漣鋼6#高爐爐況診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集

毛科學，梁劍波

（漣源鋼鐵集團，湖南 婁底 417009）

漣鋼6號高爐總?cè)莘e2 200 m3，采用了PW串罐無料鐘爐頂、磚壁合一的薄內(nèi)襯結(jié)構、銅冷卻壁、聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、準平坦形出鐵場、比肖夫煤氣水洗系統(tǒng)、TRT余壓透平發(fā)電、高風溫內(nèi)燃式硅磚熱風爐、輪法爐渣粒化等先進技術。2003年12月4日點火開爐，2004年1月利用系數(shù)突破2.0，實現(xiàn)達產(chǎn)目標，目前日出鐵量為5 900 t，焦比355 kg/tFe，礦比1.6。高爐控制系統(tǒng)由三級計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)。0級為設備級，主要設備為現(xiàn)場智能檢測儀表、變頻器、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)器、稱重裝置和各類控制開關；1級機系統(tǒng)為PLC控制設備，采用西門子PCS7集成自動化系統(tǒng)，具有很強大的運算與通訊功能，能實現(xiàn)復雜大系統(tǒng)控制。主要包括槽上槽下供配料控制系統(tǒng)、主卷揚上料系統(tǒng)、爐頂布料系統(tǒng)、高爐本體監(jiān)控系統(tǒng)、熱風爐控制系統(tǒng)、風機控制系統(tǒng)、粗煤氣清洗系統(tǒng)、水處理控制系統(tǒng)、頂壓回收發(fā)電TRT系統(tǒng)、高爐紅外圖像識別和處理系統(tǒng)等；2級機系統(tǒng)為過程控制級，主要完成高爐煉鐵生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集，模型計算和優(yōu)化控制，也包括過程監(jiān)視、操作指導、生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析和管理、數(shù)據(jù)通訊和報表打印等功能。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構與通訊方式

1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構與通訊方式

6#高爐一級機控制系統(tǒng)軟件采用西門子公司PCS7，運行平臺為WINDOWSXP，版本為7.0SP1。上位機系統(tǒng)采用C/S結(jié)構，共有4臺服務器，其中2臺服務器用于主工藝控制系統(tǒng)，主要包括槽下供配料控制系統(tǒng)，爐頂布料系統(tǒng)，高爐本體監(jiān)控系統(tǒng)，熱風爐控制系統(tǒng)。另外2臺服務器用于輔助工藝控制系統(tǒng)，主要包括煤氣洗滌系統(tǒng)，TRT發(fā)電系統(tǒng)；同組兩臺服務器之間采用“一用一備”的工作方式。服務器與各PLC系統(tǒng)進行連接同時又與13臺客戶機相連，服務器上數(shù)據(jù)直接取自PLC，客戶機數(shù)據(jù)交換（包括各種操作指令）都直接取自服務器完成。6#高爐網(wǎng)絡采用光纖以太網(wǎng)絡，完成服務器、操作站、PLC之間的連接。按西門子公司PCS7系統(tǒng)結(jié)構，操作站與PLC處于不同的2層網(wǎng)絡，其網(wǎng)絡結(jié)構如圖1所示。各操作站掛在由X交換機和光纖組成的單環(huán)二級網(wǎng)上，PLC掛在由OSM和光纖組成的另一層單環(huán)一級網(wǎng)上，4臺服務器和工程師站為雙網(wǎng)卡，其中1613卡掛在一級網(wǎng)上，直接讀取PLC中的數(shù)據(jù)和交換數(shù)據(jù)；普通網(wǎng)卡掛在二級網(wǎng)上，直接和客服機進行通訊與數(shù)據(jù)關換；通過ES工程師站直接來修改下位機程序和上位機畫面。圖1為整個6號高爐控制系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構圖。

圖1 6號高爐自動控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構圖

本項目在原有系統(tǒng)的基礎上，增加工業(yè)控制計算機系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信設備與電纜等設備。新增計算機置于高爐主控室。如圖1所示，爐況診斷系統(tǒng)位于二級設備層，與現(xiàn)有Oracle數(shù)據(jù)服務器并聯(lián)，分布通過OPC技術讀取SRV11和SRV21服務器中的實時過程數(shù)據(jù)，主要包括：煤氣流量，爐頂壓力設定值與檢測值，熱風壓力，冷風壓力，熱風流量，冷風流量，透氣性指數(shù)，探尺，布料角位，布料時間，料罐重量等數(shù)據(jù)，并存儲到本地的SQL數(shù)據(jù)庫中。通過模糊專家推理等方法，結(jié)合煤氣流量與爐況關系模型，進行對爐況的判斷，給出高爐爐況處于各種異常爐況的概率。圖2給出了簡化了的系統(tǒng)硬件平臺的結(jié)構圖。

圖2 爐況檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構圖

1.2 通訊方式

爐況診斷系統(tǒng)采用OPC技術與SRV11和SRV21服務器進行通信。OPC全稱為OLE for Process Control，是專為過程控制而設計的基于OLE技術的標準。它將訪問現(xiàn)場設備的開發(fā)任務，以標準接口的形式放到設備生產(chǎn)廠家或第三方，并將該接口以服務器形式透明地提供給用戶（工控軟件開發(fā)人員），使得用戶得以從底層的通信模塊開發(fā)中解放出來，而專注于工控軟件的功能。

OPC技術的實現(xiàn)由兩部分組成，OPC服務器部分及OPC客戶應用部分。OPC服務器是一個典型的現(xiàn)場數(shù)據(jù)源程序，它收集現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)信息，通過標準的OPC接口傳送給OPC客戶端應用。OPC客戶應用是一個典型的數(shù)據(jù)接收程序，如人機界面軟件（HMI）、數(shù)據(jù)采集與處理軟件（SCADA）等。OPC客戶應用通過OPC標準接口與OPC服務器通信，獲取OPC服務器的各種信息。符合OPC標準的客戶，應用可以訪問來自任何生產(chǎn)廠商的OPC服務器程序。

OPC以OLE/COM為基礎，其中所有對象的使用，都是通過接口來實現(xiàn)的，對客戶應用程序而言，它所能見到的僅僅是接口而已。OPC標準規(guī)定的基本OPC對象有3個：OPCServer、OPC Group和OPCItem。OPCServer對象除了維護自身信息外，還作為組對象的容器，可動態(tài)地創(chuàng)建或釋放組對象，是客戶端軟件與服務器交互的首要對象；而OPCGroup對象相對于項而言，也是一個包容器，它提供一套管理項的機制，用于組織管理服務器內(nèi)部的實時數(shù)據(jù)信息；OP CItem則表示與OPC服務器中數(shù)據(jù)的連接,包括值（Value）、品質(zhì)（Quality）、時間戳（Time Stamp）3 個基本屬性。OPC存取數(shù)據(jù)的過程如圖3所示。

圖3 OPC存取過程示意圖

OPC規(guī)范定義了兩套服務器接口：定制接口（Custom Interface）和自動化接口（Automation Interface）。定制接口是OPC服務器所必須實現(xiàn)的接口，它適合C++語言，編程比較復雜，并可實現(xiàn)最佳運行性能的客戶應用程序；自動化接口是可選接口，它主要應用于VB等腳本語言，該接口使用比較方便，但它的便利性是以犧牲性能為代價得來的。本項目中所采用接口為定制接口。

OPC有兩種存取數(shù)據(jù)的方式，一種是同步讀取，一種為異步讀取。同步方式就是直接讀取過程數(shù)據(jù)，成功后返回；而異步方式則是給OPC服務器發(fā)送一條命令，通知它要讀取那些數(shù)據(jù)，然后馬上返回，而OPC服務器則在這些數(shù)據(jù)一旦發(fā)生改變時，主動通知客戶程序。這兩種方式各有優(yōu)點，同步方式能夠馬上得到數(shù)據(jù)，而異步方式只在數(shù)據(jù)發(fā)生改變時才傳輸數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)變化不大的情況下可以減輕系統(tǒng)負擔，但是異步存取應用到了COM規(guī)范中的連接點性質(zhì)，需要客戶程序?qū)崿F(xiàn)接收器（Sink）對象，編程較為復雜。本系統(tǒng)采用同步方式進行數(shù)據(jù)的讀寫。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

6#高爐煤氣流量與爐況關系系統(tǒng)，通過讀取數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，將所讀取到的數(shù)據(jù)進行預處理存入SQLServer數(shù)據(jù)庫；知識庫利用鏈表的添加、查找和刪除等功能，對其中的規(guī)則對象進行添加、刪除、冗余檢查和一致性檢查；推理預報模塊完成基于專家知識的推理，并實時將推理的結(jié)果，即異常爐況的異常爐況發(fā)生的概率計算并顯示。查詢模塊針對煤氣流量、紅外圖像、冷風流量、熱風壓力等的實時數(shù)據(jù)查詢和實時曲線顯示。此外系統(tǒng)還有打印等其他功能。

根據(jù)圖2的系統(tǒng)硬件結(jié)構圖，可以得出系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

高爐實時數(shù)據(jù)通過OPC通訊接口由錄入SQLServer數(shù)據(jù)庫。6#高爐煤氣流量和爐況關系系統(tǒng)從SQLServer數(shù)據(jù)庫讀取信息，利用專家知識，運用模糊推理思想，計算得到各種異常爐況所發(fā)生的概率，指導高爐生產(chǎn)操作，也可以查詢現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語

高爐爐況診斷系統(tǒng)，能快速得到診斷結(jié)論的基礎，是優(yōu)秀穩(wěn)定的網(wǎng)絡基礎、快速而準確的數(shù)據(jù)采集機制。只有做到數(shù)據(jù)采集準確及時，診斷系統(tǒng)才有時效意義。

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[2]畢學工.高爐過程數(shù)學模型及計算機控制[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.