TMPDS 工厂数据库在连铸连轧产线的设计与应用

杨 达，潘 彪，李继新，孟志铎，刘树清，杨 林

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

0 引言

TMPDS 工厂数据库（下简称TMPDS）是由TMEIC 公司开发的工厂数据库系统，其最初设计为全面收集和保存热轧机组数据，用于数据的查询与分析，属于热轧自动化系统的数据中心，是轧机二级系统的重要组成部分。随着TMEIC 控制技术的不断发展和应用，TMPDS 作为工厂数据库，其系统功能在不断的丰富和完善，已逐步为热轧产线所采纳。唐钢1810 生产线自2003 年正式投产后，为了提高问题分析能力与故障诊断效率，实现数据的快速查找，于投产10 年后的2019年9 月在升级改造中探索应用了TMEIC 工厂数据库系统[1]。

某冶金企业的连铸连轧产线将TMPDS 与连铸连轧工艺相融合，实现了产线的大数据存储、数据检索与可视化功能，同时将TMPDS 作为生产经营分析系统、统计过程控制系统和材料性能预测系统等信息化系统的数据源，通过大数据输出功能支持上述信息化系统的功能实现。

1 系统架构与数据接口

TMPDS 由3 种类型的服务器组成，分别是RDB 关系型数据服务器、TC-net 实时数据服务器和SE 索引服务器，其中TC-net 服务器可以根据采集数据的需求数量增加服务器，TMPDS 各服务器间通过内部交换机建立通信连接，TMPDS 在此连铸连轧产线系统架构设计如图1 所示。

图1 TMPDS 系统架构与接口

RDB 服务器通过接入二级计算机控制网络，收集与存储二级网络数据，包括：连铸机二级、隧道炉二级、轧机二级、平整系统、磨辊间二级与表面检测系统。其中轧机二级SCC 在线控制系统的Oracle 数据库数据通过OCCI 接口传输至RDB 服务器，模型日志与DCA 文件通过FTP 协议传输至RDB 服务器；其余二级系统与表检系统通过TCP/IP 传输至RDB 服务器。数据传输至RDB 服务器后，首先由RDB 服务器转换成CSV 文件，然后以CSV 文件形式进行存储。此外，为实现uWeb 报表系统功能，RDB 服务器同时创建有PostgreSQL 数据库，用于从轧机二级Oracle 数据库收集轧机生产相关数据，存储并用于支持uWeb 报表系统。

TC-net 服务器接入一级自动化网络，可支持OPC（OLE for Process Control）通信协议，用于收集轧机一级、铸机一级、加热炉一级与视频回放系统数据。TC-net 服务器安装有ODG软件，可将一级实时曲线数据以ODG 文件形式进行保存，并可访问视频回放系统存储的视频数据，并将过程控制参数与现场视频按时间节点相匹配。同时，各一级自动化系统的报警数据将会传输至RDB 服务器，转换成CSV 文件后在RDB服务器进行保存。

SE 索引服务器通过内部交换机分别与RDB 服务器和TC-net服务器连接并接入二级计算机控制网络。SE 索引服务器运行有PostgreSQL 数据库系统、搜索引擎功能和内部虚拟机。PostgreSQL 数据仓储系统用于SE 与RDB 服务器进行数据交互；搜索引擎功能用于根据数据请求检索RDB 与TC-net 数据，并将检索的数据向请求方输出；内部虚拟机运行有IIS 网页服务将uWeb 数据可视化功能以网页形式进行发布。

2 功能实现与应用设计

TMPDS 主要功能实现包括：综合数据收集、数据检索与可视化和大数据输出。

2.1 综合数据收集

TMPDS 系统通过TC-net 服务器和RDB 服务器分别采集和存储上述各系统的多种类型数据，包括：过程控制数据、模型参数数据、驱动系统数据、HMI 人机接口数据、PLC 控制数据、过程传感器数据、报警事件数据等。

关于数据存储量，每台TC-net 服务器可采集50 000 项字节型数据或15 000 项数值型数据。数据按照采样速率分为高速数据（2 ms）、中速数据（25 ms）、低速数据（200 ms），比例分布为1∶9∶10，数据存储理论值为270 GB/d，经过TMPDS 数据压缩后约为12 GB/d。RDB 服务器生产数据约7 MB/卷，经过压缩后的数据存储量约为3 GB/d；通过数据压缩技术，TMPDS 系统极大的节省了存储空间。

2.2 数据检索与可视化

TMPDS 系统SE 索引服务器可实现数据检索和uWeb 可视化两种数据查询方式。这两种方式都是在B/S 架构下通过浏览器访问网址来实现。

数据检索功能主要用于数据的搜索查询与导出，即通过在搜索引擎界面输入数据的时间、符号名称、描述、数据源、钢卷号、触发/报警条件等关键字对数据进行查询。无论是RDB服务器存储的生产数据还是TC-net 服务器存储的控制数据，都可以通过数据检索方式查询并导出为“xls”“CSV”“ODG”格式的文件。

SE 索引服务器通过运行uWeb 服务器虚拟机实现uWeb报表系统功能，此报表系统利用RDB 服务器存储的CSV 文件数据和专用于uWeb 功能的PostgreSQL 数据仓储数据，以直观友好的方式将数据进行可视化展示，主要包括：生产信息汇总、产品质量报表、停机延迟报表、二级模型日志和生产仪表板5 个主题。

TMPDS 系统TC-net 服务器通过ODG 软件实现过程控制参数数据的查询与实时监控。同时，通过与视频回放系统通信，TC-net 服务器实现了过程控制参数与现场视频数据的时间匹配，用户可利用ODG 客户端同步查询并“回放”相同时刻的一、二级过程控制数据曲线与现场视频影像。尤其是在故障诊断过程中，此功能可以直观的展示过程参数改变后对轧制稳定性的影响，极大提高了故障分析的效率和准确性。

2.3 大数据输出功能

TMPDS 系统作为工厂数据库除本身具备数据存储、索引和可视化功能之外，同样可作为外部应用系统的数据源，外部应用系统可以通过SE 服务器搜索引擎功能的ExAPI接口与TMPDS 数据通信。搜索引擎功能的架构为接口层、业务层和数据层，ExAPI 属于接口层，主要有验证和解析两个功能。ExAPI 工作原理为：外部应用系统按照数据请求格式要求向SE 索引服务器发送数据请求，ExAPI 验证数据请求的准确性后将数据请求解析，并将请求的数据发送至此外部应用系统。ExAPI 数据输出方式为写入MSSQL/PostgreSQL 数据库和导出DCA、CSV、XLS、OGS 类型文件。此ExAPI接口方式对于外部系统从TMPDS SE 索引服务器抓取数据，在数据索引程序开发和数据检验、重传等功能设计等方面提出了一定的要求，需要根据具体数据需求制定合理的数据传输功能与机制。

TMPDS 作为该产线的工厂数据库，分别为生产经营分析系统、统计过程控制系统、材料性能预测系统和L3 系统提供了产线的基础数据，避免了上述系统直接从一、二级控制系统采集数据对生产系统和网络造成的影响，提高了生产系统的稳定性，为产线信息化进程打下坚实的基础。

3 结语

随着工业化和信息化的不断融合，钢铁企业内的数据应用系统对底层实施数据的需求也越来越高[2]。本文设计的TMPDS工厂数据库在与轧机通信的基础上，增加了与连铸机、加热炉、磨辊间、平整、表面检测等系统的通信，使之更加满足连铸连轧产线的自动化与信息化需求。同时，将TMPDS 作为第三方信息化系统的数据源，充分发挥其用于沟通基层自动化系统与上级管理系统的数据平台作用[3]。今后将重点考虑继续发挥TMPDS 的大数据优势，以TMPDS 工厂数据库为数据基础，设计和开发更加符合连铸连轧产线特点和生产维护需求的应用系统。