计算机系统控制

计算机系统控制（精选11篇）

计算机系统控制 第1篇

中珠联围洪湾水闸工程是集挡潮、排涝、通航、灌溉、交通等功能于一体的综合性水利工程。工程主要由五扇单孔净宽、十米水闸闸门以及变配电设备、开关设备等组成, 其中设备的左侧一孔主要功能是通航与泄水, 其中零孔是泄水闸。这里需要注意的是水闸的闸门并不是完全一致的, 它主要是由四扇重11.1吨和一扇16.1吨钢材质的平面闸门组成, 泄水闸门的启动器也是由四套QPPYD-2X125-4.6液压机组成。然通航闸门是由一台QPQ-2X-16提升横拉式卷扬启闭机控制组成。根据实际操作的工程环境, 由于每台设备之间相距较远, 为此在操作管理上必须引起足够的重视。水闸计算机技术的引入大大解决了这一问题的出现, 提高了其管理水平以及工作效率, 这里所指的计算机技术主要是指计算机监控系统以及闭路电视监测系统两部分。计算机监控主要是利用通信核心技术原理, 可以将超声波液位传感器放置其中进行实地的水位监测, 将分散的设备进行集中的操作, 这样监控技术也是水闸监控技术的核心部分, 对于水位的测定与参数管理以及变化趋势都有明显的数控信息提示, 能有准确的自动完成水闸的开关, 无须人为的进行操作, 真正做到了“无人值守”的检测与实施。电力对于整个综合性的水利工程来说, 也是极其重要的。计算机的使用, 可以全面的对供电设备进行管理与维护, 当发现短路或者因设备故障而引发的供电问题时, 计算机会自动切断相应的供电, 此时, 发电机会由事前设置好的程序装置继续发电, 这样就减少了很多设备因电力问题而出现的损害, 恢复其正常的供电所需。水闸系统的整个电量使用情况, 水位的上升与下降, 以及降雨量的变化等全部的数据都会由计算机记录, 监控着整个水利的走势变化。

2 控制方式

监控对象有泄水闸各孔的启闭、通航孔的启闭、线路10kv/0.4kv断路器的合分及监视、备用发电机断路器的合分及监视、路灯的合分及监视、内外江水位的监视, 每个监控子系统由现场常规电气控制、现地PLC控制、计算机集中控制三级组成, 现场级是三级控制系统的信号检测单元, 也是输出执行单元。

2.1 现地控制级

一般水闸的常规控制就是我们通常所说的电气控制装置系统, 它主要是由接触器、继电器组成。操作人员可以根据实际情况在不同的建筑屋内进行操作, 但这样操作起来很容易因分散, 不集中而难以管理。此时, 就需要一台计算机控制系统将所有分散式的操作管理进行统一的集中管理, 接收程序的信号以及数据都统一由计算机进行管理分类。现地控制级就是采用PLC控制器, 将分布的现场信号进行统一的集中管理。由于这种操作方式是无人进行操作, 为此该设备的可靠性就显得尤为的重要。现如今, 大多数控制系统都是采用美国通用电气公司的可编程控制系统, 因为其独特的编辑处理能力, 多样化的板块设置, 快捷的反映速度, 因为成为了现地控制级的首选监测系统。

2.2 集中控制级

将分散于各设备周边的现地控制级通过计算机通讯网络集中于中控室形成集中控制级, 由操作站、打印机、UPS、模拟屏组成, 配以闭路电视监视系统, 对水闸系统的设备实现可视操作是1台惠普PⅢ800的计算机, 主要配置为256M内存、40G硬盘、21彩显、两RS-232串口, 另加装1块4口RS-485MOXA卡, 用来扩展计算机的通讯能力, 系统以操作站为中心构成星形的网络结构。

用RS-485串行口与集中控制级通讯, 采用SNP通讯协议, 集中级为主站, PLC为从站。

多功能电表的通讯采用RS-485协议, 多功能电表为HC600型合资产品, 分别将线路和发电机的三相电流、电压、有功、无功、功率因素等电量进行采集。风速风向仪采用上海气象仪器厂的EN2型的风速风向仪, 它由室外传感器和室内仪表组成, 仪表部分有=LK4H4串口与集中控制级计算机通讯。模拟屏上显示的内容有H7个数字量和78个开关量, 由模拟屏内的一台PC机负责管理各显示仪表的工作, PC机与集控级的通讯采用RS-232串口, 模拟屏显示的内容有最近1h、3h、7h、24h的降雨量, 内外江实时水位, 每隔整数点4S各闸门的状态和内外江水位的数据。全系统交流供电采用一台山特2kv A延时1小时在线式UPC集中供电, 在市电停电的情况下, 监控系统仍能工作, 不间断各级计算机设备的工作和数据的采集, 报表、曲线连续。

通常情况下, 水闸地处海边, 风雨雷电是不容忽视的客观问题之一, 为了提高其抗干扰性和能力, 必须加强对其管理与维护, 在设置周围安装避雷针等设施, 同时, 采取就近原则的接地方式, 这点大大提高了安全性, 一般情况下, 接地电阻小于0.5欧, 在一段时间试行以后, 系统逐渐的稳定, 并没有出现其他不良的现象。

3 监控软件功能

监控软件主要是指现地控制级和集中控制级两种, 主要是先通过现地控制级进行资料的收集与整理, 简单的处理以后, 再将这些信息传达至集中控制级中进行再次整合, 最终以数据库的形式进行存储。这里所采用的监控软件是GE Fanuc公司的Cimplicity监控软件, 此软件具有如下的一些功能。

3.1 计算功能

监控软件采用特殊的模块化设计, 进行对整个水利的数据信号进行核算, 整合, 并根据数据提供的相关信息进行未来发展趋势的评估, 预测水位曲线的上下变化, 根据水位的不同自动的调节阀门开关。

3.2 控制功能

主要有两种控制方式;一是自动操作控制系统, 利用计算机的自动化系统, 根据数字的变化起伏进行自动操作, 真正的提高工作效率, 实现无人看守的自动化操作方式。二是人工操作, 这种操作方式就是技术人员可以根据屏幕上所显示的数据变化, 反复研究, 认定没有错误时, 可以通过画面以及声音传递下达命令, 来完成整个操作。但随着“无人操作”模式的出现, 这种方式将逐渐的被取代。

3.3 显示、打印功能

(1) 设备操作状态变化; (2) 闸门及变电设备的动作过程显示; (3) 报警信号记录; (4) 动作时间、次数统计; (5) 自动生成日报、月报、年报报表。

3.4 报警功能

出现事故, 故障报警信号能够实时显示在CRT的报警窗口, 并将报警设备、报警时间记录在报表中供察看和处理。

4 结束语

洪湾水闸计算机自动控制系统的建成, 极大地优化了水闸系统的运行和管理, 改善了操作人员的工作条件和环境, 是实现水闸运行“无人值班、少人值守”的工程实例。本系统中水闸自动启闭时间、闸门开度全由计算机自动控制, 克服了过去深夜由操作人员察看水位, 操作按钮的运行方法。如果系统中在检测水位变化的同时, 能监测河水的流向信号, 则对水闸的自动运行更为准确、可靠。

参考文献

计算机系统控制现代煤炭机械的研究 第2篇

关键词：计算机；控制系统；煤炭机械；功能；数据处理

中图分类号：TP311.13

我国正处于能源紧缺时代，市场经济发展受到了资源供应链的强烈冲击，开辟新能源战略模式关系着社会的可持续发展。煤炭开采工程是利用自然资源的有效途径，经过人工操作机械设备显著提升了采煤区作业的效率。计算机控制系统与现代煤炭机械设备相互融合，这取决于当代煤炭生产科技的创新与进步。煤炭企业应认识到行业科技创新的主流趋势，充分利用计算机控制系统辅助煤炭机械设备的综合调控。

1 计算机控制煤炭机械的必要性

经过很长时间的变革调整，煤炭生产活动基本从露天开采转变为井内生产，这样才能深度地采掘出丰富的自然资源。面对日趋增多的采煤机械设备，应当建立切实可行的设备调度方案，进而维持整个采煤区稳定的作业流程。煤炭机械自动化是行业发展的先进趋势，并且在现实生产中取得了优异的作业效率。目前，国内自动化采煤以计算机控制中心为主要模式，通过设计采煤调度网络对生产区实施全面控制，保障了采煤作业效率的持续上升。

1.1 加快生产调控。科学技术改革背景下，煤炭机械坚持自动化改造趋势，满足工业生产模式创新的要求，加快了采煤区生产流程的自动化进程，建立了高科技的设备调控方式，解决了传统煤炭工艺流程的缺陷；多功能控制系统辅助了一批新采掘工艺的使用，全面提升了煤炭设备的功能，大力满足生产需要。

1.2 推动科技创新。从煤炭产业未来的发展趋势分析，机械设备是采煤生产必须使用的工具，采掘机、采煤机、运输机、液压支架等是机械系统的重要组成部分。面对复杂多样的机械设备，单一凭借人工操作是不可取的，选用自动控制系统辅助煤炭机械作业，降低了人工采煤的操作难度，也推动了煤炭开采技术的创新发展。

2 计算机控制系统的核心组成

早前多数采用了人工执行指令的方式进行调度，这种控制不仅降低了采煤设施的作业效率，也不利于新控制系统的推广使用。计算机控制系统在煤炭生产区域内的应用更加广泛，并且以计算机为核心控制来建设了多功能的调度网。计算机控制系统通常有精度高、速度快、存储容量大和有逻辑判断功能等特点，所以能够完成高级复杂的控制工作，获得理想的控制效果，进而扩大了煤炭机械设备在常规运行中的控制范围。从结构来划分，计算机控制系统的核心组成包括软件、硬件等两部分。

2.1 硬件。信息科技改良之后，对于机械设备的操作控制也出现了调整，计算机设备为企业生产提供了有利的操作条件，硬件则是控制系统的关键构成。现代煤炭机械在型号、功能、结构等方面都呈现了比较复杂的特点，每一种机械设备在功能上都显得比较特殊。计算机控制系统的硬件包括：主机、输入/输出接口、人机接口、外部存储器等部件，各个组成部分在实际控制中具有不同的功能。例如，计算机主机是用于控制整个设备运行的指挥中心，根据用户提供的操作要求对煤炭机械实施全面性的调控；输入/出接口负责将采煤机械信息传递给计算机，为CPU等硬件装置工作给予了科学的指导。

2.2 软件系统。硬件是计算机控制系统最直接的组成部分，而软件则是安装于计算机网络内部的功能构成，这也是决定系统能否高效执行任务的主要因素。煤炭机械控制的软件功能强大，能完成多种类功能计算机程序的总和。计算机把通过测量元件、变送单元和模数转换器送来的数字信号，直接输出到输入端与开始预定好数值进行比较分析，然后根据要求按偏差进行运算，所得到数字量输出信号经过数模转换器送到执行机构，对被控对象进行控制限定，使被控变量稳定在设定值上。一般情况下，软件多数用于采煤区指挥中心的调度部分，可借助通信网络平台实现信息的自动化调控。

3 新型计算机系统功能在煤炭机械中的体现

我国煤炭生产行业基本上处于稳定的规模状态，各种机械设备在实际采掘生产中的功能价值得以体现，这也间接地推动采煤生产行业的信息化发展。计算机控制系统融入煤炭机械操控是科技创新的重要表现，更是带动机械化采煤系统效率提高的关键因素。结合大型煤炭企业开辟的自动控制系统，计算机操控制作业主要表现集中于子系统功能的全面发挥，进而为采煤生产创造了优越的控制平台。

3.1 采集系统。从功能原理进行分析，控制系统之所以能对煤炭设备进行宏观调控，关键取决于系统在数据信息采集方面的功能优势，用其可以带动信号传递的高效性。采集系统是计算机控制模块的基础结构，能够及时且准确地收集与机械设备相关的信息指令，帮助操作人员对采煤机械给予宏观性地控制。在这样的使用过程中，计算机负责数据的采集和处理，而不进行控制处理，它将煤炭生产中的每个常用的工艺变量进行处理和变量的超限预报。同时对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析，为操作人员提供分析帮助。

3.2 数字系统。计算机系统辅助煤炭机械化生产取得了显著的成效，顾及到市场对煤炭物资需求量的持续增多，机械设备在矿区作业里承受的功能荷载更大。为了使煤炭机械持续地发挥应用功能，对已有自动控制系统应进行升级换代。计算机根据控制规律进行运算，然后将结果经过过程输出通道，作用到煤炭机械内的各个被控对象，从而使被控变量符合要求的性能指标。对于煤炭机械数字化改造的调整，其数字系统必须先进行模数转换，输出控制信号也必须进行数模转换，再运行以恢复正常作业，以保证机械设备的功能。

3.3 诊断系统。市场对于煤炭物资使用需求量的持续增多，对煤炭企业生产提供了严格的要求；另一方面，采煤机械日常采掘生产承当的荷载越来越大，传统控制系统对设备潜在故障失去了应有的判断能力。为了从根本上解决故障对采煤生产造成的阻碍，计算机控制体模式设定了诊断系统，通过采煤机、运输机、液压支架等设备的自诊断、自分析，对故障信号给予智能化的分析控制，这对于煤炭机械系统而言是极为有效的保护方式。

3.4 监督系统。煤炭生产事故是制约行业发展的一大因素，矿区生产发生意外事件降低了系统控制的安全系数，制约了采矿生产收益水平的提升。新型计算机控制模式配备了专用的监督系统，用以对整个采煤区进行全面性的调控，使煤炭机械更好地应用于矿区生产劳动。计算机系统依据不同生产过程和工作状况生成的数字模型，来进行优化计算，生成最优化的设定方法，输出到数字控制系统中运行。监控计算机系统负责高级控制和管理任务，因此必须拥有强大的数據处理能力，存储容数据大，高性能微处理器辅助采煤机械运转的调控符合监督系统的需求。

4 结束语

总之，煤炭机械坚持自动化改造是行业改革的必然趋势，各种先进的控制技术及控制装置安装于生产设备中，既能够减小手工采煤操作的难度，也能在计算机系统控制引导下发挥出更加优越的采煤操作功能。从煤炭机械科技发展趋势分析，企业应当认识到计算机系统控制设备作业的应用价值，及时提出切实儿科学的设备调控方案，进而保障机械设备发挥出较高的生产性能。本次经过采集信号系统、诊断系统、数字系统、监督系统等调控使用，为煤炭机械的使用创造了安全稳定的生产环境。

参考文献：

[1]郭青松.计算机控制系统在汽车检测方面的应用[J].科技信息，2011（02）.

[2]顾东，王英明，吕代鹏.自动道路识别智能汽车的设计与实现[J].科技创新导报，2008（36）.

作者简介：李明（1979-），女，天津人，本科，硕士，研究方向：计算机。

计算机系统控制 第3篇

关键词：计算机联锁,MCU模块,串口中断

1联锁系统的发展

基于布线逻辑的继电联锁装置自1927年问世以来, 它在现实中得到使用并占主导地位, 尤其是1978年世界上第一个计算机联锁系统在瑞典哥德堡的问世, 其后, 随着电子技术和计算机技术的不断发展, 一些发达国家以微机技术代替了继电器电路, 研制出了新型的微机联锁系统, 并逐步大面积得到推广应用。如:日本、英国已制定技术政策, 不再发展继电联锁, 而由计算机联锁取代。我国计算机联锁研究起步较晚, 自从1984年中国铁路开发出第一台计算机联锁, 1991年11月19日中国铁路干线上第一个微机联锁系统在广深线红海站开通, 此后取得迅速进展, 截止到目前, 全路已开通的计算机联锁1000多个车站, 且已逐渐从路外向路内, 从小站到大站, 从支线向干线, 从中间站到编组站过渡。计算机联锁是先进的计算机技术与传统信号技术相结合的新一代车站信号控制系统, 具有运作速度快, 信息量大, 操作方便, 安全性高, 设备体积小、重量轻, 便于调试和维修的特点。本文对该系统的实现方案中的关键技术进行设计和研究。

2计算机联锁系统结构和系统构成

计算机联锁系统由硬件设备和软件设备构成。硬件设备包括联锁计算机、安全检验计算机及现场信号机、转辙机、轨道电路等室外设备。软件设备是实现进路、信号机和道岔彼此相互制约的核心部分, 由两部分组成:一是参与联锁运算的车站数据库;二是进行联锁逻辑运算, 完成联锁功能的应用程序。车站数据库包括车站赋值表、车站显示数据等。应用程序由多个程序模块组成, 即系统管理程序模块、解锁程序模块和站场彩色监视器显示程序模块等。

计算机联锁的操作方法与继电联锁相似, 由于它实现了从有接点到无接点的变革, 操作人员办理进路时, 只需先按进路始端钮, 再按进路终端钮即可完成。此时计算机就执行操作输入程序和联锁处理程序。根据输入的按钮代码, 从进路矩阵中找出相应的进路, 然后检查是否符合选路条件, 只有完全满足选路条件后, 程序才能转入选路部分。

在执行信号开放程序中, 是根据运行表区内容, 连续不断地检查各项联锁条件, 条件满足后信号机才能开放。当列车进入信号机后方, 信号机即自动关闭, 随着列车的运行, 进路可顺序逐段解锁。

3控制板的设计

3.1硬件设计

控制模块是计算机联锁的重要组成部分, 在该系统中, 它的设计思想是通过

单片机串口与PC机通信, 接受指令, 数据缓存器通过总线方式与单片机P0口连接, 通过P2口的高3位和译码器配合完成对6片373芯片的选通, 再经过驱动模块完成控制, 其模块由MCU模块、数据缓存模块、接口升压模块、地址分配模块、电源及串口模块组成;主要器件包括:8051单片机一片, 74373芯片6片, ULN2003驱动芯片6片, 138译码器芯片1片, MAX232芯片一片等;控制变量包括:信号机、转辙机相应继电器 (开关量) 。

控制板接收上位机信息, 进行辨别, 如果是确认信号这把控制状态信息中的信号状态信息与原状态信息中的信号状态信息进行比较, 并对相应信号变量进行控制。如果不是将控制状态信息中的道岔状态信息与原状态信息中的道岔状态信息进行比较, 并对相应道岔变量进行控制, 然后等待上位机新信息;

3.2软件设计

初始化:开辟地址空间Adress[7], 数据空间buff_1[7], buff_2[7], buff_3[7], 设定波特率, 串口初始化并开启串口中断。

进入串口中断程序接受上位机发来的当前状态数据, 接收完毕关闭串口中断, 并把当前状态数据存到BUFF_1中完成开机初始化。

(1) 等待新的串口中断, 如果FLAG为0把新状态数据存到BUFF_3中, 并判断BUFF_1和BUFF_3中后8位数据是否相同, 既当前道岔状态与进路所需道岔状态是否相同, 如果不同跳入control1子程序, 进行道岔转换。如果相同等待下次中断;

(2) 等待新的串口中断, 如果FLAG为1判断BUFF_2[i]是否为0x00, 如果不是说明道岔转换不成功从新转换道岔, 如果是说明道岔转换成功, 跳入control2子程序中开放信号;

(3) 等待新的串口中断, 如果FLAG为2, 判断BUFF_2[i]是否为0x00如果是, 把最新的当前状态数据存到BUFF_1。如果不是跳入control2子程序中从新开放信号;

(4) 等待上位机新的指令。

其主要控制程序如下:

4结束语

根据铁路运行的自身特点, 该计算机联锁系统从硬件和软件方面进行设备配置, 通过现场总线通信系统使微机联锁各系统能够正常运行, 最后对该系统的安全性进行验证, 验证结果表明, 该系统是安全的, 能够满足其运行安全的需要。

参考文献

计算机系统控制 第4篇

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课 程 : 计算机控制技术与系统

院 系：

专业班级：

学生姓名：

学 号：

指导教师：

二〇一六年五月

华北电力大学综合设计（论文）

摘要

本门课程的第1、2章为绪论和过程通道的内容，讲述了计算机控制系统的基本概念、组成、类型以及模拟量输入/输出通道、开关量输入/输出通道。为培养锻炼我们结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力，老师给出三道综合设计的题目。

首先，设计了微机控制系统具体硬件电路及软件控制逻辑流程框图，实现了储液罐液位超限时报警并切断工质输入/输出通道的功能。然后，给出了热电偶测量信号的冷端温度补偿方式，并画出现场可实现的冷端温度补偿方案的设计简图。最后，分析了已知的现场64点模拟量信号输入采样电路的问题，并作出了改进设计。

关键词：储液罐液位；微机控制；热电偶；冷端温度补偿；模拟量信号；采样电路。

I

华北电力大学综合设计（论文）

目 录 综合设计题1——储液罐液位微机控制系统………………………………………………1 1.1 题目要求……………………………………………………………………………………1 1.2 总体方案……………………………………………………………………………………1 1.3 硬件电路的设计……………………………………………………………………………1 1.3.1 微处理器的最小配置模式………………………………………………………………1 1.3.2 A/D转换电路……………………………………………………………………………3 1.3.3 报警和电磁阀驱动电路…………………………………………………………………3 1.4 软件控制逻辑流程框图………………………………………………………………………4 2综合设计题2——热电偶测量信号的冷端温度补偿………………………………………6 2.1题目要求……………………………………………………………………………………6 2.2 热电偶测温需进行冷端温度补偿的原因…………………………………………………6 2.3 热电偶测量信号的冷端温度补偿方式…………………………………………………6 2.3.1 计算法……………………………………………………………………………………6 2.3.2 冰点槽法…………………………………………………………………………………6 2.3.3 补偿导线法………………………………………………………………………………7 2.3.4 冷端温度补偿器…………………………………………………………………………7 2.3.5 仪表机械零点调整法……………………………………………………………………7 2.4 现场可实现的冷端温度补偿应用方案……………………………………………………7 2.4.1 补偿电桥法………………………………………………………………………………7 2.4.2 晶体管PN结补偿法………………………………………………………………………8 2.4.3 集成电路补偿法…………………………………………………………………………8 3综合设计题3——模拟量信号输入采样电路设计…………………………………………9 3.1题目要求……………………………………………………………………………………9 3.2 采样电路对应的模入信号地址范围………………………………………………………9 3.3 采样译码电路……………………………………………………………………………10 3.3.1 存在的问题………………………………………………………………………………10 3.3.2 解决问题的方法及理由…………………………………………………………………10 3.4 改进设计…………………………………………………………………………………10 总结……………………………………………………………………………………………11 参考文献………………………………………………………………………………………12 致谢……………………………………………………………………………………………1

3II

华北电力大学综合设计（论文）

1综合设计题1——储液罐液位微机控制系统

1.1题目要求

某现场储液罐工艺流程如下图所示，其中储液罐液位采用微机自动控制，H0为基准液位，Hmax、Hmin分别为储液罐液位的最大值和最小值。正常运行状态下液位H处于基准液位H0附近，当储液罐液位超出Hmax或低于Hmin时系统自动报警，并显示液位高或低报警，同时微机发出控制指令，停止储液罐工质的输入和输出。设计该储液罐液位微机控制系统具体硬件电路（包括AI、DO通道）及软件控制逻辑流程框图。

HmaxH工质入H0基准液位 Hmin工质出

1.2总体方案

本储液罐液位微机控制系统采用以微处理器为核心，配以外围设备[1]以实现监控水位并在紧急情况下报警和采取措施的功能。原理如图1-0所示。

地址锁存器微处理器报警电路液位传感器A/D 转换器电磁阀驱动电路 图1-0 微机控制系统的原理图

1.3硬件电路的设计

1.3.1微处理器的最小模式配置

因上学期学习了微机原理及应用的课程，对8086微处理器的使用较为熟悉，故用之作为本控制系统的核心。

8086最小模式下的引脚功能[2]：

 AD15~AD0(16条)：地址/数据复用线，双向工作。 A19~A16/ S6~S3：地址/状态复用线，输出引脚。

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 BHE/S7：数据高8位允许/状态，输出引脚。 ALE：地址锁存允许，输出引脚。 DEN：数据允许信号，输出引脚。

 DT/R：数据发送/接收控制信号，输出引脚。=1发送（=0接收）

 M/IO：存储器/IO设备控制信号，输出引脚。=1访问存储器（=0访问I/O设备） RD：读信号，输出引脚。低电平有效，表示将执行读操作。 WR：写信号，输出引脚。低电平有效，表示将执行写操作。 READY：存储器或I/O端口准备就绪信号，输入引脚。=1，准备就绪  RESET：复位信号，输入引脚。至少要维持4个T的高电平才有效。 MN/MX：工作模式选择信号，输入引脚。=1最小模式（=0最大模式）

8086微处理器需要运用分时复用技术，故需要增加地址锁存器，I/O设备的选择需要译码电路（使用3-8译码器）。连线如图1-1所示。

U1212224***319RESETAD[0..15]READYA[16..19]INTA/QS1INTRALE/QS0HOLD/GT1BHEHLDA/GT0DT/R/S1TESTDEN/S2NMIRDMN/MXWR/LOCKCLKM/IO/S08086PROGRAM=yunxing.EXESRCFILE=yunxing.ASMAD[0..15]AD[16..19]ALEBHE1DT/RDENRDWRM/IO25342726322928A[0..19]U2AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD73478***D0D1D2D3D4D5D6D7OELE74HC373Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q72A05A16A29A312A415A516A619A7U3U16A12A13A14123ABCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7***097Y0Y1Y2AD8AD9AD10AD11AD12AD13AD14AD***718111D0D1D2D3D4D5D6D7OELE74HC373Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q72A85A96A109A1112A1215A1316A1419A15A15645E1E2E374HC138U4AD163AD174AD187AD198BHE1***D0D1D2D3D4D5D6D7OELE74HC373Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q72A165A176A189A19BHE12151619 图1-1 CPU8086的地址锁存、译码电路

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1.3.2 A/D转换电路

本门课程具体学习了ADC0809芯片的功能及接线并用之做过A/D转换技术的实验，但是基于Proteus软件元件库中不具有其的仿真模式，故使用与其相差无几的ADC0808仿真。

ADC0808的引脚功能：  IN0~IN7：8路模拟量输入端。

 OUT1~OUT8：8位数字量输出端。

 AL：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

 START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0808复位，下降沿启动A/D转换）。

 EOC：A/D转换结束信号，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。

 VREF（+）和VREF（-）：参考电压输入端。 Vcc：主电源输入端5V。 GND：接地。

 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。

液位传感器输出4-20mA的电流，通过一个250Ω的电阻将之转化为1-5V的电压，并输入INT0端口，此模拟信号由ADC0808转换为数字信号并送入8086做相关处理。连线如图1-2所示。（输出端OUT8为最低位，与8086连接时需注意。）

传感器输出4-20mAU1026272812345A0A1A2252423221216IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADD AADD BADD CALEVREF(+)VREF(-)ADC0808CLOCKSTARTEOCOUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7OUT***51417AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0U10(CLOCK)U6:A12WR3R7250R110k74HC02U6:B456RDY074HC02OE9 图1-2 ADC0808的引脚接线电路

1.3.3报警和电磁阀驱动电路

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本门课程具体学习了74LS374构成的开关量输出通道，故使用其仿真。74LS374的引脚功能：  D0~D7：数据输入端。

 OE：三态允许控制端（低电平有效）。

 CP：时钟输入端，其接收到脉冲上升沿时，Q随D而变。 Q0~Q7：输出端。

采用常开式电磁阀控制工质入和工质出，水位超限的时候，两个继电器的常开触点闭合即线圈通电使电磁阀关闭，达到切断阀门的目的。水位超下限，点亮黄灯报警；水位超上限，则点亮红灯报警。连线如图1-3所示。

D3DIODERL25VD4DIODERL15V输入电磁阀线圈输出电磁阀线圈OUT0R31kQ1NPNOUT1R41kQ2NPNB112VB212VU5WRM/IOORAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD73478***U7D0D1D2D3D4D5D6D7OECLK74LS37474LS02Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7256912151619OUT0OUT1OUT2OUT3OUT2OUT3高位报警低位报警D1LED-REDD2LED-YELLOWU8:A21Y13R5100R6100 图1-3 ADC0808的引脚接线电路

1.4软件控制逻辑流程框图

设以储液罐的底部为基准，则底部和顶部的高度对应着差压变送器输出的4-20mA电流信号，即1-5V电压信号。根据液位高度与输出电流成线性关系，可求出Hmax、Hmin对应的Umax、Umin。又根据公式N=256*U/Uref（Uref=+5V，U=模拟量，N=十进制数字量），可求出Umax、Umin对应的Dmax、Dmin。具体的流程图如图1-4所示。

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开始读取ADC0808转换的数字量DD<=DminYESNO关闭继电器熄灭黄灯读取ADC0808转换的数字量DD>=DmaxYESNONOD<=DminYES启动继电器点亮黄灯启动继电器点亮红灯图1-4 软件流程图

读取ADC0808转换的数字量DYESD>=DmaxNO关闭继电器熄灭红灯

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2综合设计题2——热电偶测量信号的冷端温度补偿

2.1题目要求

生产现场有一温度信号T，采用热电偶测量，并将该测量信号由电缆送至模拟量输入通道（AI），如下图所示。解答以下问题：

1）该热电偶测量信号的冷端温度补偿方式可采用哪几种方法？原理是什么？

2）设计该热电偶测量信号对应的几种现场可实现的冷端温度补偿应用方案，并画出设计简图。

现场测温点T冷端热电偶信号电缆AI 通道

2.2热电偶测温需进行冷端温度补偿的原因

由热电偶的测温原理可知，产生的热电势E（t，t0）不仅随热端t变化，同时也要受到t0的影响。一般情况下，热电偶的冷端温度并不固定，而是随室温变化，这样就使E也随室温变化。因此，要求对热电偶的冷端温度进行补偿，以减小冷端温度变化所引起的信号测量误差[3]。

2.3热电偶测量信号的冷端温度补偿方式

2.3.1计算法

根据中间温度定律，有：E（t，0）= E（t，t0）+ E（t0，0）。可用室温计测出环境温度t0，从分度表中查取E（t0，0）的值，然后加上热电势E（t，t0）的值，得到E（t，0）的值，反查分度表即可得到准确的被测温度t的值。

此方法人工进行冷端补偿，在测温现场使用很不方便，因此只适用于实验室。可利用热电偶信号采集卡，并依靠软件编程实现计算机对冷端的自动补偿。把热电势信号通过补偿导线与采集卡的输入端子连接，端子附近安装有热敏电阻，计算机采集各路热电势信号E（t，t0）和热敏电阻信号，根据热敏电阻信号可得到E（t0，0），则能够求出E（t，0）的值。

2.3.2冰点槽法

将热电偶的冷端置于冰水混合物中，使其温度保持为恒定的0℃（在实验室条件下，通常把冷端放在盛有绝缘油的试管中，然后再将其放入装满冰水混合物的保温容器中）。这时候热电势为E（t，0），可直接从分度表中查取温度t值。

这是精度很高的参比端温度处理方法，仅限于在实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。

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2.3.3补偿导线法

为了使冷端温度保持恒定，可将热电极做的很长，使冷端连同测量仪表一起放置到恒温或温度波动比较小的地方。但这种方法使安装使用不方便，而且可能耗费许多贵重的金属材料。因此，一般使用被称为补偿导线的连接线将冷端延伸出来，这种导线在一定温度范围内（0～150℃）具有和所连接的热电偶相同的热电性能。若是用廉价金属制成的热电偶，则可用其本身的材料作为补偿导线。

2.3.4冷端温度补偿器

不平衡电桥（即冷端温度补偿器）由电阻R1、R2、R3和RCu组成，其中R1=R2=R3=1Ω，RCu是由温度系数较大的铜线绕制而成的补偿电阻。此桥串联在热电偶测量回路中，冷端与RCu感受相同的温度，在20℃下RCu=1Ω即电桥平衡。当冷端温度变化时，RCu随之改变，破坏了电桥平衡，产生的不平衡电压△U与热电势相叠加，一起送入测量仪表。如限流电阻RS的数值选择合适，可使△U在一定温度范围内基本上能补偿冷端温度变化而引起的热电势变化值。

2.3.5仪表机械零点调整法

预先测量出冷端温度，可直接将仪表机械零点从0处调到t0处，这相当于预先给仪表输入电势E（t0，0），使得接入热电偶后，仪表的输入电势为E（t，0）= E（t，t0）+ E（t0，0），此时仪表指示值即为热端温度t。

这种方法一般用于对精确度要求不高的场合，并且适用条件为冷端温度比较恒定和仪表机械零点调整方便。

2.4现场可实现的冷端温度补偿应用方案

2.4.1补偿电桥法

连接如图2-1所示。

现场测温点T冷端热电偶放大AI 通道ER图2-1 补偿电桥电路图

原理： 2.2.4中有详细说明，在此不再赘述。

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2.4.2晶体管PN结补偿法

连接如图2-2所示。

现场测温点T热电偶放大冷端温度补偿电路AI 通道PN结

图2-2 晶体管PN结电路图

原理：当恒定电流正向流过PN结时，其管压降与温度成线性关系，正向电压随温度上升而下降，此管压降可在一定范围内补偿热点势的变化值[4]。

2.4.3集成电路补偿法

连接如图2-3所示。

热电偶T冷端图2-3 集成电路图

集成测温芯片

原理：随着集成IC的飞速发展，出现了专门针对热电偶的串行模数转换器，它能独立完成信号放大、冷端补偿、线性化、A/D转换及SPI串口数字化输出功能，如MAX6675等。

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3综合设计题3——模拟量信号输入采样电路设计

3.1题目要求

现场64点模拟量信号输入采样电路如下图所示，整个电路由四个AD7506（A、B、C、D）芯片构成，每个AD7506芯片可接入16点现场模拟量信号。解答下列问题：

1）根据图中译码电路，给出A、B、C、D四个AD7506采样电路对应的模入信号地址范围； 2）分析该采样译码电路存在哪些问题，要解决这些问题应当补充哪些信号，为什么？ 3）该采样电路若要实现对每路模入信号采样地址唯

一、不出现与其他I/O接口或存储器地址重叠问题，应如何改进设计？请在图中补充画出具体译码电路接线。（I/O接口译码的地址线为8位：A7-A0）。

3.2采样电路对应的模入信号地址范围

由图可知，通过地址信号A5-A0的译码选通实现对四片AD7506芯片的开关控制，其中地址信号A4、A5用来实现片选控制，假设A7、A6均为0，则得到以下结果：

A : 00000000B-00001111B(A5、A4均为0时，芯片A被选通。)B : 00010000B-00011111B(A5为0而A4为1时，芯片B被选通。)C : 00100000B-00101111B(A5为1而A4为0时，芯片C被选通。)

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D : 00110000B-00111111B(A5、A4均为1时，芯片D被选通。)3.3采样译码电路

3.3.1存在的问题

该电路只考虑了对地址信号的译码选通，没有考虑CPU的其余控制信号，例如R/W、I/O等信号，实际译码电路设计中CPU的这些控制信号也应涵盖到。

还有，此电路仅仅考虑按照所给I/O地址进行的译码电路设计，其中电路在译码选通过程中是否会与系统中其他I/O地址或存储器地址发生冲突尚未考虑。地址线为8位即A7-A0，但输入采样电路中只使用了6位地址线即A5-A0，则会出现地址重叠的现象。

3.3.2解决问题的方法及理由

考虑CPU的其余控制信号，加入WR和M/IO。要解决地址重叠问题，应当补充A7和A6信号，因为用全译码法做片外译码可避免地址重叠[5]。

——

——3.4改进设计

S15S14A1514VCCVDDVSSOUTA3A2A1A0S15S141514BVCCVDDVSSOUTA3A2A1A0S00S00ENEN—Y0—Y1—Y2—Y3—Y4译—Y5码器—Y6—Y7G1—G2A—G2B CBAVCCWRM/IOA7A6A5A4A3A2A1A03 – 8 AD7506CAD7506S15S14S0.........1514.........VCCVDDVSSOUTA3A2A1A0S15S14D1514VCCVDDVSSOUTA3A2A1A0AD7506ENAD7506.........0S0.........0EN

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总结

通过本次完成综合设计的作业，我对所学课程内容的理解和掌握有所加深，尤其是对于过程通道的使用和设计。

由于题目需要结合实际的工程情况，而现有阶段我还没有条件获得现场经验，所以在完成过程中遇到了许多困难。但是通过查阅文献、相关资料以及组织素材，我不仅仅获得了解题的思路，更是了解了当下较为实用新兴的技术，不再只局限于课本上的有限知识。

总而言之，从一开始的毫无头绪、步步为难，到圆满结束的欢欣雀跃，我收获良多也感慨良多。我渐渐能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用任务的要求，进行方案的基础设计和简单评估。

除此之外，人生第一次正式地撰写论文，有着种种陌生感，中间也碰过不少壁，最终还是找到相应的规范，成功地完成了本篇论文。

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参考文献

[1] 令朝霞．计算机液位控制系统的设计[J]．机械工程与自动化，2011,04:140-141． [2] 马平，姚万业，王炳谦编著．微机原理及应用[M]．北京：中国电力出版社，2002． [3] 常太华，苏杰编著．过程参数检测及仪表[M]．北京：中国电力出版社，2009． [4] 包晔峰，单明东，杨可，蒋永锋．基于PN结的热电偶补偿电路设计[J]．电子测量技术，2010,11:10-13.[5] 李大中，周黎辉，焦嵩鸣编著．计算机控制技术与系统[M]．北京：中国电力出版社，2009．

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致谢

刚拿到综合设计题的时候，真的不知道该从何下手。在李老师耐心的讲解下，打开了思路也找到了正确的方向，在与同学大量的讨论下，解决了在细节处遇到的困难，才完成了自己的综合设计论文。

另外，感谢老师给予我这样一次机会，使我在结课前的的最后一段时间里，在压力的驱使下，尽可能多地学习一些实践应用知识，提高独立思考的能力。

解析嵌入式计算机连锁控制系统 第5篇

关键词：嵌入式；计算机；信号；连锁控制

中图分类号：TP368.1

嵌入式信号连锁是一种新型的连锁控制技术，目前基本替代了之前的继电器信号系统。目前的计算机连锁系统的状况为：如果把连锁运算程序与别的系统同时安装计算机当中，那么将连锁运算程序一定是在下位机的位置。现行的计算机连锁系统的问题是成本较高、可靠性和安全性不高、连锁运算机构负担过重。为了能够让计算机的连锁系统功能和连锁运算功能同步实施，下文将嵌入式的技术手段，根据专业性的理论对目标功能进行了相关的设计。

1 嵌入式系统

1.1 关于嵌入式系统功能和组成

嵌入式系统的功能是实现对其它设备的控制、监视或管理等。计算机技术是嵌入式系统的基础，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等等几个方面的参数需要特别精确。嵌入式系统在通常情况下是由四个部分构成的，第一部分是嵌入式微CPU，第二部分是相关的外围硬件设备，第三部分是嵌入式操作系统，第四部分是客户端，也就是用户的应用程序，在这四个部分中嵌入式微CPU是嵌入式系统的中心部分。嵌入式系统的硬件主要包括微处理器、存储器、相关的外设器件、输出端口和输入端口以及图形控制器；嵌入式系统的软件是由操作系统软件与应用程序编程两个部分组成。其中应用程序的主要使命是对系统的运行进行控制；而操作系统的使命则是对应用程序编程与硬件的交互作用进行监视和控制。

1.2 关于嵌入式的主要特性

具有很强的支持能力，能实时支持多项任务；能极限缩短内部的代码和实时内核心的执行时间；能有效保护存储区；能避免软件模块间的错误；能扩展处理器结构，极速开展需要的高性能嵌入式微处理器；能使嵌入式微处理器功耗降到最低。

2 嵌入式的总体设计方案

2.1 关于硬件体系

这里以铁路信号设备为例，对于道岔总数为25组及其以下的车站，用四个连锁控制器，构成计算机连锁系统连锁运送机构。在该结构中，采用局域网LAN，来完成系统中监控机、维修机和连锁机之间的通信；连锁控制机构采用双机热备的结构形式；监控机采用热备方对于道岔数大于25组的车站，采用增加连锁控制机构数和监控软件功能。

2.2 关于软件体系

2.2.1 关于软件层次结构

软件系统分为操作系统层、驱动层、中间层和应用层四个层次。其中关于中间层主要工作是进行系统的初始化工作和驱动有关的硬件设备，大体上的工作顺序是从下至上，先从硬件着手，再向软件方向进军。详细的工作顺序如下所述，第一步是片級的初始化，然后是板级的初始化，最后是系统级初始化，经历三个步骤之后完成了所有的初始化工作。关于操作系统层的执行工作是进行与操作系统移植工作相关的内容，以及其系统内核中的嵌入工作。在系统中其扩展层的执行工作主要是给当前应用的操作系统增添一些本来没有的相关功能。在系统中关于应用层的执行工作主要是顺利执行系统功能以达到相关的控制器的指标。

2.2.2 嵌入式实时操作系统

嵌入式实时操作系统具有以下特征：可裁剪，可移植；内核小，效率高，实时性好，上下文切换速度快；开放源代码，支持所以处理器芯片；内存要求低；基于优先级的多任务抢占式调度策略。如此高效运行的嵌入式实时操作系统（OS），可以让连锁控制器工作的环境有所拓展而去执行更多的任务。

2.2.3 关于连锁软件模型化

在嵌入式双冗余连锁系统中应用到软件有上位机software和连锁机software以及维修机software等。在以上的几款软件当中，连锁机software的功能是进行连锁控制活动，它就是系统中软件中的中心部分，所以要对其结构进行深入的研究。

Petri网是形式化方法之一，对复杂系统进行建模非常适用，能精确系统定义，分析系统的重要特性。连锁软件中的逻辑运算特别复杂，主要任务是对连锁逻辑进行建模，运用Petfi网能保证连锁逻辑定义精确。

连锁程序，主要是判定上位机发送过来的操作命令，根据现场信号设备的实时状态，处理合法命令，判定并处理站场中各个信号设备是否有故障。“命令处理”过程通过对上位机传送过来的操作命令进行合法性判定并调用相应的操作函数进行处理来实现。

“进路处理”的处理对象是进路命令及其程密切相关的命令。对系统中多条进路过程按并行方式来处理。

2.2.4 任务划分

应用软件的功能是通讯和连锁，驱动程序的功能是完成设备初始化操作，操作系统的功能是完成任务的调度和管理。

应用软件部分依据任务和作用划分，为与通讯任务、现场设备驱动任务、连锁任务、进路任务、电源监测监控任务、DoubleRAM任务、Watchdog任务和存储器管理任务。

其中连锁任务完成连锁运算，按照连锁运算规则，对相关模块采用集中调度方式完成连锁运算。相关模块有接收操作命令输入模块、现场状态输入模块、操作命令执行模块、进路处理模块、控制命令输出模块和表示输出模块。

2.2.5 测试和仿真

测试时，用强制变量法和观察法对低层模块进行调试；用上位机和连锁机相结合的方法，对上层、中间层模块进行调试。

2.2.6 系统可靠性和安全性的设计

在相关的控制器中，关于结构多数会应用比较型的冗余结构，假如这二个处理器的处理结果有差异，计算机能够在显示结果的同时如果计算机检测到导致结果出现差错的失效单元，就会进行相关的切换动作；如果检测不到相关的失效单元，计算机的相关系统就会自动输出关闭提示信息。

在计算机系统中通常情况下只有四个状态：第一种状态是二个单元都处于正常状态，第二种状态是系统处于降级工作的状态，第三种状态是系统出现故障的状态，最后一种是系统处于危险状态之中。利用马尔可夫模型进行分析可得出一下结论：在嵌入式双冗余系统中，它的运行准确度比较高，通常情况下可以达到99.99%，系统中大约每隔4.17×106才会出现一次运行事故；这种系统的安全度非常高，可以达到99.9973%，系统大约每隔1.111×1011才会出现一次危险事故；这两项的相关参数都符合计算机领域中的相关的可靠性和安全性的技术要求。

3 结束语

计算机连锁控制技术在各行行业应用广泛，我国各项产业快速发展，对计算机连锁控制技术的安全性及控制水平也必须提高以保证系统稳定运行。信息技术的革新使得嵌入式计算机连锁在各个方面广泛应用，硬件和软件配置，满足相关行业的需要。减少了劳动工作人员的工作强度，提高了产业的生产的安全性，保证了设施和人员安全，保障了经济效益。近几年来，我国经济发展态势非常好，“既要迎进来，又要走出去”的思想方针也需要我们的控制系统与国际接轨。嵌入式计算机连锁控制在国民经济发展中有重要作用，所以，我们必须与时俱进，加大研究力度，研究出符合国民生产需要的嵌入式计算机连锁控制系统。

参考文献：

[1]熊飞.全电子计算机连锁系统信息传输网络的设计[J].铁路计算机应用，2012（10）.

[2]旷文珍.铁路车站分布式计算机连锁系统[J].中国铁道科学，2012（05）.

计算机控制系统的典型结构 第6篇

关键词：计算机,控制系统,典型结构

工业控制计算机系统与所控制的生产过程的复杂程度密切有关, 不同的控制对象和不同的控制要求, 有不同的控制方案。不同的结构, 典型的结构有以下几种。

1 操作指导控制系统

计算机按一定的算法, 根据检测仪表测得的信号数据, 由数据处理系统对生产过程的大量参数做巡回检测、处理、分析、记录以及参数的超限报警等。通过对大量参数的积累和实时分析, 可以达到对生产过程进行各种趋势分析, 为操作人员提供参考, 或者计算出可供操作人员选择的最优操作条件及操作方案, 操作人员则根据计算机输出的信息去改变调节器的给定值或者直接操作执行机构。这种系统也称为计算机数据采集与检测系统。

2 直接数字控制系统

直接数字控制 (Direct DigitalContr01) 系统, 简称DDC系统。在系统中, 计算机代替常规模拟控制器, 直接对被控对象进行控制。很明显, DDC系统是闭环控制。DDC系统工作过程是计算机首先通过过程输入通道实时地采集被控对象运行参数, 然后按给定值和预定的控制规律计算出控制信号, 并由过程输出通道直接控制执行机构, 使被控量达到控制要求。

3 监督控制计算机系统

在DDC方式中, 被控对象的给定值是预先设定的, 它不能根据生产过程工艺信息和生产条件的改变及时得到修正。所以DDC系统不能使生产过程处于最优工况。

在监督控制计算机 (SCC) 系统中, 计算机按照生产过程的数学模型计算出最佳给定值送给模拟调节器或者DDC计算机, 模拟调节器或DDC计算机控制生产过程, 从而使生产过程始终处于最优工况。SCC系统较DDC系统更接近生产变化的实际情况, 它不仅可以进行给定值控制, 而且还可以进行顺序控制、自适应控制和最优控制等。这类系统有两种结构形式:一种是SCC+模拟调节器控制系统;另一种是SCC+DDC系统。

1) SCC+模拟调节器控制系统。在此系统中, 由计算机系统对各物理量进行巡回检测, 按一定的数学模型计算出最佳给定值并送给模拟调节器, 此给定值在模拟调节器中与检测值进行比较, 偏差值经过模拟调节器运算, 产生控制量, 然后输出到执行机构, 以达到调节生产过程的目的。当SCC出现故障时, 可由模拟调节器独立完成操作。

2) SCC+DDC系统。这实际上是一个两级控制系统, 一级为SC C的监督级, 另一级为DDC的控制级。SCC的作用是完成车间或工段级的最优化分析和计算, 并给出最佳给定值, 送给DDC级计算机直接控制生产过程。两级计算机之间通过接口进行信息交换, 当DDC级计算机出现故障时, 可由SCC级计算机代替, 因此大大提高了系统的可靠性。

4 集散控制系统

计算机控制发展初期, 控制计算机采用的是中、小型计算机, 价格昂贵。为充分发挥计算机的功能, 对复杂的生产对象的控制都是采用集中控制方式。一台计算机控制多个设备、多个回路, 以便充分利用计算机。计算机的可靠性对整个生产过程的影响举足轻重, 一旦计算机出故障, 生产过程受到极大影响。若采用冗余技术, 需增加备用计算机, 投资太大。20世纪70年代中期, 随着功能完善而价格低廉的微处理器、微型计算机的出现, 分散控制和集中管理的控制思想和网络化的控制结构的提出, 用分散在不同地点的若干台微型计算机分担原先由一台中、小型计算机完成的控制与管理任务, 并用数据通信技术把这些计算机互连, 便构成网络式计算机控制系统。这种系统具有网络分布结构, 所以称为分散式 (或分布式) 控制系统 (Distributed ControlSyste m, DC S) , 但在自动化行业中更多称其为集散控制系统, 简称DC S。集散控制系统反映了分散式控制系统的重要特点:操作管理功能的集中和控制功能的分散。

5 现场总线控制系统

集散控制系统的应用提高了工业企业的综合自动化水平。然而, 由于DCS采用了“操作站一控制站一现场仪表”的结构模式, 系统造价较高。DCS的另外一个弱点是各个自动化仪表公司生产的DCS有其自己的标准, 不能互连, 设备互换性和互操作性较差。

20世纪90年代初, 出现了一种新型的用于工业控制底层的现场设备互连的数字通信网络, 即现场总线技术。现场总线是连接现场智能仪表与自动化系统的数字化、双向传输、多分支的通信网络。现场总线既是开放的通信网络, 又可组成全分布的控制系统, 用现场总线把组成控制系统的各种传感器、控制器、执行机构等连接起来就构成了现场总线控制系统 (Fieldbus ControlSystem, FCS) 。现场总线控制系统的简单结构如图1所示。

FCS有两个显著特点:一是系统内各设备的信号传输实现了全数字化, 提高了信号传输的速度、精度和距离, 使系统的可靠性提高;二是实现了控制功能的彻底分散, 即把控制功能分散到各现场设备和仪表中, 使现场设备和仪表成为具有综合功能的智能设备和仪表。FCS的结构模式是“工作站现场智能仪表”, 比DCS的三层结构模式少了一层, 降低了系统成本, 提高了系统可靠性。在统一的国际标准下, 可实现真正的开放式互连系统结构。

6 工业过程计算机集成制造系统

热轧计算机管理与控制系统(下) 第7篇

连铸产出的板坯是炼钢终计划执行完毕的结果,这些板坯入库后作为进一步编制热轧初计划和终计划的对象材料。所以板坯的入库、堆垛、倒垛以及上料等仍以一体化计划为核心进行管理,其中堆垛的好坏直接影响到上料的作业效率。

3.3.1 板坯入库和堆放策略

从连铸直接入库的板坯信息中,凡在计划内的板坯均包含热轧预计划号(以下称轧制计划号)。入库板坯包括:DHCR吊销坯、HCR坯、从连铸辊道直送的CCR坯、从连铸台车运来的冷坯、外来坯以及各种情况的返回坯等。板坯实物与板坯信息经核对确认后进行统一管理。

板坯堆放策略如下(以碳钢为例,不锈钢同理):(1) 同一轧制计划号的板坯顺序堆放在同一垛位上;(2)相同RF码的板坯堆在同一堆垛上;(3)在没有相同轧制计划号和RF码时,按板坯属性(包括:出钢记号、规格尺寸等)堆放。

综上,凡属一体化计划内的板坯按计划号堆放,同一轧制计划号的板坯尽量同跨(也可以多跨)堆放,相同轧制计划号、相同RF码的板坯堆放在同一堆垛;没有计划号的板坯(如余材、外来坯等)按出钢记号和板坯物理属性堆放。具体堆放策略见图5。

3.3.2 板坯出库和板坯倒垛策略

当SYC从L3管理计算机接收到终计划后,为减少上料前的倒垛,先进行计划内板坯执行顺序优化和进行预倒垛,即:

(1)同一垛内优化。当两块板坯的轧制族相同时,根据出库要求两块板坯可以互换;

(2)不同跨优化。不同跨内的两块板坯装炉族相同,根据出库要求两块板坯可以互换;

(3)计划号大的板坯倒在计划号小的板坯上面。

其它的板坯倒垛策略基本上都是围绕板坯库的堆放策略进行的。优化后的计划成为终计划,并作为形成上料命令的依据,分别送L3,SCC1和SCC2。

3.4 加热炉对一体化计划执行的支持

在进行DHCR直接热装时连铸浇铸完的板坯直接通过辊道输送并装到加热炉,HCR和CCR冷装时板坯由热轧板坯库通过加热炉上料辊道入炉,在入炉时加热炉SCC1按计划的入炉顺序装入3座加热炉,在这一过程中不论发生何种情况都要确保板坯按出炉顺序出炉,以满足轧制计划要求的上料顺序。

3.4.1 接收计划并确认

在执行DHCR计划时,热轧终计划在连铸开浇时形成并由SYC传给SCC1,而在执行HCR和CCR计划时,是在SYC对终计划优化结束时将优化后的终计划发给SCC1,SCC1在执行计划过程中仅对终计划进行调整,这个调整主要在装炉前和抽钢前完成。在连铸板坯到达连铸出坯辊道秤(亦是热轧的入口核对点)时,SCC1对其进行DHCR条件的判定及确认:如果符合DHCR条件,则通知SYC计算机,并将此板坯放行。同时修正原来计划中的装入顺序号;如果判定不能进行DHCR,则将此板坯从DHCR计划中删除,并通知SYC计算机进行板坯卸料。而一般的CCR和HCR冷装坯,则由SYC计算机将上料板坯信息传送给SCC1计算机,并在加热炉上料辊道上进行确认。

3.4.2 装炉过程

当两台连铸机的出坯顺序发生变化时,SCC1根据“族”的概念进行装入顺序和抽出顺序的调整(可利用“族”内板坯替代)补正。同时计算冷板坯和DHCR板坯的装入时间,并通知SYC计算机,以便SYC进行板坯上料控制。由于轧制计划中设定了每块板坯的装入时间和抽出时间,因此SCC1需要根据板坯最短在炉时间或实际轧制节奏要求时间,不断修正每块板坯的装入时间,并传送给SYC,SYC根据轧制计划对装入时间的要求及板坯吊装和运送的时间,控制板坯的上料节奏。

3.4.3 出炉过程

SCC1根据轧制节奏按预定的抽出顺序计算每块板坯的在炉时间,如果该板坯计算的在炉时间达不到工艺要求,不能按预定的抽出时间或抽出顺序进行出钢,就必须调整另一加热炉的加热速度或判定另一加热炉是否可以多出板坯,从而修改加热炉的加热速度或修改抽出顺序。当加热炉的抽出顺序发生改变时,需要同时变更步进梁的动作周期。

SCC1设置抽出顺序表,并根据生产的实际需要进行修正。按抽出顺序表,确定下一块抽出的板坯号,以便设定出钢机抽出时间。

由于实际工况的复杂性,例如:在实施DHCR计划时,3座加热炉中既有DHCR计划又有冷装计划,计划中的板坯可以是碳钢也可以是不锈钢的各种组合,因此形成加热炉的“等速”和“不等速”出钢,其中“不等速”出钢会给计划编制及调整带来很多困难,因为“等速”出钢轧制计划的后续计划比较容易接续,即计划中的板坯能够按顺序装入各加热炉;而“不等速”出钢轧制计划的后续计划因各炉座的开始装炉时间不同,可能会导致上料混乱或影响产能,所以在刚投产时或生产尚未正常时应以“等速”出钢为主。在正常生产中,不同的模式有不同的处理方法,比如DHCR计划和冷装计划混合,在抽钢策略中一般将装DHCR料炉子与装冷料炉子的抽钢节奏设为2∶1。

3.5 热轧模型对混合轧制的支持

模型控制是热轧控制的核心,它首先将下发的轧制计划的PDI数据中各工艺参数的目标值转换成相应设备的控制目标和控制精度,通过模型控制来实现轧制计划要求。从模型大框架上来说,混合轧制和常规轧制模型是相同的,但是在具体控制的细节上碳钢和不锈钢轧制有很大的不同。主要体现在工艺技术要求、模型结构和模型控制的优化等几方面。

3.5.1 工艺技术要求

在混合轧制的条件下,对工艺技术的特殊要求表现在如下几个方面:(1)粗轧机设定模型RSU,对不同的板坯厚度和除鳞要求(水或蒸汽)进行正确设定;(2)精轧机设定模型FSU,对是否采用热卷箱及采用时进行有效切换进行设定,并对碳钢和不锈钢进行剪切后的头尾剪料分别进行收集控制;(3)卷取温度设定模型CTC,要具有多种层流冷却系统冷却方式的快速切换功能,要求模型控制能对碳钢和不锈钢进行快速切换,并根据碳钢和不锈钢不同的卷取温度进行有效控制;(4)加热炉自动燃烧模型ACC,在碳钢和不锈钢混合装炉时对要求不同加热温度的板坯进行温度计算和控制。

3.5.2 模型结构

在模型结构方面为适应混合轧制的特点,在常规热轧模型的基础上主要通过以下几方面进行优化和改进:(1)在模型层别表中区分不锈钢和碳钢(材质),根据不同的钢种和规格组合成相应的控制方式;(2)模型自学习的策略是不锈钢轧制的遗传系数来自于之前轧过的不锈钢生产实绩所建立的遗传系数,碳钢亦然,而混合轧制时要从这种传统上的“一块接一块”的模型自学习方式变为碳钢和不锈钢“交叉”模型自学习方式。

3.5.3 模型控制

在模型控制方面专门针对混合轧制进行的优化和改进主要表现在:(1)精轧模型在轧制铁素体不锈钢时,由于该钢比较软,故投用“缩颈补偿”功能,防止在卷取机卷取建张过程中造成带钢头部拉窄。(2)在全线温度控制上混合轧制和常规热轧有很大的区别,例如生产合同中碳钢和不锈钢的目标终轧温度有很大区别,为此在轧制过程中,精轧模型中精轧机架间冷却水控制和精轧轧制速度控制逻辑上有很大差异。解决办法是:首先在热轧数学模型层别表中将碳钢和不锈钢分开,即遇到碳钢按碳钢的相关方法设定,而遇到不锈钢按不锈钢的相关方法设定,从而解决了混合轧制中的这些问题。(3)在精轧轧制力控制上混合轧制与常规热轧的区别也比较明显,由于碳钢的化学成分比较单一,因而在轧制力计算过程中比较简单;而不锈钢化学成分比较多,各化学成分在轧制力计算中所占份额非常关键,这也是混合轧制在模型控制中的一个难点。具体解决的方法是:将不锈钢化学成分考虑到轧制力设定模型中,虽然这些化学成分在轧制力计算公式中不占主导地位,但是可以提高轧制力模型设定的准确性。(4)奥氏体轧制过程中容易出现“头部轧破”现象,由于奥氏体刚度比较硬,对轧辊的冲击力比较强,为此,在精轧模型控制中需要增加“速降补偿”功能,减小带钢头部对轧辊的冲击力。(5)PC轧机设定模型PCSU,精轧F2～F4机架采用新型的无间隙单向交叉方式,交叉角为0～1.2°,在混合轧制时,PC轧机根据不同板带宽度的PC角度进行实时调整,以实现热凸度补偿,并与工作辊强力弯辊系统配合,控制带钢的凸度和平直度。

4 质量管理

产品的质量管理贯穿于从合同接收到成品出厂的整个过程,系统的质量管理子系统按一贯质量管理的要求设计,在各个生产阶段对产品进行检验和判定,跟踪产品生产全过程,并在产品出厂时为用户提供质量保证书。

一贯管理中的关键技术是对产品采用了两个贯穿全过程的管理代码。一个是制造命令号,它对应炼钢炉次代码(当然这个代码随着物料的进一步加工由炉次号演变成板坯号、钢卷号等,跟踪的键值也会增加),随物流从炼钢一直跟踪到成品出厂直到用户。另一个是出钢记号,只跟踪到产品入库。它表示物料/产品的材质性质等。通过这两个管理代码,可实现产品质量的一贯管理,掌握产品生产进度,管理产品履历。当出现产品质量问题时,也可利用这两个代码追溯到产品生产的每一道工序,研究分析,采取对策,提高质量。

质量管理分4个阶段:质量设计,质量形成,质量判定和质量分析。

4.1 质量设计

热轧质量设计的主要工作是根据合同要求,对加热、除鳞、粗轧、精轧、冷却及卷取等工艺的控制提出具体要求,并制订产品的判定、检验标准等。

冶金规范体系是质量一贯制的完美体现。它以静态表的形式建立,可以方便地实现按用户要求,按“标准+α”组织生产,实现生产线的优化和质量效益的最大化。冶金规范体系将产品属性和生产工艺、质量要求相结合,是合同评审、合同订立的重要依据,结合最终用途和最终用户可以选出相应的冶金规范,形成生产控制要求和质量判定的依据。在完成质量设计后,将产品的工序控制要求写入合同文档中,并在生产作业计划完成后把控制参数附加在材料上,以此作为PDI下发至相关L2。

热轧生产的质量控制参数主要有:加热(出钢)、粗轧、精轧(开轧和终轧)和卷取温度;除鳞方式和冷却方式;厚度、宽度和凸度控制公差等。热轧作为一个承上启下的工序,质量设计也秉承质量一贯制的思想,必须结合上下工序的实物质量控制水平和质量实绩进行本工序工艺控制参数的设计。

4.2 质量形成

按质量设计要求进行生产,过程控制计算机模型按质量设计要求进行控制,参见3.5节中模型控制。

4.3 质量判定

热轧质量判定包括两部分:(1)在接收热轧L2上传的PDO时,进行工艺控制执行结果判定;(2)对产品表面质量、外形和性能的判定。

L3质量子系统在接收到轧机L2上传的PDO后,会对照所下达的控制要求对实绩进行比对,对不符合要求的钢卷进行质量封锁。轧机L2也会对轧制结果进行跟踪,将不符合要求的钢卷的封锁信息发送至L3,而L3将直接把该钢卷置为封锁状态。

钢卷的表面质量和外形判定由人工进行,若钢卷不满足要求则在系统上置封锁标志。被质量封锁的钢卷需要人工介入处理,或改判(降级),或改规(公差不符时),或进行返修(平整机组修理),或经验证合格后放行处理。对有性能要求的钢卷,在编制热轧计划时将按照试样频率生成试样组(精整卷在精整计划编制时生成),并下发至热轧L2。钢卷产出后,将对有试样组标志的钢卷进行取样,在L3收到试样卷的生产实绩后,系统自动将试验要求发送至检化验L2。而L3接收到检化验L2上传的试验结果时,将自动比对各项性能的计划值(质量设计时根据标准要求生成)和实测值,并判定是否合格。若不合格须取复样及再样,再作性能试验。L3系统的材料状态码对钢卷视判定情况进行跟踪,对在非封锁状态的成品阶段钢卷,在性能判定合格后,系统自动将该钢卷综合判定为合格,即进入准发(准予发货)阶段的管理。

4.4 质量分析

以上3个阶段是在不同产品的生产管理系统单独进行的,而质量分析则作为一个独立系统处理全部产品的综合质量信息。产品生产的合同信息、生产实绩信息以及检化验信息等每日以批处理方式进入数据仓库系统,运用SAS软件对数据进行收集和管理,生成各类统计分析报表并进行相关性数据分析,供持续改进,真正实现PDCA循环。图6描述的是提高和完善质量管理的PDCA循环。

5 热轧钢卷库管理

热轧钢卷库是热轧下游的库,钢卷库热轧卷的去向比较复杂,它的管理除满足一般的钢卷管理要求外,还引入了虚拟库的概念,使热轧和冷轧实现更加灵活、通畅的物流管理,并确保物流与信息流的同步。

5.1 虚拟冷轧原料库的引入及管理

宝钢不锈钢事业部热轧钢卷库和冷轧原料库为紧凑布置,冷轧两条处理线的前库以及冷轧原料库的面积都很小,导致生产组织十分困难。为了解决这个矛盾,采取按材料的属性而不是完全按材料存放的物理位置划分库类别的原则,将热轧钢卷库的一部分库存能力开辟为冷轧原料库区,并定义为虚拟冷轧(碳钢)原料库(它的材料由冷轧存货系统进行管理,作为编制冷轧机组计划的资源),以便与物理库中热轧属性的库区分(它的材料由热轧存货系统进行管理)。虚拟冷轧(碳钢)原料库按冷轧库区编号的原则进行编号,进入虚拟库的钢卷就是冷轧碳钢原料卷,由CYC负责管理与控制。从L3存货管理的角度看,它属于冷轧存货系统管理,具备编制冷轧机组作业计划并进入冷轧产线进行生产的条件。

虚拟冷轧原料库管理包括:(1)入虚拟原料库的钢卷必须具备冷轧原料卷的条件:是冷轧去向的碳钢卷且已在热区中冷却足够时间,表面质量合格且未封锁的钢卷;(2)入虚拟库的时刻是由L3下发热轧钢卷库转库到虚拟冷轧原料库的转库命令的时刻;(3)出虚拟库需要接到由冷轧侧传送过来的机组转库命令或执行L3的红冲命令,把钢卷转至冷轧相应机组的前库或热区;(4)虚拟库内钢卷管理与常规库管理功能基本相同,可以进行倒垛、过跨等操作。如图7所示。

5.2 虚拟成品库的引入及管理

为了解决冷轧去向的不锈钢卷到冷轧后,由于质量等原因需要返回到热轧钢卷库处理以及罩式炉机组生产的成品卷(原设计没有考虑)需返回到热轧钢卷库进行打包、取样、发货等问题,引入了虚拟冷轧成品库的概念,即利用位于热轧成品库中的一些库区来处理具有冷轧材料属性的钢卷。它与虚拟冷轧原料库的区别是:具有成品库的功能,在虚拟冷轧成品库中的钢卷,可以进行打包、取样、出厂等操作;与热轧钢卷库的区别是:虚拟冷轧成品库中的钢卷是属于冷轧存货系统,而热轧钢卷库的钢卷属于热轧存货系统。CYC根据钢卷的属性来区分它们的实际库位。如图8所示。

6 结束语

宝钢不锈钢事业部热轧厂集中了冶金企业热轧生产管理与控制中的很多难点,相关的各级计算机管理和控制系统重点考虑了不锈钢和碳钢混合生产的特点,采用一体化计划管理、强化质量管理和库的管理,有效支持板坯直接热装热送以及支持冷轧生产,从而解决了板坯库和热轧、冷轧钢卷场地小、物流复杂等问题,为不锈钢事业部的生产、物流管理和质量控制提供了必要条件,热轧计算机系统在对提高热轧产品质量、降低成本、提高成品率和生产效率以及在应对钢铁市场竞争日益激烈和市场形势变化莫测的情况下发挥了极其重要的作用。

计算机自动控制系统及应用探析 第8篇

计算机控制系统主要由软件和硬件两部分组成, 其中包括过程输入/输出通道、计算机、操作台、外部设备、系统软件及应用软件等部分, 各个部分的协调工作使得控制系统可以顺利工作。计算机输入/输出设备进行数据的输出输入, 计算机的操作台和其他外部设备实现数据和信息的收集, 系统软件等应用软件实现控制功能。多个系统共同组成了计算机自动控制系统, 使其具有复杂性和全局性的特点。

1.1计算机自动控制系统理论

计算机自动控制系统提出将计算机多个部分和功能技术结合在一起, 有机整合为一个新的功能系统, 使其实现了高效自动控制的功能, 达到人们的设计目的。计算机自动控制系统的发展和使用相比之前更加成熟, 功能和性能都得到完善和提高, 但同时其复杂性和设计精度也要求更高, 在实现实际使用需要的同时还要进行完善, 随着控制理论的不断发展, 自动控制理论的不断进步对计算机自动控制发展具有促进作用。

1.2计算机自动控制系统的常见结构及其功能

计算机自动控制系统主要由控制器, 执行器, 被执行控制对象和给定值等部分组成, 这些是计算机自动控制系统工作的基础, 也是执行既定程序和命令的关键部分。系统内部主要是根据给定值和反馈值进行目标的设定和执行, 在经过控制器来控制误差的大小, 使得运行的参数有效值被控制在一定范围之内, 实现控制的目的和人工智能的要求。这样就是一个最基本的计算机自动控制系统组成和工作原理。

1.3计算机控制系统的控制过程

计算机控制系统的控制主要由两个过程组成, 首先是数据的采集过程, 控制器需要利用被控制对象的数据来进行分析和检测, 再将输入的数据进行对控制量的规范和控制, 整合之后传送到下一阶段的控制。接下来便是实时的控制, 根据上一层次接受到的数据进行分析和数据转换, 将这个过程进行不断地重复进行, 使得系统可以达到工作人员预先设置的工作目标和工作质量, 达到自动控制的目的。

2计算机自动控制系统类型和要点

计算机自动控制系统有着许多的分类和各自不同的特点, 但是其中最关键的原理仍然是通过对数据的运行目标和参数进行事先的设置和设定, 再通过系统运行过程中对软件运行状态和运行数据的监控产生的实时数据进行反馈和判断, 鉴定是否符合计算机自动控制系统既定控制目标。计算机自动控制系统在实际工作过程中会遇到各种各样的问题, 因此需要设计出不同种类的系统来应对可能出现的问题, 保证系统功能能够正常运行。

2.1操作指导控制系统

操作指导系统是计算机自动控制系统操作部分的重要系统, 这个系统提供了对自动控制系统进行控制的基础, 它的组成结构较为简单, 相对于其他几个系统有着更简单的结构, 同时安全性和可靠性却不低与其他系统, 这个系统是计算机控制系统人机交互的重要组成部分, 必须要专业操作人员进行控制和操作, 进行被控对象的直接控制和数据采集, 然后经过计算机的显示屏和其他输出设备体现出控制结果。

2.2直接数字控制系统

直接数字控制系统是当今计算机自动控制系统中使用最为普遍的一个系统, 它的工作原理是利用多个或者一个系统进行数据的检测和输送, 经由线路等传输进入计算机和其他设备之中, 进行数据的多元控制检测, 计算机根据数字系统传输的参数进行计算和规律寻找, 然后对信号进行直接地操作使得运行参数达到预定的设置目标。直接数字控制系统可以实现多回路的复杂程序控制, 是一个使用范围较广的控制系统。

2.3监督计算机控制系统

计算机监督控制系统又叫SCC系统在实际的控制过程中是对计算机自动控制进行监督的一项控制系统, 是指对计算机自动控制过程的运行状态和运行结果进行监督控制的规范。在计算机进行自动的过程中, 是按照既定的数序模型进行工作和控制的, 监督系统在计算过程中给出一个最佳值, 进行工作时将工作参数按照这个标准进行调节和监督, 使得系统达到正常的工作状态和水平

2.4分级计算机控制系统

分级计算机控制系统是将计算机控制系统的任务目标分级为几个部分, 再利用计算机控制系统中的不同领域来完成各自对应的任务, 从而达到精准控制的目的, 每一个级别的控制系统的范围和功能都各不相同, 这样可以更加精准的对目标进行优化和细化控制, 使得各个部门的工作互不干扰, 更好地进行系统的优化控制目标运算过程, 同时实现自动控制系统的数据整合和总调度。

3结论

经济社会的快速发展促进了科学技术的发展, 同时为计算机自动控制技术控制效果提供了更高的要求, 首先要使得计算机自动控制系统能够跟进时代的步伐, 要对在实际的控制系统工作过程中出问题进行有效地化解和改进加强, 使得计算机自动控制的普及程度得到提高和多样化发展, 其次在实际的使用过程中要利用一切积极因素, 对计算机控制系统进行不断地创新改进, 对于计算机控制系统关键性问题要给予足够的重视, 不能忽视关键部位的环节设计, 最后, 要任用专业性较高的相关技术人员, 要求系统设计人员需要有较高的自动控制设计素养, 才能更好地进行计算机自动控制系统设计和应用。

参考文献

[1]贾秋维.计算机控制系统及其应用探讨[J].数字技术与应用, 2015 (07) .

典型连铸过程控制计算机系统的实现 第9篇

宝钢集团八一钢铁二炼钢连铸过程控制计算机系统覆盖八一钢厂板带工程二炼钢区域的4台垂直弯曲板坯连铸机。连铸机主要参数为:

流数:各1流;切割机:各1台;喷印机:各1台;二冷区:各9个区, 16个控制回路。

铸机拉速范围:0.25～2.5m/min;铸机工作拉速:1.0～1.6 m/m i n;板坯厚度:220mm, 板坯宽度:750～1600mm;板坯长度:7500～10500mm;板坯最大单重:28.8t/块。该连铸过程控制计算机服务器硬件配置为2台高性能双路双模块冗余机架式容错服务器, 其中一台为在线服务器, 一台为备份服务器, 磁盘采用阵列形式, 采用共享磁盘管理技术, 提高磁盘的可靠性, 防止数据的丢失, 减少系统切换的时间。数据库数据存放在共享磁盘阵列上, 在线服务器和备份服务器共享数据库数据, 保证了服务器切换的速度和数据的一致。服务器部署在L2中心机房, 各个连铸电气室和操作室的边缘交换机通过多模光缆连接到L2中心机房的核心交换机, 实现连铸过程控制计算机服务器与L1系统以及现场操作终端的网络互联。现场终端采用工控机、一般场所终端采用商务PC机。

系统软件软件上的配置和使用上, 服务器的操作系统采用Linux Redhat AS4服务器数据库使用O R A C L E1 0 GF O R LINUX版本, 在终端上, 安装ORACLE的客户端开发及运行环境包, 包括F O R M S和REPORTS (开发/运行显示画面和报表) , 同时安装SQL NET (实现客户端和数据库服务器的数据交互) 。

2 主要应用技术

与电气仪表基础自动化的通讯, 使用了OPC方式, OPC是OLE Process Control的缩写, 是一种主流的工业控制数据通讯的标准。目前全世界大多数的知名PLC厂家都提供了基于该标准的OPC Server, 任何应用系统只要通过一个OPC Client软件就可以对P L C数据进行读写访问。通过这种机制, 应用系统可以在不更改应用程序的前提下实现与不同的PLC厂家的产品通讯。我们使用的OPC Client软件是MultiLink (由宝信软件开发的基础通信中间件) , 它提供了一系列的API, 应用开发人员可以方便的在应用程序中对P L C的数据进行读写, 实现对基础自动化数据的采集、设定及PLC数据变化后通知启动过程计算机的应用程序的功能, 并提供了将PLC数据点配置成电文以及查看这些数据点内容的的工具。

与MES (L3) 系统以及其他相关系统的通讯使用基于TCP/IP协议SOCKET方式, 项目中使用X C O M_P C S (由宝信软件开发的基于T C P/I P协议的S O C K E T通信中间件) 来实现, 与MultiLink类似, 它也是提供了一系列简单方便的API (应用编程接口) , 实现在以太网环境下, 基于T C P/I P协议的S O C K E T数据通信, 同时提供了电文数据类型转换的功能 (2进制与ASCII码之间的转换, 网络字节顺序和本地字节顺序之间的转换) , 同时也提供了查询通讯线路状态的工具和查询通讯电文内容历史记录的工具。

应用程序的开发, 使用C++与PRO C, PROC是ORACLE提供的预编译技术, 将内嵌标准SQL语句的又混合了C/C++语法的源程序预编译, 转换成完全符合C/C++语法的源程序 (后缀为.C/.CPP) , 这样在C++的环境下, 就能如同在O R A C L E的存储过程中一样使用标准SQL语句方便的与O R A C L E数据库交互, 又能享受C++这种相对于ORACLE的存储过程要更强大而灵活的开发工具的各种优势。画面的开发使用O R A C L E的F R O M S。

应用程序的运行平台中间件, 使用PLATURE 99 (由宝信软件开发的运行平台中间件) , 它实现的功能包括实现各个应用程序之间的相互启动和调度, 同时传递参数;在指定时刻启动某个/某些应用进程;定周期的启动某个/某些应用进程;提供管理维护和查看应用程序报警/LOG历史记录的功能。

3 应用功能

关于连铸过程控制计算机系统的应用功能, 主要是从MES和分析等系统接受出钢计划, 制造命令和, 根据出钢计划画面上的生产计划钢种和制造命令, 制造标准等数据, 并启动内部动态二冷水, 切长优化计算模型, 同时将计算结果发送到PLC控制生产, 连铸过程控制计算机系统在生产过程中对基础自动化 (L1) 上传的各个事件、信号进行跟踪, 并将实绩生产实绩数据经过计算, 过滤和组织, 以连铸处理号作为键字来管理存储在连铸过程控制计算机系统的数据库, 同时发送给MES (L3/L4) 系统, 供日后查阅分析, 生成报表。

具体的, 应用功能分为:工程数据管理, 过程跟踪, 过程数据采集, 实绩数据生成, 数学模型, 人机界面几大模块。系统内部各模块之间数据流及与外部系统关系如图1所示。

3.1 工程数据管理模块

该模块主要功能为处理接受M E S系统、分析系统及其它过程控制计算机系统发送来的信息, 包括MES根据合同制定的计划类信息接收 (铸造计划, 炉次命令, 板坯命令) 、根据工艺需求制定的质量标准类信息接收 (作业标准、制造标准) 、其他工序作业实绩类接收 (前工序实绩、分析信息, 钢包信息等) 和运转状况信息。

3.2 过程跟踪模块

该模块主要功能为对于连铸从钢包到达回转台开始到钢包吊走的各作业状况进行跟踪。进行作业状态变更的检查和接受、各作业时间的计算、同时收集浇铸过程中的各种浇铸信息。连铸跟踪的主要作业点包括:钢包到达、钢包浇铸开始、铸流铸造开始、钢包浇铸结束、钢包吊走, 铸流铸造开始、铸流铸造结束, 切割开始、切割结束、喷印信号, 去毛刺信号等。

3.3 过程数据采集模块

该模块主要功能为周期性的收集连铸铸造过程数据, 主要包括TD钢水重量, LD钢水重量、铸造长、铸造速度, 结晶器上端宽度、结晶器下端宽度、结晶器液面位置、结晶器冷却水温度、入出口温差, 结晶器振动频率、振幅, 结晶器冷却水流量、二次冷却水流量、二次冷却水压力, 辊缝信息等。

3.4 实绩数据生成模块

该模块主要功能为依据生产指令、过程采集及过程跟踪信息, 生成板坯生产实绩、炉次生产实绩, 把过程跟踪模块采集到的各个关键时刻和过程数据采集到的重要数据如重量, 温度, 长度等信息对应到具体的炉次和板坯上。

3.5 数学模型

主要包含了动态二冷水, 切长优化, 品质异常判定三个主要数学模型。

3.5.1 动态二冷水模型

连铸二冷区目标温度控制是通过对整个连铸过程铸坯表面温度的测定, 由计算机控制沿拉坯方向的铸坯表面温度分布, 使之符合设定的目标表面温度曲线来实现。通过铸坯凝固传热模型计算各二冷段表面温度, 与目标温度相比较。当两者有偏差时, 及时调整该冷却区的冷却强度, 使铸坯表面温度与目标温度尽量靠近, 实现二冷区目标温度的控制。

根据二冷模型原理, 以钢水进入结晶器为其生命起点, 以其根据铸造长对应的板坯出最后一个冷却段为其生命终点。在此过程中, 全过程定周期跟踪其接受的冷却水量等数据, 实时计算其凝固状态, 并推定出其各相区域的分布情况。

根据各铸片的计算结果, 综合推定整个铸机内板坯的凝固状态, 动态推定出凝固终点位置、两相区和液相区的分布情况。

3.5.2 切长优化模型

切长优化模型以满足合同需求为目标, 并兼顾板坯收得率为原则, 针对浇铸异常点进行优化。参照板坯制造命令中的切割长度及其上、下限为基准, 同时考虑品质异常部位 (插铁板、异钢种交接, 中间包交换、切尾) 计算出钢水不足、钢水多余并根据钢水量的多少应用相关的优化策略进行优化计算, 以实现预定板坯的消化, 同时争取较高的收得率。钢包钢水浇注开始, 参照制造命令, 生成该炉次的切割预定, 在浇铸过程中, 跟踪发生的异常事件, 考虑影响的区域 (工艺规定) , 进行优化计算。在板坯切割开始时, 根据切割的实际情况进行切割优化的再计算。并把优化结果通过人机界面展现给用户。优化过程主要包括:切割缝隙的考虑, 采样的考虑, 异常段的优化, 板坯在钢水不足和钢水多余情况下的优化。

3.5.3 品质异常判定模型

该模型包含在线判定部分和分析部分2个模块。

在线判定:主要功能是:通过采集炼钢、连铸过程中对连铸的浇铸、板坯质量有可能产生影响的事件进行跟踪记录, 并根据内建的模型进行分析, 对连铸的质量给出一定的判断结论, 从而达到连铸从上台到浇注成材的整个过程中对连铸浇注进行质量判断、提供操作指导, 并在板坯产出时, 对板坯的整体质量进行判断、提供操作指导。并将以上数据与结论很好地展示给工艺人员。

离线分析:具备很好的开发性, 提供足够的离线学习功能和在线扩展功能。工艺人员不但能够对系统定义的异常进行调整, 还能够利用模型提供的离线分析工具对历史数据进行分析, 从而根据分析发现并定义新的约束条件, 并将其加入到在线判定系统中实现自动判定。

3.6 人机界面

人机界面主要提供了计划管理、设备管理、操作监视、模型、实绩、报警和提示信息等画面。每个画面有共通的部分, 主要是画面菜单、画面名称、报警或提示信息、工具栏功能键、班别、组别、当前时间。各个操作室和控制室的终端画面的权限通过用户名和角色统一认证管理, 不同的角色拥有的权限不一样, 看到的画面数量也不一样, 对同一幅画面的操作权限也不一样。不同的用户可以拥有一个或者多个的角色。

4 结语

通过实施了连铸过程控制系统, 八钢二炼钢连铸区域实现了连铸生产过程的全程自动控制和对生产数据的全程监视, 管理层亦能了解到现场的实时生产情况, 并且所有生产都遵照合同和计划统一调度进行生产, 从而提高连铸生产的自动化程度, 降低生产人员的作业率, 提高了生产效率。通过模型的应用, 提高和稳定了铸坯的质量, 并提高了铸坯的成材率。

摘要：随着连铸工艺水平不断发展, 对生产控制 (结晶器液位, 拉速, 冷却水流量, 切割长度等) 的控制精度也越来越高, 同时自动化技术和企业整体信息化也越来越趋向于一个整体, 连铸过程控制计算机系统正是服务于这样一个大的发展趋势的计算机系统。一方面它接受管理系统的生产指令, 并利用数学模型对实时数据分析计算的结果指导和控制生产;另一方面采集基础电气仪表自动化的数据和信号对物流进行跟踪, 并对采集到的生产实绩数据进行归纳。它同时也是MES/ERP系统与电气仪表基础自动化系统之间的桥梁和纽带, 三者紧密结合, 实现了生产控制的自动化, 也实现了信息技术与现代管理技术相结合。本文以宝钢集团八一钢铁股份有限公司二炼钢连铸过程控制计算机系统为例, 介绍了典型连铸过程控制计算机系统的具体实现。

关键词：L1,L2,L3,连铸,过程控制

参考文献

[1]宝信八一钢铁二炼钢连铸过程计算机系统基本设计书.

计算机系统控制 第10篇

关键词：远程计算机 电源控制系统 设计及实现

1 概述

随着我国信息技术的飞速发展，各个行业也都逐渐使用了计算机作为日常工作的主要工具。而在一些行业之中如政府部门，有很多资料信息需要通过计算机向大众提供，以便使群众对其能够进行查询与评价。但是这种工作相对来说较为枯燥，需要指派专人每天定时的对计算机进行开、关，无论是对于人力还是物力都是一种极大的浪费。这就需要我们构建一种通过合适的软硬件与网络良好结合的一种良好方案，从而对这种问题进行良好的解决。

2 系统构成

2.1 远程电源控制结点 由于在系统中每一台需要控制的计算机都是相互独立的，我们就应当保证其中每一套远程电源都只对单独的一台计算机进行控制。同时，在其控制节点中设置四个继电器，并由其中的兩路继电器分别对220V交流电进行控制，而另外两路继电器对计算机的电源进行控制，同时保证每一路继电器都能够对关机、关机的动作进行模拟，从而使这个系统能够对两台计算机进行控制。

在系统的电源结点中，都会通过网络受到服务器软件的控制，同时从网络中也可以对其中开关的状态进行实时的检测与控制。并每隔一段时间就由总服务器对各控制电源结点进行远程的查询，以此保证信息的及时性。

2.2 控制服务器 作为系统中的核心部分，控制服务器可以对系统网络中的所有电源结点以及电源控制软件进行集中的控制。同时，每一个电源继电器的开关情况与计算机运行情况都会集中放置在服务器端的数据库中。通过这种方式，管理软件就能够以访问数据库的形式对计算机的状态进行查询。

2.3 被控计算机软件 为了对硬件设备进行保护，以及对被控计算机进行安全的关闭，所以在系统中应当先通过软件的方式来对计算机进行关闭，而不是将系统中所有计算机的系列操作都以普通的断电方式来进行关机。通过在被控计算机中安装此软件，可以有效的对多服务器所发出的关机命令进行接收，并在接收到信息之后进行安全关机操作。同时，此软件还能在正常运行的过程中时刻保持与服务器的信息沟通，时刻对计算机的当前状态进行反馈。

2.4 管理端软件 由于服务器端软件只在一台计算机上运行，在同一时间只能够有一个人对其进行查询等操作。这就需要在原系统中增加管理端软件，使其可以满足多人操作的同时，也对软件的易用性进行提高。并在此软件中采用图形化可见的方式，使系统的工作人员能够在任意的计算机上对该系统进行运行以及操作，同时对网络中的计算机运行情况进行监控与操作。

2.5 通信协议 作为控制服务器，应当对被控计算机以及电源控制结点时刻保持通信，在本系统中，使用的是基于TCP协议的通信方式，协议的定义如下：

在此通信协议中，涉及到命令主要为查询、关机、断电等命令，而通过这一系列操作命令，就可以很好起到对计算机电源进行控制的作用。

3 远程电源控制结点设计

3.1 硬件部分 在本系统中，我们选用了有着强劲性能的S3C44BOX作为系统处理器，其核心为ARM公司最为流行同时广受业界认可的ARM7TMDI。其有着静态设计与超低功耗的特点，特别适用于本系统的硬件实现。

通过此处理器，我们可以很好的将其4个I/O接口分别对我们系统设计中的4个继电器进行信息输出，同时，对于继电器我们以10A为额定电流，从而使我们可以对交流电或者直流电同时进行控制。通过对交流电的开关控制，我们就能够对被控计算机的电源进行直接的控制，并在紧急情况发生时对其进行强行断电。另外通过我们对直流电开关的控制，我们也会很好的对人工按键进行模拟，以此来达到对计算机进行开、关的目的，从而最大程度的对计算机硬件进行保护。

3.2 软件部分 在嵌入式软件开发部分，我们使用ADS1.2作为此系统软件的开发工具。它提供了一套完整的windows系统开发环境，从而能够使软件开发人员以最短的时间对其进行适应。同时，此软件对于C以及C++语言有着很好的支持，并且有着较好的编译效率。

远程电源控制结点通过客户端——服务器的模式在系统中进行实现，其将控制结点视作客户机，使两者能够通过TCP进行实时的通信。所以在电源结点上，我们就应当为此运行TCP/IP协议，并在每一个结点中都配置唯一的IP地址，从而真正的实现点到点的通信方式。

在平时工作中，电源节点中的后台可以对服务器中的一些操作命令进行接收，并按照其命令进行相应的操作，并在操作完毕之后将处理的结果反馈给服务器。

在此系统中，对于嵌入式软件预计服务器端都设置了相应的电源保护。如果需要将两个电源开关在同一时间打开，那么服务器端就会依次将其打开，并设置自动间隔时间为2秒。这种设计方式能够有效的防止瞬间电流过大，从而对系统的稳定运行提供保证。

4 结束语

总的来说，对计算机进行远程电源控制管理在当今社会很多行业的工作中都有着重要的意义，这就需要我们依据上文介绍的知识，良好的将其运用到实际当中。

参考文献：

[1]上官同英，沈娣丽，陆程，李新华，明五一.ZigBee技术在远程计算机电源控制系统中的应用[J].低压电器，2011（14）：57-62.

[2]葛炎风，缪希仁，林苏斌.基于TCP/IP的家庭能耗监控系统[J].现代建筑电气，2011（02）：57-62.

[3]郝方舟，王振岳，李效乾，梁志瑞.交流过流整定试验电源的控制技术及参数设计[J].湖北电力，2011（06）：40-42.

计算机系统控制 第11篇

变更管理是运行核电站配置管理领域的一项重要活动。通过变更管理, 使核电厂的生产系统、设备零部件和材料等方面的配置不断得到优化和改进。 一套较为科学、合理的技术改造管理体系可以使核电厂的核安全水平和经济效益水平得到了有力保障。

1 实施背景

1.1 项目背景

秦山第二核电厂1/2 号机组是我国自主设计、自主建造、自主管理和自主运营的首座2×60 万千瓦商用压水堆核电站, 电厂计算机系统及常规岛控制系统原先使用的是由北京和利时公司在1999 年开发的HS2000CAS系统, 自2009 年起由于元器件老化、操作系统不支持等原因造成系统可靠性下降明显, 备件采购困难。

基于系统的现状决定在大修窗口整体升级更换, 争取新旧系统平稳切换, 保证机组发电效益。 本次改造是国内首次对在役核电站涉及到控制功能的仪控系统进行大范围数字化改造。

1.2 管理需求

作为首次实施的涉及控制功能的数字化仪控系统改造, 涉及到的设备较多, 与其它系统的接口也很多, 整个改造涉及到公司技术、维修、运行等多个领域, 与厂家、设计院都存在接口, 这增加了协调工作的难度。 现场设备的运行情况决定了项目必须要尽快实施, 实施工期的限制, 使改造只能安排在最近的10 年大修窗口实施, 这就决定了整个项目的设计制造时间以及现场实施时间都必须受控, 因此必须对管理方式进行优化提升。

2 管理措施

2.1 项目准备阶段

2.1.1 项目评估

对所有可能涉及的改造问题按照“立项→分析→任务”的方式进行分解, 对每个子项的重要程度、改造可行性、对机组的影响、改造成本等多方面进行分析, 确定该子项该采取怎样的改造措施。 例如常规岛控制系统的供电, 1/2 号机组的原系统供电来自同一个配电盘, 而3/4 号机组采用的是两个不同配电盘供电。 考虑到常规岛控制系统对机组的稳定运行有很大的影响, 采用双路供电是较可靠的方案。 现有常规岛仅有一路满足要求的供电, 但可以采用变压的方式, 将380V电压转换为220V电压的方式来满足新增一路供电的要求, 新设备的选型可以与现有设备一致。 经由设计单位认可不会产生新的停机风险。对此子项建立电气项目小组, 编制单项进度计划将设计制造安装责任落实到人。

2.1.2 经验反馈

利用以往经验以及其他电厂的相关改造经验, 找出改造的可能风险, 并跟据其重要程度及发生概率, 制定相应的处理措施。例如改造实施阶段需要拆除电站计算机系统, 而同时进行的安全壳打压试验却需要通过此系统查询实验数据, 这就产生了冲突的可能。 为了避免此风险, 根据其它电厂的经验, 临时增加一套小系统, 利用新电站计算机系统的备件, 搭设临时运行平台。 将安全壳打压试验需要关注的信号通过增加临时端子板的方式引至小系统, 送主控室供运行人员关注。

2.2 设计制造阶段

2.2.1 数据收集

为了减少改造风险, 避免改造过程中可能产生的设备不匹配、信息错误, 进而导致进度延误的问题, 对1/2 号机组原电站计算机系统及常规岛控制系统的数据进行了收集整理工作。考虑到收集整理的完整性、可靠性, 采用了客观数据分析与主观数据判断相结合的方式来提高收集水平。 例如针对原系统机柜内电缆信息的收集, 改造前后系统外部电缆保持不变, 由于机柜内端子排尺寸的变化, 可能会导致电缆长度不够, 无法接入原位置, 这就需要对于机柜内电缆的长度进行较为准确的测算, 以便于根据电缆长度调整机柜内电缆端接位置。 为了提升准确性, 建立了一套电缆估算模型, 通过建立机柜内每个端接点的空间坐标, 自动计算出改造前后任一端接点的电缆长度, 对于改造前后电缆长度偏差在5%以上的端接点, 采用人工核对的方式进行原机柜内的电缆长度进行确认, 对于确认后不满足新机柜需求的, 调整机柜内端接位置。

2.2.2 设计沟通

与厂家、设计院、施工单位分别建立起电话、邮件、传真等多种手段的联系渠道, 采用每家协作单位专人负责的方式保证信息传递的有效性与及时性, 避免多路信息导致的理解偏差、资源浪费。在共享文件夹内建立PROJECT版的任务清单, 确保每一项任务都分配到人, 任务时间明确。 项目经理根据进度情况及时调整任务资源, 避免任务延期情况的出现, 确保进度受控。定期召开公司内部的周例会, 与协作单位的节点交流会, 将改造进度与存在的问题反馈给所有参与人员知晓, 以便于参与人员调整其个人工作安排。对于存在的问题编制问题反馈单, 明确责任人及结束时间, 保证项目受控。问题讨论时采用头脑风暴法, 充分发挥所有与会人员的智慧, 以保证问题分析的透彻性、完整性。

在系统需求分析阶段与系统测试阶段, 加强了参与人员的来源分布。例如为了提升新系统的人机水平, 熟悉操作方式, 维修运行部门组织了多批次的测试小组, 从现场操作人员到主控室操作人员, 从系统维护人员到定期试验执行人员, 包含了现场可能使用该系统的所有人群, 确保收集到所有可能使用电站计算机系统及常规岛控制系统人员的意见, 以避免因为不熟悉导致的设备操作错误风险。 并及时将各部门的需求反馈给设计制造单位, 以最大限度满足现场要求。

2.2.3 不符合项跟踪

针对设计制造阶段产生的所有不符合项, 建立不符合项跟踪系统, 逐级确认, 以保证每个变更都有据可查。对于改动测试建立项目计划, 合理安排时间, 以保证每个不符合项都能在进度计划内得到处理, 不会导致总体工作计划的延误。例如厂家测试阶段发现的问题除了经由厂家调试人员的逐级确认外, 也需经公司驻厂人员认可才能进行改动。对于重要不符合项, 出现后立即以电话的方式反馈回公司, 项目小组人员采用碰头会的方式及时给出反馈意见。 每天, 驻厂人员都将当天的进度以及产生的不符合项以文字的形式反馈回公司, 项目经理及时将相关内容在共享文件中进行记录, 以便于小组人员了解。 不符合项记录作为完工文件, 交由公司进行存档, 以用于以后资料查询的需要。

2.3 现场实施阶段

2.3.1 施工准备

为了保证施工时的准确率, 每台机柜都单独编制了施工方案, 形成了施工记录表格。 所有施工人员预先了解自己的工作内容, 由班组长进行施工方式的讲解, 随机选择人员对施工要点进行复述, 以保证工作方式传达到每个人。根据电站计算机系统和常规岛控制系统的不同, 确定了不同的施工开始时间。 系统退出运行前就将机柜检查完毕运入厂房内的指定空间进行暂存, 减少运输对于改造进度的影响。 提前对机柜的运输通道进行核对, 设计专门的推车以满足高度、宽度的要求。

2.3.2 施工控制

为了满足现场实施进度的控制要求, 预先对现场实施的内容进行分解细化, 编制进度计划图并标注关键路径, 采用多组并进的方式进行施工。 在施工进度图上对已完成的内容标注红旗, 让所有人员都能了解进度的最新情况。每天根据进度计划以及人员状态调整工作的参与人员以及时间安排, 避免因为人员疲劳导致的人身风险以及操作失误。每台机柜配备一个施工小组, 一名质量控制人员, 每项工作记录都由操作人、监护人、质量控制人员实现三级审核, 以避免返工导致的进度拖延。 每个楼层配备一名施工经理, 以及时对出现的问题进行汇报处理, 并完成不同工作面的协调工作。 现场实施采用PDCA循环工作方式, 自检与他检相结合, 确保系统上电工作的一次成功。

2.3.3 文件修改

由于需修改文件较多, 且涉及逻辑的文件需第一时间生效。 本次改造采用了图纸预先修改策略, 在改造实施前就对涉及的逻辑图等文件进行了修改, 并经维修运行部门审核, 盖章作为生效工作文件。为了提升文件生效的速度, 将修改后的文件以电子版的形式分发给相关人员审核, 将串行流程改为并行流程, 审核人以邮件的形式将意见反馈给其它审核人员, 加快工作流程的响应速度。

3 管理效果

3.1 工期受控

通过细致的准备工作, 保证了设计输入的详细准确, 提升了整个设计制造实施过程中的一次通过率, 避免了频繁返工导致的工期延误。 整个实施过程中各单位之间的充分沟通, 提升了改造过程中问题的解决效率, 确保本次改造按照时间节点要求完成了所有预设工作。

3.2 设备可靠

整个制造施工过程质检严格, 系统调试过程全面严密, 保证了系统投运一次成功, 系统运行周期无功率事件发生。 整个实施过程中人员的充分参与, 保证了系统运行维护技术力量的有力。 改造详实的完工资料以及整个过程中故障问题的有序收集, 为以后其它改造项目提供了宝贵的经验。

摘要：本文介绍了秦山第二核电厂电站计算机系统及常规岛控制系统升级改造的改造背景、管理需求, 详细介绍了在实施过程中采取的一些管理控制措施以及实施效果。