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)絡技術和Web技術的飛速發(fā)展，燒結(jié)廠設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，其應用層采用工業(yè)控制領域的標準、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)絡和現(xiàn)場總線技術的束縛，提供用戶大量成熟的各種工業(yè)級網(wǎng)絡設備，同時支持用戶選擇IT行業(yè)通用的標準網(wǎng)絡產(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 基礎自動化控制系統(tǒng)

4.1 控制系統(tǒng)概述

基礎自動化控制系統(tǒng)是保證燒結(jié)正常生產(chǎn)的關鍵,其主要任務是：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備的故障報警處理及顯示?；A自動化控制系統(tǒng)采用了先進、可靠的硬件控制及網(wǎng)絡設備、可靠的檢測儀表、智能的設備管理及故障監(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)絡數(shù)據(jù)通訊一體化，具有快捷、高速、大容量和開放的技術性能。

4.2 服務器功能

設有兩臺服務器，分別為基礎自動化（L1），數(shù)據(jù)庫服務器、L1.5級服務器，L1.5級服務器負責與L2級之間數(shù)據(jù)通訊與交換，下達L2級服務器指令。L1級數(shù)據(jù)庫服務器主要負責PLC與上位端（服務器、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 先進技術的應用

5.1 采用嵌入式技術

采用嵌入式技術，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)及主工藝流程所應用的先進控制技術都納入“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)絡設備（100Mbit/s）光纖以太網(wǎng)）將系統(tǒng)各種硬件設備（服務器、PLC、客戶端）聯(lián)接起來，完成各種數(shù)據(jù)的交換任務，實現(xiàn)了網(wǎng)絡系統(tǒng)共享、資源共享、信息共享。

5.3 網(wǎng)絡故障診斷

由于該系統(tǒng)網(wǎng)絡龐大、復雜，為保證其安全、穩(wěn)定運行，網(wǎng)絡故障診斷尤為重要。為此，在OPC Server終端上開發(fā)了網(wǎng)絡故障診斷功能，實時檢測網(wǎng)絡系統(tǒng)故障，如：數(shù)據(jù)庫故障、ODBC故障、EDI故障等。為保證網(wǎng)絡安全，拒絕非法用戶登錄和破壞，系統(tǒng)設置了嚴格的授權，網(wǎng)絡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利。

6 現(xiàn)場網(wǎng)絡技術是實現(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)場設備，不僅能橫向整合現(xiàn)場信息資源，做到快速響應，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)領導層的運籌決策，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

一個好的現(xiàn)場網(wǎng)絡架構(gòu)，可以快速和科學的使基礎數(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專用的數(shù)據(jù)集合的在線應用，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（IT）和通訊技術基礎之上的，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)絡應用和面向?qū)ο蟮木庉?。透明工廠的核心是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，應用層采用工業(yè)控制領域的標準、開放的MODBUS協(xié)議。MODBUS使用TCP/IP應用層的502端口，并得到國際公認。在萊鋼燒結(jié)生產(chǎn)線中，為建設成一個全自動化、信息化、網(wǎng)絡化的現(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，一級為基礎自動化,網(wǎng)絡采用符合Modbus TCP/IP協(xié)議的10/100M自適應環(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，采用100Mbit/s的工業(yè)以太網(wǎng)，并預留三級網(wǎng)絡的接口?！巴该鞴S”技術是完全開放的，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)線的應用取得成功，符合當今計算機控制技術的發(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，減少了設備故障率及維護量，取得了較好的經(jīng)濟效益及社會效益。

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