轉(zhuǎn)爐輔助區(qū)域綜合管控系統(tǒng)的開發(fā)

商桂梅

（濟鋼集團有限公司 自動化信息技術(shù)公司，山東 濟南250101）

1 前言

近幾年，我國煉鋼自動化系統(tǒng)得到很大加強，但在實際工程建設(shè)中，往往只注重主體部分的建設(shè)，忽略了輔助系統(tǒng)部分的管控建設(shè)。輔助系統(tǒng)作為煉鋼系統(tǒng)的一部分，建設(shè)綜合管控系統(tǒng)可進一步提高生產(chǎn)、調(diào)度、管理的管控一體化水平，更好地提高生產(chǎn)效率，降低事故發(fā)生率，減少故障處理時間。濟鋼通過采用自動化技術(shù)、計算機信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)了轉(zhuǎn)爐輔助區(qū)域建設(shè)綜合管控系統(tǒng)，主要包括基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)和綜合信息管控系統(tǒng)。

2 基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)

基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)包括煤氣回收儲存、水處理、空壓機等系統(tǒng)，采用電儀一體化（電氣、儀表共用）的PLC控制，由HMI人機界面、控制系統(tǒng)及相關(guān)的環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)組成，主要完成生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集、順序控制、監(jiān)控操作、數(shù)據(jù)通信。自動化控制系統(tǒng)由5套主PLC及多個ET200站組成，主站與從站采用Profibus DP通訊，控制站與監(jiān)控站采用以太網(wǎng)通訊，除廠家集成設(shè)備之外，控制系統(tǒng)劃分為3個子系統(tǒng)：煤氣回收系統(tǒng)、空壓機站系統(tǒng)和水處理系統(tǒng)。

3個子系統(tǒng)完成各自工藝設(shè)備的電氣控制和儀表控制，其中電氣部分主要包括本工藝設(shè)備所屬電機以及電動閥等；儀表部分主要包括本生產(chǎn)工藝流程所涉及的溫度、壓力、流量、液位、柜位等檢測與控制。通過PLC和HMI實現(xiàn)對現(xiàn)場在線設(shè)備及工藝參數(shù)的實時檢測與監(jiān)控、優(yōu)化運算、邏輯控制、回路調(diào)節(jié)、保安聯(lián)鎖、事故信號記錄與報警管理、歷史數(shù)據(jù)存儲、報表打印、實時趨勢等功能。

自動控制系統(tǒng)由CPU主站、ET200從站組成，主站和從站通過Profibus DP總線連接，這樣在保證控制性能的基礎(chǔ)上又兼顧了設(shè)備分散而產(chǎn)生的問題，節(jié)省大量電纜的投資。系統(tǒng)之間以及與操作站的連接采用光纖環(huán)網(wǎng)，各區(qū)域計算機接到本地交換機上，各地的交換機通過光纜連接在一起構(gòu)成冗余環(huán)網(wǎng)，使數(shù)據(jù)可靠地傳遞，系統(tǒng)具有較高的安全性。

系統(tǒng)硬件為西門子公司PLC，上位和下位分別采用Wincc7.0和Step7作為編程開發(fā)工具，具有高性能、高可靠性、兼容性、易于升級和系統(tǒng)開放等優(yōu)點，并支持多種體系結(jié)構(gòu)，提供廣泛的多種層次及協(xié)議的通訊能力。

監(jiān)控軟件采用Wincc監(jiān)控軟件，運行在Windows XP平臺上，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理和用戶接口等功能。HMI登陸、退出、幫助按鈕，并賦予操作人員不同的操作級別：操作人員操作權(quán)限，維護工程師維護權(quán)限，系統(tǒng)工程師編程組態(tài)權(quán)限。

3 綜合管控信息系統(tǒng)

綜合管控信息系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)通信、處理、采集、控制為一體的綜合數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計首先考慮工作環(huán)境，采用成熟技術(shù)及成熟設(shè)備，關(guān)鍵設(shè)備采用冗余配置確保整個系統(tǒng)的可靠性。

針對綜合管控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的實時性、穩(wěn)定性的要求，需要搭建成一個獨立的控制網(wǎng)絡(luò)，確保高可靠性，核心部件實現(xiàn)多重冗余。現(xiàn)場使用工業(yè)級交換機，系統(tǒng)架構(gòu)需要支持多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，支持VLAN、組播控制和Port Priority（端口優(yōu)先級）設(shè)置。網(wǎng)絡(luò)安裝和故障診斷比較方便，具有開放性和可擴展性、嚴格的安全保證。項目整體結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

3.1 信息管控系統(tǒng)軟硬件組成

綜合管控信息平臺硬件采用1臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和1臺應(yīng)用服務(wù)器，與外網(wǎng)接口采用Netscreen防火墻與辦公網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通，以保證安全。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

綜合管控信息平臺軟件采用的是Oracle 10g數(shù)據(jù)庫，SCADA服務(wù)器作為Oracle客戶端直接將綜合管控所需數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用Browser/Server結(jié)構(gòu)，基于J2EE和.NET開發(fā)平臺，應(yīng)用ASP.NET、Web Form、服務(wù)器控件、COM+、Web Service、C#/VB.NET、Internet信息服務(wù)、ADO.NET、Oracle/SQL Server等技術(shù)，完成了綜合管控信息平臺應(yīng)用軟件功能。

3.2 信息管控系統(tǒng)功能

3.2.1 接口管理

綜合管控信息平臺在轉(zhuǎn)爐輔助區(qū)域綜合管控系統(tǒng)處于中間的環(huán)節(jié)，它既要與SCADA采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊，又要對外發(fā)布數(shù)據(jù)，因此接口的管理在整個系統(tǒng)中十分重要。根據(jù)需要，采集的數(shù)據(jù)每隔1 min上傳綜合管控信息平臺1次，鑒于傳輸量不是很大，采用了文件傳輸?shù)姆绞?，并對通訊中可能出現(xiàn)的異常各種情況進行了有效處理，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和準確性。

3.2.2 生產(chǎn)運行管理

生產(chǎn)調(diào)度運行管理模塊主要包括調(diào)度日志管理和事故預(yù)案管理以及生產(chǎn)信息統(tǒng)計分析部分。

調(diào)度值班日志管理主要包括調(diào)度值班日志的編制、查詢和打印。調(diào)度值班日志編寫時根據(jù)調(diào)度類型、調(diào)度的班次、總值班長、交班人員、接班人員信息作為基本信息輸入到調(diào)度日志基本信息表中，將運行情況登記信息輸入到調(diào)度日志運行情況表中，也可以加載附件，將重要交代信息輸入到調(diào)度日志交代情況表中，交班者和接班者的信息從人員信息表中獲得，用戶通過選擇進行確定。用戶可根據(jù)日期、班次、調(diào)度類型來構(gòu)造查詢條件從調(diào)度日志基本信息表、調(diào)度日志運行情況表、調(diào)度日志交代情況表中將滿足條件的信息檢索出來，并將檢索出的信息顯示，檢索信息不能編輯、修改，可通過選擇打印按鈕進行打印輸出。

事故預(yù)案管理是根據(jù)用戶提供的事故預(yù)案，將提供用戶能源事故預(yù)案管理功能。有緊急情況發(fā)生時，用戶可以通過能源事故預(yù)案管理系統(tǒng)，迅速查詢到事故處理預(yù)案，為解決問題提供依據(jù)。

綜合管控信息系統(tǒng)對生產(chǎn)工序煤氣、水、氣發(fā)生量、使用量自動采集、統(tǒng)計、分析，并生成生產(chǎn)信息統(tǒng)計報表，可提供用戶查詢和管理人員檢索，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐輔助區(qū)域生產(chǎn)數(shù)據(jù)人工抄錄向計算機自動抄錄的過渡，提高了數(shù)據(jù)的快捷性、詳細性（合算到工序），杜絕了人為因素造成的偏差。

3.2.3 故障診斷

為實現(xiàn)設(shè)備故障信息的全記錄，采用PLC程序和管控平臺故障診斷相結(jié)合的方式來完成故障智能診斷。程序循環(huán)對采集到的數(shù)據(jù)進行分析，當程序判斷設(shè)備運行狀態(tài)反饋點為“非”時，會通過分析PLC程序中捕捉到的故障變量信息，自動將設(shè)備故障停機信息寫入數(shù)據(jù)庫中。管控平臺系統(tǒng)通過Web方式把出現(xiàn)的問題發(fā)布到網(wǎng)上，并可提供故障日志查詢及故障頻度分析信息供管理及維護人員查閱。

故障診斷程序的開發(fā)實現(xiàn)了設(shè)備故障的全面記錄，為維護人員快速鎖定故障原因提供了條件，從而可以縮短故障處理時間。故障信息的統(tǒng)計分析，提示技術(shù)人員哪些設(shè)備容易出現(xiàn)問題，為技術(shù)改造提供參考，以保證產(chǎn)線后續(xù)的穩(wěn)定運行。

3.2.4 系統(tǒng)設(shè)置

綜合管控平臺設(shè)置包括工序工位維護，上傳標簽點管理，報表模板維護，抄表表具維護，供需實績項目制定及用戶、角色、權(quán)限的管理。

工序工位的維護主要是對要參與計劃過程管理和分析預(yù)測得主要工序維護，達到靈活統(tǒng)計各工序供需實績的目的；上傳標簽點管理主要定義采集系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)包含哪些、屬于那種能源介質(zhì)，標簽點的屬性是什么（累計還是瞬時）；該系統(tǒng)最大的特點是報表修改方便、靈活，如果報表格式有改動，修改后上傳即可；抄表表具維護是對因各種原因暫時無法采集的表具進行手工抄表，以保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整；供需實績項目制定是制定各工序與所對應(yīng)采集數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系，可根據(jù)實際的應(yīng)用情況對采集點數(shù)據(jù)進行計算處理。

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)爐輔助區(qū)域綜合管控系統(tǒng)在2012年2—6月在河北某鋼廠進行全面的調(diào)試實施，完成了系統(tǒng)功能目標，實現(xiàn)了對煉鋼廠供水管網(wǎng)新水補水系統(tǒng)、軟水系統(tǒng)供水量、環(huán)水系統(tǒng)、使用量自動采集分析存儲、實時監(jiān)視、管理與調(diào)度，建立設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)控、檢測、并記錄保存，增加完善的設(shè)備硬件診斷及網(wǎng)絡(luò)通訊診斷功能，實現(xiàn)各區(qū)域系統(tǒng)設(shè)備集中監(jiān)控與遠程操作，并可提供煤氣、水、氣原始核算數(shù)據(jù)的積累、分析及估計，便于及時進行供水系統(tǒng)平衡與調(diào)整。