系统呢？一级、二级系统是生产线或工序自动化系统，三级系统是区域生产管理系统MES，四级是企业经营管理系统ERP，五级是数据仓库，决策支持和网络营销门户系统。从广义上说
