近年來(lái)，利用先進(jìn)的信息化、智能化技術(shù)，將傳統(tǒng)制造業(yè)打造為裝備智能化、生產(chǎn)模型化、管理信息化的新型制造業(yè)，已成為燒結(jié)發(fā)展的新動(dòng)能。以全方位精確的檢測(cè)設(shè)備、高水平穩(wěn)定的自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、完善的基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以工藝模型、人工智能和專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程控制系統(tǒng)為決策、指導(dǎo)及優(yōu)化生產(chǎn)，最終實(shí)現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)全流程的自動(dòng)化、智能化控制成為一種趨勢(shì)。

本文將結(jié)合在寧鋼的實(shí)踐，介紹“寧鋼燒結(jié)智能控制系統(tǒng)”的建設(shè)和應(yīng)用情況。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

寧鋼燒結(jié)智能控制系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)分析類(lèi)功能多、模型控制時(shí)效性高的特點(diǎn)，對(duì)計(jì)算機(jī)平臺(tái)的采集、存儲(chǔ)、下發(fā)等功能提出了較高要求，為此首自信公司自動(dòng)化研究所在原有冶金過(guò)程控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)。優(yōu)化后，平臺(tái)提供了統(tǒng)一的進(jìn)程間通訊方式、高效日志管理方法，利用Kepware軟件同關(guān)系型與非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的組合，完成一級(jí)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)接口、快速數(shù)據(jù)的采集和高效的數(shù)據(jù)壓縮算法等功能。在平臺(tái)提供開(kāi)發(fā)環(huán)境下，通過(guò)大規(guī)模重用，支撐過(guò)程控制系統(tǒng)的研發(fā)，保證穩(wěn)定、高效、快速地搭建冶金過(guò)程控制系統(tǒng)的同時(shí)，降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。

1系統(tǒng)整體架構(gòu)

表示層：用戶所能看到的所有畫(huà)面。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)顯示、事件觸發(fā)、請(qǐng)求和提醒。具備基本的錄入信息驗(yàn)證和操作限制。表示層的請(qǐng)求均提交給業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行處理并返回對(duì)應(yīng)的結(jié)果。

業(yè)務(wù)邏輯層：按照最小業(yè)務(wù)邏輯功能單元，進(jìn)行開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。可以更好地適應(yīng)業(yè)務(wù)邏輯變更、增刪，降低系統(tǒng)模塊間的耦合度。根據(jù)表示層請(qǐng)求，執(zhí)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯，對(duì)通過(guò)持久層的數(shù)據(jù)進(jìn)行存取，并反饋到表示層。

持久層：提供連接、訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)層的功能方法，與業(yè)務(wù)邏輯剝離。提高了程序代碼重用性，即使更換數(shù)據(jù)庫(kù)，只需要更改配置文件，不必重寫(xiě)程序代碼；業(yè)務(wù)邏輯代碼可讀性強(qiáng)，在代碼中不會(huì)有大量的SQL語(yǔ)言，提高程序的可讀性；持久化技術(shù)可以自動(dòng)優(yōu)化，以減少對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)量，提高程序運(yùn)行效率。

數(shù)據(jù)庫(kù)層：提供關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)SQLServer和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MongoDB存儲(chǔ)。MongoDB具有無(wú)模式、分布式、查詢(xún)與索引靈活、支持復(fù)制集、主備以及高效的海量數(shù)據(jù)訪問(wèn)效率的特性，為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)、海量數(shù)據(jù)分析提供有力、穩(wěn)定的支撐。

平臺(tái)層：使用的是首自信自動(dòng)化研究所自主開(kāi)發(fā)的平臺(tái)，這是所有業(yè)務(wù)服務(wù)開(kāi)發(fā)的基石。提供了與二級(jí)以上系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊中間件和基于OPC協(xié)議的一級(jí)數(shù)據(jù)通訊中間件，并且具備對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、分析、存儲(chǔ)以及高效穩(wěn)定的IPC功能。

信息層：主要包括項(xiàng)目中涉及到進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的外部系統(tǒng)。

2通訊架構(gòu)

燒結(jié)智能系統(tǒng)與燒結(jié)一級(jí)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，既包括智能系統(tǒng)需要的一級(jí)過(guò)程數(shù)據(jù)，也包括智能系統(tǒng)向一級(jí)發(fā)送的設(shè)定數(shù)據(jù)。所有的一級(jí)系統(tǒng)和智能系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)通訊都是建立在基于Ethernet的TCP/IP協(xié)議。通訊軟件的媒介平臺(tái)是OPC接口。

2.1通訊方法

為了與PLC進(jìn)行通訊，需要安裝Kepware軟件（圖2），利用OPC通訊方式，實(shí)現(xiàn)與PLC的物理通訊。

除了燒結(jié)智能服務(wù)器，其他設(shè)備不會(huì)通過(guò)OPC的通訊方式與一級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行直接的通訊。如果一級(jí)控制系統(tǒng)的地址發(fā)生變化，則燒結(jié)智能系統(tǒng)必須對(duì)變化后的地址進(jìn)行通訊。燒結(jié)智能系統(tǒng)保存著所有需要與一級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行通訊的變量的地址，包括組態(tài)的數(shù)據(jù)，如OPC掃描的周期等。掃描周期的改變必須滿足系統(tǒng)硬件最小的掃描周期的要求。小于掃描周期的數(shù)據(jù)的變化將不能夠被系統(tǒng)采集到。基于事件的數(shù)據(jù)的讀取和基于數(shù)值的數(shù)據(jù)的讀取操作完全一樣，根據(jù)事件狀態(tài)的變化，決定讀取操作進(jìn)行的順序和時(shí)間。如果事件一直沒(méi)有發(fā)生，則不進(jìn)行任何數(shù)據(jù)讀取的操作。

2.2接口內(nèi)容

詳細(xì)數(shù)據(jù)接口內(nèi)容根據(jù)業(yè)務(wù)需求，分為讀寫(xiě)變量、事件觸發(fā)變量、不同周期掃描變量，利用平臺(tái)提供的統(tǒng)一的進(jìn)程間通訊方式，進(jìn)入非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)Mongodb，并在中間數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)分流。

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)燒結(jié)智能控制系統(tǒng)各模型的功能，規(guī)范數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，保證數(shù)據(jù)的完整性、安全性、可靠性，必須建立功能合理、完善、高效的數(shù)據(jù)庫(kù)。因?yàn)檫@是整個(gè)燒結(jié)智能控制系統(tǒng)的核心內(nèi)容之一，它會(huì)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中使用的效果。

數(shù)據(jù)庫(kù)主要是圍繞采集類(lèi)數(shù)據(jù)、人工錄入類(lèi)數(shù)據(jù)、下發(fā)類(lèi)數(shù)據(jù)、上傳類(lèi)數(shù)據(jù)、中間類(lèi)數(shù)據(jù)、模型類(lèi)數(shù)據(jù)、報(bào)表類(lèi)數(shù)據(jù)、權(quán)限類(lèi)數(shù)據(jù)、配置類(lèi)數(shù)據(jù)共九大類(lèi)數(shù)據(jù)的需求，來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表，每張表都有各自相關(guān)的描述表、歷史表等，有些表之間還根據(jù)自身數(shù)據(jù)的特點(diǎn)做了關(guān)聯(lián)，來(lái)保證相關(guān)表之間的約束性。

在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的讀和寫(xiě)都在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，無(wú)論是在安全性、高可用性，還是高并發(fā)等方面，都是完全不能滿足實(shí)際需求的。因此，通過(guò)主從復(fù)制的方式來(lái)同步數(shù)據(jù)，再通過(guò)讀寫(xiě)分離來(lái)提升數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)負(fù)載能力。

針對(duì)燒結(jié)智能系統(tǒng)的特點(diǎn)，利用可靠的數(shù)據(jù)通訊軟件完成數(shù)據(jù)采集；利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)與非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)各自的特點(diǎn)，完成數(shù)據(jù)負(fù)載分流，提高數(shù)據(jù)通訊效率；利用數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫(xiě)分離技術(shù)，解決系統(tǒng)的安全性、高可用性。在科技不斷發(fā)展的情況下，燒結(jié)智能系統(tǒng)可以依靠各種技術(shù)完成無(wú)人化、數(shù)字化、智能化等目標(biāo)。