分布式高炉计算机系统的设计

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1998.02.030 第20卷第2期 北京科技大学学报 VoL.20 No.2 1998年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.1998 分布式高炉计算机系统的设计 郑秋宝 尹怡欣王尚君王顺晃马千里 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要介绍了包钢4号高炉的计算机系统组成及其实现方法.该计算机系统(BGBS)由上位机 (又称过程计算机)和下位机所组成，前者完成过程监控、生产管理及操作指导等任务，后者负责过 程检测及相关环节的控制任务 关键词计算机系统；高炉；VAX/VMS;专家系统 分类号TP17,TPI8 1系统设计思想 为了高效可靠地检测、利用和处理高炉中的信息，采用先进的分布式计算机处理系统 BGBFS采用了以HONEYWELL公司的TDC3000集散控制系统为下位机（又称基础自动化 级)，美国DEC公司的VAX4700A为上位机（又称过程级）的分布式处理结构，前者主要完成 现场信号的采集和一些必要的常规控制，如炉体热负荷的检测，原料上料过程的控制，料罐的 称量与开闭，热风炉温度的控制，热风炉工况的切换，煤粉喷吹情况及布袋箱温度的控制等等； 后者利用工厂网络模件(PLNM)通过DecNet网络与前者进行数据通信，将提供的信号进行 整理、分类存储，并在此基础上进行各类生产报表的处理、监控炉体各部分的工作状态，并建立 炉况判断专家系统、[Si]预报、Go-Stop等模型对炉况进行综合决策与判断，为现场操作提供指 导 1.1系统设计目标 包钢4号高炉过程计算机系统的总体设计目标为： (1)收集基础自动化级集散控制系统采集的实时参数，并进行整理、计算和记录， (2)建立高炉炉况判断数学模型和高炉异常炉况判断及热状态预报专家系统，并根据实 时数据、高炉技术计算，以及化验结果计算和显示高炉运行状态，以此作为高炉生产操作的辅 助判断手段，进行操作指导 (3)对高炉炉体各部分的有关温度和热负荷进行监视，为生产操作者提供设备管理信息 (4)对收集和输入的高炉作业状况进行数据加工，自动编制打印报表. (5)对热风炉拱顶温度进行建模和控制，使之实现最佳燃烧，其中废气中氧含量在1%以 下，热效率控制75%左右，实现热风炉交叉并联送风控制 (6)高炉技术参数计算，即根据键入的操作条件参数，计算：()铁水生成速度，理论耗风 量，实际漏风率，熔损炭量，煤气利用率，风口风速，鼓风动能；(b)炉腹煤气生成量，炉腹煤气平均 1997-08-15收稿郑秋宝男，3引岁，副教授 ◆冶金部“八五”攻关项目

第 2 0卷 19 8年 第 2期 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n l v e r s ity o f 灰 i e n e e a n d T e e h n o l o g y B e iji n g V 0 1 . 2 0 N o . 2 A p r . 19 8 ` … _ … ` . ~ ~ . _ 一 ` . . 一 ` 一 ` . * 分布式高炉 计算机系 统 的 设计 郑秋宝 尹 怡欣 王 尚君 王顺 晃 马 千里 北京科技大 学信息工 程学院 , 北京 10 0 0 8 3 摘要 介绍了 包钢 4 号高炉的计算机系 统组成 及其实现方 法 . 该计算 机系统 (B G B邢 ) 由上 位机 (又称过程计算机 ) 和下位机所组成 ,前者完成过程监控 、 生产管理及 操作指导等任务 , 后者负责过 程检测及相 关环节的控制任务 . 关健词 计算机系统;高炉;v A x V/ M ;s 专家系统 分类号 开17 , ” 18 1 系统设计 思想 为 了 高效 可 靠 地 检 测 、 利 用 和处理 高炉 中的 信息 , 采 用先 进 的 分 布式 计 算 机处理 系 统 . B G B FS 采用 了以 H O N E Y NVE L L 公 司的 T D C 一 3 0 0 集 散控制 系 统为下 位机 (又称 基础 自动 化 级 ) , 美 国 D旧C 公 司 的 v A X 4 7 0 A 为上位机 (又称过 程级 )的分 布式 处理 结构 , 前 者 主要完成 现场信号 的 采集 和一些 必 要 的常规控 制 , 如 炉体热 负荷 的检 测 , 原料 上 料过 程 的控 制 , 料罐 的 称量 与开 闭 , 热 风炉温 度的控 制 , 热风炉工 况的切换 , 煤 粉喷 吹情 况及 布袋 箱温 度 的控 制等 等 ; 后 者利 用工 厂 网络模件 ( P L闻哟 通 过 块 c Ne t 网络 与前者 进行 数据通信 ,将提 供的信号 进行 整理 、 分类 存储 , 并 在此基础 上进行 各类生 产报表 的处理 、 监 控炉 体各部分 的工作 状态 , 并建 立 炉 况判 断专家 系统 、 〔is 』预报 、 C O . S otP 等模型 对炉况 进行综 合决策 与判 断 ,为现 场操作 提供 指 导 . 1 . 1 系统设计 目标 包钢 4 号 高炉过程 计算机 系统 的总体设计 目标为 : ( l) 收集基 础 自动化级集 散控制 系统采集的实 时参数 , 并进行 整理 、 计算和 记录 . ( 2) 建立 高炉 炉况判断数学 模型 和高炉 异常炉 况判断及热状 态预报专家系 统 ,并根据实 时数 据 、 高炉 技术计 算 , 以 及化验 结果 计算 和显示 高炉运 行状 态 ,以 此作 为 高炉生 产操 作 的辅 助判 断手 段 ,进 行操作 指 导 . ( 3) 对高炉 炉体各部 分 的有 关温度 和热 负荷进行监 视 , 为生 产操作者提供设 备管 理信息 . (4 ) 对收集和 输人 的高炉作 业状况 进行数 据加 工 , 自动编制 打印报 表 . ( 5) 对热 风炉拱 顶温 度进行 建模 和控制 ,使之实 现最佳燃 烧 ,其中废气 中氧 含量 在 1% 以 下 , 热效 率控制 75 % 左 右 ,实现 热风炉交 叉并联 送风控 制 . (6 ) 高炉 技术 参数 计 算 , 即 根 据 键人 的操 作条 件参 数 , 计 算 : (a) 铁 水生 成速 度 ,理 论耗 风 量 ,实 际漏 风率 , 熔 损炭 量 , 煤气利用 率 ,风 口 风 速 ,鼓风动能 ; ( b) 炉腹 煤气生成 量 ,炉腹煤气 平均 19 9 7 一 0 8 一 巧 收稿 郑秋宝 男 , 31 岁 , 副教授 . 冶金 部 “ 八 五 ” 攻 关 项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1998. 02. 030

·132· 北京科技大学学报 1998年第2期 流速，透气性指数，下料速度及炉料到达风口的下降时间；(C)炉顶煤气发热量；（铁水生成量， 炉渣量，预计的铁水成分；（©）配料计算. 1.2系统功能概述 该过程计算机系统从工艺和功能上划分为12个子系统，如图】所示. 主控/调度模块 原料子系统 陵煤子系统 佚，渣子系统 体体子系统 热风炉子系统 高炉炉况综 炉热指数TC ISi]预报及生铁 异常炉况判断 热风炉燃烧 合判断模型 计算模型 成分推定模型 专家系统 控制模型 通用功能库：数据记录/打印模块，数据显示模块，数据通讯模块， 数学模型接口模块，图形输出模块 图1系统功能结构图 各功能模块具体任务如下 ()主控/调度模块实际上是1组交互和独立进程所组成的进程调度集，主要完成：安排和 协调各子系统及其内部进程的工作：管理和调度下层模块：系统总控/主画面的显示和管理 (2)原料数据处理子系统：原、燃料成分处理；上料称量数据处理；原料装人数据处理 (3)高炉本体数据处理子系统：炉底温度监视；炉体温度及烧损；炉体热负荷数据处理； 炉喉十字测温，炉顶温度分布处理：煤气取样数据处理；生铁中[Si],[P],[S],[C]的推定 (4)铁、渣数据处理子系统：掌握出铁开始及终了时刻、铁口号，根据铁水温度，生铁成分及 炉渣成分进行炉渣碱度计算，根据实际出铁量、出渣量进行渣铁比及平均出铁速度的计算；累 计出铁次数和出铁量，生成渣铁管理报表；渣铁贮量计算 (⑤)喷煤数据处理子系统：根据喷吹罐压力，生成喷吹罐压变化曲线；根据小时煤粉喷吹 量，计算吨铁喷吹量， (6)热风炉数据处理子系统：热风炉管理功能为燃气消耗数据处理，成分分析计算及数据 处理，热风炉运转数据处理，热风炉重新启动处理；热风炉温度监视功能为热风炉各部分温度 的周期数据采集与管理，截止处理和报表数据的整理. (⑦通用报表处理模块的功能为：提高系统的可维护性和开放性，该模块主要完成通用报 表的制作和自动生成工作；根据实时和键入的化验及操作参数生成如下11类共103张报 表即高炉作业报表，炉底温度管理报表，炉体温度管理报表，炉体热负荷管理报表，高炉装料作 业报表，高炉渣铁作业表，原、燃料成分及物理性能分析表，高炉实时作业表等， (⑧)高炉炉况综合判断模型：对高炉总透气性、局部透气性、炉子热状态、炉顶煤气状况、 煤气分布、炉墙温度、炉缸中渣铁残留量等复合参数进行综合判断，并对鼓风压力、炉身下部 压力、上部压力、炉热指数、炉顶煤气CO含量、炉顶煤气N,含量等运行参数的变动量作短期 (30min)、中期(2h)、长期(8h)3种时间推移，同时根据高炉工艺专家的操作经验进行综合判 断，确定炉况是“顺行，注意还是变坏”，以指导高炉操作其中主要判断参数以蜘蛛网图显示 (9)炉热指数TC的计算模型：检测和输人顶压、顶温、风温、风压、流量、喷吹煤粉量、富 氧量、装入时间序列数据、渣铁数据等高炉操作参数，通过热平衡及物料平衡，计算风口前理论

. 13 2 . 北 京 科 技 大 学 学 报 19% 年 第2期 流速 ,透 气性 指数 ,下料 速度 及炉 料 到达风 口 的下 降时 间 ; (c) 炉顶 煤气发热 量 ; (d) 铁水生成量 , 炉渣 量 , 预计 的铁水成 分 ; ( e) 配 料计算 . 1 . 2 系统功能概述 该过程 计算 机系 统从工艺 和功能 上划分 为 12 个子 系统 , 如 图 l 所 示 . 原料子系统 }丝 止华度丝因 匝薰川巫茸画 幽 巴夔到 体子系统 ! 跳风炉子 系统 【is ]预报及 生铁 成分推定模型 异 常炉 况判 断 专家系统 札风炉燃烧 控制模型 通用功能库 : 数据记录 /打 印模块 , 数据显示模块 , 数据通 讯模 块 , 数学模型接 口 模块 , 图形输 出模块 图1 系统功能结构图 各 功 能模块具 体任务如 下 . (l ) 主控 / 调 度模 块实 际上是 l 组交 互和独 立进程 所组成 的进 程调度 集 ,主要完成 : 安排 和 协调 各子 系统及 其 内部进程 的工作 ;管理和 调度下 层模块 ;系 统总控 / 主画 面 的显示和管 理 . (2 )原料数 据处理子 系统 : 原 、 燃料 成分处理 ;上料 称量 数据 处理 ; 原 料装人 数据处理 . (3 )高炉 本体数据处理子 系 统 : 炉底 温度 监 视; 炉 体温度 及烧 损 ; 炉体热 负荷数 据处理 ; 炉喉 十字 测温 ,炉顶 温度分 布处理;煤气取 样数 据处理 ; 生铁 中 【iS ] , 【P] , 【S] , 【C] 的推定 . ( 4 )铁 、 渣数 据处理子 系 统 : 掌握 出铁开始 及终 了时 刻 、 铁 口 号 , 根 据 铁水温 度 ,生铁成分 及 炉渣 成分 进行 炉渣碱 度计算 ; 根 据实 际出铁 量 、 出渣 量进 行渣 铁 比 及平 均 出铁 速度 的计算 ; 累 计 出铁次 数和 出铁量 ,生 成渣 铁管理报 表 ; 渣 铁贮量计算 . (5 ) 喷 煤 数据 处理 子系 统 : 根 据喷 吹罐 压 力 ,生 成 喷吹 罐 压变 化 曲线 ; 根 据 小 时煤 粉喷 吹 量 , 计算 吨铁 喷 吹量 . (6 ) 热风 炉数据处理 子系 统 : 热风 炉管理 功 能为燃 气消耗 数 据处理 ,成分 分 析计算 及数据 处理 , 热风 炉运 转数 据 处理 , 热风 炉重 新启 动处理 ; 热风 炉温 度监 视 功能 为 热风 炉各部 分温度 的周 期数据采集 与管 理 , 截止处理和 报表 数据 的整理 . (7 ) 通用 报表 处理模块的功 能为 : 提高系统的可维护 性和 开放性 ,该模块主要 完成通用报 表 的 制 作 和 自动生 成 工作 ; 根 据 实 时 和键 人 的化 验 及 操作 参数 生成 如下 1 类 共 103 张 报 表 即高炉 作 业报表 , 炉 底温 度管 理报 表 ,炉体温度 管理 报表 , 炉体热负荷 管理 报表 , 高 炉装料作 业报 表 ,高炉 渣铁作业表 , 原 、 燃料 成分 及物理 性能分析 表 ,高炉 实时作 业表等 . (8 ) 高炉 炉况 综合 判 断模型 : 对高 炉总 透气 性 、 局 部 透气性 、 炉 子热 状态 、 炉顶煤 气状 况 、 煤 气分 布 、 炉 墙温 度 、 炉缸 中渣铁残 留量 等复合 参数 进 行综 合判 断 , 并对鼓风 压力 、 炉 身下部 压 力 、 上 部 压力 、 炉 热指 数 、 炉顶煤 气 C O 含 量 、 炉 顶煤 气 伙含 量 等运 行参数的 变动量 作短期 (3 0 而n) 、 中期 (2 h) 、 长期 (8 h )3 种 时间 推移 , 同时 根 据高 炉工 艺 专家 的操 作 经验进 行综 合判 断 ,确 定炉况 是 “ 顺行 ,注 意还是 变坏 ” , 以 指导高炉操作 . 其中主要判 断参数以 蜘蛛 网图显示 . (9) 炉 热指 数 T C 的 计算模型 : 检 测和 输人 顶 压 、 顶 温 、 风温 、 风压 、 流量 、 喷吹煤 粉量 、 富 氧量 、 装 人 时间序 列数 据 、 渣 铁数据等高炉操作参数 ,通 过热平 衡及 物料平 衡 , 计 算风 口 前理论

Vol.20 No.2 郑秋宝等：分布式高炉计算机系统的设计 ·133· 燃烧温度和炉热指数T℃并显示其计算结果， (10)高炉[S]预报及生铁成分推定模型：根据炉热指数时间序列数据，过去动作参数等 推定生铁中[Si];根据原料、炉渣成分及有关数据推定[P],[S],[C]元素含量，预测生铁成分和 碱金属富集状况 (1)高炉异常炉况判断专家系统：是一个相当于优秀高炉操作专家水平的、具有自学习 功能的实时监视，异常炉况预报知识系统.根据操作参数的变化进行判断、分析异常炉况是热 行、冷行、管道、悬料还是崩料，并以可信度和脸谱显示炉况变化，对操作人员预警并指导 (12)热风炉燃烧控制模型：包括气体流量计算模型，拱顶温度控制模型和废气温度控制 模型.气流模型由蓄热量计算模型、BFGM支管流量计算模型和Ai「支管流量计算模型组成； 最佳燃烧控制系统包括带有残氧补正的智能助燃空气流量控制系统和带有煤气压力补正的 智能煤气流量控制系统， (13)通用功能库包括：()数据记录/打印功能，即作业报表，管理报表，生产日报，月报的 数据计算、生成与打印；(b)数据显示功能，即操作监视画面，设定画面，数据组输人画面，瞬时 值显示和趋势记录画面的实时操作；（©）数据通讯功能实现与基础自动化级的数据交换和实 时数据库的管理；(d)数学模型接口；（©）图形输出模块解决因用户压缩硬件投资而引发的“无 专用图形输出设备，屏幕硬拷贝效果不理想”等问题，直接面向针式打印机实现图形工作站和 报表系统中图形/画面的打印任务，效果显著) 2系统实现 2.1硬件系统 包钢4号高炉计算机系统的下位机为HONEYWELL公司的TDC-3000集散控制系统，过 程计算机硬件系统主要由1台美国DEC公司的VAX4700A主机服务器、2台图形工作站 VAX Station及相关的网络配件组成，各自成为DEC网络DecNet中的1个站点.其中 TDC-3000通过工厂网络模件(PLNM)与DecNet连接，成为上级网络DecNet中的1个站点，同 时又使VAX/VMS主机成为TDC3000中局部控制网络LCN(Local Control Network)中的1 个计算模件(CM),通过Honey Well通信软件包CMS0N与其他的下位机模件进行数据交换. (1)VAX4700A主机服务器：作为工作主机，维持整个局域以太网的正常运行，支持网 上各设备的资源共享，保证与Honey Well TDC:3000的通讯. (2)VAX Station4000/60工作站(2台)：1台为操作工长的主要工作控制台，用于显示工 艺和炉况画面；1台除了可共享上述功能外，还用于系统维护 (3)8路终端服务器实现终端与主机的硬件连接.4台汉字字符终端分别用于数据录人、 交互界面的管理与实现、系统监控及程序调试 (4)汉字打印机和高速行式打印机用于各种生产报表、图形、程序调试信息的输出 2.2软件系统 操作系统：采用美国DEC公司的Open VAX Version5.5汉字操作系统及DecNet F网络操 作软件.开发环境：图形及录人界面设计采用DataView Version9.Ia软件；与486个人微机的 通信采用PATHWORK软件；应用软件使用的编程语言为DEC/VAX C V.4.0语言；上下位 机间的通信软件采用Honey Well通信软件包CM50N开发.应用软件详见2.2节及图I

v ol . 2 0 No . 2 郑秋宝等 : 分布式高炉 计算机系统 的设计 . 13 3 . 燃 烧温 度 和炉 热指数 T C 并显示 其计算 结果 . ( 10) 高炉 s[ i] 预报及 生 铁成分 推 定模 型 : 根据 炉 热指 数 时 间序 列 数据 ,过 去 动作 参数 等 推定 生铁 中 【iS 」; 根据原料 、 炉渣成分及有 关数据推 定 【P] , 〔S] , 【C] 元 素含量 , 预测生铁成分和 碱金 属 富集状况 . ( 1 ) 高 炉异 常炉况判 断 专家系 统 : 是 一个相 当于 优 秀高炉 操作 专家水 平 的 、 具有 自学 习 功能 的 实时监 视 ,异常 炉况 预报 知识 系统 . 根据 操 作参数 的变化 进行 判 断 、 分 析异 常炉 况是 热 行 、 冷行 、 管道 、 悬料 还是崩料 ,并 以 可信度 和脸 谱显示 炉况 变化 , 对操 作人 员预警并 指 导 . ( 12) 热风炉燃 烧控 制模 型 : 包括气 体 流量计 算模 型 、 拱 顶 温度控 制模 型和 废气 温度 控制 模 型 . 气 流模型 由蓄热 量计算模 型 、 B F G M 支管 流量 计算 模 型和 iA r 支 管流 量计 算模 型组 成 ; 最佳燃 烧控 制系 统包括 带有残氧 补正 的智能 助燃 空气 流量 控 制系 统和 带有 煤气 压力 补 正 的 智能煤气流量控制系 统 . ( 1 3) 通 用功能库包括 : ( a) 数据记 录 / 打 印功能 , 即作业 报表 ,管理报 表 ,生产 日报 ,月 报 的 数据计算 、 生成 与打 印 ; ( b) 数 据显示 功 能 , 即操 作监 视 画 面 , 设 定 画 面 , 数 据组 输人 画 面 , 瞬 时 值 显示 和趋 势记 录画 面的实 时操作 ; c( ) 数 据通讯 功能 实现 与基 础 自动化 级 的数据 交换 和实 时数据 库 的管理 ; (d) 数 学模 型接 口 ; e( ) 图形输 出模 块解 决 因用 户压 缩硬 件 投 资而 引发 的 “ 无 专 用 图形 输 出设备 ,屏幕 硬拷 贝效 果不理 想 ” 等 问题 ,直 接 面 向针式 打 印机 实现 图形 工作 站和 报表 系统 中 图形 / 画面 的打 印任务 , 效果 显著 【’ 〕 . 2 系统实现 2 . 1 硬件系统 包钢 4 号高炉计算机 系统的 下位 机 为 H O N服Y w E L L 公 司的 T E 〔! 一 3 0 0 0 集 散控 制系 统 , 过 程 计算机 硬件 系 统 主要 由 1 台美 国 D E C 公 司的 V A X 4 7 0 A 主机 服 务器 、 2 台 图形 工 作 站 v A x s iat o n 及 相 关 的 网 络 配 件 组 成 , 各 自成 为 D E C 网 络 eD c Ne t 中 的 1 个 站 点 . 其 中 T D C 一 30 0 通过 工厂网络模 件 (P L 闻哟 与 eD c Ne t 连接 , 成 为上级 网络 氏 c Ne t 中的 l 个站点 , 同 时又 使 V AX V/ M S 主机 成为 T D C 一 3 0 0 0 中局部控制 网络 L C N ( Lco al C o n otr l Ne wt o kr ) 中的 l 个计算模件 (C M ) ,通 过 H on ey w e n 通信 软件包 C M 50 N 与其他 的下位机模件进 行数据交换 . (l) v A x 4 70 0 A 主机服 务器 : 作 为工 作 主机 , 维持整 个 局域 以 太 网的 正常 运行 ,支 持 网 上各 设备的资源共享 ,保证 与 H on ey w e ll T D C 3 0 0 O 的通讯 . (2) v XA S iat on 40 0 6/ 0 工作站 ( 2 台 ) : 1 台 为操作工长 的 主要 工作控制 台 ,用于 显示 工 艺和 炉况 画面; l 台 除 了可共 享上述 功能外 ,还 用于系 统维护 . (3 ) 8 路终端 服务 器实 现终端 与主 机 的硬件 连接 . 4 台汉 字 字符 终端分 别 用于 数据 录人 、 交互界 面的管理 与实现 、 系统监 控及程序 调试 . (4 ) 汉 字打 印机 和高速 行式打 印机用 于 各种 生产报 表 、 图形 、 程序 调 试信息 的输 出 . .2 2 软件系统 操作 系统: 采 用美 国 D E C 公 司的 O pe n v A X V e sr ion 5 . 5 汉 字操作 系 统及 氏 c Ne t 网络操 作 软件 . 开发环 境 : 图形 及录人 界面 设 计采 用 压at iV e w V e isr on 9 . al 软件 ; 与 4 86 个人 微机 的 通信采用 P A T HW O RK 软件 ; 应 用软 件使用 的编程 语 言为 D EC V/ A X C V .4 0 语言 ; 上 下位 机间 的通 信软件采用 H o ne y w e l 通 信软件 包 C M 50 N 开 发 . 应 用 软件详见 2 . 2 节及 图 1

·134· 北京科技大学学报 1998年第2期 2.3数据流图 系统将系统数据按工艺流程和数据本身特性分为实时数据和非实时数据两大类，并按照 一种高效的数据结构依时间分别存放在相应的数据库之中.同时，利用VAX主机内存建立一 个实时数据共用区，主要用于存放通过基础自动化级发送到VAX主机，即CM模件中的数据 包，并通过DecNet网络实现全系统的共享整个系统的数据流程如图2所示. 报表库 CM50N TDC 3000 人机交互 、非实时库) (下位机) 界面 实时库 共用区 (系统参数库 用户 历史/画面库 系统维护 工艺流程及各监控 画面（图形工作站） 图2包钢4号高炉计算机系统数据流图 2.4系统安全性 为提高系统的容错性，确保系统的可靠，安全运行，除了要求系统管理员对整个系统资源 进行细致、科学的调配和严格执行系统操作规程外，本系统在开发过程中特别强调对系统异 常情况的处理，并进行了统一规划，以便于操作错误和一般故障的自动修正；对那些特殊或严 重的系统故障及时给出错误发生模块名称及相应的处理意见.本系统出错信息分为4大类： 输人参数不当、中间参数错误、系统错误和其他错误在运行过程中，系统将对每个错误均进行 编码和描述，用户可借此尽快得出解决办法 3进程管理及系统集成 系统根据各应用进程的实时性将它们分成若干等级，将那些非实时进程安排在系统高峰 期之外调度.BGBS过程计算机系统内部的应用进程包括：实时通信进程(6个)，炉况综合判 断独立进程(1个)、铁水中硅含量及成分推定独立进程(1个)、异常状况判断专家系统独立进 程(1个)、热风炉燃烧控制模型独立进程(1个)，历史/趋势数据处理独立进程(1个)，报表自 动生成独立进程(1个)，画面/图形处理交互进程(1个)，数据键人及管理交互进程(1个).上述 进程的优先级依次为：实时通信进程最高，数据键人及管理交互进程最低 实时通信进程组对基础自动化级传送的实时数据依工艺流程和信号种类自动定时处理， 其中3个用于温度类信号采集和通信（采集频率为150s),2个用于流量及压力类信号采集和 通信（采集频率为1min),】个用于开关量的采集与通信（采集频率为20s).数据键人及管理交 互进程主要负责数据录人及其计算、报表/图形输出以及系统管理等工作.历史/趋势数据处 理独立进程自动将建立VAX主机上的数据共用区内与历史/趋势画面有关的信号通过 DecNet网络定时传送到图形工作站，并按画面分别存放（其存储周期为5min,存储的时间范

. 13 4 . 北 京 科 技 大 学 学 报 19 98 年 第2期 .2 3 数据流 图 系统将 系 统数 据按 工艺 流程 和数 据本 身特性 分 为实 时数据 和非 实 时数据 两大类 ,并 按照 一种 高效 的数据 结构 依 时间分 别存放在相 应 的数据库之 中 . 同时 , 利 用 V A X 主机 内存 建立一 个实 时数 据共 用 区 , 主要 用于 存 放通过 基 础 自动化级 发送 到 v A x 主机 , 即 C M 模件 中的数据 包 , 并 通过 eD c Ne t 网络 实现全 系 统的共 享 . 整个系 统的数 据流程 如 图 2 所示 . C M 5 0 N T D C 3 0 0 0 人机交互 (下位机 ) 界 面 工 艺流程及各监控 画面 ( 图形工 作站) 图2 包钢4 号高炉计算机系统数据流图 .2 4 系统安全 性 为提 高系 统 的容错 性 , 确保系 统 的可靠 、 安全 运行 , 除 了要 求 系 统管理 员 对整个 系 统资源 进 行细 致 、 科 学 的 调配 和 严格 执行 系 统操 作规程外 , 本 系统 在 开发过 程 中特别 强调 对系统异 常情 况 的处理 ,并进 行 了统 一规划 , 以便于 操作 错误 和一 般故 障 的 自动修正 ; 对那 些特 殊或 严 重 的 系统 故 障及 时给 出错误 发 生模 块名 称 及相 应 的处 理意 见 . 本 系 统 出错信 息 分 为 4 大类 : 输人 参数 不 当 、 中间参数 错误 、 系统错 误和 其他错 误 . 在运行 过程 中 ,系 统将对每 个错 误均进 行 编码 和描 述 , 用 户可借此 尽快 得 出解 决办 法 . 3 进程管理及 系统 集成 系 统根 据各 应用 进程 的 实时性 将它 们分 成若 干等级 , 将 那 些非 实时 进程 安排 在系 统高 峰 期 之外 调度 . B G B FS 过程 计 算机 系 统 内部 的应 用进 程 包括 : 实 时通信 进程 ( 6 个 ) , 炉况综合判 断独立进 程 ( l 个 ) 、 铁水中硅含 量及成 分推定独立 进程 ( 1 个 ) 、 异常状 况判 断专家系 统独 立进 程 ( l 个 ) 、 热 风炉 燃 烧控 制模 型 独立 进程 ( l 个 ) ,历 史 / 趋 势数 据处 理 独立 进程 ( 1 个 ) , 报 表 自 动生成 独立 进程 ( 1 个 ) , 画 面 / 图形处理交互 进程 ( 1 个 ) , 数据 键人 及管 理交互 进程 ( 1 个 ) . 上述 进程 的优先 级依 次为 : 实 时通信 进程最 高 ,数据键 人及管 理交 互进程 最低 . 实 时通信 进程 组 对基 础 自动化级 传送 的实 时数 据依工 艺 流程 和信号 种类 自动定 时处理 , 其中 3 个 用于 温度类 信 号采集 和通 信 (采 集频 率 为 150 5 ) , 2 个用 于 流量及 压力类 信号采 集和 通信 (采集 频率 为 1 m in) , 1 个用 于开 关量 的采集 与通信 ( 采集频 率 为 20 5) . 数 据键人及 管理交 互进 程主 要负 责数 据 录人及 其计 算 、 报 表 / 图形 输 出以 及 系统 管理 等工作 . 历 史 / 趋势数 据处 理 独 立 进 程 自动 将建 立 V A X 主机 上 的 数据 共 用 区 内 与 历 史 / 趋 势 画面 有关 的信号 通 过 eD c Ne t 网络定 时 传送 到 图形 工 作站 ,并 按 画面 分别 存 放 (其 存储周 期 为 5 而n , 存储的时 间范

Vol.20 No.2 郑秋宝等：分布式高炉计算机系统的设计 ·135· 围可调)，为画面/图形处理交互进程准备数据.画面/图形处理交互进程采用“全窗口、全按 钮”的设计风格，实现BGBFS系统中200多幅工艺流程画面和各类图形的实时显示任务，报表 自动生成独立进程在午夜和每工作班次中系统相对空闲时激活，自动生成当前时刻最新的班 报、日报或月报，使用户在需要时可直接打印输出.其余各进程的功能见1.2节中相应模块的 描述 4结束语 由于该系统的设计严格按照软件工程的规范进行，充分考虑了系统设计的安全性、通用 性、可维护性及可扩充性，只需稍加调整便可以方便的应用于其他高炉通过已投人生产运行 的实际效果来看，该系统取得了较满意的效果此外，随着系统后期各数学模型和专家系统的 陆续使用，各模型的知识和经验积累将得到丰富，其自学习与适应能力得到加强，其应用前景 和实效也将随之得到更加充分的体现. 参考文献 1郑秋宝，杨建军.一种直接面向打印机的图形输出方法.冶金自动化，1997,21(4)：356 2郑秋宝，马千里，王顺晃.高炉过程计算机数据处理系统中通信及报表的功能的实现，冶金自动化，1997， 21(6):41 致谢 在本系统的完成过程中，得到了北京科技大学程冬超，孙铁绳，张东旺，吴胜利等以及包头钢铁公司的范 国光，吕和平，李振宇，程涛，陈澄，李保信，赵国治，李毅民，孙长顺，柳锦文等同志的直接帮助和支持，深表感 谢 Design of Distributed Computer System for Some Blast Furnace Zheng Oiubao Yin Yixin Wang Shangjun Wang Shunhuang Ma Oianli Information Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The construction and application of the distributed computer system for the No.4 Blast Furnace in Baotou Iron and Steel Corporation were described.The computer system consists of two parts:basic detection and control computers and process computers. The former is responsible for the sampling of real-time signals and the automatic control, while the latter accomplishes the data processing,the operation of expert systems,the prediction of the working status of the BF and the communication among computers. KEY WORDS computer system;blast furnace(BF);VAX/VMS;expert system

v ol 2 0 No . 2 郑秋宝等 : 分布式高 炉计算机系统的 设计 · 13 5 · 围可 调 ) , 为 画面 / 图形 处理交 互进程 准 备数 据 . 画 面 / 图形 处理 交 互进 程采 用 “ 全 窗 口 、 全 按 钮 ” 的设计风格 , 实现 B BG SF 系 统中 2 0 多 幅工艺 流程 画 面和 各类 图形 的实 时显示任务 , 报表 自动生 成 独立 进程在 午夜和每 工作班 次 中系 统相对空 闲时激 活 , 自动生成 当前 时刻 最新 的班 报 、 日报或 月报 , 使 用户 在需 要 时可 直接 打 印输 出 . 其余 各 进程 的 功 能见 1 . 2 节 中相应 模块 的 描述 . 4 结束语 由于该 系 统的设计严 格 按照 软件 工程 的规范进 行 , 充分 考 虑 了系 统设计 的安 全性 、 通 用 性 、 可维 护性 及可 扩充性 , 只需稍 加调 整便可 以 方便 的应 用于 其他 高 炉 . 通过 已 投 人 生产 运行 的 实 际效果来看 , 该系 统取 得 了较满 意 的效果 . 此外 , 随着系 统 后期 各数 学 模型和 专家系 统 的 陆续 使用 ,各模型 的知识和 经验 积累 将得 到 丰富 ,其 自学 习与适应 能 力得 到 加强 ,其应 用前景 和实效 也将 随之得 到更加 充分 的体现 . 参 考 文 献 l 郑秋 宝 , 杨建军一种直接面向打 印机的图形输 出方法 . 冶金 自动化 , 1 9 97 , 2 1(:4) 35 6 2 郑秋 宝 , 马 千里 , 王 顺晃 . 高炉过程计算机数据处理系统中通信及报表的功能的实现 . 冶金 自动化 , 19 97 , 2 1 (6 ) : 4 1 致谢 在本系统的完成过程 中 , 得到了北京科技大学程冬超 , 孙铁绳 , 张东 旺 , 吴胜利 等以 及 包头钢铁公 司的范 国光 , 吕和 平 , 李振宇 , 程涛 , 陈澄 , 李保信 , 赵国 治 , 李毅民 , 孙长顺 , 柳锦文等 同志的直接帮助和 支持 , 深表感 谢 . D e s i g n o f D i s tr ib u t e d C o m P u t e r S y s t e m fo r S o m e B l a s t F u nr a e e 及 e n g Qi u b a o 物 万万月 瀚 n g 肋 a n gj u n Wa n g hS u n h u a n g 凡轰1 Q i a n li I川池n n a it o n E呢i n e e ir n g S c h o l , U S T B e ij i n g , B e ij i n g 100 0 8 3 , C ih n a A B ST R A C T T h e e o n s trU c it o n a n d ap P li c a it o n o f ht e d i s itr b u te d c o m uP te r s y s te m of r ht e N b . 4 B l as t uF m ac e i n B a o ot u I or n a n d S te e l C o r侧〕 ar it o n w e re d e s c ir be d . hT e c o m P u te r s y s te m e o n s i s ts o f tw o P a 引比: b as i e d e te e it o n a n d e o n t or l e om P u te rs a n d P ocr e s s c o m P u te rs . hT e of rm e r 1 5 re s pe n s i b l e of r ht e s am P li n g o f re al 一 it m e s i g n a l s a n d ht e an ot m a it e e o n otr l , w 拓 l e ht e l a et r ac e o m P li s he s ht e d a at P ocr e s s i n g , ht e o pe ar it o n o f e x pe rt s y s et m s , ht e erP d i c it o n o f ht e w o ikr n g s at ut s o f ht e B F a n d ht e c o m m u n i e a it o n am o n g e o m P u et sr . K E Y W O R D S e o m P u et r s y s et m ; b l as t fu nr ac e ( B )F ; V A X V/ M S ; e x pe rt s y s et m