透明工厂概念在烧结厂信息控制一体化中的开发与应用

2013-08-15殷玉善

中国新技术新产品 2013年8期

关键词：以太网工厂服务器

殷玉善

（莱芜钢铁集团自动化部，山东莱芜 271104）

1 概述

随着自动化控制水平、网络技术和Web技术的飞速发展，烧结厂设备控制水平和工程方案也在不断进步，烧结厂管理信息和控制系统的一体化无缝连接也必将成为未来烧结厂管控系统的发展趋势，传统烧结厂的PLC控制系统也必将向这一趋势靠拢。

2 透明工厂概念

为了解决复杂的自动控制及信息管理，提高系统的信息化程度，施耐德电气公司提出了透明工厂的概念。透明工厂解决方案完全基于目前开放的TCP/IP以太网技术，其应用层采用工业控制领域的标准、开放的MODBUS协议。使用户彻底摆脱了非标准的、封闭的专用工业控制网络和现场总线技术的束缚，提供用户大量成熟的各种工业级网络设备，同时支持用户选择IT行业通用的标准网络产品。

3 烧结厂生产工艺概况

烧结工艺由原料混匀供料、燃料熔剂破碎及筛分、烧结配料、混合制粒、烧结冷却、成品整粒、抽风除尘和冷热返矿循环等系统组成。除尘灰、混合铁矿粉、燃料、熔剂和返矿经按计算好比例经过配合后，送到混合机进行润湿、混匀和制粒，混合好的物料由布料器铺到台车上进行点火后抽风烧结，烧结矿热破筛分后进入带式（环式）冷却，经整粒分出10-20mm的烧结矿做为铺底料，小于5mm的作为冷返矿返回到烧结配料室参加配料，大于5mm的作为成品矿直接由胶带机送往高炉或储存。

4 基础自动化控制系统

4.1 控制系统概述

基础自动化控制系统是保证烧结正常生产的关键,其主要任务是：根据HMI的操作指令和现场各检测器的信号完成各个工艺设备或者工艺过程的顺序控制和PID调节控制；进行工艺过程及设备状态的实时数据采集、整理，然后传送到过程控制级；完成各工艺过程及设备的故障报警处理及显示。基础自动化控制系统采用了先进、可靠的硬件控制及网络设备、可靠的检测仪表、智能的设备管理及故障监测软件，操作HMI具有方便、快捷和友好的人机界面,实现了网络数据通讯一体化，具有快捷、高速、大容量和开放的技术性能。

4.2 服务器功能

设有两台服务器，分别为基础自动化（L1），数据库服务器、L1.5级服务器，L1.5级服务器负责与L2级之间数据通讯与交换，下达L2级服务器指令。L1级数据库服务器主要负责PLC与上位端（服务器、客户机）之间的数据传输、数据存储、报警等功能。

4.3 客户端功能

客户端采用IFIX5.0上位监控软件，主要完成对原料系统、燃料系统、烧结配料系统、烧结冷却系统、成品筛分系统设备的检测、监视、控制、调节和在线诊断故障报警。

5 先进技术的应用

5.1 采用嵌入式技术

采用嵌入式技术，将过去的FCS、DCS、PLC、GIS、OAS办公自动化系统，所有现场测控系统及主工艺流程所应用的先进控制技术都纳入“Internet+RTE+TCP/IP协议”为主要模式的信息控制一体化系统中去。

5.2 人机接口共享化

采用可靠性高、速度快、容量大的高档服务器，操作系统具有系统开放、通用性强的特点，利用最新一代网络设备（100Mbit/s）光纤以太网）将系统各种硬件设备（服务器、PLC、客户端）联接起来，完成各种数据的交换任务，实现了网络系统共享、资源共享、信息共享。

5.3 网络故障诊断

由于该系统网络庞大、复杂，为保证其安全、稳定运行，网络故障诊断尤为重要。为此，在OPC Server终端上开发了网络故障诊断功能，实时检测网络系统故障，如：数据库故障、ODBC故障、EDI故障等。为保证网络安全，拒绝非法用户登录和破坏，系统设置了严格的授权，网络的访问必须由用户进行身份确认，通过口令控制赋予不同用户不同的权利。

6 现场网络技术是实现信息控制一体化的必要条件

6.1 好的现场网络为构建新型的信息控制系统创造了条件

新型实用的工业以太网，可以使网络延伸到自动化系统的最低层——各种检测仪器仪表和现场设备，不仅能横向整合现场信息资源，做到快速响应，也能纵向整合现场信息与企业管理信息，建立全局性的自动化系统，以达到准确诊断、及时调控、快速维护、远程监控。就可以满足企业领导层的运筹决策，能做到及时参与全球化的竞争要求。

6.2 好的现场网络为创造全数字化的开放的信息控制一体化系统奠定了基础

一个好的现场网络架构，可以快速和科学的使基础数据构成有序的数据集合，形成对本企业运营全面完整的精确的描述。在上一级的监控中心，可准确的集成主工艺流程中各种先进控制技术专用的数据集合的在线应用，达到数字化实现系统的高精度，高闭环调控的目标。

7 “透明工厂”的实现

透明工厂是建立在新的信息技术（IT）和通讯技术基础之上的，它主要包括三个方面的内容：基于TCP/IP的通信、Web模式的网络应用和面向对象的编辑。透明工厂的核心是Ethernet和TCP/IP。施耐德公司首先推出了工业以太网的标准：TCP/IP MODBUS，它是在TCP/IP标准中，应用层采用工业控制领域的标准、开放的MODBUS协议。MODBUS使用TCP/IP应用层的502端口，并得到国际公认。在莱钢烧结生产线中，为建设成一个全自动化、信息化、网络化的现代化工厂，各系统均采用了施耐德电气公司Quantum系列PLC控制系统,，根据烧结生产线的特点，一级为基础自动化,网络采用符合Modbus TCP/IP协议的10/100M自适应环行工业以太环网，集成Web网页的以太网通讯模板140 NOE 77110。二级为过程自动化网络，采用100Mbit/s的工业以太网，并预留三级网络的接口。“透明工厂”技术是完全开放的，它可以在所有的自动化环境下与制造执行系统（MES）和企业资源计划（ERP）无缝连接。通过软件开发平台及网络协议，将整个控制系统的控制站及操作站HMI统一编制IP地址，可方便访问各系统的共享数据。