梁 杰
（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津 300000）
[摘 要] 介紹了天鋼煉鋼廠應(yīng)用的煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的基本構(gòu)成、多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)在煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)中所起到的重要作用和該系統(tǒng)運(yùn)用多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)的方式。
[關(guān)鍵詞] 多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同；控制；煉鋼；自動(dòng)化；系統(tǒng)；通訊
0 引言
煉鋼廠的自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜且龐大的網(wǎng)絡(luò)，由于煉鋼行業(yè)自身的特點(diǎn)，不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)所需要使用的技術(shù)存在著非常大的差異，比如煉鋼、精煉、VD、連鑄、倒罐、脫硫、除塵等環(huán)節(jié)，無(wú)論是工藝還是需要的環(huán)境條件、材料都不同。在這種情況下，不同的工藝所運(yùn)用的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)也就不盡相同。
由于冶金行業(yè)屬于國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)之一，對(duì)于生產(chǎn)作業(yè)中網(wǎng)絡(luò)安全性的要求非常高。一方面要確保控制網(wǎng)絡(luò)時(shí)刻保持暢通，另一方面是要防止不法分子入侵到網(wǎng)絡(luò)控制中進(jìn)行破壞活動(dòng)。在多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)中，搭建自愈環(huán)網(wǎng)是避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全問題的一個(gè)重要步驟，在主 PLC 控制臺(tái)以及交換機(jī)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，設(shè)置好 IP 地址以及 MAC 地址，以這些綁定的 IP 地址為出基礎(chǔ)，連接其他被綁定的在線節(jié)點(diǎn)，形成完整的自愈環(huán)網(wǎng)。將所有的設(shè)備信息分布在信號(hào)流向相反的兩個(gè)環(huán)上，正常時(shí)只有主環(huán)在工作，備環(huán)處于備份狀態(tài)。當(dāng)環(huán)上某處光纖斷裂或某節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，與故障點(diǎn)最近的兩個(gè)環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通過改變數(shù)據(jù)流的發(fā)送和接收方向，在主環(huán)和備環(huán)上自動(dòng)環(huán)回，這時(shí)環(huán)網(wǎng)仍然是一個(gè)閉環(huán)，通信鏈路保持暢通。故障點(diǎn)鏈路恢復(fù)后，備環(huán)回到備份狀態(tài)。這種自愈型環(huán)網(wǎng)能夠極大地提高通信的可靠性，如圖 1 所示。
目前，天鋼煉鋼廠所運(yùn)用的通訊方式一般是以太網(wǎng)通訊和 DP 通訊，當(dāng)運(yùn)用這些通訊方式時(shí)，在保證 PLC 通訊穩(wěn)定的前提下，要注意 PLC 控制的模型以及 HMI 服務(wù)器保證穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。保持網(wǎng)絡(luò)控制通訊的暢通有助于煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行與監(jiān)控工作，各種數(shù)據(jù)之間的高速傳輸，一方面保證了工作人員對(duì)于整個(gè)自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)的了解，另一方面允許工作人員對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行高效解讀，為一些生產(chǎn)環(huán)節(jié)的優(yōu)化與完善提供數(shù)據(jù)支持。
圖 2 所示是煉鋼廠板坯連鑄系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖，其中上位機(jī)組態(tài)軟件 WINCC，PLC 采用的是西門子400 系列。
在多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)中，以太網(wǎng)具有著舉足輕重的作用，其最主要的功能是對(duì)煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的使用性能進(jìn)行擴(kuò)展，在以太網(wǎng)環(huán)境下，數(shù)據(jù)以及信息能夠高速傳輸，為實(shí)現(xiàn)煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)中各個(gè)生產(chǎn)部門的數(shù)據(jù)相互傳遞提供了可能性。同時(shí)，以太網(wǎng)還有一個(gè)較大優(yōu)勢(shì)，就是其采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，在標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的框架下，對(duì)于設(shè)備出現(xiàn)故障的診斷以及設(shè)備平時(shí)維護(hù)工作的進(jìn)展都能起到很好的輔助作用。
1 煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)介紹
煉鋼系統(tǒng)的全面自動(dòng)化是我國(guó)煉鋼行業(yè)發(fā)展的必由之路，從總體上來(lái)講，煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)主要分為 5 個(gè)層面。
1.1 采集層
數(shù)據(jù)采集是煉鋼作業(yè)的基礎(chǔ)，而煉鋼自動(dòng)化的采集執(zhí)行層面就是對(duì)煉鋼這個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效地監(jiān)督與管理，工作時(shí)對(duì)加工煉鋼生產(chǎn)物的物理量進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于比較常規(guī)的物理量，如溫度、流量、壓力等進(jìn)行計(jì)算與提取，并根據(jù)提取得到的數(shù)據(jù)按照工業(yè)的要求進(jìn)行執(zhí)行。
1.2 控制層
為保證煉鋼工作的順利進(jìn)行，對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，這種控制需要體現(xiàn)為在線控制與連續(xù)控制兩個(gè)方面，在線的遠(yuǎn)程控制可以保證對(duì)人力資源的高效利用，而連續(xù)控制則確保了工作人員對(duì)于自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)的完全控制能力，這兩方面的控制都離不開煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)中控制層的運(yùn)行。通過對(duì)生產(chǎn)過程、環(huán)境排放、能源消耗等方面的控制，來(lái)滿足煉鋼工作的實(shí)際需求。這種高效的控制方式便于相關(guān)從業(yè)人員進(jìn)行集中管理，提高作業(yè)的效率。
1.3 模型計(jì)算
要想不斷提高煉鋼效率，就要對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行不斷完善，反復(fù)修正煉鋼模型。通過對(duì)在生產(chǎn)過程中所提取的大量有效信息進(jìn)行整理，以信息化平臺(tái)和大數(shù)據(jù)庫(kù)為依托，對(duì)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行全面計(jì)算工作，尋找出可能出現(xiàn)的問題以及效率低下的環(huán)節(jié)，建立更加高效的生產(chǎn)工藝向量模型，使煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)變得更加智能。
1.4 工序控制
煉鋼生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，無(wú)論是工藝種類，還是產(chǎn)出品的種類都非常多。在這種情況下，煉鋼自動(dòng)化的工序變得非常龐雜，這些繁雜的工序之間往往存在著很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，一旦將工藝的順序弄錯(cuò)，很容易造成整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的癱瘓，極大地降低煉鋼作業(yè)效率，甚至在極端情況下，會(huì)造成生產(chǎn)設(shè)備的損毀，給煉鋼生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的損失。為了避免這種情況，需要健全煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的工序控制層，使自動(dòng)化系統(tǒng)始終保持平穩(wěn)、高效的運(yùn)行。
1.5 信息統(tǒng)計(jì)層
隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，信息化共享平臺(tái)以及大數(shù)據(jù)走入了各行各業(yè)，煉鋼行業(yè)自然也不例外。可以說(shuō)，在信息化背景下，煉鋼過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的重要性變得越來(lái)越高，通過對(duì)于這些看似雜亂無(wú)章的信息的整理，我們能夠找到在煉鋼的不同環(huán)節(jié)之間所產(chǎn)生了內(nèi)在聯(lián)系。這種聯(lián)系對(duì)于減少能源消耗以及污染排放等環(huán)節(jié)都具有重要的意義。而對(duì)于這些信息的整理，就要運(yùn)用自動(dòng)化系統(tǒng)中的信息統(tǒng)計(jì)層面，通過對(duì)信息進(jìn)行全面的搜集、分類、整理、分析以及備份工作，逐漸建立起全面的煉鋼自動(dòng)化數(shù)據(jù)庫(kù)，為我廠煉鋼自動(dòng)化的深入研究以及優(yōu)化提供數(shù)據(jù)上的支持。
2 多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)對(duì)于煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的重要作用
2.1 提高傳輸效率
對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)的高效控制，離不開信息的高速傳遞。在傳統(tǒng)的模式中，對(duì)于煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的控制往往依靠單一的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，一方面這種單一的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)容易被不法分子針對(duì)，對(duì)單一系統(tǒng)的攻克顯然要比多網(wǎng)絡(luò)同時(shí)攻克要簡(jiǎn)單，無(wú)形中增加了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，由于煉鋼自動(dòng)化涉及的工業(yè)種類多，各種不同的工業(yè)所生成的數(shù)據(jù)要以不同的形式來(lái)進(jìn)行信息傳遞，這就不可避免地形成了數(shù)據(jù)阻塞的情況，降低了遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對(duì)于生產(chǎn)系統(tǒng)的控制力。而采用多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)，可以對(duì)煉鋼作業(yè)中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的高速傳輸工作，而且在多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制的框架下，每個(gè)不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都能通過專用的傳輸通道傳遞到中央處理器中，實(shí)現(xiàn)了信息的分流。
2.2 提高靈敏性
借助于多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)，整個(gè)煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)作變得更加靈敏，一方面是對(duì)于在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的故障排查工作，由于每個(gè)單獨(dú)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)只負(fù)責(zé)具體的某一個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)工作，因此該控制系統(tǒng)對(duì)于工藝流程可以進(jìn)行更為有效的監(jiān)管，在發(fā)生故障時(shí)可以對(duì)故障類型以及發(fā)生原因進(jìn)行更為準(zhǔn)確地診斷與排查。在這種情況下，控制系統(tǒng)所做出的問題報(bào)告更具參考價(jià)值，也更有利于修理并進(jìn)行后期的維護(hù)作業(yè)。另一方面，由于多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制具有雙工通信的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間相互獨(dú)立，在傳統(tǒng)的單一網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)下，無(wú)論是哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，整個(gè)系統(tǒng)都需要進(jìn)行維護(hù)與排查工作，而生產(chǎn)只能暫時(shí)以手動(dòng)的方式來(lái)完成，采用多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)之后，出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)只能影響一個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)作，對(duì)于整個(gè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)沒有什么大的影響，有效保證了煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)作效率。圖 3 所示為單雙工、半雙工、全雙工通信的區(qū)別。
2.3 有助于煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的升級(jí)
煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)包括非常多的環(huán)節(jié)，主要有煉鋼、精煉、VD，連鑄、倒罐、脫硫、除塵等，而這些環(huán)節(jié)所運(yùn)用的工藝具有很大差異。隨著科技的發(fā)展，這些生產(chǎn)成產(chǎn)環(huán)節(jié)都在進(jìn)行升級(jí)的量變工作。而由于技術(shù)發(fā)展的局限性，這些個(gè)環(huán)節(jié)的量變有快有慢，從量變到質(zhì)變的時(shí)間也不盡相同，在傳統(tǒng)的單一網(wǎng)絡(luò)控制模式下，對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)的升級(jí)工作就有些為難。如果每次出現(xiàn)技術(shù)革新都進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，將大幅增加網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的工作量。如果等到所有環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)時(shí)再進(jìn)行優(yōu)化，會(huì)耽誤了生產(chǎn)效率。采用多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)后，生產(chǎn)環(huán)節(jié)的遠(yuǎn)程控制被分離，雖然都同處于一個(gè)主體框架下，但各有其運(yùn)作規(guī)律，這就使單個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的更新成為了可能，大幅提高了生產(chǎn)效率。
3 在煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)中運(yùn)用多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)的方式
3.1 對(duì)于管理平臺(tái)的控制
多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)對(duì)于煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的管理平臺(tái)的控制是非常深入的。通過多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)的幫助，控制平臺(tái)可以更好地對(duì)煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)中的作業(yè)順序、質(zhì)量檢測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等方面進(jìn)行有效的整理，發(fā)揮出管理平臺(tái)應(yīng)有的職能。由于每個(gè)部門的檢測(cè)與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)都是項(xiàng)目獨(dú)立的，且搭建了自愈環(huán)網(wǎng)，從根源上加強(qiáng)了整個(gè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的安全性，使整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠更加平穩(wěn)地運(yùn)行下去。
3.2 對(duì)于生產(chǎn)部門的控制
在煉鋼的主要生產(chǎn)部門，多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于生產(chǎn)部門的單獨(dú)管理與控制，加深整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化的程度。從自動(dòng)化的角度上來(lái)說(shuō)，通過高速的數(shù)據(jù)傳輸模式，主控室的人員可以實(shí)時(shí)了解每個(gè)生產(chǎn)部門的具體情況，包括設(shè)備的運(yùn)行情況、煉鋼材料的消耗量、生產(chǎn)進(jìn)度以及產(chǎn)品的運(yùn)輸?shù)龋@些數(shù)據(jù)都能在同一個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行管理與控制，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。從智能化的角度上來(lái)說(shuō)，由于煉鋼工作涉及非常多的要素，因此在生產(chǎn)的過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也非常大，如果在傳輸前不將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行加工與處理，一方面會(huì)造成儲(chǔ)存空間的浪費(fèi)，另一方面也不利于工作人員對(duì)于數(shù)據(jù)的分析與整理。而通過多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)，每個(gè)單獨(dú)的控制系統(tǒng)中都可以通過加入相應(yīng)的處理芯片，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化的篩選與運(yùn)算。這些經(jīng)過加工的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街锌厥抑螅ぷ魅藛T可以更為直觀地了解整個(gè)煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，使整個(gè)系統(tǒng)變得更加智能。
4 結(jié)束語(yǔ)
多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)的廣泛普及，對(duì)于我廠的自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化具有非常積極的影響，不僅提高了整個(gè)煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性，也為自動(dòng)化系統(tǒng)的升級(jí)與完善打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此需要對(duì)多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制技術(shù)投入更多的資金與精力，為企業(yè)的大力發(fā)展保駕護(hù)航。
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