TMPDS 工廠數(shù)據(jù)庫在連鑄連軋產(chǎn)線的設計與應用

楊 達，潘 彪，李繼新，孟志鐸，劉樹清，楊 林

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北唐山 063200）

0 引言

TMPDS 工廠數(shù)據(jù)庫（下簡稱TMPDS）是由TMEIC 公司開發(fā)的工廠數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其最初設計為全面收集和保存熱軋機組數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)的查詢與分析，屬于熱軋自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，是軋機二級系統(tǒng)的重要組成部分。隨著TMEIC 控制技術的不斷發(fā)展和應用，TMPDS 作為工廠數(shù)據(jù)庫，其系統(tǒng)功能在不斷的豐富和完善，已逐步為熱軋產(chǎn)線所采納。唐鋼1810 生產(chǎn)線自2003 年正式投產(chǎn)后，為了提高問題分析能力與故障診斷效率，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速查找，于投產(chǎn)10 年后的2019年9 月在升級改造中探索應用了TMEIC 工廠數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[1]。

某冶金企業(yè)的連鑄連軋產(chǎn)線將TMPDS 與連鑄連軋工藝相融合，實現(xiàn)了產(chǎn)線的大數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)檢索與可視化功能，同時將TMPDS 作為生產(chǎn)經(jīng)營分析系統(tǒng)、統(tǒng)計過程控制系統(tǒng)和材料性能預測系統(tǒng)等信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，通過大數(shù)據(jù)輸出功能支持上述信息化系統(tǒng)的功能實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)架構與數(shù)據(jù)接口

TMPDS 由3 種類型的服務器組成，分別是RDB 關系型數(shù)據(jù)服務器、TC-net 實時數(shù)據(jù)服務器和SE 索引服務器，其中TC-net 服務器可以根據(jù)采集數(shù)據(jù)的需求數(shù)量增加服務器，TMPDS 各服務器間通過內(nèi)部交換機建立通信連接，TMPDS 在此連鑄連軋產(chǎn)線系統(tǒng)架構設計如圖1 所示。

圖1 TMPDS 系統(tǒng)架構與接口

RDB 服務器通過接入二級計算機控制網(wǎng)絡，收集與存儲二級網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，包括：連鑄機二級、隧道爐二級、軋機二級、平整系統(tǒng)、磨輥間二級與表面檢測系統(tǒng)。其中軋機二級SCC 在線控制系統(tǒng)的Oracle 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)通過OCCI 接口傳輸至RDB 服務器，模型日志與DCA 文件通過FTP 協(xié)議傳輸至RDB 服務器；其余二級系統(tǒng)與表檢系統(tǒng)通過TCP/IP 傳輸至RDB 服務器。數(shù)據(jù)傳輸至RDB 服務器后，首先由RDB 服務器轉換成CSV 文件，然后以CSV 文件形式進行存儲。此外，為實現(xiàn)uWeb 報表系統(tǒng)功能，RDB 服務器同時創(chuàng)建有PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫，用于從軋機二級Oracle 數(shù)據(jù)庫收集軋機生產(chǎn)相關數(shù)據(jù)，存儲并用于支持uWeb 報表系統(tǒng)。

TC-net 服務器接入一級自動化網(wǎng)絡，可支持OPC（OLE for Process Control）通信協(xié)議，用于收集軋機一級、鑄機一級、加熱爐一級與視頻回放系統(tǒng)數(shù)據(jù)。TC-net 服務器安裝有ODG軟件，可將一級實時曲線數(shù)據(jù)以ODG 文件形式進行保存，并可訪問視頻回放系統(tǒng)存儲的視頻數(shù)據(jù)，并將過程控制參數(shù)與現(xiàn)場視頻按時間節(jié)點相匹配。同時，各一級自動化系統(tǒng)的報警數(shù)據(jù)將會傳輸至RDB 服務器，轉換成CSV 文件后在RDB服務器進行保存。

SE 索引服務器通過內(nèi)部交換機分別與RDB 服務器和TC-net服務器連接并接入二級計算機控制網(wǎng)絡。SE 索引服務器運行有PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、搜索引擎功能和內(nèi)部虛擬機。PostgreSQL 數(shù)據(jù)倉儲系統(tǒng)用于SE 與RDB 服務器進行數(shù)據(jù)交互；搜索引擎功能用于根據(jù)數(shù)據(jù)請求檢索RDB 與TC-net 數(shù)據(jù)，并將檢索的數(shù)據(jù)向請求方輸出；內(nèi)部虛擬機運行有IIS 網(wǎng)頁服務將uWeb 數(shù)據(jù)可視化功能以網(wǎng)頁形式進行發(fā)布。

2 功能實現(xiàn)與應用設計

TMPDS 主要功能實現(xiàn)包括：綜合數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)檢索與可視化和大數(shù)據(jù)輸出。

2.1 綜合數(shù)據(jù)收集

TMPDS 系統(tǒng)通過TC-net 服務器和RDB 服務器分別采集和存儲上述各系統(tǒng)的多種類型數(shù)據(jù)，包括：過程控制數(shù)據(jù)、模型參數(shù)數(shù)據(jù)、驅(qū)動系統(tǒng)數(shù)據(jù)、HMI 人機接口數(shù)據(jù)、PLC 控制數(shù)據(jù)、過程傳感器數(shù)據(jù)、報警事件數(shù)據(jù)等。

關于數(shù)據(jù)存儲量，每臺TC-net 服務器可采集50 000 項字節(jié)型數(shù)據(jù)或15 000 項數(shù)值型數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)按照采樣速率分為高速數(shù)據(jù)（2 ms）、中速數(shù)據(jù)（25 ms）、低速數(shù)據(jù)（200 ms），比例分布為1∶9∶10，數(shù)據(jù)存儲理論值為270 GB/d，經(jīng)過TMPDS 數(shù)據(jù)壓縮后約為12 GB/d。RDB 服務器生產(chǎn)數(shù)據(jù)約7 MB/卷，經(jīng)過壓縮后的數(shù)據(jù)存儲量約為3 GB/d；通過數(shù)據(jù)壓縮技術，TMPDS 系統(tǒng)極大的節(jié)省了存儲空間。

2.2 數(shù)據(jù)檢索與可視化

TMPDS 系統(tǒng)SE 索引服務器可實現(xiàn)數(shù)據(jù)檢索和uWeb 可視化兩種數(shù)據(jù)查詢方式。這兩種方式都是在B/S 架構下通過瀏覽器訪問網(wǎng)址來實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)檢索功能主要用于數(shù)據(jù)的搜索查詢與導出，即通過在搜索引擎界面輸入數(shù)據(jù)的時間、符號名稱、描述、數(shù)據(jù)源、鋼卷號、觸發(fā)/報警條件等關鍵字對數(shù)據(jù)進行查詢。無論是RDB服務器存儲的生產(chǎn)數(shù)據(jù)還是TC-net 服務器存儲的控制數(shù)據(jù)，都可以通過數(shù)據(jù)檢索方式查詢并導出為“xls”“CSV”“ODG”格式的文件。

SE 索引服務器通過運行uWeb 服務器虛擬機實現(xiàn)uWeb報表系統(tǒng)功能，此報表系統(tǒng)利用RDB 服務器存儲的CSV 文件數(shù)據(jù)和專用于uWeb 功能的PostgreSQL 數(shù)據(jù)倉儲數(shù)據(jù)，以直觀友好的方式將數(shù)據(jù)進行可視化展示，主要包括：生產(chǎn)信息匯總、產(chǎn)品質(zhì)量報表、停機延遲報表、二級模型日志和生產(chǎn)儀表板5 個主題。

TMPDS 系統(tǒng)TC-net 服務器通過ODG 軟件實現(xiàn)過程控制參數(shù)數(shù)據(jù)的查詢與實時監(jiān)控。同時，通過與視頻回放系統(tǒng)通信，TC-net 服務器實現(xiàn)了過程控制參數(shù)與現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)的時間匹配，用戶可利用ODG 客戶端同步查詢并“回放”相同時刻的一、二級過程控制數(shù)據(jù)曲線與現(xiàn)場視頻影像。尤其是在故障診斷過程中，此功能可以直觀的展示過程參數(shù)改變后對軋制穩(wěn)定性的影響，極大提高了故障分析的效率和準確性。

2.3 大數(shù)據(jù)輸出功能

TMPDS 系統(tǒng)作為工廠數(shù)據(jù)庫除本身具備數(shù)據(jù)存儲、索引和可視化功能之外，同樣可作為外部應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，外部應用系統(tǒng)可以通過SE 服務器搜索引擎功能的ExAPI接口與TMPDS 數(shù)據(jù)通信。搜索引擎功能的架構為接口層、業(yè)務層和數(shù)據(jù)層，ExAPI 屬于接口層，主要有驗證和解析兩個功能。ExAPI 工作原理為：外部應用系統(tǒng)按照數(shù)據(jù)請求格式要求向SE 索引服務器發(fā)送數(shù)據(jù)請求，ExAPI 驗證數(shù)據(jù)請求的準確性后將數(shù)據(jù)請求解析，并將請求的數(shù)據(jù)發(fā)送至此外部應用系統(tǒng)。ExAPI 數(shù)據(jù)輸出方式為寫入MSSQL/PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫和導出DCA、CSV、XLS、OGS 類型文件。此ExAPI接口方式對于外部系統(tǒng)從TMPDS SE 索引服務器抓取數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)索引程序開發(fā)和數(shù)據(jù)檢驗、重傳等功能設計等方面提出了一定的要求，需要根據(jù)具體數(shù)據(jù)需求制定合理的數(shù)據(jù)傳輸功能與機制。

TMPDS 作為該產(chǎn)線的工廠數(shù)據(jù)庫，分別為生產(chǎn)經(jīng)營分析系統(tǒng)、統(tǒng)計過程控制系統(tǒng)、材料性能預測系統(tǒng)和L3 系統(tǒng)提供了產(chǎn)線的基礎數(shù)據(jù)，避免了上述系統(tǒng)直接從一、二級控制系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)對生產(chǎn)系統(tǒng)和網(wǎng)絡造成的影響，提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為產(chǎn)線信息化進程打下堅實的基礎。

3 結語

隨著工業(yè)化和信息化的不斷融合，鋼鐵企業(yè)內(nèi)的數(shù)據(jù)應用系統(tǒng)對底層實施數(shù)據(jù)的需求也越來越高[2]。本文設計的TMPDS工廠數(shù)據(jù)庫在與軋機通信的基礎上，增加了與連鑄機、加熱爐、磨輥間、平整、表面檢測等系統(tǒng)的通信，使之更加滿足連鑄連軋產(chǎn)線的自動化與信息化需求。同時，將TMPDS 作為第三方信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，充分發(fā)揮其用于溝通基層自動化系統(tǒng)與上級管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平臺作用[3]。今后將重點考慮繼續(xù)發(fā)揮TMPDS 的大數(shù)據(jù)優(yōu)勢，以TMPDS 工廠數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)基礎，設計和開發(fā)更加符合連鑄連軋產(chǎn)線特點和生產(chǎn)維護需求的應用系統(tǒng)。