冶金工业自动化系统的体系结构3..

近年来由于要适应激烈的市场竟争需要，互联网和信息技术的发展，全 球化的趋势是钢铁公司的自动化已从公司内部到顾客和社会。实行生产 ― 物 流 ― 销售 ― 体化，不仅内部联网，且与最终用户（汽车、机电制造等工厂） 以至税务部门和海关联网，使信息更广域化和高效化，甚至通过卫星监视船 舶已到达地点，以向用户报告使之作接收准备。此外，电子商务的发展等， 这就要求自动化系统能适应这些进展。为此，出现如图 1 一 38 所示的 WIMS （网络集成制造系统）。WIMS 是以 Web 和智能技术为基础，能充分利用互 联网的资源，能实现全球化供销链、远程技术支持和远程诊断等， M2 一 N2 是常规控制和智能控制等， M3 一 N3 可进行监控、复杂的数学模型和人工 智能等运算， M4 一 N4 以上是智能信息处理系统， M4 一 NS 服务器将运行 生产经营管理软件如 ERP 、 MES 等， M5 一 N5 是电子商务，运行其软件的 服务器与互连网相连。至此，冶金工业自动化已经成为自动化与信息化相结 合的系统。
2 ．冶金工业自动化的内容与特点 ( l ）冶金工业自动化的内容从图 1 一 37 及图 1 一 38 可以看出，无论是 6 级、 5 级还是 3 级结构的 CIMS 系统，现代冶金工业自动化包括：基础自 动化、过程自动化、管理自动化和全球化的信息网络。基础自动化主要是执 行生产过程所必需的监控。包括参数检测、自动控制（如温度、流量压力等 过程量控制和工艺设备动作的顺序控制等）、报警保护和连锁、监控（生产 数据采集、整理、显示和打印等）。一般分为过程检测及控制（仪表）和电 气传动控制（电控）两部分。过程自动化主要是执行优化和某些管理功能， 如：接收上位机指令并向基础自动化级发指令或 SPC 控制、过程跟踪、技术 计算、数学模型运算与优化控制、某些设备或工艺参数管理、数据采集储存 与整理、数据显示（含专门显示、趋势曲线、历史数据等大规模的数据储存 与显示）与记录（打印各种报表）、生产实绩向上位机反馈、数据通信等。 管理自动化主要是生产管理（如基于订单的生产管理，以 CAD 、 CAM 等进 行计划编制和组织生产并监视实况和及时调度等）与事务管理（如财务管理、 设备管理等）。如制造执行系统（ MES ）大致有下列功能和子系统：制造标 准管理、作业计划编制及计划合同管理、生产指令生成及下达、生产实绩收 集及统计、质量管理、生产成本控制、生产及设备状况监视与技术数据分析 与统计、产品库存管理、设备管理和生产调度等子系统以及业务数学模型等。 全球化的信息网络主要是与冶金企业外的信息系统和电子商务。
( 2 ）冶金工业自动化系统的特点 系统结构 EIC 一体化、网络化和数字化以及分层和分布式， 功能和内容是管理控制一体化，并趋向于建立高效、高质、高 产的远距离监控的无人化工厂。 E ( Electric Drive ）是指电力传 动控制，是针对主要是电力传动装备的顺序控制或某些参量 （如速度、位置等）定值控制等； I ( Instrument ）是指仪表及 其控制系统，主要是针对工艺过程参量Βιβλιοθήκη Baidu温度、流量和液位等 的检测和控制； C ( C omputer ）是指计算机，最初主要是指过 程计算机，后来则包括上位的各级管理计算机。
CIMS 体系结构按 ISO （国际标准化组织）如图 1 一 37a 所示 分成 6 级，后来又有 5 级、 3 级之分，但实质是把功能分配在 不同级别。 5 级体系结构（见图 1 一 37b ）由于层次多、结构 复杂，在牵涉到大量既有生产性质又有管理性质的信息时，就 很难明确应该归于 CIMS 的哪一层次，造成开发混乱和标准不 统一，实现 CIMS 成本高、不便形成平台技术，难以推广。因 此，近来提出 3 级结构（见图 1 一 37C ）。其中BPS （ Business Planning system ，业务规划系统）级是单纯考虑企 业经营管理问题，近来应用于 ERP , （企业资源规划），它主 要是利用以财务分析决策为核心的整体资源优化技术； MES ( Manufacturing execution system ，制造执行系统）级是考虑生 产与管理结合问题的系统，主要利用以产品质量和工艺要求为 指标的先进控制技术和以生产综合指标为目标的生产过程优化 运行、优化控制与优化管理技术，使 cIMS 中具有生产与管理双 重性质的信息问题得到了解决； PCS ( Process Control system ） 级是单纯考虑生产过程问题的过程控制系统，即过程自动化和 基础控制系统。
冶金工业自动化
第一单元 冶金工艺流程及自动化系统的体系结构
模块二 冶金工业自动化系统的体系结构
一、知识点 ① 冶金工业自动化的进展及系统结构。包括从简单的检测发展成 三级结构的计算机集成制造系统（ CIMS ）和网络集成制造系统 （ WIMS ）。 ② 冶金工业自动化内容（基础自动化、过程自动化和管理自动化）、 特点（ EIC 一体化等）与结构分析（基础自动化、过程自动化和管 理自动化系统的多种结构形式）。 二、知识点分析 1 ．冶金工业自动化的进展与自动化系统体系结构 冶金工业自动化从 1755 年英国人詹姆士一瓦特发明蒸汽机作为动 力源，并连同其自动调速器一起用于高炉开始，经历了简单的热管 理和单参数自动控制系统、 EIC 一体化系统、 1964 年英国人 D . H ．Kelley 提出的分层计算机系统及 20 世纪 70 年代新日铁的把其 9 个钢铁联合企业的多级计算机系统与其东京总部的管理计算机系 统相连成为当时冶金工业最大规模的多级计算机系统、 80 年代的 CIMS （计算机集成制造系统，国内称为管理控制一体化系统）化 等几个阶段。至今，现代冶金工业自动化系统已达到如图 1 一 37 所示的 CIMS 结构的多级计算机系统。
冶金自动化开始是热管理和过程参数的闭环控制，并从电气 专业分离出自动化（仪表）专业，其后，电气首先开始顺序逻 辑等控制和联锁以及监视报警等（如高炉配料上料控制等）， 跟着，出现电气闭环控制（如电动机速度控制、轧钢的尺寸控 制、位置控制、张力控制等）。初期，电气和仪表是独立的， 彼此之间很少联系，电气只需要仪表提供信号（如热风炉自动 换炉的均压信号）与提供检测仪表及其安装（如高炉配料要测 重，轧钢要测温、测厚、测宽等） ; 1958 年电子计算机出现后， 情况发生了变化，计算机开始只进行数据采集与记录（最先是 用于转炉，接着是高炉），其后进行 DDC （数字直接控制，如 高炉配料上料、转炉氧枪、轧钢机的尺寸、位置、张力等控 制），跟着是使用数学模型优化的 SPC （设定控制）。这样， 电子计算机不仅需要从基础自动化级的电气与仪表取得数据， 还需向它们发出控制指令和设定数值并收集反馈数据进行监控， 至此，就形成了 EIC 一体化系统（我国冶金界称之为三电系 统），自动化于是涵盖电控和仪测仪控， CIMS 的出现，导致自 动化和 EIC 系统的延伸（见图 1 一 39 ) ，成为包括 CIMS 的多 级自动化系统，也是国内外电气公司自动化的内容。