多网络协同控制技术在冶金自动化系统中的应用

张雨兵

摘要:随着工业控制技术的快速发展,工业生产越来越依赖网络,从分布式总线到工业以太网到更快的内存映像网等都在工业生产中得以广泛的应用,种类越来越多,速度也越来越快。但是随着网络种类的增多,功能的逐步强大,如何合理地利用网络资源,使各网络系统协同合作好,既能达到生产要求,又不浪费网络资源就成为人们研究的一个新问题。本文从多网络协同控制技术的特点、冶金自动化控制系统的体系结构以及多网络协同控制技术在冶金自动化系统中的应用三个方面来进行阐述。

關键词:冶金自动化控制技术网络应用

中图分类号:TP31 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0029-01

现代的工业生产都在向自动化迈进,作为支柱产业的冶金生产也不例外。冶金工业的生产线包括烧结、炼铁、炼钢、连铸等很多生产车间并且各车间还由很多小的生产环节组成。因此实现冶金生产自动化就必须应用各种网络、发挥其各有的优势并协同好自动化系统的各个组成部分以及各种网络技术,从而能够使之更好的进行冶金生产控制。

1冶金自动化中的主要网络控制技术

各生产部分所应用的网络技术各不相同,下面以烧结技术为例,对自动化系统所应用的网络技术作简单介绍。

1.1 自愈环网

自愈环网包括主要系统的上位通讯和数据交换、系统的通讯等,采用新型MOXA智能交换机、主控制操作站和主要PLC站;同时利用交换机的管理功能,在每个通讯节点都设置IP地址和MAC地址许可验证,绑定在线设备IP地址,使网络的安全性能得以提高。

1.2 通讯方式

根据烧结现场具体设备,分别选择以太网通讯、Peercop通讯、MB+通讯功能块等方式,提高PLC通讯的稳定性。在不影响HMI和MP7服务器以及控制模型和PLC间的数据交换速度的情况下,满足系统间的数据交换速率。

1.3 上位监控系统

对烧结机的上位控制服务器系统进行升级,并可以和其他烧结机的上位服务器平台整合到一起,实现在任一个操作终端监控几台烧结机的生产,确保生产的安全性。并且对系统中的服务器标签进行优化,除去多余的标签,减小负荷,提高了服务器的运行效率,同时为提高上位系统的稳定性,采用双服务器运行。

2冶金自动化控制系统的体系结构

针对运动控制网络的通信延时普遍小于一个控制周期的情况,基于网络延时统计模型的相关定义,建立了一种新的离散时间模型,证明网络延时的存在使得对象离散状态方程的实际输入变为u(k)、u(k-1)和u(k-1)-u(k)三项组合的形式,系数矩阵分别为B0,B1和ΔB,其中B0,B1的值与τD相关,视为已知量;ΔB的值与τJ相关,为未知量,与u(k-1)-u(k)一起视为干扰处理。该模型为通过网络延时补偿和干扰抑制措施提高网络化运动控制系统性能提供了理论依据。针对多轴运动控制系统对同步性能的要求,对网络化控制系统的多节点同步方式进行研究,对节点驱动方式、信号采样方式以及反馈通道延时等问题进行讨论,建立了网络化多轴运动控制系统闭环控制的增广状态方程,为控制系统的分析和综合提供了基础。目前工业生产中多数的冶金自动化体系按功能层次可分为基础自动化系统、过程控制系统、区域生产控制及综合业务管理系统、企业信息化系统四个层次。

2.1 基础自动化系统

在冶金自动化系统中,基础自动化控制系统是关键的部分．它的好坏将直接影响到整个控制系统。对现场设备的控制主要以PLC、DCS、工业控制计算机为代表。在目前的基础自动化系统中,PLC控制占主要地位。

2.2 过程控制系统

冶金过程控制系统即流程在线连续检测和监控系统。它是以关键工艺参数闭环控制、能源平衡控制、物流监测、产品质量全面过程控制和环境排放实时控制为目标,采用新型传感器技术、软测量技术、光机电一体化技术、冶金环境下可靠性技术和数据融合以及数据处理技术来实现冶金流程在线检测和监控。

2.3 区域生产控制及综合业务管理系统

纵向实现管理—计划—生产—控制信息集成,横向实现铁—钢—轧数据集成和相互传递。同时将关系数据库和实时生产数据进行整合作为数据仓库,并且采用数据挖掘技术,为生产管理控制的决策提供依据。

2.4 企业信息化系统

实现信息共享是企业信息化的目的之一,在企业数据、信息集成基础上,在有效竞争前提下扬长避短,进一步实现企业信息集成,全行业信息网络建设和信息共享。

3多网络协同控制技术在冶金自动化系统中的应用

据奥钢联统计,使用了先进的冶金自动化系统之后,证实烧结可提高生产率5%,高炉铁水成本降低16%,转炉生产率提高10%,连铸漏钢减少80%,最终板材部合格率降低60%。这是非常可观的数据,因此自动化发展迅速,已从初始的热管理和单参数自动控制,经过简单的EIC一体化系统、CIMS到现在的WIMS。

以高炉为例来阐述此技术在冶金自动化系统中的应用。

目前高炉生产自动化的现状:基础自动化上主要体现为:数据采集与处理,原料的控制,生产中各操作参数(顶压、风温、喷煤等)控制,水渣、水处理等辅助系统控制。过程自动化上主要体现为:数据采集与处理,原料称量装入等,喷煤过程数据处理以及出渣铁数据处理等。管理上:制造标准管理,生产指令生成及下达,质量管理和检测,生产成本以及生产运行状况的控制。还有很多生产中的检测仪表以及各种数模的控制。

在我国实施以信息技术改造传统产业的过程中,实现高炉过程自动化有了新的机遇。而建立炼铁工艺流程的计算机网络系统,是实现高炉冶炼过程自动化的必要条件。在高炉应用的初始阶段,主控室里的几台计算机代替了几十块高炉仪表,实现对高炉工艺参数的集中监控。在现代化信息网络的基础上,应用“专家系统”实现高炉冶炼过程的数据资源共享,进入计算机更高级的应用阶段。在“专家系统”中,可以直接监控高炉的实时运行情况,从而对高炉生产进行优化;技术人员可以进行优化高炉冶炼的分析,经过处理可以更直观地看到对操作控制具有重要指导价值的提示。

总之,多网络协同技术在现代的冶金生产过程中起着越来越重要的作用,重视冶金自动化过程的网络应用对工业生产有着极其重要意义。

参考文献

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[2] 孙彦广.冶金自动化技术现状和发展趋势[J].冶金自动化,2004,1.

[3] 谭晓华,包敦武.多网络协同控制技术在烧结机系统中的应用[J].山东冶金,2009,2.