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(tuán)自動(dòng)化部，山東 萊蕪 271104）

1 概述

隨著自動(dòng)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(jìn)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(shì) ，傳統(tǒng)燒結(jié)廠的PLC控制系統(tǒng)也必將向這一趨勢(shì)靠攏。

2 透明工廠概念

為了解決復(fù)雜的自動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)、開放的MODBUS協(xié)議。使用戶徹底擺脫了非標(biāo)準(zhǔn)的、封閉的專用工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的束縛，提供用戶大量成熟的各種工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同時(shí)支持用戶選擇IT行業(yè)通用的標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算好比例經(jīng)過配合后，送到混合機(jī)進(jìn)行潤(rùn)濕、混勻和制粒，混合好的物料由布料器鋪到臺(tái)車上進(jìn)行點(diǎn)火后抽風(fēng)燒結(jié)，燒結(jié)礦熱破篩分后進(jìn)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(jī)送往高爐或儲(chǔ)存。

4 基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

4.1 控制系統(tǒng)概述

基礎(chǔ)自動(dòng)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(chǎng)各檢測(cè)器的信號(hào)完成各個(gè)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(jìn)行工藝過程及設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、整理，然后傳送到過程控制級(jí)；完成各工藝過程及設(shè)備的故障報(bào)警處理及顯示。基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)、可靠的硬件控制及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、可靠的檢測(cè)儀表、智能的設(shè)備管理及故障監(jiān)測(cè)軟件，操作HMI具有方便、快捷和友好的人機(jī)界面,實(shí)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(tái)服務(wù)器，分別為基礎(chǔ)自動(dòng)化（L1），數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、L1.5級(jí)服務(wù)器，L1.5級(jí)服務(wù)器負(fù)責(zé)與L2級(jí)之間數(shù)據(jù)通訊與交換，下達(dá)L2級(jí)服務(wù)器指令。L1級(jí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要負(fù)責(zé)PLC與上位端（服務(wù)器、客戶機(jī)）之間的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)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(duì)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(cè)、監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)和在線診斷故障報(bào)警。

5 先進(jìn)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(dòng)化系統(tǒng)，所有現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)及主工藝流程所應(yīng)用的先進(jìn)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(jī)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(qiáng)的特點(diǎn)，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(shí)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(yùn)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(shí)時(shí)檢測(cè)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(yán)格的授權(quán)，網(wǎng)絡(luò)的訪問必須由用戶進(jìn)行身份確認(rèn)，通過口令控制賦予不同用戶不同的權(quán)利。

6 現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)信息控制一體化的必要條件

6.1 好的現(xiàn)場(chǎng)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(shí)用的工業(yè)以太網(wǎng)，可以使網(wǎng)絡(luò)延伸到自動(dòng)化系統(tǒng)的最低層——各種檢測(cè)儀器儀表和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不僅能橫向整合現(xiàn)場(chǎng)信息資源，做到快速響應(yīng)，也能縱向整合現(xiàn)場(chǎng)信息與企業(yè)管理信息，建立全局性的自動(dòng)化系統(tǒng)，以達(dá)到準(zhǔn)確診斷、及時(shí)調(diào)控、快速維護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控。就可以滿足企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層的運(yùn)籌決策，能做到及時(shí)參與全球化的競(jìng)爭(zhēng)要求。

6.2 好的現(xiàn)場(chǎng)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(gè)好的現(xiàn)場(chǎng)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(duì)本企業(yè)運(yùn)營(yíng)全面完整的精確的描述。在上一級(jí)的監(jiān)控中心，可準(zhǔn)確的集成主工藝流程中各種先進(jìn)控制技術(shù)專用的數(shù)據(jù)集合的在線應(yīng)用，達(dá)到數(shù)字化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高精度，高閉環(huán)調(diào)控的目標(biāo)。

7 “透明工廠”的實(shí)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)：TCP/IP MODBUS，它是在TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)中，應(yīng)用層采用工業(yè)控制領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)、開放的MODBUS協(xié)議。MODBUS使用TCP/IP應(yīng)用層的502端口，并得到國(guó)際公認(rèn)。在萊鋼燒結(jié)生產(chǎn)線中，為建設(shè)成一個(gè)全自動(dòng)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(diǎn)，一級(jí)為基礎(chǔ)自動(dòng)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(jí)為過程自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，采用100Mbit/s的工業(yè)以太網(wǎng)，并預(yù)留三級(jí)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(dòng)化環(huán)境下與制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）無縫連接。通過軟件開發(fā)平臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將整個(gè)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(dāng)今計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展潮流，具有先進(jìn)性、可靠性、易維護(hù)性，便于系統(tǒng)擴(kuò)展，提高了自動(dòng)化控制水平，減少了設(shè)備故障率及維護(hù)量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

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