基于數(shù)據(jù)融合的多業(yè)務(wù)智能協(xié)同管控系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用

楊 恒

（山東鋼鐵集團(tuán)有限公司研究院，山東 濟(jì)南250100）

1 前 言

鋼鐵行業(yè)作為我國(guó)工業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，其重要地位不言而喻，然而，鋼鐵企業(yè)信息化的發(fā)展水平參差不齊，多數(shù)企業(yè)存在內(nèi)部業(yè)務(wù)單元協(xié)同融合難度較大，工作效率不高等問題。究其原因是由于鋼鐵企業(yè)一般單獨(dú)設(shè)置生產(chǎn)、設(shè)備、能環(huán)、物流、安防等專業(yè)管理與監(jiān)控系統(tǒng)，各業(yè)務(wù)單元間相互獨(dú)立，形成信息壁壘，無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的協(xié)同管控［1-2］。

為解決上述問題，實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)對(duì)制造過程的高效管控，提高企業(yè)科學(xué)決策運(yùn)營(yíng)水平，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)已開始進(jìn)行有效嘗試和探索，并取得了一定效果。其中尤以多業(yè)務(wù)智能協(xié)同管控系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱多業(yè)務(wù)系統(tǒng)）效果顯著，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤企業(yè)生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)行、能源環(huán)保、物流、安全等動(dòng)態(tài)信息，協(xié)調(diào)企業(yè)各類資源、能源消耗、物流運(yùn)輸?shù)墓┬枰约案髦圃靻卧纳a(chǎn)組織、物料平衡，確保制造過程中物流、信息流的暢通，全面、快速、真實(shí)地反映企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行狀況，將企業(yè)運(yùn)營(yíng)的核心要素高度融合，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)指揮、物流調(diào)度、能源管控、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)視等信息管控一體化的整體目標(biāo)［3］。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 總體架構(gòu)

多業(yè)務(wù)管控系統(tǒng)涵蓋了鋼鐵制造全流程生產(chǎn)、設(shè)備、能源等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的大量數(shù)據(jù)，并通過企業(yè)數(shù)據(jù)總線平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，獲取生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、過程質(zhì)量等信息，這些信息在調(diào)度指揮信息平臺(tái)完成信息采集、解析、整合和交互共享。調(diào)度指揮信息平臺(tái)主要由數(shù)據(jù)深度感知、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化展示和數(shù)據(jù)閉環(huán)反饋控制等層次構(gòu)成。系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 多業(yè)務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

鋼鐵制造數(shù)據(jù)具有多元異構(gòu)、強(qiáng)耦合、多態(tài)性、時(shí)變性和強(qiáng)遺傳性等特點(diǎn)，因此在整體設(shè)計(jì)要依據(jù)上述特點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃。一般將鋼鐵多業(yè)務(wù)系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)應(yīng)用3個(gè)層級(jí)，主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)感知、網(wǎng)絡(luò)傳輸與能源SCADA系統(tǒng)信息交互等功能。各生產(chǎn)工序數(shù)據(jù)感知區(qū)域設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備（PLC、DCS、RTU、網(wǎng)關(guān)），就近將自動(dòng)化控制系統(tǒng)及智能儀器儀表數(shù)據(jù)采集、處理、轉(zhuǎn)換、安全隔離后，通過光纖傳輸?shù)奖O(jiān)控中心管控平臺(tái)進(jìn)行集中監(jiān)視、報(bào)警、趨勢(shì)記錄、統(tǒng)計(jì)與分析。鑒于能源數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可靠性要求高的特點(diǎn)，采用專用光纜芯搭建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分別設(shè)置匯聚層交換機(jī)、接入層交換機(jī)，能源網(wǎng)匯聚層骨干網(wǎng)采用單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，電力專網(wǎng)匯聚層骨干網(wǎng)采用雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

3 主要功能實(shí)現(xiàn)

3.1 生產(chǎn)過程管控

生產(chǎn)過程監(jiān)控包括全廠所有工序重點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、關(guān)鍵參數(shù)顯示等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)跟蹤和共享，對(duì)關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的故障報(bào)警信號(hào)、參數(shù)超限、重要生產(chǎn)單元生產(chǎn)狀態(tài)等進(jìn)行報(bào)警，便于生產(chǎn)的實(shí)時(shí)調(diào)度。

以全廠生產(chǎn)工藝流程為主線，結(jié)合原燃料輸入和產(chǎn)成品輸出構(gòu)建全廠的工藝流程圖，集中監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀況。綜合體現(xiàn)機(jī)組產(chǎn)量、當(dāng)前庫(kù)存、作業(yè)計(jì)劃、質(zhì)量分析、物流狀況、檢修作業(yè)跟蹤、故障搶修跟蹤。融合設(shè)備監(jiān)測(cè)診斷、作業(yè)實(shí)績(jī)監(jiān)控預(yù)警、作業(yè)指導(dǎo)自動(dòng)提示、質(zhì)量/物流趨勢(shì)預(yù)警等智能化手段，為公司日常生產(chǎn)管理、計(jì)劃調(diào)度、各專業(yè)作業(yè)協(xié)同等提供強(qiáng)有力的支撐。

3.2 設(shè)備管控

為實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備全生命周期管理，提高設(shè)備管理的精細(xì)化水平，采集在線設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)、報(bào)警和故障數(shù)據(jù)等信息，結(jié)合故障診斷等數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行綜合分析和處理，通過數(shù)據(jù)分析提前預(yù)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，得出設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律。同時(shí)，通過可視化手段將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在監(jiān)控端和移動(dòng)端直觀地展現(xiàn)給相關(guān)人員，并提供參考解決策略供不同人員進(jìn)行決策，極大地提升了企業(yè)設(shè)備管理的水平。設(shè)備管控系統(tǒng)軟件架構(gòu)見圖2。

3.3 能源環(huán)保管控

通過信息技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)能源環(huán)保綜合過程可視化監(jiān)控，主要包括所有能源介質(zhì)系統(tǒng)潮流監(jiān)視、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、設(shè)備控制及參數(shù)調(diào)整/趨勢(shì)/報(bào)警/過程數(shù)據(jù)處理與歸檔等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)跟蹤和共享。同時(shí)，以能源信息為基礎(chǔ)，多業(yè)務(wù)系統(tǒng)為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的監(jiān)控、調(diào)度與管理，按照集中管理、扁平化調(diào)度的理念和管控一體化運(yùn)管模式進(jìn)行實(shí)施。在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，建立能源系統(tǒng)預(yù)測(cè)模型及平衡模型，解決整體平衡和優(yōu)化調(diào)整問題，并在一定約束條件下實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的平衡優(yōu)化運(yùn)行，并逐步實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化調(diào)度，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

圖2 設(shè)備管控系統(tǒng)軟件架構(gòu)

3.4 物流管控

物流是與ERP、MES、銷售、檢化驗(yàn)、能源物資計(jì)量、庫(kù)管等系統(tǒng)銜接的紐帶和橋梁，包括采購(gòu)物流、銷售物流和廠內(nèi)倒運(yùn)3個(gè)部分。將采購(gòu)、銷售和廠內(nèi)物流整合到統(tǒng)一的多業(yè)務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)全公司物流規(guī)劃、合同、計(jì)劃等專業(yè)管理功能，物流費(fèi)用結(jié)算功能，物流績(jī)效和成本統(tǒng)計(jì)、分析功能，實(shí)現(xiàn)各重要物流環(huán)節(jié)的可視化跟蹤監(jiān)控和管理，是物流管理流程化、標(biāo)準(zhǔn)化的重要支撐。同時(shí)，從供應(yīng)鏈物流、電子商務(wù)和智慧物流角度考慮，輻射上下游單位，實(shí)現(xiàn)與供應(yīng)商、客戶、外部貨場(chǎng)、運(yùn)輸公司信息共享和延伸服務(wù)，將公司物流從內(nèi)部控制轉(zhuǎn)變?yōu)槔麧?rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)和創(chuàng)效點(diǎn)。物流系統(tǒng)整體架構(gòu)見圖3。

圖3 物流系統(tǒng)整體架構(gòu)

3.5 安全管控

通過多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的安全管控模塊構(gòu)建公司智慧安防體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)控報(bào)警；完成人員/物資/車輛的進(jìn)出廠安全管控；形成應(yīng)急預(yù)案，描述應(yīng)急預(yù)案規(guī)則和處置內(nèi)容，輔助調(diào)度人員根據(jù)預(yù)案處理流程進(jìn)行應(yīng)急事件處理操作，避免調(diào)度人員處理應(yīng)急事件過程中的失誤。

4 結(jié)語(yǔ)

多業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過對(duì)數(shù)據(jù)的深度感知、處理、存儲(chǔ)、分析和可視化等一系列技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)行、能源環(huán)保、物流、安全等各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的深度融合，解決了鋼鐵企業(yè)內(nèi)部多業(yè)務(wù)協(xié)同服務(wù)等方面存在的痛點(diǎn)問題，實(shí)現(xiàn)企業(yè)自身高效、科學(xué)運(yùn)營(yíng)。為打造高效、強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力和價(jià)值共生的鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)造了條件。