透明工廠概念在燒結(jié)廠信息控制一體化中的開發(fā)與應(yīng)用

殷玉善

（萊蕪鋼鐵集團自動化部，山東 萊蕪 271104）

1 概述

隨著自動化控制水平、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和Web技術(shù)的飛速發(fā)展，燒結(jié)廠設(shè)備控制水平和工程方案也在不斷進步，燒結(jié)廠管理信息和控制系統(tǒng)的一體化無縫連接也必將成為未來燒結(jié)廠管控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 ，傳統(tǒng)燒結(jié)廠的PLC控制系統(tǒng)也必將向這一趨勢靠攏。

2 透明工廠概念

為了解決復(fù)雜的自動控制及信息管理，提高系統(tǒng)的信息化程度，施耐德電氣公司提出了透明工廠的概念。透明工廠解決方案完全基于目前開放的TCP/IP以太網(wǎng)技術(shù)，其應(yīng)用層采用工業(yè)控制領(lǐng)域的標準、開放的MODBUS協(xié)議。使用戶徹底擺脫了非標準的、封閉的專用工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線技術(shù)的束縛，提供用戶大量成熟的各種工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同時支持用戶選擇IT行業(yè)通用的標準網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。

3 燒結(jié)廠生產(chǎn)工藝概況

燒結(jié)工藝由原料混勻供料、燃料熔劑破碎及篩分、燒結(jié)配料、混合制粒、燒結(jié)冷卻、成品整粒、抽風(fēng)除塵和冷熱返礦循環(huán)等系統(tǒng)組成。除塵灰、混合鐵礦粉、燃料、熔劑和返礦經(jīng)按計算好比例經(jīng)過配合后，送到混合機進行潤濕、混勻和制粒，混合好的物料由布料器鋪到臺車上進行點火后抽風(fēng)燒結(jié)，燒結(jié)礦熱破篩分后進入帶式（環(huán)式）冷卻，經(jīng)整粒分出10-20mm的燒結(jié)礦做為鋪底料，小于5mm的作為冷返礦返回到燒結(jié)配料室參加配料，大于5mm的作為成品礦直接由膠帶機送往高爐或儲存。

4 基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)

4.1 控制系統(tǒng)概述

基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)是保證燒結(jié)正常生產(chǎn)的關(guān)鍵,其主要任務(wù)是：根據(jù)HMI的操作指令和現(xiàn)場各檢測器的信號完成各個工藝設(shè)備或者工藝過程的順序控制和PID調(diào)節(jié)控制；進行工藝過程及設(shè)備狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)采集、整理，然后傳送到過程控制級；完成各工藝過程及設(shè)備的故障報警處理及顯示。基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)采用了先進、可靠的硬件控制及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、可靠的檢測儀表、智能的設(shè)備管理及故障監(jiān)測軟件，操作HMI具有方便、快捷和友好的人機界面,實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊一體化，具有快捷、高速、大容量和開放的技術(shù)性能。

4.2 服務(wù)器功能

設(shè)有兩臺服務(wù)器，分別為基礎(chǔ)自動化（L1），數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、L1.5級服務(wù)器，L1.5級服務(wù)器負責(zé)與L2級之間數(shù)據(jù)通訊與交換，下達L2級服務(wù)器指令。L1級數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要負責(zé)PLC與上位端（服務(wù)器、客戶機）之間的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、報警等功能。

4.3 客戶端功能

客戶端采用IFIX5.0上位監(jiān)控軟件，主要完成對原料系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、燒結(jié)配料系統(tǒng)、燒結(jié)冷卻系統(tǒng)、成品篩分系統(tǒng)設(shè)備的檢測、監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)和在線診斷故障報警。

5 先進技術(shù)的應(yīng)用

5.1 采用嵌入式技術(shù)

采用嵌入式技術(shù)，將過去的FCS、DCS、PLC、GIS、OAS辦公自動化系統(tǒng)，所有現(xiàn)場測控系統(tǒng)及主工藝流程所應(yīng)用的先進控制技術(shù)都納入“Internet+RTE+TCP/IP協(xié)議”為主要模式的信息控制一體化系統(tǒng)中去。

5.2 人機接口共享化

采用可靠性高、速度快、容量大的高檔服務(wù)器，操作系統(tǒng)具有系統(tǒng)開放、通用性強的特點，利用最新一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（100Mbit/s）光纖以太網(wǎng)）將系統(tǒng)各種硬件設(shè)備（服務(wù)器、PLC、客戶端）聯(lián)接起來，完成各種數(shù)據(jù)的交換任務(wù)，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共享、資源共享、信息共享。

5.3 網(wǎng)絡(luò)故障診斷

由于該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)龐大、復(fù)雜，為保證其安全、穩(wěn)定運行，網(wǎng)絡(luò)故障診斷尤為重要。為此，在OPC Server終端上開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)故障診斷功能，實時檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障，如：數(shù)據(jù)庫故障、ODBC故障、EDI故障等。為保證網(wǎng)絡(luò)安全，拒絕非法用戶登錄和破壞，系統(tǒng)設(shè)置了嚴格的授權(quán)，網(wǎng)絡(luò)的訪問必須由用戶進行身份確認，通過口令控制賦予不同用戶不同的權(quán)利。

6 現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實現(xiàn)信息控制一體化的必要條件

6.1 好的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)為構(gòu)建新型的信息控制系統(tǒng)創(chuàng)造了條件

新型實用的工業(yè)以太網(wǎng)，可以使網(wǎng)絡(luò)延伸到自動化系統(tǒng)的最低層——各種檢測儀器儀表和現(xiàn)場設(shè)備，不僅能橫向整合現(xiàn)場信息資源，做到快速響應(yīng)，也能縱向整合現(xiàn)場信息與企業(yè)管理信息，建立全局性的自動化系統(tǒng)，以達到準確診斷、及時調(diào)控、快速維護、遠程監(jiān)控。就可以滿足企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層的運籌決策，能做到及時參與全球化的競爭要求。

6.2 好的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)為創(chuàng)造全數(shù)字化的開放的信息控制一體化系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)

一個好的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以快速和科學(xué)的使基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)成有序的數(shù)據(jù)集合，形成對本企業(yè)運營全面完整的精確的描述。在上一級的監(jiān)控中心，可準確的集成主工藝流程中各種先進控制技術(shù)專用的數(shù)據(jù)集合的在線應(yīng)用，達到數(shù)字化實現(xiàn)系統(tǒng)的高精度，高閉環(huán)調(diào)控的目標。

7 “透明工廠”的實現(xiàn)

透明工廠是建立在新的信息技術(shù)（IT）和通訊技術(shù)基礎(chǔ)之上的，它主要包括三個方面的內(nèi)容：基于TCP/IP的通信、Web模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和面向?qū)ο蟮木庉嫛Ｍ该鞴S的核心是Ethernet和TCP/IP。施耐德公司首先推出了工業(yè)以太網(wǎng)的標準：TCP/IP MODBUS，它是在TCP/IP標準中，應(yīng)用層采用工業(yè)控制領(lǐng)域的標準、開放的MODBUS協(xié)議。MODBUS使用TCP/IP應(yīng)用層的502端口，并得到國際公認。在萊鋼燒結(jié)生產(chǎn)線中，為建設(shè)成一個全自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)代化工廠，各系統(tǒng)均采用了施耐德電氣公司Quantum系列PLC控制系統(tǒng),，根據(jù)燒結(jié)生產(chǎn)線的特點，一級為基礎(chǔ)自動化,網(wǎng)絡(luò)采用符合Modbus TCP/IP協(xié)議的10/100M自適應(yīng)環(huán)行工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，集成Web網(wǎng)頁的以太網(wǎng)通訊模板140 NOE 77110。二級為過程自動化網(wǎng)絡(luò)，采用100Mbit/s的工業(yè)以太網(wǎng)，并預(yù)留三級網(wǎng)絡(luò)的接口。“透明工廠”技術(shù)是完全開放的，它可以在所有的自動化環(huán)境下與制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和企業(yè)資源計劃（ERP）無縫連接。通過軟件開發(fā)平臺及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將整個控制系統(tǒng)的控制站及操作站HMI統(tǒng)一編制IP地址，可方便訪問各系統(tǒng)的共享數(shù)據(jù)。

結(jié)語

“透明工廠”在萊鋼燒結(jié)生產(chǎn)線的應(yīng)用取得成功，符合當今計算機控制技術(shù)的發(fā)展潮流，具有先進性、可靠性、易維護性，便于系統(tǒng)擴展，提高了自動化控制水平，減少了設(shè)備故障率及維護量，取得了較好的經(jīng)濟效益及社會效益。

[1]繆學(xué)勤.實時以太網(wǎng)技術(shù)最新發(fā)展[M].北京:電氣時代，2005.

[2]王衛(wèi)兵.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.