KEPSERVER在高炉数据采集系统中的应用

崔新亮

(山西太钢不锈钢股份有限公司自动化公司，山西 太原 030003)

KEPSERVER在高炉数据采集系统中的应用

崔新亮

(山西太钢不锈钢股份有限公司自动化公司，山西 太原 030003)

针对高炉自动化系统的“信息孤岛”问题，提出建立数据采集系统的必要性。在研究某钢铁企业高炉区域现状基础上，设计了基于KEPSERVER的高炉数据采集系统，并对基础自动化系统进行多项适应性改造，顺利完成了高炉生产过程数据与外部系统的信息交换，为生产领域进一步拓展和应用奠定基础。

高炉；数据采集；KEPSERVER

随着工厂自动化程度的日益提高，人们对整个生产过程的信息共享、全局监控、实时调度的要求越来越高。现代化工业生产对控制系统的要求，已不局限于一般的生产过程自动化，而是建立管控一体化的生产过程控制系统，使整个生产过程长期在最佳状态下运行[1]。

高炉系统由高炉本体、卷扬上料、布袋除尘、热风炉、风机房等子系统组成，各子系统结构复杂、控制分散，所有生产过程数据存储在L1控制系统中，形成了“信息孤岛”。“信息孤岛”严重地限制了信息的交换继而约束了应用领域的拓展。因此，如何可靠、实时、高效地获取控制系统的生产过程数据，实现高炉生产过程的数字化，避免“信息孤岛”的出现成为炼铁厂最为关注的问题[2]。

本文以某大型钢铁企业的高炉系统为背景，研究采用KEPSERVER实现对工业现场PLC或DCS系统上的生产过程数据进行采集汇总，并上传至MES系统。

1 KEPSERVER简介

KEPSERVER是KEPWARE公司开发的第三方DDE/OPC服务器。KEPSERVER提供卓越的工业互联通讯能力，几乎支持市面上所有常见PLC设备，是一款在工业控制界被广泛认可的OPC服务器软件。

OPC是为了解决应用软件和各种设备驱动程序的通信而产生的一项工业技术规范和标准。它是以OLE/COM技术为基础建立的一项技术规范与标准，采用客户端/服务器(Client/Server)模型。OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证软件对客户的透明性。OPC服务器是现场数据源，它负责收集工业现场PLC或DCS系统上的生产过程数据信息，通过标准的OPC接口传送给OPC客户端应用[3]。

配置KEPSERVER是与PLC通信的关键步骤，目的就是在KEPSERVER中建立一个OPC Server，为OPC客户端和需要读写PLC地址位之间建立连接。

2 高炉数据采集系统设计

高炉系统涉及高炉本体、卷扬上料、布袋除尘、热风炉、冲渣、喷煤、风机房、拨风系统、循环水系统等子系统。数据采集系统以MES接口清单为基础，实现数据处理上传，同时满足平台功能需求。某钢铁企业现有高炉16座，分为四个高炉工场，需求数据项共计2524项，涉及高炉本体、卷扬上料、布袋除尘、热风炉以及喷煤系统。本文以第一高炉工场为例，其系统结构如图1所示。

目前，该企业高炉系统缺少对数据的组织和处理，并没按生产实绩、过程管理的要求收集数据，不符合企业的发展规划，为此进行炼铁区域基础自动化改造，新建数据采集系统，实现生产过程数据和质量数据的自动采集，支持与MES系统的接口功能，对数据进行加工处理后能够上传至MES系统。使企业管理更加透明化、精细化和规范化，从而进一步提高企业管理效率与管理精度。另一方面，通过信息化架构的搭建，推动生产以及设备系统的信息化[4]。

图1 高炉系统结构图

高炉区域基础自动化所用PLC类型比较统一，多数区域使用西门子S7-400系列的414和S7-300系列的315，整个区域自控系统网络结构大多为工业以太网结构，部分使用西门子DP、MPI通讯。为了实现对L1生产数据的采集，方案设计对每座高炉增加一台接口机，接口机配有双网卡，一块网卡用来与各自的高炉L1 PLC系统通信，另一块通过新建网络与其他高炉的接口机连接，同时在新建网络上增设服务器，实现数据处理与上传MES。接口机一级侧通过工业以太网与高炉PLC系统通信，对不具备以太网通信功能的PLC新增通信CP模块，接口机上运行KEPSERVER程序，将高炉生产数据从PLC系统采集到接口机，新建网络上的服务器采集接口机上的生产数据，进行数据加工处理后上传至MES系统。

通过现场调研，对高炉数据采集系统进行方案设计：

1) 现场部分PLC配置有IP地址，通过交换机进行数据传输和控制。但仍有大部分PLC通过MAC地址进行数据传输，为了实现接口机与PLC控制系统的通信，需要对高炉各PLC进行IP地址规划与下载。

2) 新建制程环网，增加服务器。制程环网由4个节点组成，每个节点下联服务器与多个接口机，各节点下联接口机之间组成二级网络，与服务器通信。以最基层现场PLC系统组成一级网络，各一级网络之间相互独立，通过接口机实现一级网络与二级网络通信，通过服务器实现二级网络与制程环网通信。

3) 对新建制程环网与三级MES系统进行隔离，通过防火墙与三级MES通信。

其网络设计架构如图2所示。

图2 网络设计架构

3 系统实现

数据采集系统位于MES和基础自动化系统之间，采用KEPSERVER采集软件通过以太网TCP/IP通信协议与MES系统和L1系统相连接。根据需求，高炉区域数据采集平台需按生产过程的每一步骤，及时准确地收集炼铁生产过程中的物料消耗、能源消耗、产品质量等生产实绩信息，并将有关生产信息上传给MES系统。

实现KEPSERVER与PLC的通信，首先需要对所要连接的PLC设备进行授权获得该设备驱动的使用，然后在KEPSERVER中建立OPC服务器，步骤如下：

1) 选择“Edit-New Channel”，根据所要连接的设备选择DeviceDriver的类型，本文为Siemens TCP/IP Ethernet，建立一个New Channel。

2) 依据所用设备的型号以及所接模块的属性信息建立Device。

3) 为建立的Device创建所有需要的Tag。系统所需全部数据直接从PLC采集，对各种需要采集的数据，从PLC里查找出存储地址，并根据符号编码规则，编制出每一个数据的编码，以该编码为Tag变量名称，通过通道将数据上传至本地接口机对应的网络服务器数据库内。

编码由三部分组成，即区域或主体设备名称、数据内涵符号和数据ID，各部分以下划线分隔开。例如1#高炉高炉风速数据编码是：GL01_GLFS_1015，其中GL01代表1#高炉；GLFS代表高炉风速；1015代表1#高炉高炉风速的编号。

为了保证数据采集系统运行正常，需要对基础自动化系统进行多项适应性改造。

1) 完善网络布局。连接距离80米以下采用六类网线连接，连接距离80米以上，采用光纤连接。所有光纤统一确定为12芯单模室外光缆，耦合器接口为ST。

2) 修改IP地址。现场PLC配置或改动IP地址时，需进行停机，影响生产。在最大限度不影响生产的情况下，根据以前配置情况，分别保留或重新规划，要在系统上线前完成全部PLC的IP修改。

3) 完善必要的逻辑以及组态画面，以便满足数采所需的事件信号、作业过程信号。

最终界面如图3所示。

图3 配置界面

4 运行效果

该钢铁企业有高炉16座，数据采集系统以MES接口清单为基础，负责收集高炉相关产量信息、消耗信息、设备运行信息、工序能源信息等，并对其进行数据组织、逻辑处理，传输给MES。

系统上线后，各高炉接口机运行正常，KEPSERVER与相应PLC系统通信正常，PLC上传接口机数据正常。KEPSERVER运行效果如图4所示。

图4 运行效果界面

5 结束语

KEPSERVER软件的使用为构建开放的自动化系统提供了有效的解决方案。在分析借鉴国内外OPC应用的基础上，成功地设计出了高炉数据采集系统并运用于现场实际。该系统的实现，对于解决高炉“信息孤岛”问题，实现基础自动化与外部系统的生产过程信息交换以及生产过程跟踪与监控具有重要意义[5]。

[1] 石希博.基于OPC的炼铁高炉数据管理和自动报表系统[J].科技情报开发与经济，2010,20(31)：115-117.

[2] 周江建.中间件OPC技术在工业控制系统中的应用[J].工业控制计算机，2008(8)：169-175.

[3] OPC基金会.OPC Data Access Custom Interface Standar,Version2.0[M].

[4] 梁里金.OPC技术在自动化监控系统的应用[J].自动化技术与应用，2010(1)：49-50.

[5] 张建军.DCS系统OPC客户端的开发与实现[J].2010(4)增刊：357-358.

The Application of KEPSERVER in Data Acquisition System of Blast Furnace

Cui Xinliang

(ShanxiTaigangStainlessSteelCo.Ltd.,TaiyuanShanxi030003,China)

As for the problem of ‘the information isolated island’ in blast furnace automation system, The necessity of the foundation for data acquisition system is put forward. On the basis of studying the current situation of blast furnace in a steel enterprise, a blast furnace data acquisition system based on KEPSERVER is designed. A number of adaptive transformations for the basic automation system are completed. The information exchange between the blast furnace production process and the external system is successfully completed. This has laid a solid foundation for the production area’s further widening and application.

blast furnace; data acquisition; KEPSERVER

2017-02-27

崔新亮(1983- )，男，山西盂县人，硕士，研究方向：智能制造。

1674- 4578(2017)02- 0015- 03

TP274.2

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