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[摘要]针对邯钢西区烧结现在实际生产状况，在一级PCS7自动控制系统的基础上引进了二级系统SPSS，叙述了该系统的功能及软硬件配置，一级和二级间的数据传输方式，此系统应用效果良好。
[关键词]SPSS一级二级专家系统烧结
[中图分类号]TD464 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0190-01
引言SPSS的全称为The Sintering Plant Supervision system，系统用于工艺函数最优化的采集，为过程实时监控处理大批量过程数据和模块化计算。过程监视中可显示出报表和趋势。
邯钢西区烧结包含1#、2#两台360m2大型烧结机，烧结年产量约726万吨，是两座3200m3高炉的配套工程。烧结一级采用PCS7自动控制系统进行工艺流程控制及调节。但是工艺烧透、料层厚度、水分等参数控制由基础自动化或人工完成，造成调节品质不稳定。引进二级专家系统是产品品质保证的重要手段，二级专家系SPSS采用奥钢联技术。此系统于2011在邯钢新区烧结厂已经投入使用。
1、邯钢西区烧结二级专家系统的构成
系统硬件配置包括：
数据库服务器 2台（一、二期各一台）
操作站PC机 3台（或更多）
打印机 2台
局域网 1套
SPSS以配套的一级自动化系统为基础，是用户友好型的人机操作界面，操作通过包括鼠标、键盘、菜单等标准的功能和操作系统语言，以及语言和纠错处理来实现。应用软件通过技术计算、人机界面、烧结矿配料最优化模型、BRP模型控制的烧结机速来提高烧结过程的控制、显示和报告。该系统包括一级过程模型和二级过程模型，一级模型嵌入在现有的自动化控制系统中，二级模型在数据库服务器中工作。数据库和计算程序常驻服务器计算机中，报表和过程监视在工作站PC机中执行。
2、一级自动化基础简介
烧结一级采用PCS7自动控制系统，每个烧结机各有一套S7-400的仪控CPU和电控CPU，并且每套CPU都带有冗余，包含3个远程站，与本地机架通过ET200连接，采用Profibus网进行通讯。
在一级过程控制中包含六个数学模型：燃料控制模型在线控制烧结配矿燃料比率；返矿比率控制模型实时控制烧结过程中所有返矿的一级过程模型。模型尽可能的使烧结配矿中的返矿比率不变，控制高炉和冷返矿的比率；混合料水分控制模型是实时控制烧结矿水含量保持在一个稳定水平；烧结混料数量控制模型是实时控制混料仓的原料水平使其保持在一个稳定水平；烧结混合料下料模型在线控制烧结矿混合料仓使转鼓料仓保持常数；烧结混合料点火控制模型计算和实时控制烧结混合料点火时煤气和点火气体比率。以上六个模型都是在一级中完成，为二级自动控制做好铺垫。
3、二级专家系统功能介绍
烧结的二级专家系统主要包含以下几个主要部分：原料处理模型、基本配料模型、动态配料控制模型、BRP控制模型、数据输入、报表、趋势和系统维护。前4个为SPSS模型，在二级系统中完成。其烧结工艺监视主画面如（图1）所示：
其中，配料模型和BRP（Burn-RisingPoint）是影响烧结质量的关键点。原有的配料方式是操作岗位人员根据多年生产经验，手动输入配料数据，控制烧结机速、圆辊速度及辅门开度等，手动抄写报表，既费时又费力。在操作人员许可二级控制后，SPSS系统可以通过“原料处理模型”、“基本配料模型”和“动态配料控制模型”的模糊处理和分析，使原料得到最佳配比，生产出更高质量烧结成品。
3.1 原料处理模型在“数据输入”模式下的“原料分析”窗口中输入原料数据（称重、分析等）和添加剂等信息，原料处理模型会根据这些信息计算出原料的使用比率，并将新的原料和分析输入系统。
3.2 基本配料模型基本配料模型控制原料的加入和混料车间混料后添加剂的加入。操作人员为得到理想的产品输入目标产量、质量参数（烧结矿，铁水）和限制值，也同时计算出返矿和各矿物质的含量百分比，通过人工操作，这些数据由二级送到一级。这些计算叠加就形成了按照目标参数和限制值混合的烧结矿。
3.3 动态配料模型动态配料控制模型是计算烧结过程配矿实时组成，模型计算出混矿中原料的数量和比率用于实际烧结矿的分析和烧结矿成分可能变化的分析。此外，模型还可以对要求的原料比率进行烧结矿分析预测。然后实际的和预测的烧结矿分析进行对比来计算一级系统中混矿的选点。模型计算对烧结矿的分析是建立在实际配矿数据的基础上的。计算随着配矿的改变（分析方法的改变、原料比率的改变等）而自动进行。模型在一级系统配矿变化时进行数据的更新。基于这个模型，烧结矿分析的偏差会大大降低。
3.4 BRP模型BRP偏差控制模型和烧透位置控制模型，直接影响烧结机的速度。BRP偏差控制模型计算烧结料层横向燃烧上升点位置并通过辅门自动控制下料量。燃烧上升点BRP的定义是烧结机风箱中废气的温度超过270℃时的位置（此温度值是根据工艺并现场反复调试得出）。在实际生产中，控制器根据烧结台车下的废气温度测定烧结上升点的位置，调整规则是：当BRP实际值太早时（也就是烧结机速太慢），操作员应当提高BRP的设定值。反之，烧结机速太高时，应该降低BRP的设定值，BRP值的可设定范围为50m～84m。
实际调试过程中，一级选择烧结机速投上自动，二级系统根据烧结机的运行速度和BRP实际计算值，适当调整BRP设定值，调整稳定后可保持烧结机长时间良好工作。BRP位置控制模型实现根据风箱温Nit算出层厚的偏差值与烧结机机速的偏差值，通讯给一级PLC系统，通过调节烧结机机速和料层厚度从而达到较好的BRP控制曲线，保证烧结矿质量达到各项经济技术指标。
3.5 趋势 趋势图模式分为两分图和四分图，是参与自动控制的一、二级参数实时显示曲线图。可在线查看相应参数的当前及历史趋势，为烧结机的良好运转提供参考依据。
3.6 报表 SPSS系统中的报表采用自动采集数据模式，该报表包括时报、班报和日报，采集周期分别为1h、8h、24h，除了具备手抄报表内容，还可以累计烧结产量，该报表记录当前值并保留历史值（保存时间可长达几年），方便查阅和对比数据。
4、二级服务器与一级通讯连接
一级系统与二级系统数据通讯最初设计方案是通过OPC方式一级服务器与二级服务器进行数据交换，但是在运行过程中频繁出现数据中断现象。针对这种情况我们采取二级服务器直接与一级PLC处理器通讯的方式，在PLC建立专用的数据采集DB块和二级下传指令DB块；在二级专家系统服务器安装WINCC6.0实现与PLC通讯，确保数据通讯畅通，达到数据无缝对接。
结束语
此二级专家系统SPSS的引用不仅减少了操作员的工作量，还改进了生产操作技术，利用模糊计算的控制方法，使得生产性能更好，自动化利用率更高。
[关键词]SPSS一级二级专家系统烧结
[中图分类号]TD464 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0190-01
引言SPSS的全称为The Sintering Plant Supervision system，系统用于工艺函数最优化的采集，为过程实时监控处理大批量过程数据和模块化计算。过程监视中可显示出报表和趋势。
邯钢西区烧结包含1#、2#两台360m2大型烧结机，烧结年产量约726万吨，是两座3200m3高炉的配套工程。烧结一级采用PCS7自动控制系统进行工艺流程控制及调节。但是工艺烧透、料层厚度、水分等参数控制由基础自动化或人工完成，造成调节品质不稳定。引进二级专家系统是产品品质保证的重要手段，二级专家系SPSS采用奥钢联技术。此系统于2011在邯钢新区烧结厂已经投入使用。
1、邯钢西区烧结二级专家系统的构成
系统硬件配置包括：
数据库服务器 2台（一、二期各一台）
操作站PC机 3台（或更多）
打印机 2台
局域网 1套
SPSS以配套的一级自动化系统为基础，是用户友好型的人机操作界面，操作通过包括鼠标、键盘、菜单等标准的功能和操作系统语言，以及语言和纠错处理来实现。应用软件通过技术计算、人机界面、烧结矿配料最优化模型、BRP模型控制的烧结机速来提高烧结过程的控制、显示和报告。该系统包括一级过程模型和二级过程模型，一级模型嵌入在现有的自动化控制系统中，二级模型在数据库服务器中工作。数据库和计算程序常驻服务器计算机中，报表和过程监视在工作站PC机中执行。
2、一级自动化基础简介
烧结一级采用PCS7自动控制系统，每个烧结机各有一套S7-400的仪控CPU和电控CPU，并且每套CPU都带有冗余，包含3个远程站，与本地机架通过ET200连接，采用Profibus网进行通讯。
在一级过程控制中包含六个数学模型：燃料控制模型在线控制烧结配矿燃料比率；返矿比率控制模型实时控制烧结过程中所有返矿的一级过程模型。模型尽可能的使烧结配矿中的返矿比率不变，控制高炉和冷返矿的比率；混合料水分控制模型是实时控制烧结矿水含量保持在一个稳定水平；烧结混料数量控制模型是实时控制混料仓的原料水平使其保持在一个稳定水平；烧结混合料下料模型在线控制烧结矿混合料仓使转鼓料仓保持常数；烧结混合料点火控制模型计算和实时控制烧结混合料点火时煤气和点火气体比率。以上六个模型都是在一级中完成，为二级自动控制做好铺垫。
3、二级专家系统功能介绍
烧结的二级专家系统主要包含以下几个主要部分：原料处理模型、基本配料模型、动态配料控制模型、BRP控制模型、数据输入、报表、趋势和系统维护。前4个为SPSS模型，在二级系统中完成。其烧结工艺监视主画面如（图1）所示：
其中，配料模型和BRP（Burn-RisingPoint）是影响烧结质量的关键点。原有的配料方式是操作岗位人员根据多年生产经验，手动输入配料数据，控制烧结机速、圆辊速度及辅门开度等，手动抄写报表，既费时又费力。在操作人员许可二级控制后，SPSS系统可以通过“原料处理模型”、“基本配料模型”和“动态配料控制模型”的模糊处理和分析，使原料得到最佳配比，生产出更高质量烧结成品。
3.1 原料处理模型在“数据输入”模式下的“原料分析”窗口中输入原料数据（称重、分析等）和添加剂等信息，原料处理模型会根据这些信息计算出原料的使用比率，并将新的原料和分析输入系统。
3.2 基本配料模型基本配料模型控制原料的加入和混料车间混料后添加剂的加入。操作人员为得到理想的产品输入目标产量、质量参数（烧结矿，铁水）和限制值，也同时计算出返矿和各矿物质的含量百分比，通过人工操作，这些数据由二级送到一级。这些计算叠加就形成了按照目标参数和限制值混合的烧结矿。
3.3 动态配料模型动态配料控制模型是计算烧结过程配矿实时组成，模型计算出混矿中原料的数量和比率用于实际烧结矿的分析和烧结矿成分可能变化的分析。此外，模型还可以对要求的原料比率进行烧结矿分析预测。然后实际的和预测的烧结矿分析进行对比来计算一级系统中混矿的选点。模型计算对烧结矿的分析是建立在实际配矿数据的基础上的。计算随着配矿的改变（分析方法的改变、原料比率的改变等）而自动进行。模型在一级系统配矿变化时进行数据的更新。基于这个模型，烧结矿分析的偏差会大大降低。
3.4 BRP模型BRP偏差控制模型和烧透位置控制模型，直接影响烧结机的速度。BRP偏差控制模型计算烧结料层横向燃烧上升点位置并通过辅门自动控制下料量。燃烧上升点BRP的定义是烧结机风箱中废气的温度超过270℃时的位置（此温度值是根据工艺并现场反复调试得出）。在实际生产中，控制器根据烧结台车下的废气温度测定烧结上升点的位置，调整规则是：当BRP实际值太早时（也就是烧结机速太慢），操作员应当提高BRP的设定值。反之，烧结机速太高时，应该降低BRP的设定值，BRP值的可设定范围为50m～84m。
实际调试过程中，一级选择烧结机速投上自动，二级系统根据烧结机的运行速度和BRP实际计算值，适当调整BRP设定值，调整稳定后可保持烧结机长时间良好工作。BRP位置控制模型实现根据风箱温Nit算出层厚的偏差值与烧结机机速的偏差值，通讯给一级PLC系统，通过调节烧结机机速和料层厚度从而达到较好的BRP控制曲线，保证烧结矿质量达到各项经济技术指标。
3.5 趋势 趋势图模式分为两分图和四分图，是参与自动控制的一、二级参数实时显示曲线图。可在线查看相应参数的当前及历史趋势，为烧结机的良好运转提供参考依据。
3.6 报表 SPSS系统中的报表采用自动采集数据模式，该报表包括时报、班报和日报，采集周期分别为1h、8h、24h，除了具备手抄报表内容，还可以累计烧结产量，该报表记录当前值并保留历史值（保存时间可长达几年），方便查阅和对比数据。
4、二级服务器与一级通讯连接
一级系统与二级系统数据通讯最初设计方案是通过OPC方式一级服务器与二级服务器进行数据交换，但是在运行过程中频繁出现数据中断现象。针对这种情况我们采取二级服务器直接与一级PLC处理器通讯的方式，在PLC建立专用的数据采集DB块和二级下传指令DB块；在二级专家系统服务器安装WINCC6.0实现与PLC通讯，确保数据通讯畅通，达到数据无缝对接。
结束语
此二级专家系统SPSS的引用不仅减少了操作员的工作量，还改进了生产操作技术，利用模糊计算的控制方法，使得生产性能更好，自动化利用率更高。