多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)在冶金自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

張雨兵

摘要:隨著工業(yè)控制技術(shù)的快速發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)越來越依賴網(wǎng)絡(luò),從分布式總線到工業(yè)以太網(wǎng)到更快的內(nèi)存映像網(wǎng)等都在工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛的應(yīng)用,種類越來越多,速度也越來越快。但是隨著網(wǎng)絡(luò)種類的增多,功能的逐步強(qiáng)大,如何合理地利用網(wǎng)絡(luò)資源,使各網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)協(xié)同合作好,既能達(dá)到生產(chǎn)要求,又不浪費網(wǎng)絡(luò)資源就成為人們研究的一個新問題。本文從多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)的特點、冶金自動化控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)以及多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)在冶金自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用三個方面來進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞:冶金自動化控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

中圖分類號:TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0029-01

現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)都在向自動化邁進(jìn),作為支柱產(chǎn)業(yè)的冶金生產(chǎn)也不例外。冶金工業(yè)的生產(chǎn)線包括燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄等很多生產(chǎn)車間并且各車間還由很多小的生產(chǎn)環(huán)節(jié)組成。因此實現(xiàn)冶金生產(chǎn)自動化就必須應(yīng)用各種網(wǎng)絡(luò)、發(fā)揮其各有的優(yōu)勢并協(xié)同好自動化系統(tǒng)的各個組成部分以及各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù),從而能夠使之更好的進(jìn)行冶金生產(chǎn)控制。

1冶金自動化中的主要網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

各生產(chǎn)部分所應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)各不相同,下面以燒結(jié)技術(shù)為例,對自動化系統(tǒng)所應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作簡單介紹。

1.1 自愈環(huán)網(wǎng)

自愈環(huán)網(wǎng)包括主要系統(tǒng)的上位通訊和數(shù)據(jù)交換、系統(tǒng)的通訊等,采用新型MOXA智能交換機(jī)、主控制操作站和主要PLC站;同時利用交換機(jī)的管理功能,在每個通訊節(jié)點都設(shè)置IP地址和MAC地址許可驗證,綁定在線設(shè)備IP地址,使網(wǎng)絡(luò)的安全性能得以提高。

1.2 通訊方式

根據(jù)燒結(jié)現(xiàn)場具體設(shè)備,分別選擇以太網(wǎng)通訊、Peercop通訊、MB+通訊功能塊等方式,提高PLC通訊的穩(wěn)定性。在不影響HMI和MP7服務(wù)器以及控制模型和PLC間的數(shù)據(jù)交換速度的情況下,滿足系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換速率。

1.3 上位監(jiān)控系統(tǒng)

對燒結(jié)機(jī)的上位控制服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行升級,并可以和其他燒結(jié)機(jī)的上位服務(wù)器平臺整合到一起,實現(xiàn)在任一個操作終端監(jiān)控幾臺燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn),確保生產(chǎn)的安全性。并且對系統(tǒng)中的服務(wù)器標(biāo)簽進(jìn)行優(yōu)化,除去多余的標(biāo)簽,減小負(fù)荷,提高了服務(wù)器的運行效率,同時為提高上位系統(tǒng)的穩(wěn)定性,采用雙服務(wù)器運行。

2冶金自動化控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

針對運動控制網(wǎng)絡(luò)的通信延時普遍小于一個控制周期的情況,基于網(wǎng)絡(luò)延時統(tǒng)計模型的相關(guān)定義,建立了一種新的離散時間模型,證明網(wǎng)絡(luò)延時的存在使得對象離散狀態(tài)方程的實際輸入變?yōu)閡(k)、u(k-1)和u(k-1)-u(k)三項組合的形式,系數(shù)矩陣分別為B0,B1和ΔB,其中B0,B1的值與τD相關(guān),視為已知量;ΔB的值與τJ相關(guān),為未知量,與u(k-1)-u(k)一起視為干擾處理。該模型為通過網(wǎng)絡(luò)延時補(bǔ)償和干擾抑制措施提高網(wǎng)絡(luò)化運動控制系統(tǒng)性能提供了理論依據(jù)。針對多軸運動控制系統(tǒng)對同步性能的要求,對網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的多節(jié)點同步方式進(jìn)行研究,對節(jié)點驅(qū)動方式、信號采樣方式以及反饋通道延時等問題進(jìn)行討論,建立了網(wǎng)絡(luò)化多軸運動控制系統(tǒng)閉環(huán)控制的增廣狀態(tài)方程,為控制系統(tǒng)的分析和綜合提供了基礎(chǔ)。目前工業(yè)生產(chǎn)中多數(shù)的冶金自動化體系按功能層次可分為基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、區(qū)域生產(chǎn)控制及綜合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、企業(yè)信息化系統(tǒng)四個層次。

2.1 基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)

在冶金自動化系統(tǒng)中,基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)是關(guān)鍵的部分．它的好壞將直接影響到整個控制系統(tǒng)。對現(xiàn)場設(shè)備的控制主要以PLC、DCS、工業(yè)控制計算機(jī)為代表。在目前的基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)中,PLC控制占主要地位。

2.2 過程控制系統(tǒng)

冶金過程控制系統(tǒng)即流程在線連續(xù)檢測和監(jiān)控系統(tǒng)。它是以關(guān)鍵工藝參數(shù)閉環(huán)控制、能源平衡控制、物流監(jiān)測、產(chǎn)品質(zhì)量全面過程控制和環(huán)境排放實時控制為目標(biāo),采用新型傳感器技術(shù)、軟測量技術(shù)、光機(jī)電一體化技術(shù)、冶金環(huán)境下可靠性技術(shù)和數(shù)據(jù)融合以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)來實現(xiàn)冶金流程在線檢測和監(jiān)控。

2.3 區(qū)域生產(chǎn)控制及綜合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)

縱向?qū)崿F(xiàn)管理—計劃—生產(chǎn)—控制信息集成,橫向?qū)崿F(xiàn)鐵—鋼—軋數(shù)據(jù)集成和相互傳遞。同時將關(guān)系數(shù)據(jù)庫和實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合作為數(shù)據(jù)倉庫,并且采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),為生產(chǎn)管理控制的決策提供依據(jù)。

2.4 企業(yè)信息化系統(tǒng)

實現(xiàn)信息共享是企業(yè)信息化的目的之一,在企業(yè)數(shù)據(jù)、信息集成基礎(chǔ)上,在有效競爭前提下?lián)P長避短,進(jìn)一步實現(xiàn)企業(yè)信息集成,全行業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和信息共享。

3多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)在冶金自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

據(jù)奧鋼聯(lián)統(tǒng)計,使用了先進(jìn)的冶金自動化系統(tǒng)之后,證實燒結(jié)可提高生產(chǎn)率5%,高爐鐵水成本降低16%,轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率提高10%,連鑄漏鋼減少80%,最終板材部合格率降低60%。這是非常可觀的數(shù)據(jù),因此自動化發(fā)展迅速,已從初始的熱管理和單參數(shù)自動控制,經(jīng)過簡單的EIC一體化系統(tǒng)、CIMS到現(xiàn)在的WIMS。

以高爐為例來闡述此技術(shù)在冶金自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用。

目前高爐生產(chǎn)自動化的現(xiàn)狀:基礎(chǔ)自動化上主要體現(xiàn)為:數(shù)據(jù)采集與處理,原料的控制,生產(chǎn)中各操作參數(shù)(頂壓、風(fēng)溫、噴煤等)控制,水渣、水處理等輔助系統(tǒng)控制。過程自動化上主要體現(xiàn)為:數(shù)據(jù)采集與處理,原料稱量裝入等,噴煤過程數(shù)據(jù)處理以及出渣鐵數(shù)據(jù)處理等。管理上:制造標(biāo)準(zhǔn)管理,生產(chǎn)指令生成及下達(dá),質(zhì)量管理和檢測,生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)運行狀況的控制。還有很多生產(chǎn)中的檢測儀表以及各種數(shù)模的控制。

在我國實施以信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的過程中,實現(xiàn)高爐過程自動化有了新的機(jī)遇。而建立煉鐵工藝流程的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),是實現(xiàn)高爐冶煉過程自動化的必要條件。在高爐應(yīng)用的初始階段,主控室里的幾臺計算機(jī)代替了幾十塊高爐儀表,實現(xiàn)對高爐工藝參數(shù)的集中監(jiān)控。在現(xiàn)代化信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用“專家系統(tǒng)”實現(xiàn)高爐冶煉過程的數(shù)據(jù)資源共享,進(jìn)入計算機(jī)更高級的應(yīng)用階段。在“專家系統(tǒng)”中,可以直接監(jiān)控高爐的實時運行情況,從而對高爐生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化;技術(shù)人員可以進(jìn)行優(yōu)化高爐冶煉的分析,經(jīng)過處理可以更直觀地看到對操作控制具有重要指導(dǎo)價值的提示。

總之,多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)在現(xiàn)代的冶金生產(chǎn)過程中起著越來越重要的作用,重視冶金自動化過程的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對工業(yè)生產(chǎn)有著極其重要意義。

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