江西銅業(yè)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(chǎn)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(xiàn)代化技術(shù)的示范工程，項目選用的主工藝、設(shè)備和自動化控制系統(tǒng)，都代表了當時世界在該領(lǐng)域的先進水平。得益于國家改革開放政策和技術(shù)進步，在集團公司和工廠管理層的支持和促進中，經(jīng)過20多年的持續(xù)不斷的技術(shù)改造，實現(xiàn)了基礎(chǔ)過程自動化、信息數(shù)字化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化，建立起初步的MES架構(gòu)。目前，貴冶在高端管理系統(tǒng)和重要生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)均采用小型計算機系統(tǒng)和操作系統(tǒng)。

　　1.系統(tǒng)選擇的考量

　　閃速爐是貴冶全廠產(chǎn)品生產(chǎn)線的龍頭。它的工況直接影響工廠產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。而作為其核心的設(shè)備的計算機冶金數(shù)�？刂葡到y(tǒng)，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(chǎn)信息數(shù)據(jù)畫面和操作界面，因此冶金數(shù)�？刂葡到y(tǒng)計算機平臺的選擇就非常重要。設(shè)想在當前市場銅價格和閃速爐產(chǎn)量的情況下，系統(tǒng)故障停機一天的經(jīng)濟損失有多么巨大。因此，在考慮閃速爐冶金數(shù)模控制系統(tǒng)的設(shè)備選擇方面，我們考慮選擇小型計算機系統(tǒng)和UNIX（或VMS）操作系統(tǒng)，主要是基于以下認識和經(jīng)驗:

　　貴冶Ｉ系統(tǒng)閃速熔煉冶金數(shù)模控制系統(tǒng)，自1985年引進投運的第一套采用HOC900(DEC PDP11/34A)小型機系統(tǒng)用于閃速熔煉冶金數(shù)模控制系統(tǒng)，運行到1994年10月，其主機未出現(xiàn)過引起閃速爐停產(chǎn)的重大事故。

　　基于上述經(jīng)驗，在1994年我們對引進的第一套采用HOC900(DEC PDP11/34A)小型機系統(tǒng)進行技術(shù)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(jīng)過多次調(diào)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(shù)�？刂葡到y(tǒng)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(tǒng)用于閃速熔煉冶金數(shù)�？刂葡到y(tǒng)，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(yè)主工藝穩(wěn)定可靠運行，連續(xù)不斷增產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)保證。一直運行至今，未發(fā)生引起閃速爐停產(chǎn)的重大事故。2005年建設(shè)的第二套20萬噸閃速爐冶煉系統(tǒng)（簡稱II系統(tǒng)），其熔煉冶金數(shù)模控制系統(tǒng)，采用的是SUN V440小型機系統(tǒng)平臺，于2007年8月1日與閃速爐冶煉系統(tǒng)同步投運,截止到2014年5月，系統(tǒng)穩(wěn)定、連續(xù)運行7年。這足以說明小型計算機系統(tǒng)的高可靠性和高可用性。我們對小型計算機服務器系統(tǒng)和PC服務器系統(tǒng)相比較有如下體會：

　　系統(tǒng)硬件平臺：

　　a)對于任何一個工業(yè)應用而言，可靠性、穩(wěn)定性仍是第一位的。小型機具有安全、穩(wěn)定、可靠、高效的特點

　　b)小型機的價格也有比較優(yōu)勢，按照性能/價格來考慮，也優(yōu)于PC服務器。

　　c)PC服務器由于其體系結(jié)構(gòu)與小型計算機存在很大不同，在硬件系統(tǒng)管理上（特別是內(nèi)存儲管理和多任務、多進程中斷/調(diào)用、任務優(yōu)先級管理、實時任務調(diào)度方面）存在差距，影響系統(tǒng)整體功能的實現(xiàn)。

　　d)PC服務器長期運行的整體可靠性和穩(wěn)定性均不如小型計算機系統(tǒng)。

　　e)從系統(tǒng)建設(shè)和維護的角度來看，我們的體會是：（1）系統(tǒng)選型時充分調(diào)研計算機廠商行業(yè)排名、產(chǎn)品性能和用戶的使用情況；（2）為設(shè)備運行提供穩(wěn)定可靠的場地環(huán)境（機房溫度濕度，接地系統(tǒng)，供電質(zhì)量，空氣中腐蝕性氣體含量等）；

　　(3)與工廠定期停產(chǎn)檢修同步，對控制系統(tǒng)主機硬件解體清潔處理。清掃設(shè)備內(nèi)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(tǒng)的可靠性。

　　系統(tǒng)軟件平臺：

　　a)Unix或Open VMS操作系統(tǒng)都支持64位的硬件平臺，而且在上世紀90年代就已經(jīng)有足夠多的用戶群，在國內(nèi)外鋼鐵、電信、銀行、證券、鐵路、民航、軍方等行業(yè)都有大量的用戶。該產(chǎn)品是成熟的，可靠的，穩(wěn)定的，而且有很多開發(fā)工具和應用產(chǎn)品可供選擇使用，與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和微軟Windows操作系統(tǒng)有接口。

　　b)閃速爐冶金數(shù)�？刂葡到y(tǒng)是一個重要的應用，應該做成一個專用系統(tǒng)。該應用是一個多任務、多進程的系統(tǒng)，對操作系統(tǒng)有很多功能要求。而Unix或Open VMS操作系統(tǒng)都支持這種應用模式。因此系統(tǒng)設(shè)計人員可以方便的開發(fā)出針對閃速爐計算機控制系統(tǒng)的應用軟件。

　　c)Unix或Open VMS操作系統(tǒng)對于微軟的Windows操作系統(tǒng)而言，相對封閉，系統(tǒng)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(tǒng)。而微軟的Windows操作系統(tǒng)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(jù)調(diào)查，Windows操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性也不高，很多運行該系統(tǒng)的用戶經(jīng)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(tǒng)的底層控制站的控制器內(nèi)核系統(tǒng)，無一例外都是采用了Unix系統(tǒng)內(nèi)核程序來執(zhí)行控制操作。DCS廠商的現(xiàn)場工程師解釋說，即使操作站（人-機界面）的系統(tǒng)（通常是Windows操作系統(tǒng)）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(tǒng)的內(nèi)核放在控制站的系統(tǒng)中。

　　2.系統(tǒng)閃速熔煉數(shù)�？刂葡到y(tǒng)

　　貴冶的閃速爐系統(tǒng)是全廠產(chǎn)品生產(chǎn)線的龍頭。它的工況直接影響工廠產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。這套生產(chǎn)系統(tǒng)從1985年12月投產(chǎn)就采用計算機在線控制，經(jīng)過一期、二期、三期技術(shù)改造，閃速爐的冶煉能力穩(wěn)定連續(xù)的由初期設(shè)計產(chǎn)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(tǒng)的保證作用是不可分的。

   （1）系統(tǒng)平臺

　　1978年閃速爐冶煉計算機過程控制系統(tǒng)引進時，工藝現(xiàn)場采用日本橫河電機公司的EK系列自動化儀表�？刂葡到y(tǒng)采用PDP11/34AP小型計算機構(gòu)成的DDC控制方式，該系統(tǒng)采用DI和A/D模件對過程儀表的模擬變量和狀態(tài)進行數(shù)字化處理，提供給冶金數(shù)學模型應用軟件進行計算，計算結(jié)果由D/A和DO模件轉(zhuǎn)換后通過信號電纜輸出到現(xiàn)場的EK系列自動化儀表，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程實時的監(jiān)控。系統(tǒng)從1985年12月工藝系統(tǒng)投產(chǎn)就實現(xiàn)計算機在線控制。由于備件原因和技術(shù)進步的要求，閃速爐計算機在線控制系統(tǒng)在1994年底完成技改后，其軟硬件系統(tǒng)平臺已達到90年代初期的世界先進水平。整個控制系統(tǒng)采用SCC控制方式，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用小型計算機服務器與工廠局域網(wǎng)絡(luò)和DCS集散控制系統(tǒng)構(gòu)成。1994年12月投入在線連續(xù)運行至今，功能、穩(wěn)定性都十分正常。

　　系統(tǒng)配置：

　　系統(tǒng)架構(gòu)：

　　(2)控制應用構(gòu)成：

　　計算機控制系統(tǒng)是一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過實時采集DCS生產(chǎn)數(shù)據(jù)和化驗分析數(shù)據(jù)，根據(jù)工藝參數(shù)變化，自動啟動數(shù)學模型計算，實現(xiàn)在線設(shè)定值控制。整個系統(tǒng)控制包括前饋和反饋兩部分，其中前饋部分根據(jù)生產(chǎn)計劃、原料狀況、控制變量的目標值，求取操作變量的最佳設(shè)定值，并向儀表設(shè)定輸出；反饋部分則根據(jù)控制變量的實測值，求取操作變量的修正值，并對設(shè)定值進行修改設(shè)定，使控制變量趨于目標值，從而使生產(chǎn)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(shù)學模型中反應物料平衡、熱平衡，求出調(diào)節(jié)變量設(shè)定基本值，實現(xiàn)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(shè)定的精礦名稱變更；目標渣中鐵硅比Fe/SiO2變更；裝入量設(shè)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(shù)學模型反饋系統(tǒng)運算式，求出調(diào)節(jié)變量的修正值，實現(xiàn)反饋修正和控制。反饋內(nèi)容： 渣中鐵硅比Fe/SiO2的反饋控制部分內(nèi)容為渣成份檢查；冰銅品位Cum的反饋控制部分內(nèi)容為冰銅成份檢查；冰銅溫度Tm的反饋控制部分內(nèi)容為冰銅溫度檢查。

　　前饋－反饋控制的綜合輸出(即為調(diào)節(jié)變量的控制輸出)到DCS控制系統(tǒng)，通過DCS實現(xiàn)對現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)控，從而對工藝參量控制�？刂屏鞒倘缦聢D所示：

　　銅閃速熔煉控制變量和調(diào)節(jié)變量如下表所示；

　　該控制系統(tǒng)通過DCS采集實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)；根據(jù)工藝參數(shù)變化，自動啟動數(shù)學模型計算，實現(xiàn)在線設(shè)定值控制。

   （3）DCS控制系統(tǒng)：現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)由Honeywell公司的TDC3000進行控制管理。閃速爐工藝系統(tǒng)由I/O點約4200個。通過PLNM和網(wǎng)絡(luò)與上位冶金模型計算機通信。DCS組態(tài)應用軟件運行在Windows NT 平臺。組態(tài)應用軟件中大量使用了PI、PID回路調(diào)節(jié)和串級調(diào)節(jié)回路，提高了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性和可靠性。

　　3.系統(tǒng)閃速熔煉數(shù)�？刂葡到y(tǒng)

　　2005年江西銅業(yè)股份有限公司為了擴大生產(chǎn)規(guī)模，新建了一套年產(chǎn)20萬噸銅閃速爐熔煉生產(chǎn)線，其中配套開發(fā)了閃速爐計算機在線優(yōu)化控制系統(tǒng)，于2007年8月1日與閃速爐熔煉系統(tǒng)同步投運成功。

　　閃速爐計算機在線優(yōu)化控制系統(tǒng)在原有引進東予式冶金數(shù)模機理模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合新閃速爐的生產(chǎn)工藝，采用了全新的設(shè)計方法、設(shè)計理念和技術(shù)開發(fā)手段。

　　閃速爐計算機優(yōu)化控制系統(tǒng)通過實時采集DCS生產(chǎn)數(shù)據(jù)和化驗分析數(shù)據(jù)，根據(jù)工藝參數(shù)變化，自動/手動啟動數(shù)學模型計算，實現(xiàn)在線設(shè)定值控制，達到優(yōu)化控制的目的。整個系統(tǒng)控制包括前饋和反饋兩部分，其中前饋部分根據(jù)生產(chǎn)計劃、原料狀況、控制變量的目標值，求取操作變量的最佳設(shè)定值，并向儀表設(shè)定輸出；反饋部分則根據(jù)控制變量的實測值，求取操作變量的修正值，并對設(shè)定值進行修改設(shè)定，使控制變量趨于目標值，從而使生產(chǎn)處于計算機控制之下,形成一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)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(tǒng)架構(gòu)

   （2）系統(tǒng)特點

　　a）采用了全新的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法進行了重新設(shè)計與構(gòu)建。

　　b）采用Sun小型機＋UNIX操作系統(tǒng)＋PI實時數(shù)據(jù)庫＋Windows　PC機作為整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，為了確保整個系統(tǒng)的高可靠性和高可用性，系統(tǒng)服務器采用兩臺SUN V440小型機+磁盤陣列構(gòu)成雙機系統(tǒng)。

　　c）系統(tǒng)采用C/S＋B/S結(jié)構(gòu)模式，所有關(guān)鍵核心業(yè)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(jié)合了小型機安全、穩(wěn)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(shù)�？刂茟�用軟件架構(gòu)

   （4）II系統(tǒng)與I系統(tǒng)閃速熔煉數(shù)�？刂葡到y(tǒng)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(diào)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(tǒng)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(shè)定，為處理特殊礦種（如金精礦）打下基礎(chǔ)。

　　c)風、油、氧計算公式的修正：根據(jù)新閃速爐的設(shè)計，考慮了中央油槍，沉淀池拱頂部位硫酸鹽化氧等新型設(shè)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(shù)套制氧機協(xié)同供氧分配處理機制：每套制氧系統(tǒng)的供氧設(shè)定值，可由本系統(tǒng)分配分發(fā)或直接下放給DCS分配，提高了系統(tǒng)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(tǒng)穩(wěn)定、連續(xù)運行3年，其在線控制率保持在98.5%以上，系統(tǒng)運行率在99.8%以上，保證了II系統(tǒng)閃速爐熔煉過程的連續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)。

　　4.結(jié)語

　　在上述案例中，我們均選擇小型計算機系統(tǒng)作為應用系統(tǒng)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(shù)已被世界各國認同，其控制系統(tǒng)的可靠有效具有決定意義。其次是作為企業(yè)主工藝生產(chǎn)過程自動化控制系統(tǒng)，必須確保系統(tǒng)的可靠和穩(wěn)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(chǎn)過程控制系統(tǒng)中得到有效、可靠的應用，得益于其軟硬件產(chǎn)品質(zhì)量、性能、功能的優(yōu)異和可靠，才能為工廠領(lǐng)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(shù)支持。 

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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(chǎn)應用中的選用

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