江西銅業集團公司貴溪冶煉廠（以下簡稱貴冶）是我國和世界最大的銅冶煉廠，年產陰極銅超過100萬噸。該廠是國家“六五”計劃期間的22個重點引進項目之一，作為銅冶煉現代化技術的示范工程，項目選用的主工藝、設備和自動化控制系統，都代表了當時世界在該領域的先進水平。得益于國家改革開放政策和技術進步，在集團公司和工廠管理層的支持和促進中，經過20多年的持續不斷的技術改造，實現了基礎過程自動化、信息數字化、傳輸網絡化，建立起初步的MES架構。目前，貴冶在高端管理系統和重要生產過程控制系統均采用小型計算機系統和操作系統。
1.系統選擇的考量
閃速爐是貴冶全廠產品生產線的龍頭。它的工況直接影響工廠產品的產量和質量。而作為其核心的設備的計算機冶金數模控制系統，它不但要在線完成對閃速熔煉過程的控制，還要為操作人員提供實時生產信息數據畫面和操作界面，因此冶金數模控制系統計算機平臺的選擇就非常重要。設想在當前市場銅價格和閃速爐產量的情況下，系統故障停機一天的經濟損失有多么巨大。因此，在考慮閃速爐冶金數模控制系統的設備選擇方面，我們考慮選擇小型計算機系統和UNIX（或VMS）操作系統，主要是基于以下認識和經驗:
貴冶Ｉ系統閃速熔煉冶金數模控制系統，自1985年引進投運的第一套采用HOC900(DEC PDP11/34A)小型機系統用于閃速熔煉冶金數模控制系統，運行到1994年10月，其主機未出現過引起閃速爐停產的重大事故。
基于上述經驗，在1994年我們對引進的第一套采用HOC900(DEC PDP11/34A)小型機系統進行技術改造時，在是采用PC服務器或小型計算機服務器的選擇上，我們經過多次調研和論證，確定仍然采用小型計算機服務器作為閃速熔煉冶金數模控制系統平臺。而自1994年對其改造更新后投入運行的采用DEC VAX4500A小型機系統用于閃速熔煉冶金數模控制系統，它的運行率和在線控制率，始終保持在99.5%和98.5%以上，對企業主工藝穩定可靠運行，連續不斷增產提供了可靠的技術保證。一直運行至今，未發生引起閃速爐停產的重大事故。2005年建設的第二套20萬噸閃速爐冶煉系統（簡稱II系統），其熔煉冶金數模控制系統，采用的是SUN V440小型機系統平臺，于2007年8月1日與閃速爐冶煉系統同步投運,截止到2014年5月，系統穩定、連續運行7年。這足以說明小型計算機系統的高可靠性和高可用性。我們對小型計算機服務器系統和PC服務器系統相比較有如下體會：
系統硬件平臺：
a)對于任何一個工業應用而言，可靠性、穩定性仍是第一位的。小型機具有安全、穩定、可靠、高效的特點
b)小型機的價格也有比較優勢，按照性能/價格來考慮，也優于PC服務器。
c)PC服務器由于其體系結構與小型計算機存在很大不同，在硬件系統管理上（特別是內存儲管理和多任務、多進程中斷/調用、任務優先級管理、實時任務調度方面）存在差距，影響系統整體功能的實現。
d)PC服務器長期運行的整體可靠性和穩定性均不如小型計算機系統。
e)從系統建設和維護的角度來看，我們的體會是：（1）系統選型時充分調研計算機廠商行業排名、產品性能和用戶的使用情況；（2）為設備運行提供穩定可靠的場地環境（機房溫度濕度，接地系統，供電質量，空氣中腐蝕性氣體含量等）；
(3)與工廠定期停產檢修同步，對控制系統主機硬件解體清潔處理。清掃設備內部卡件元器件表面和接插件粘附的灰塵，降低熱阻，排除接觸不良的可能性，提高系統的可靠性。
系統軟件平臺：
a)Unix或Open VMS操作系統都支持64位的硬件平臺，而且在上世紀90年代就已經有足夠多的用戶群，在國內外鋼鐵、電信、銀行、證券、鐵路、民航、軍方等行業都有大量的用戶。該產品是成熟的，可靠的，穩定的，而且有很多開發工具和應用產品可供選擇使用，與數據庫系統和微軟Windows操作系統有接口。
b)閃速爐冶金數模控制系統是一個重要的應用，應該做成一個專用系統。該應用是一個多任務、多進程的系統，對操作系統有很多功能要求。而Unix或Open VMS操作系統都支持這種應用模式。因此系統設計人員可以方便的開發出針對閃速爐計算機控制系統的應用軟件。
c)Unix或Open VMS操作系統對于微軟的Windows操作系統而言，相對封閉，系統源代碼不開放，安全性較高，可防止外來人員復制和竊取。因此一般用戶很難對它進行惡意攻擊，相對受計算機病毒的感染和受攻擊要小于微軟的Windows操作系統。而微軟的Windows操作系統源代碼開放度高，因此成為很多計算機病毒和黑客的攻擊目標，令人防不勝防，損失慘重。
d)據調查，Windows操作系統的穩定性也不高，很多運行該系統的用戶經常受到莫名其妙死機和藍屏的困擾。到目前為止，幾乎所有國外知名的DCS大廠商，其系統的底層控制站的控制器內核系統，無一例外都是采用了Unix系統內核程序來執行控制操作。DCS廠商的現場工程師解釋說，即使操作站（人-機界面）的系統（通常是Windows操作系統）死機，控制站也不會死機，仍能完成既定的控制操作。這就足以說明為什么他們不敢把Windows操作系統的內核放在控制站的系統中。
2.系統閃速熔煉數模控制系統
貴冶的閃速爐系統是全廠產品生產線的龍頭。它的工況直接影響工廠產品的產量和質量。這套生產系統從1985年12月投產就采用計算機在線控制，經過一期、二期、三期技術改造，閃速爐的冶煉能力穩定連續的由初期設計產金屬銅7.5萬噸/年提升到目前的35萬噸/年，這與計算機在線控制系統的保證作用是不可分的。
（1）系統平臺
1978年閃速爐冶煉計算機過程控制系統引進時，工藝現場采用日本橫河電機公司的EK系列自動化儀表。控制系統采用PDP11/34AP小型計算機構成的DDC控制方式，該系統采用DI和A/D模件對過程儀表的模擬變量和狀態進行數字化處理，提供給冶金數學模型應用軟件進行計算，計算結果由D/A和DO模件轉換后通過信號電纜輸出到現場的EK系列自動化儀表，實現對生產過程實時的監控。系統從1985年12月工藝系統投產就實現計算機在線控制。由于備件原因和技術進步的要求，閃速爐計算機在線控制系統在1994年底完成技改后，其軟硬件系統平臺已達到90年代初期的世界先進水平。整個控制系統采用SCC控制方式，控制系統結構采用小型計算機服務器與工廠局域網絡和DCS集散控制系統構成。1994年12月投入在線連續運行至今，功能、穩定性都十分正常。
系統配置：
系統架構：
(2)控制應用構成：
計算機控制系統是一個完整的閉環控制系統。該系統通過實時采集DCS生產數據和化驗分析數據，根據工藝參數變化，自動啟動數學模型計算，實現在線設定值控制。整個系統控制包括前饋和反饋兩部分，其中前饋部分根據生產計劃、原料狀況、控制變量的目標值，求取操作變量的最佳設定值，并向儀表設定輸出；反饋部分則根據控制變量的實測值，求取操作變量的修正值，并對設定值進行修改設定，使控制變量趨于目標值，從而使生產處于計算機控制之下。具體為：
前饋控制：對工藝過程的外部擾動，通過冶金數學模型中反應物料平衡、熱平衡，求出調節變量設定基本值，實現前饋補償和控制。工藝過程的外部擾動主要有：計劃冰銅品位變更；各配料倉的精礦給料比率變更；各配料倉設定的精礦名稱變更；目標渣中鐵硅比Fe/SiO2變更；裝入量設定值變更；裝入干礦成份時序列表檢查；目標冰銅品位變更。其中前四項為渣中鐵硅比Fe/SiO2控制的前饋部分工藝過程的外部擾動；后三項項為冰銅品位Cum及冰銅溫度Tm控制的前饋部分工藝過程的外部擾動。
反饋控制：針對各控制變量的實測值與目標值的偏差，按冶金數學模型反饋系統運算式，求出調節變量的修正值，實現反饋修正和控制。反饋內容： 渣中鐵硅比Fe/SiO2的反饋控制部分內容為渣成份檢查；冰銅品位Cum的反饋控制部分內容為冰銅成份檢查；冰銅溫度Tm的反饋控制部分內容為冰銅溫度檢查。
前饋－反饋控制的綜合輸出(即為調節變量的控制輸出)到DCS控制系統，通過DCS實現對現場執行機構的調控，從而對工藝參量控制。控制流程如下圖所示：
銅閃速熔煉控制變量和調節變量如下表所示；
該控制系統通過DCS采集實時生產數據；根據工藝參數變化，自動啟動數學模型計算，實現在線設定值控制。
（3）DCS控制系統：現場執行機構由Honeywell公司的TDC3000進行控制管理。閃速爐工藝系統由I/O點約4200個。通過PLNM和網絡與上位冶金模型計算機通信。DCS組態應用軟件運行在Windows NT 平臺。組態應用軟件中大量使用了PI、PID回路調節和串級調節回路，提高了系統調節的穩定性和可靠性。
3.系統閃速熔煉數模控制系統
2005年江西銅業股份有限公司為了擴大生產規模，新建了一套年產20萬噸銅閃速爐熔煉生產線，其中配套開發了閃速爐計算機在線優化控制系統，于2007年8月1日與閃速爐熔煉系統同步投運成功。
閃速爐計算機在線優化控制系統在原有引進東予式冶金數模機理模型的基礎上，結合新閃速爐的生產工藝，采用了全新的設計方法、設計理念和技術開發手段。
閃速爐計算機優化控制系統通過實時采集DCS生產數據和化驗分析數據，根據工藝參數變化，自動/手動啟動數學模型計算，實現在線設定值控制，達到優化控制的目的。整個系統控制包括前饋和反饋兩部分，其中前饋部分根據生產計劃、原料狀況、控制變量的目標值，求取操作變量的最佳設定值，并向儀表設定輸出；反饋部分則根據控制變量的實測值，求取操作變量的修正值，并對設定值進行修改設定，使控制變量趨于目標值，從而使生產處于計算機控制之下,形成一個完整的閉環控制系統。整個系統核心部分主要包括四個金屬平衡、兩個熱平衡計算模型以及一個化合物推定計算子模型和一些運算控制邏輯。
（1）系統架構
（2）系統特點
a）采用了全新的面向對象的設計方法進行了重新設計與構建。
b）采用Sun小型機＋UNIX操作系統＋PI實時數據庫＋Windows PC機作為整個系統的基礎平臺，為了確保整個系統的高可靠性和高可用性，系統服務器采用兩臺SUN V440小型機+磁盤陣列構成雙機系統。
c）系統采用C/S＋B/S結構模式，所有關鍵核心業務模塊都運行在服務器SUN小型機上，操作瀏覽界面部署在客戶端Windows PC機上，同時支持WEB方式瀏覽。
d）充分結合了小型機安全、穩定、可靠、高效的特點和Windows操作方便、易維護、界面美觀等特點。
（3）冶金數模控制應用軟件架構
（4）II系統與I系統閃速熔煉數模控制系統相比，在冶金計算模型方面和功能方面都做了一些改進，冶金計算模型方面進行了如下調整：
a)料倉物料可靈活放置：模型中各料倉可以隨意任何礦種，甚至硅酸礦，不影響模型計算。
b)模型支持三種新增不定物料的處理：將品位、成分特殊的物料統一作為不定物料處理，即在不增加新元素或化合物形式的前提下，物料成分可自由設定，為處理特殊礦種（如金精礦）打下基礎。
c)風、油、氧計算公式的修正：根據新閃速爐的設計，考慮了中央油槍，沉淀池拱頂部位硫酸鹽化氧等新型設計對冶金模型的影響，對富氧空氣、中央氧和燃油的計算公式進行了部分修正。
d)修正了數套制氧機協同供氧分配處理機制：每套制氧系統的供氧設定值，可由本系統分配分發或直接下放給DCS分配，提高了系統的靈活性。
e)取消了升降料過程中的風、油、氧的自動鎖定。
截止到2010年8月，系統穩定、連續運行3年，其在線控制率保持在98.5%以上，系統運行率在99.8%以上，保證了II系統閃速爐熔煉過程的連續、穩定的生產。
4.結語
在上述案例中，我們均選擇小型計算機系統作為應用系統平臺。這首先是因為閃速爐熔煉作為重有色金屬（銅、鎳、鉛等）冶煉先進技術已被世界各國認同，其控制系統的可靠有效具有決定意義。其次是作為企業主工藝生產過程自動化控制系統，必須確保系統的可靠和穩定。我們的實踐案例也證明了我們的選擇是正確的。
小型計算機服務器在貴冶廠的主工藝生產過程控制系統中得到有效、可靠的應用，得益于其軟硬件產品質量、性能、功能的優異和可靠，才能為工廠領導和各職能管理部門工作、決策提供了準確、可靠、及時、有效的技術支持。
核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://m.hanmeixuan.com/
本文標題：信息化選型征文：小型計算機服務器在貴溪冶煉廠生產應用中的選用
本文網址：http://m.hanmeixuan.com/html/consultation/10839314887.html
相關文章
