0 引言
宝钢直流电炉、圆(方)坯连铸工程为宝钢三期工程项目之一，主体工艺设备及三电系统分别由法国CLECIM和意大利DANIELI公司引进，其装备水平属当今世界上较先进水平，合同于1994年签定，1997年6月15日开始设备热试运转，建成投产后年产100万t钢水，铸成96万t圆(方)坯。三电系统包括基础自动化、过程控制、生产控制和管理三级计算机系统。工厂自动化系统与公司管理计算机系统有机整合，形成管、线材等生产的综合一贯管理，以达到提高产品的产量和质量、节能、省力、降低成本，在满足市场要求的同时，获得最大的盈利。
1 工艺及主要设备简介
工艺设备及物流概要见图1。
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电炉(EAF)采用一电(源)双炉座的150t超高功率直流电弧炉，以废钢和铁水为原料，冶炼石油用管钢、高压锅炉管钢、帘线钢、冷镦钢等诸多优质钢种的钢水。
钢包精炼炉(LF)将电炉熔炼的钢水采用交流供电加热进行成分、温度微调，成为合格的钢水。
真空脱气装置(VD)用高架坑式的真空装置将钢包内钢水净化，满足高级钢种的质量要求。
连铸机(CC)采用一机六流圆、方可更替的高速连铸机，将钢水铸成钢管所需的圆坯和线材所需的方坯，一个铸机最多连浇10炉。
铸坯空冷场(BY)连铸机生产的圆、方坯在场内冷却、进行质检和必要的处理，然后将合格的铸坯送到钢管厂和线材厂，少量外供。
废钢料场(SY)符合要求规格的各种废钢在废钢料场按类堆放，根据计算机下达的品种数量装卡车运往电炉厂装篮。
铁水(HM)高炉铁水通过混铁车运到电炉厂，然后按需倒入铁水包兑入电炉。
2 三电系统概要
2.1 系统配置
信息流及相关接口见图2。
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三电系统配置如图3所示。L3采用1台DEC Alpha 2100；L2采用2台DEC Alpha 2100和1台DEC Alpha 1000；L1采用18台S5 155U。
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2.2 特点
(1)采用网络及分布式技术
电炉、圆(方)坯连铸工艺设备的特点是工艺设备分布较分散，作业连续化，高速化程度要求不高(连铸部分要求高些)，所以采用分散控制集中管理显得尤为重要，分布式控制的基础是必须实现数据传送的网络化，本系统在工厂自动化内采用3级网络控制。
L3网实现整个电炉、圆(方)坯连铸分厂的生产控制和管理的信息通信，即L3～L3之间通信，通过路由器或网桥实现L3～L4、L3～L2之间通信。L3～L4通信采用TCP／IP协议，其余采用DECnet协议。
L2网实现废钢、冶炼、连铸等过程机间通信，冶炼、连铸与快速分析工序采用直接通信方式。
L1网实现整个工序主要工艺设备之间通信，即L1～L1。L1～L2通信通过MMI的双网卡来实现。在工艺设备就近或相应主电室设有大量马达控制中心MCC和PLC柜，实现分散或局部控制，而在各主控室或管理室，设有MMI终端，实现一定范围内的集中控制和管理，为全厂生产管理、协调奠定了基础。
(2)实现EIC一体化
电炉、圆(方)坯连铸EIC一体化的特点是：1)在硬件上，用1台PLC可同时完成电气和仪表控制，计算机通过网络对电气、仪表实施最优控制，即在控制上实现一体化(见图4)。2)在操作监视上，凡对工艺过程实施控制、监视、操作的均集中显示，从工艺监视、操作意义上实现三电一体化，MMI由工业微机组成，利用微机丰富软件，提供良好人机界面，MMI与计算机和PLC接口如图5所示。
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(3)采用Client/Server技术
Server端在主机，Client端由众多PC机组成，这些微机根据现场环境的不同，分别采用工业微机和办公室微机，主要应用在画面显示和操作上。固定和变更少的数据(如窗口的管理和描述性数据库中的数据)放在Client上；频繁更新的数据，如过程实绩由Client通过网络向Server进行数据交换，这样减少了Server的负担，在Client端安装了PC丰富软件，如DOS、Windows、Factorylink、Jam等。
(4)采用数据库技术
在L2、L3计算机中分别采用数据库进行数据存储和管理。在L2计算机中，设有MDB(冶金数据库)和PDB(生产数据库)。MDB数据库存储并驱动EAF、LF、VD、CC过程控制用的设备、钢种、模型相关的数据。PDB数据库存储EAF、LF、VD、CC控制系统所收集的生产实绩数据。在L3计算机中设有TDB(技术数据库)。TDB数据库存储电炉厂处理过程的技术信息，如工艺卡、制造技术标准、作业标准，并给应用模块提供所要求的数据。L2与L3及L3与L4信息交换是通过数据库与数据库直接存取的分布式数据库管理方式。
(5)增强管理手段，提高管理水平
在厂长室及相关管理室均设有L3终端；在生产技术系统室为工艺、质量工程师设有L3终端，配有SAS质量分析工具，这样可根据需要调用主机存储的生产实绩进行生产、技术、质量的统计分析研究。
(6)吊车采用无线电遥控技术
废钢装炉吊车(190t)采用无线电遥控，操作工在操作室根据工艺要求，按一下控制开关，行车就会自动吊起料篮，并按一定程序将废钢加入电炉。
此外铁水吊车(100t)，钢水吊车(260t)，钢包维修吊车(100t)，原料垮吊车(10t，20t)等均采用无线电地面遥控，以改善操作环境和节省定员。
3 主要功能
3.1 L3主要功能
(1)生产计划编制和控制
生产计划是根据每日由L4下达的制造命令(最多3d的计划量)，在充分利用所获得的设备和材料资源情况下，产生和管理短期(日)计划，并形成可执行的出钢顺序和炉次表，即形成电炉、圆(方)坯连铸区域的‘火车时刻表’(各工艺设备生产时刻表)。控制功能是指当生产异常时，进行重排计划和调整各工艺设备生产时刻表等的控制。
(2)工厂物流跟踪和工序协调
跟踪的范围由高炉铁水运到电炉厂和废钢料场开始，经EAF、LF、VD、CC直至铸坯空冷场(或铸坯出厂前)。随着物料由上游工序流向下游工序，物料不断被加工，跟踪代码(信息)也在变化。铁水按TPC号，废钢、EAF、LF、VD、CC按出钢钢号跟踪，铸坯切割后按PONO号跟踪。在跟踪代码后带出物料被加工的工艺参数和设备运行状态等，通过跟踪对工厂所有设备工作进行协调。
(3)质量控制和判定
在炉次结束后，根据中间包钢水化学成分分析值和铸坯内部质量的硫印低倍检验值自动进行炉次判定，合格炉次在完成铸坯表面质检后准备出厂。若不合格，则进一步取样或做改钢种等处理。
(4)铁水重量和温度的估算
电炉一炉兑入约50t铁水，故一罐重约250t的TPC铁水可供5炉。本功能根据铁水实绩消耗和TPC车停留的时间动态估算并修正TPC内铁水剩余重量和温度。
(5)铸坯空冷场管理
对铸坯的入场、库存、场内转垛、铸坯打捆、出厂(发货)进行管理。这些由L3下达指令与地面站协同吊车(通过无线电通信)来完成。
(6)资源管理
.包括材料目录管理、公用设施和能源的消耗管理、生产资源消耗计划以及资源消耗数据的自动收集。
.钢包、中间包和铁水包设备状态的跟踪，并根据所制定的算法自动在出钢前为每炉选用钢包。
(7)技术数据库TDB管理
.工艺卡的存储和查询(由上级管理机下达)。
.制造标准的管理和维护。
.作业标准的管理和维护。
(8)主要设备维护管理
对每单元设备的周期、设备日志及设备寿命进行维护和管理。
(9)主原料废钢和铁水计划及管理
由上位管理机向L3下达月计划，包括月分旬的铁水分配量，由此计算出月废钢需求量，并送废钢料场计算机。
L3编制出钢计划，并形成铁水需求批号，以TPC为单位，包括TPC到达电炉时刻、铁水类别送达铁水管理机，铁水管理机将电炉作为一个铁水用户进行铁钢对应、形成铁水分配计划，并组织供送电炉用铁水。
3.2 L2主要功能
(1)MDB、PDB的管理
MDB数据库主要存储和维护与工厂操作有关数据(如作业标准)，与钢种有关数据(如技术制造标准)，与模型有关数据、实用功能等，由炼钢厂冶金工艺工程师维护。
PDB数据库主要存储和维护炉次计划、生产实绩(如报表，炉次跟踪，铁水利用等数据)。
(2)过程监控模型
在EAF、LF、VD和CC均设有监视过程进展功能，为模型做好数据准备，并适时激活相应模型，同时将模型计算结果作为指令及时发送到下位机的过程监控模型。
(3)模型功能
1)电炉共有8个模型，其功能有废钢分层分类配料；电炉熔炼电能、渣料、焦炭、碳粉量等的计算；过程各阶段预计时间及出钢用成本最低的铁合金量计算；根据测温和试样成分预测终点等给操作工以指导。
2)钢包精炼炉和真空脱气装置有热平衡模型和冶金模型来计算过程时间和以成本最低为目标的铁合金加入量。
3)连铸机有用于上下工序生产节奏匹配功能的铸速优化模型；据工艺参数变化经验数据表来评估每根铸坯质量的质量评估模型；根据切长计划等确定定尺坯长设定数据，并对最后一流的最后一块铸坯进行铸坯切割优化，以达到最少的铸坯余量；铸坯二次冷却模型用计算的各段铸坯温度与设定值之差来动态调整二冷水量。由于模型方程为高阶且六流实时性要求高，故数据采集和运算由挂L1网的PC机来实现。
3.3 L1主要功能
L1直接与过程或电气、仪表设备相连，其主要功能是：数据采集，逻辑控制及工艺过程控制和调节、监视、操作等。
(1)电炉
1)原料PLC控制原料主要指副原料、铁合金等，其功能包括上料和加料两部分。上料控制是指物料从地面站开始，通过皮带机运到屋顶料仓(共20个料仓)的控制。2)电炉本体PLC控制对每个炉座进行控制，包括炉体顺序，钢包车运动和钢包称重，碳氧枪喷吹控制和炉体仪表控制等。3)公用部分PLC控制主要包括两个炉子的公用功能和电极控制功能，电极控制功能主要有顶电极运动，电炉断路器，电弧电压和电弧能量计算，短路检测与
