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

1、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    論文導(dǎo)讀：為了解決復(fù)雜的總自動控制及信息管理個，提高系統(tǒng)的自動化和信息化程度，施耐德電氣公司提出了透明工廠的概念。 關(guān)鍵詞：透明工廠，信息控制一體化以太網(wǎng)    0 引言 隨著自動化控制水平、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)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)廠管理信息相同和控制系統(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。 1 透明工廠概念 為了解決復(fù)雜的總自動控制及信息管理

2、個，提高系統(tǒng)的自動化和信息化程度，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發(fā)展迅猛、廣泛應(yīng)用于所有領(lǐng)域的開放的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)場總線技術(shù)的束縛，提供用戶大量成熟的、目前已在世界范圍廣泛成功應(yīng)用的各種工業(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(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。 2燒結(jié)廠生產(chǎn)工藝概況 燒結(jié)過程是復(fù)雜的物理化學(xué)反映過程，燒結(jié)生產(chǎn)已成為鋼鐵企業(yè)必不可少的重要環(huán)節(jié)，為后續(xù)的生產(chǎn)工藝奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。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)

3、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)行潤濕、混勻和制粒，混合好的物料由布料器鋪到臺車上進(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1020mm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)送往高爐或儲存。燒結(jié)工藝流程如圖1所示： 圖1 燒結(jié)工藝流程 3、基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng) 3.1 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、過程控制級的操作數(shù)據(jù)和現(xiàn)場各檢測器的信號完成各個工藝設(shè)備

4、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(jìn)、可靠的硬件控制及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、高可靠的檢測儀表、智能的設(shè)備管理及故障監(jiān)測軟件，電氣、儀表基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)一體化，操作HMI具有方便、快捷和非常友好的人機(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，達(dá)到了“國內(nèi)一流、國際先進(jìn)”水平。 3.2.服務(wù)器功能 設(shè)有2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(fù)責(zé)與L2級之間數(shù)據(jù)通訊與交換，下達(dá)L2級服務(wù)器指令?？?/p>

5、技論文。L1級數(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、報警等功能。 3.3 客戶端功能 采用施耐德公司Monitor Pro V7.2上位監(jiān)控軟件Server/Client 結(jié)構(gòu)，客戶端主要完成對現(xiàn)場設(shè)備的檢測、監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)、診斷，主要有原料系統(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)。通過Monitor Pro V7.2 上位監(jiān)控軟件Server/Client網(wǎng)絡(luò)軟件的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)各上位監(jiān)控機(jī)之間相互切換、互為備用，達(dá)到遠(yuǎn)程訪問、監(jiān)控、操作、調(diào)節(jié)、診斷的目的。 3.4 系統(tǒng)通訊協(xié)議 施耐德公司Quantum系列PLC 具有多種協(xié)議的通訊方式

6、，主要有：Modbus TCP/IP、Modbus Plus、Modbus，本系統(tǒng)中充分利用了其強(qiáng)有力的通訊能力。 4、自動控制系統(tǒng)軟件配置及功能 4.1編程軟件 采用施耐德公司CONCEPT 2.6編程軟件，運(yùn)用梯形邏輯(LD)、自定義功能塊（DFB）及控制功能塊(FBD)相結(jié)合的編程方式實(shí)現(xiàn)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)的現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行過程監(jiān)控、檢測、調(diào)節(jié)、操作。 4.2監(jiān)控軟件 采用施耐德公司Monitor Pro V7.2上位監(jiān)控軟件,服務(wù)器及客戶機(jī)運(yùn)行在Windows 2000專業(yè)版的平臺上，Monitor Pro V7.2建立在多層次體系結(jié)構(gòu)上，綜合了

7、三種不同的功能：數(shù)據(jù)存儲功能、數(shù)據(jù)處理功能、用戶接口功能。登陸身份確定及權(quán)限保護(hù)上位監(jiān)控機(jī)(HMI)畫面設(shè)有登錄、退出、幫助、診斷按鈕，并賦予不同人員不同的操作權(quán)限。如：賦予操作人員操作的權(quán)限、維護(hù)工程師維護(hù)的權(quán)限、系統(tǒng)工程師組態(tài)的權(quán)限。各類人員根據(jù)不同的權(quán)限進(jìn)行不同的操作，其中系統(tǒng)工程師的權(quán)限最高，可以修改、組態(tài)、退出系統(tǒng)，操作人員的權(quán)限相對較小，僅可瀏覽主要操作畫面，維護(hù)工程師可對電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行修改、瀏覽故障分析畫面，但不能對系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、修改用戶權(quán)限。 5、先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用 5.1 OPC(OLE forProcess Control)技術(shù) 萊鋼燒結(jié)過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的客戶端和服務(wù)器應(yīng)

8、用OPC技術(shù)進(jìn)行通訊，作為Client/Server(客/服)結(jié)構(gòu)，燒結(jié)系統(tǒng)上位監(jiān)控機(jī)的數(shù)據(jù)通過服務(wù)器采集各PLC站的數(shù)據(jù)并負(fù)責(zé)分發(fā)至各站，來自各操作站的數(shù)據(jù)也通過此服務(wù)器在分發(fā)至各PLC站。采用Monitor Pro V7.2 SERVER版監(jiān)控軟件，各上位監(jiān)控機(jī)的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控標(biāo)簽均在服務(wù)器端建立，完成生產(chǎn)過程工藝設(shè)備的操作與監(jiān)控。服務(wù)器端采用SQLserver大型數(shù)據(jù)庫，通過ODBC（數(shù)據(jù)源）接口與Monitor Pro V7.2實(shí)現(xiàn)聯(lián)接，完成對歷史數(shù)據(jù)的存儲。EDI(ExternalDevice Interface)通過RTDB（實(shí)時數(shù)據(jù)庫）對PLC進(jìn)行讀、寫操作，RTDB負(fù)責(zé)

9、存儲應(yīng)用程序數(shù)據(jù)。OPC Server 負(fù)責(zé): RTDB及SERVERS的數(shù)據(jù)與CLIENTS的數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊，在Client Builder與RTDB建立聯(lián)系之前啟動服務(wù)器。Client Builder分派數(shù)據(jù)通訊任務(wù)，通過OPC通訊管理器與OPC Server聯(lián)接，從RTDB獲取數(shù)據(jù)，通過標(biāo)簽、圖形實(shí)時動態(tài)地顯示過程數(shù)據(jù)。 5.2 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(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。 眾所周知，嵌入式技術(shù)將成為21世

10、紀(jì)發(fā)展最快的IT產(chǎn)業(yè)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以高端的計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可以任意裁剪；適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功能有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。也可以說是：嵌入到對象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用來實(shí)現(xiàn)主站監(jiān)控系統(tǒng)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。 下一代的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，嵌入式設(shè)備將大大增加，約占70左右，并與Internet聯(lián)網(wǎng)。專家們預(yù)測，到2010年是嵌入式Internet時代，這一時代將會產(chǎn)生比PC時代多成百上千倍的瘦服務(wù)器，能在Internet網(wǎng)上，自動、實(shí)時、方便、簡單地提供網(wǎng)上任何需要的這些信息的對象。嵌入式系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)燒結(jié)工業(yè)信息控制一體化的不可分割的一部分。

11、 5.3 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。 5.4 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(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

12、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(shí)現(xiàn)信息控制一體化的必要條件 從小系統(tǒng)到大系統(tǒng)，從單一的控制系統(tǒng)到整個燒結(jié)廠控制系統(tǒng)信息集中監(jiān)控的設(shè)計(jì)中又是關(guān)聯(lián)整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系，涉及到整個系統(tǒng)的全局性和根本性的問題。特別是眾多分散的控制站級現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，像人的四肢的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它是源頭。 61 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(shí)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(dá)到準(zhǔn)確診斷、及時調(diào)控、快速維護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理服務(wù)。就可以滿足企業(yè)

13、領(lǐng)導(dǎo)層的運(yùn)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(yùn)營全面完整的精確的描述。在上一級的監(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)?？萍颊撐?。 生產(chǎn)過程控制參數(shù)的精確設(shè)定，生產(chǎn)狀況、設(shè)備和流程狀態(tài)的信息，都是企業(yè)信息的重要組成部分，要通過現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)在線的無距離的精確的實(shí)現(xiàn)。這種最底層的控制網(wǎng)絡(luò)，就在現(xiàn)場控制層，他對應(yīng)控制系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)如圖2所示。： 7、“透明工廠”的實(shí)

14、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，這些技術(shù)包括OPC開放軟件標(biāo)準(zhǔn)和Web技術(shù)等，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?。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(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，并得到國際公認(rèn)。透明工廠的另一項(xiàng)核心技術(shù)是將Web技術(shù)引用于工業(yè)自動化，它在自動化平臺上內(nèi)置Web Server，從而使自動化信息和數(shù)據(jù)易于被不同的操作系統(tǒng)得到，

15、使得工業(yè)自動化數(shù)據(jù)共享、多點(diǎn)訪問及通過公共Internet 訪問工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)變得十分容易和便利。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(diǎn)，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)，連接轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄系統(tǒng)，通訊介質(zhì)采用光纜，并預(yù)留三級網(wǎng)絡(luò)的接口。工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP Modbus是在TCP/IP標(biāo)

16、準(zhǔn)中，應(yīng)用層采用Modbus通訊協(xié)議。同時將Web應(yīng)用到工業(yè)自動化，在自動化平臺上內(nèi)置Web Server，從而使控制數(shù)據(jù)易于被不同的操作系統(tǒng)得到，也可以通過公共網(wǎng)絡(luò)來訪問工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)。這種基于Web的體系結(jié)構(gòu)使工業(yè)數(shù)據(jù)更加同步，網(wǎng)絡(luò)集成難度降低，也可以更好的控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量。“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(jì)劃（ERP）無縫連接?？萍颊撐摹Ｍㄟ^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)。在軟件設(shè)計(jì)時，將系統(tǒng)的硬件狀態(tài)及重要的工藝參數(shù)均設(shè)置在WEB中，設(shè)備維護(hù)及生產(chǎn)管理人員可通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的訪問，及時了解各系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)了整個系統(tǒng)的透明化，即“透明