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信息化选型征文:小型计算机服务器在贵溪冶炼厂生产应用中的选用

2014/6/18    来源:e-works    作者:刘建群      
关键字:服务器  PC服务器  小型计算机系统  冶金数学模型  
文章叙述采用小型计算机服务器在企业生产和管理中的应用,重点介绍主要应用的实例和效果。

    江西铜业集团公司贵溪冶炼厂(以下简称贵冶)是我国和世界最大的铜冶炼厂,年产阴极铜超过100万吨。该厂是国家“六五”计划期间的22个重点引进项目之一,作为铜冶炼现代化技术的示范工程,项目选用的主工艺、设备和自动化控制系统,都代表了当时世界在该领域的先进水平。得益于国家改革开放政策和技术进步,在集团公司和工厂管理层的支持和促进中,经过20多年的持续不断的技术改造,实现了基础过程自动化、信息数字化、传输网络化,建立起初步的MES架构。目前,贵冶在高端管理系统和重要生产过程控制系统均采用小型计算机系统和操作系统。

  1.系统选择的考量

  闪速炉是贵冶全厂产品生产线的龙头。它的工况直接影响工厂产品的产量和质量。而作为其核心的设备的计算机冶金数模控制系统,它不但要在线完成对闪速熔炼过程的控制,还要为操作人员提供实时生产信息数据画面和操作界面,因此冶金数模控制系统计算机平台的选择就非常重要。设想在当前市场铜价格和闪速炉产量的情况下,系统故障停机一天的经济损失有多么巨大。因此,在考虑闪速炉冶金数模控制系统的设备选择方面,我们考虑选择小型计算机系统和UNIX(或VMS)操作系统,主要是基于以下认识和经验:

  贵冶I系统闪速熔炼冶金数模控制系统,自1985年引进投运的第一套采用HOC900(DEC PDP11/34A)小型机系统用于闪速熔炼冶金数模控制系统,运行到1994年10月,其主机未出现过引起闪速炉停产的重大事故。

  基于上述经验,在1994年我们对引进的第一套采用HOC900(DEC PDP11/34A)小型机系统进行技术改造时,在是采用PC服务器或小型计算机服务器的选择上,我们经过多次调研和论证,确定仍然采用小型计算机服务器作为闪速熔炼冶金数模控制系统平台。而自1994年对其改造更新后投入运行的采用DEC VAX4500A小型机系统用于闪速熔炼冶金数模控制系统,它的运行率和在线控制率,始终保持在99.5%和98.5%以上,对企业主工艺稳定可靠运行,连续不断增产提供了可靠的技术保证。一直运行至今,未发生引起闪速炉停产的重大事故。2005年建设的第二套20万吨闪速炉冶炼系统(简称II系统),其熔炼冶金数模控制系统,采用的是SUN V440小型机系统平台,于2007年8月1日与闪速炉冶炼系统同步投运,截止到2014年5月,系统稳定、连续运行7年。这足以说明小型计算机系统的高可靠性和高可用性。我们对小型计算机服务器系统和PC服务器系统相比较有如下体会:

  系统硬件平台:

  a)对于任何一个工业应用而言,可靠性、稳定性仍是第一位的。小型机具有安全、稳定、可靠、高效的特点

  b)小型机的价格也有比较优势,按照性能/价格来考虑,也优于PC服务器。

  c)PC服务器由于其体系结构与小型计算机存在很大不同,在硬件系统管理上(特别是内存储管理和多任务、多进程中断/调用、任务优先级管理、实时任务调度方面)存在差距,影响系统整体功能的实现。

  d)PC服务器长期运行的整体可靠性和稳定性均不如小型计算机系统。

  e)从系统建设和维护的角度来看,我们的体会是:(1)系统选型时充分调研计算机厂商行业排名、产品性能和用户的使用情况;(2)为设备运行提供稳定可靠的场地环境(机房温度湿度,接地系统,供电质量,空气中腐蚀性气体含量等);

  (3)与工厂定期停产检修同步,对控制系统主机硬件解体清洁处理。清扫设备内部卡件元器件表面和接插件粘附的灰尘,降低热阻,排除接触不良的可能性,提高系统的可靠性。

  系统软件平台:

  a)Unix或Open VMS操作系统都支持64位的硬件平台,而且在上世纪90年代就已经有足够多的用户群,在国内外钢铁、电信、银行、证券、铁路、民航、军方等行业都有大量的用户。该产品是成熟的,可靠的,稳定的,而且有很多开发工具和应用产品可供选择使用,与数据库系统和微软Windows操作系统有接口。

  b)闪速炉冶金数模控制系统是一个重要的应用,应该做成一个专用系统。该应用是一个多任务、多进程的系统,对操作系统有很多功能要求。而Unix或Open VMS操作系统都支持这种应用模式。因此系统设计人员可以方便的开发出针对闪速炉计算机控制系统的应用软件。

  c)Unix或Open VMS操作系统对于微软的Windows操作系统而言,相对封闭,系统源代码不开放,安全性较高,可防止外来人员复制和窃取。因此一般用户很难对它进行恶意攻击,相对受计算机病毒的感染和受攻击要小于微软的Windows操作系统。而微软的Windows操作系统源代码开放度高,因此成为很多计算机病毒和黑客的攻击目标,令人防不胜防,损失惨重。

  d)据调查,Windows操作系统的稳定性也不高,很多运行该系统的用户经常受到莫名其妙死机和蓝屏的困扰。到目前为止,几乎所有国外知名的DCS大厂商,其系统的底层控制站的控制器内核系统,无一例外都是采用了Unix系统内核程序来执行控制操作。DCS厂商的现场工程师解释说,即使操作站(人-机界面)的系统(通常是Windows操作系统)死机,控制站也不会死机,仍能完成既定的控制操作。这就足以说明为什么他们不敢把Windows操作系统的内核放在控制站的系统中。

  2.系统闪速熔炼数模控制系统

  贵冶的闪速炉系统是全厂产品生产线的龙头。它的工况直接影响工厂产品的产量和质量。这套生产系统从1985年12月投产就采用计算机在线控制,经过一期、二期、三期技术改造,闪速炉的冶炼能力稳定连续的由初期设计产金属铜7.5万吨/年提升到目前的35万吨/年,这与计算机在线控制系统的保证作用是不可分的。

   (1)系统平台

  1978年闪速炉冶炼计算机过程控制系统引进时,工艺现场采用日本横河电机公司的EK系列自动化仪表。控制系统采用PDP11/34AP小型计算机构成的DDC控制方式,该系统采用DI和A/D模件对过程仪表的模拟变量和状态进行数字化处理,提供给冶金数学模型应用软件进行计算,计算结果由D/A和DO模件转换后通过信号电缆输出到现场的EK系列自动化仪表,实现对生产过程实时的监控。系统从1985年12月工艺系统投产就实现计算机在线控制。由于备件原因和技术进步的要求,闪速炉计算机在线控制系统在1994年底完成技改后,其软硬件系统平台已达到90年代初期的世界先进水平。整个控制系统采用SCC控制方式,控制系统结构采用小型计算机服务器与工厂局域网络和DCS集散控制系统构成。1994年12月投入在线连续运行至今,功能、稳定性都十分正常。

  系统配置:

系统配置

  系统架构:

系统架构

  (2)控制应用构成:

  计算机控制系统是一个完整的闭环控制系统。该系统通过实时采集DCS生产数据和化验分析数据,根据工艺参数变化,自动启动数学模型计算,实现在线设定值控制。整个系统控制包括前馈和反馈两部分,其中前馈部分根据生产计划、原料状况、控制变量的目标值,求取操作变量的最佳设定值,并向仪表设定输出;反馈部分则根据控制变量的实测值,求取操作变量的修正值,并对设定值进行修改设定,使控制变量趋于目标值,从而使生产处于计算机控制之下。具体为:

  前馈控制:对工艺过程的外部扰动,通过冶金数学模型中反应物料平衡、热平衡,求出调节变量设定基本值,实现前馈补偿和控制。工艺过程的外部扰动主要有:计划冰铜品位变更;各配料仓的精矿给料比率变更;各配料仓设定的精矿名称变更;目标渣中铁硅比Fe/SiO2变更;装入量设定值变更;装入干矿成份时序列表检查;目标冰铜品位变更。其中前四项为渣中铁硅比Fe/SiO2控制的前馈部分工艺过程的外部扰动;后三项项为冰铜品位Cum及冰铜温度Tm控制的前馈部分工艺过程的外部扰动。

  反馈控制:针对各控制变量的实测值与目标值的偏差,按冶金数学模型反馈系统运算式,求出调节变量的修正值,实现反馈修正和控制。反馈内容: 渣中铁硅比Fe/SiO2的反馈控制部分内容为渣成份检查;冰铜品位Cum的反馈控制部分内容为冰铜成份检查;冰铜温度Tm的反馈控制部分内容为冰铜温度检查。

  前馈-反馈控制的综合输出(即为调节变量的控制输出)到DCS控制系统,通过DCS实现对现场执行机构的调控,从而对工艺参量控制。控制流程如下图所示:

 控制流程图

  铜闪速熔炼控制变量和调节变量如下表所示;

控制变量和调节变量表

  该控制系统通过DCS采集实时生产数据;根据工艺参数变化,自动启动数学模型计算,实现在线设定值控制。

   (3)DCS控制系统:现场执行机构由Honeywell公司的TDC3000进行控制管理。闪速炉工艺系统由I/O点约4200个。通过PLNM和网络与上位冶金模型计算机通信。DCS组态应用软件运行在Windows NT 平台。组态应用软件中大量使用了PI、PID回路调节和串级调节回路,提高了系统调节的稳定性和可靠性。

责任编辑:王慧敏
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