基于数据融合的多业务智能协同管控系统在钢铁企业的应用

2020-05-16杨恒

山东冶金 2020年2期

杨恒

（山东钢铁集团有限公司研究院，山东济南250100）

1 前言

钢铁行业作为我国工业的支柱产业，其重要地位不言而喻，然而，钢铁企业信息化的发展水平参差不齐，多数企业存在内部业务单元协同融合难度较大，工作效率不高等问题。究其原因是由于钢铁企业一般单独设置生产、设备、能环、物流、安防等专业管理与监控系统，各业务单元间相互独立，形成信息壁垒，无法实现系统间的协同管控［1-2］。

为解决上述问题，实现钢铁企业对制造过程的高效管控，提高企业科学决策运营水平，国内钢铁企业已开始进行有效尝试和探索，并取得了一定效果。其中尤以多业务智能协同管控系统（以下简称多业务系统）效果显著，该系统实时跟踪企业生产、设备运行、能源环保、物流、安全等动态信息，协调企业各类资源、能源消耗、物流运输的供需以及各制造单元的生产组织、物料平衡，确保制造过程中物流、信息流的畅通，全面、快速、真实地反映企业生产运行状况，将企业运营的核心要素高度融合，实现企业生产指挥、物流调度、能源管控、设备运行监视等信息管控一体化的整体目标［3］。

2 系统架构

2.1 总体架构

多业务管控系统涵盖了钢铁制造全流程生产、设备、能源等业务环节的大量数据，并通过企业数据总线平台提供标准的数据接口，获取生产经营数据、设备运行状态、过程质量等信息，这些信息在调度指挥信息平台完成信息采集、解析、整合和交互共享。调度指挥信息平台主要由数据深度感知、数据处理、数据存储、数据分析、数据可视化展示和数据闭环反馈控制等层次构成。系统架构见图1。

图1 多业务系统架构

2.2 网络架构

钢铁制造数据具有多元异构、强耦合、多态性、时变性和强遗传性等特点，因此在整体设计要依据上述特点进行规划。一般将钢铁多业务系统划分为数据采集、数据传输和数据应用3个层级，主要实现现场数据感知、网络传输与能源SCADA系统信息交互等功能。各生产工序数据感知区域设置现场数据采集设备（PLC、DCS、RTU、网关），就近将自动化控制系统及智能仪器仪表数据采集、处理、转换、安全隔离后，通过光纤传输到监控中心管控平台进行集中监视、报警、趋势记录、统计与分析。鉴于能源数据、生产数据可靠性要求高的特点，采用专用光缆芯搭建网络系统。网络交换机分别设置汇聚层交换机、接入层交换机，能源网汇聚层骨干网采用单环网结构，电力专网汇聚层骨干网采用双环网结构。

3 主要功能实现

3.1 生产过程管控

生产过程监控包括全厂所有工序重点设备状态监视、关键参数显示等，实现生产数据的实时跟踪和共享，对关键生产设备的故障报警信号、参数超限、重要生产单元生产状态等进行报警，便于生产的实时调度。

以全厂生产工艺流程为主线，结合原燃料输入和产成品输出构建全厂的工艺流程图，集中监控设备运行状况。综合体现机组产量、当前库存、作业计划、质量分析、物流状况、检修作业跟踪、故障抢修跟踪。融合设备监测诊断、作业实绩监控预警、作业指导自动提示、质量/物流趋势预警等智能化手段，为公司日常生产管理、计划调度、各专业作业协同等提供强有力的支撑。

3.2 设备管控

为实现关键设备全生命周期管理，提高设备管理的精细化水平，采集在线设备运行数据、维护数据、报警和故障数据等信息，结合故障诊断等数据在系统内部进行综合分析和处理，通过数据分析提前预测设备的运行状态，得出设备的运行规律。同时，通过可视化手段将设备运行状态在监控端和移动端直观地展现给相关人员，并提供参考解决策略供不同人员进行决策，极大地提升了企业设备管理的水平。设备管控系统软件架构见图2。

3.3 能源环保管控

通过信息技术手段实现能源环保综合过程可视化监控，主要包括所有能源介质系统潮流监视、设备状态监视、设备控制及参数调整/趋势/报警/过程数据处理与归档等，实现数据的实时跟踪和共享。同时，以能源信息为基础，多业务系统为平台，实现能源系统的监控、调度与管理，按照集中管理、扁平化调度的理念和管控一体化运管模式进行实施。在数据分析的基础上，建立能源系统预测模型及平衡模型，解决整体平衡和优化调整问题，并在一定约束条件下实现能源系统的平衡优化运行，并逐步实现能源优化调度，达到节能降耗的目的。

图2 设备管控系统软件架构

3.4 物流管控

物流是与ERP、MES、销售、检化验、能源物资计量、库管等系统衔接的纽带和桥梁，包括采购物流、销售物流和厂内倒运3个部分。将采购、销售和厂内物流整合到统一的多业务系统平台上，实现全公司物流规划、合同、计划等专业管理功能，物流费用结算功能，物流绩效和成本统计、分析功能，实现各重要物流环节的可视化跟踪监控和管理，是物流管理流程化、标准化的重要支撑。同时，从供应链物流、电子商务和智慧物流角度考虑，辐射上下游单位，实现与供应商、客户、外部货场、运输公司信息共享和延伸服务，将公司物流从内部控制转变为利润增长点和创效点。物流系统整体架构见图3。