钢铁生产过程实时信息平台建设及应用

作者：石家庄钢铁有限责任公司

欢迎访问e展厅 展厅 8 嵌入式系统/自动化软件展厅 组态软件, 单片机, ... 石钢公司是大型综合冶金企业，拥有烧结、炼铁、电炉炼钢、转炉炼钢、轧钢、动力、制氧等多个生产环节，每个环节承担不同的生产分工，具有不同的生产过程，每个过程都有一些相关的过程控制系统。 由于技术发展的原因，公司过程控制网络上分布着不同厂商不同种类的自动化控制系统。这些系统都是面向装置或设备的，形成了“信息孤岛”。每个系统只能采集或管理相应装置或设备在运行过程中产生的部分数据，而且这些数据的采集频率和存储时间都受到各个控制系统CPU能力和硬盘容量的限制。就企业整体而言，缺乏一个统一的、完整的、企业级钢铁生产过程实时信息平台，以支持越来越多的数据应用。 由于生产过程产生的数据有效期短，而且数据量大，传统的关系数据库系统不能胜任实时数据的处理与管理需求。因此，我们采用了Wonderware公司的InSQL企业级关系型实时数据库来为企业信息系统提供统一而完整的企业级钢铁生产过程实时信息平台。实时数据库向下将负责集成各个不同DCS、PLC系统的实时数据，并且提供长期保存这些历史数据的功能，向上提供开放的实时数据与历史数据检索服务，实现将工业现场控制过程及数据集成到桌面，利用这些数据帮助企业改进生产管理，提高生产效率。同时，建立集成共享的生产过程实时信息平台，数据的分析与统计结果能够存储在实时数据库或者发布到关系数据库，并提供开放的二次开发接口提供给ERP及其他应用系统，帮助企业管理层进行准确及时的决策。 项目的功能与特点 实现了将工业现场集成到桌面 石钢公司InSQL实时数据库系统目前已经连接了各个生产厂30多套不同的现场DCS、PLC控制系统，实时采集并记录着4000余个生产过程数据和能源消耗数据，数据间隔可以达到秒级，并且提供长期保存这些历史数据的功能。向上提供开放的实时数据与历史数据发布功能，发布监控画面100余幅。技术人员和管理人员可以在公司局域网上，或通过VPN在Internet上任何一台计算机，用授权的帐户登录IE来监视工厂实时的生产状况并进行工艺分析，初步建立了数字化工厂。 建立了集成共享的生产过程实时信息平台 InSQL全方位地获取和储存工厂数据，并将实时和历史工厂数据与配置，事件，概貌和生产数据集成起来。通过大量的客户端应用程序，可以访问工厂的全部信息，分析、处理和报告工厂的数据。由于具备了MS SQL Server2000的开放性，任何基于SQL、ODBC或OLE DB的应用，都可以方便地从InSQL获取数据。因此，实时数据库系统已经成为石钢公司的一个统一开放、集成共享的钢铁生产过程实时信息平台，在此之上建立的应用系统越来越多。 实现异种数据库和多种控制系统互连 在数据采集方面，几乎涵盖了所有的自动化控制系统，从国外SIEMENS的WinCC、横河的CS1000\3000、AB的RSView、ABB的Freelance、Citect到国内的力控、浙大中控以及各种后台为关系型数据库的小型分散数据采集系统，都已经进入了实时数据库系统。通过自主开发的OPC Server，建立了InSQL与关系数据库的连接，将现场数据库的数据通过OPC方式进入InSQL，进而实现了对MS SQL Server、Access等关系型数据库的数据采集。同时，开发了对WinCC的OPC Server进行读写的程序，借助SIEMENS控制系统的WinCC软件实现了离散数据的收集。 在石钢公司内部，除了各种控制系统以外，还有一些分散的小型数据采集系统，其开发环境不同，采用的软件和后台数据库也不同，有VB、VC、力控、组态王等等。我们通过Visual basic自主开发了针对各种数据库的OPC Server，将现场数据库的数据通过OPC方式进入InSQL，进而实现了对MS SQL Server，Access，等关系型数据库及离散数据的实时采集。 四级网络结构和网络安全设计 第一级为各生产流程的各种自动化控制系统，主要由SIEMENS、ABB、AB、横河等控制系统、HMI及工业Ethernet、Profibus、L2通讯网络等构成，主要功能是对各工艺流程参数的采集和控制。 第二级为远程IDAS计算机，这一层级的计算机安装了双网卡，采用星型网络拓扑结构，向下与生产过程控制系统的监控站HMI进行数据交换及数据转存与缓冲存储，向上通过以太网进入公司局域网，通过各二级站点交换机连接到InSQL数据服务器，实现对所有数据的上传。IDAS具有“存储转发”功能，当IDAS与InSQL通讯失败时，IDAS会将当前数据保存在本机硬盘，或保存指定的网络路径中，通讯恢复后，IDAS再将保存数据传送到InSQL中，这样可保证数据的完整性。 第三级为InSQL数据服务器和Web服务器，InSQL对数据进行压缩存储并作为对外接口的数据源，Web是将数据通过IE发布。 第四级是客户端应用计算机，安装IE或Activefactory客户应用软件，查询和浏览实时和历史数据，制作报表，进行各种分析应用。 由于实时数据库要与生产现场的自动化系统连接，系统的安全性必须得到可靠的保障。因此在网络安全方面采取了一些有效的措施。首先通过在IDAS上安装双网卡，实现物理隔离，分别设置不同网段，一个IP同IDAS所采集的工业控制系统通讯，一个IP向上通过公司局域网连接到InSQL服务器；其次，由于公司网络已经完全实现VLAN划分，可以通过各二级站点交换机的端口设置，将实时数据库网络划分成一个独立的网段，所有的IDAS与公司管理网隔离开来；第三，InSQL服务器也安装两个网卡，一个IP连接IDAS，一个IP与公司管理网络连接实现WEB发布和数据共享，这样管理网络只能够访问到InSQL服务器，而InSQL服务器只能够访问到IDAS，而不能访问到现场控制系统的工作站，通过层层隔离保证了网络的安全。 基于实时信息平台的应用 炼钢厂生产过程控制数据管理系统 系统通过对ERP系统的物资量数据、检化验系统的质量数据、实时数据库的操作和过程控制数据，现场由人工补充录入的生产组织数据的整合，建立了较为完整的数据平台，给用户提供了整个生产过程中的完整电子档案。其中，从实时数据库等系统自动采集和导入的过程数据、检验数据接近90%，人工录入的主要是班次、炉号等一些生产组织数据。系统能够按照合同号、生产订单号和炉号进行详细的查询和分析，还可以通过钢种、生产日期等关键字段进行查询，及时掌握某一个订单所采用的工艺路线、整个生产过程投料和产出、每一炉或每一个订单的工艺参数控制能力、钢材成分分析和性能分析。系统实现了对生产全部过程数据和控制历史曲线进行跟踪，通过炉号贯穿到一起。当出现质量异常后，可以及时追溯出当日工艺过程控制状况，定量找出影响质量的因素，将相关信息反馈给管理者，及时制定出相应措施，指导生产。 轧钢生产过程控制数据管理系统 与“炼钢生产过程控制数据管理系统”一样，利用钢铁生产过程实时信息平台，在轧钢工序将过程控制参数与炉号进行捆绑,将ERP系统数据、实时数据库控制数据、质量数据库质量数据等数据相匹配，充分发挥基础数据的作用，实现轧钢工艺过程控制数据和质量数据的可追溯性。 以强化过程因素分析、提高产品质量为目的，针对钢材性能或成分的缺陷实现按炉号对轧钢工序加热温度、开轧温度、终轧温度等过程工艺控制数据的检索查询分析，找出过程控制和操作的原因，解决质量控制问题。 能源调度与统计分析系统 在钢铁生产过程实时信息平台上自主开发的石钢公司能源调度与统计分析系统，在收集生产所需各种能源动力量数据基础上，结合各工序的生产状况和能源消耗定额及公司能源供应情况，进行数据整合、分析、调度，服务和指导公司生产。 利用实时数据库系统组建能源计量网络具有很多优势。首先，由于各个控制系统中的能源计量数据（甚至包括三级、四级的计量数据）已经进入了实时数据库，所以可以把已经存在于系统中的这些数据很方便地集成进来，任意分组显示，不用编制或修改程序；第二，新增的能源计量检测点，可以就近直接连到任意一个已经连接到实时数据库的控制系统中，不用再配前端数据采集设备。第三，能源计量系统既可以按能源介质又可以按工艺系统组成画面，可以把一个工序需要的各种能源量组成一幅画面，便于系统监控。这对能源调度是非常灵活的。 炼铁焦比数据平衡辅助分析系统 2005年自动化部响应公司降低炼铁成本的要求，理清了焦炭物流管理流程、明确了关键控制点，利用SAP的支撑系统和实时数据库平台各种数据，自主开发了炼铁毛焦比数据平衡辅助分析系统，为各级管理者提供准确及时的数据支持，为公司焦炭自动平衡计算，达到日清月结提供了真实的依据。 加热炉坯料跟踪系统 与燕山大学合作，利用钢铁生产过程实时信息平台，建立神经元网络模型，在新一轧厂650加热炉开发了坯料跟踪系统，可以记录每一支连铸坯的加热时间和加热温度，便于加热制度的分析研究。 石钢公司的实时数据库系统充分实现了钢铁生产过程实时信息平台的功能，并在此平台上开发了大量的应用。实时数据库系统的应用已经成为石钢公司信息化建设中不可缺少的基础设施之一。 目前石钢公司已经有了一个统一的技术路线，就是以钢铁生产过程实时信息平台作为各种应用系统的数据源，开发成本分析、设备监控、能源调度等各种分析应用项目，体现了实时数据库的重要作用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/10/2008)