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    一、概述

    “透明工廠”理念是近年自動化控制領域新提出的控制觀念，該觀念是針對一個大中型的生產(chǎn)過程，通過網(wǎng)絡架構、PLC控制器、智能儀表等控制設備，使各個工藝過程、工藝環(huán)節(jié)成為一個有機的整體，該體系結構允許最終用戶將其設備運行到一個更高的水平上。達到智能、半智能化的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品調配，各級用戶可以憑借授權等級通過上位監(jiān)控機（HMI）了解、掌握和實際操作，達到生產(chǎn)的高度透明化、開放化，從而大大減少系統(tǒng)集成的工作量，降低了車間操作人員和調度員的勞動強度，提高了企業(yè)現(xiàn)代化管理的水平。透明工廠是建立在新的信息技術（IT）和通訊技術基礎上的，這些技術包括OPC開放軟件標準和WEB技術等。主要包含三方面的內容：基于TCP/IP以太網(wǎng)的通訊、WEB模式的網(wǎng)絡應用和面向對象的編程。

    濟鋼新近投產(chǎn)的3＃1750m3高爐工程的自動化系統(tǒng)開發(fā)就是本著“透明工廠”的理念，基于AB控制系統(tǒng)開發(fā)完成的。該項目自動化系統(tǒng)采用二級計算機控制系統(tǒng)，一級為基礎自動化系統(tǒng)，以AB公司controllogix系列PLC為核心，監(jiān)控軟件RSView SE為實時監(jiān)控系統(tǒng)完成電氣傳動控制、儀表過程控制，使用網(wǎng)絡技術構成基于控制器的分布式控制系統(tǒng)，監(jiān)控站采用客戶機（Client）/服務器（Server）結構。二級為過程計算機系統(tǒng)，二級計算機系統(tǒng)采用客戶/服務器結構，實現(xiàn)煉鐵的工藝技術參數(shù)計算等。一級和二級之間通過網(wǎng)絡進行通訊，通訊協(xié)議完全開放，在上掛總公司主干網(wǎng)，可以與MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）和ERP（企業(yè)資源計劃）無縫的連接。

    二、網(wǎng)絡拓撲結構

    網(wǎng)絡系統(tǒng)運行在安全穩(wěn)定的環(huán)境中，是“透明工廠”理念應用是否成功的關鍵，設計中我們采用環(huán)形和放射性組網(wǎng)結合的原則，對高爐生產(chǎn)影響指數(shù)高、上下數(shù)據(jù)傳輸量大、工藝環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密的子站，采用冗余的環(huán)形組網(wǎng)。對輔助系統(tǒng)，下行數(shù)據(jù)量小的系統(tǒng)，采用放射性組網(wǎng)方式。同時，為了最大限度的使系統(tǒng)“透明化”，一些具備網(wǎng)絡功能的智能儀表、控制器和其他廠家的PLC，也通過相應的通訊模板上掛以太網(wǎng)。信息的集散統(tǒng)一在爐頂PLC安裝的Prosoft公司的1756-MNET、1756－DNB模塊收發(fā)，打包信息經(jīng)編譯處理后，再打包傳送給Modicon等處理器，作為最新的實時的控制條件輸入。

濟鋼鍋爐過程計算機系統(tǒng)配置簡圖

    三、基礎控制層(L1級)完成的主要功能

    1、礦槽部分：包括對礦石系統(tǒng)、焦炭系統(tǒng)、焦丁系統(tǒng)及上料主皮帶電氣設備的控制，完成高爐的供配料(料批周期程序， 正常裝料程序， 趕料程序， 礦石系統(tǒng)供配料程序， 焦炭供料程序)。

    2、爐頂部分：對爐頂布料系統(tǒng)及有關部分的檢測與控制；爐頂打水系統(tǒng)、爐頂氣密箱及罐壓控制系統(tǒng)：多環(huán)布料、爐頂料罐及上料系統(tǒng)檢測與控制。

    3、爐頂液壓站、調節(jié)閥液壓站、干油站、稀油站a、b探尺直流控制；爐身部分：自動控制、調節(jié)爐頂壓力，控制高爐的出鐵質量。

    4、冷卻壁部分：控制高爐冷卻水，保護高爐本體。控制膨脹罐壓力，自動補水，控制膨脹罐液位在正常范圍，同時有事故補水系統(tǒng)。

    5、熱風爐部分： 包括三座熱風爐和一座液壓站，實現(xiàn)了熱風爐換爐、燃燒、送風、自動尋優(yōu)等功能。

    6、原燃料系統(tǒng)：原燃料計量、球團供料、燒結供料、生礦供料、焦炭供料。

    7、水處理系統(tǒng)：軟水系統(tǒng)、凈水循環(huán)系統(tǒng)、爐役后期供水泵站。

    四、過程控制層完成的主要功能

    過程數(shù)據(jù)的收集、過程監(jiān)視、原燃料管理、專家系統(tǒng)數(shù)學模型、生產(chǎn)操作指導、數(shù)據(jù)通訊、歷史數(shù)據(jù)存儲和處理、報表打印。

    1）過程數(shù)據(jù)的收集

    該系統(tǒng)通過網(wǎng)絡接收來自基礎自動化系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)，包括原燃料數(shù)據(jù)、上料數(shù)據(jù)、爐頂數(shù)據(jù)、爐內冶煉數(shù)據(jù)、煤粉噴吹數(shù)據(jù)、出鐵數(shù)據(jù)、等等。有些數(shù)據(jù)不能自動獲取，或者通信故障時，操作員可在操作站上人工輸入到該系統(tǒng)中。

    2）過程監(jiān)視

    過程監(jiān)視是基于收集到的過程數(shù)據(jù)完成的。過程監(jiān)視主要包括下列內容： 原燃料裝料數(shù)據(jù)、 爐頂溫度、壓力數(shù)據(jù)、 爐頂煤氣數(shù)據(jù)、 爐體各部溫度數(shù)據(jù)、 爐體各部冷卻水流量數(shù)據(jù)、 噴煤數(shù)據(jù)、 出鐵場渣鐵數(shù)據(jù)、 沖渣數(shù)據(jù)、 熱風爐系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)。

    3）原燃料管理

    該系統(tǒng)對原燃料入/出槽進行管理，包括：

    原燃料數(shù)據(jù)的輸入：每次原燃料入槽時，按料槽輸入原燃料的牌號、成份、入槽量等數(shù)據(jù)。 

    槽存量管理：根據(jù)實際上料數(shù)據(jù)，管理原燃料槽存量等數(shù)據(jù)，低于規(guī)定量時進行報警。

    4）專家系統(tǒng)數(shù)學模型

    為滿足高爐生產(chǎn)穩(wěn)順，采用高爐專家系統(tǒng)進行生產(chǎn)指導，提高鐵水質量，降低能耗。

    高爐數(shù)學模型專家系統(tǒng)實現(xiàn)功能：

    綜合計算集：爐料裝入跟蹤、爐頂煤氣成分與溫度分布、爐內化學平衡、爐腹（風口區(qū)）綜合計算、爐缸綜合計算等

    在線動態(tài)冶煉數(shù)學模型計算集：綜合配料模型、爐內爐料模擬模型、物料平衡模型、Rist模型、爐熱計算模型、爐缸平衡模型、鐵水溫度預報模型、鐵水Si含量預報模型。

    CRT 數(shù)據(jù)編輯：料倉品種設定、原料化學成分編輯、出鐵/渣信息編輯、知識庫規(guī)則參數(shù)編輯、配料模型數(shù)據(jù)編輯。

    系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫：在線數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、冶煉知識數(shù)據(jù)庫。

    高爐異常爐況報告：包括滑料、壓力損失、渣皮脫落、料面傾斜、爐溫波動、料線過低、爐缸狀態(tài)、煤氣利用率變化、水系統(tǒng)漏水、爐況穩(wěn)定狀態(tài)等近百條報告內容。
 
    高爐異常爐況預報：包括爐熱趨勢、崩料孔隙、懸料、管道行程、爐壁結厚等。

    五、系統(tǒng)應用效果

    該高爐自動化系統(tǒng)自2005年8月投運以來，運行良好。從實際生產(chǎn)運行情況看，由于“透明工廠”理念的成功應用，極大的方便了操作人員對整個系統(tǒng)的監(jiān)控、工程師維護工作，大大地減少的故障停機時間，大大地提高了生產(chǎn)率。強大實時、歷史數(shù)據(jù)庫，記錄了高爐生產(chǎn)的過程控制特性，給高爐穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有力的支持，使專家系統(tǒng)能夠提前2小時左右預報爐溫及實時報告高爐運行的各種異常征兆，同時提示處理方法，避免爐況波動，解決高爐順行和相關設備的保護問題。提供從配料到出鐵之間各生產(chǎn)過程的冶煉數(shù)學模型，提供全套爐況推理規(guī)則及規(guī)則組合，高爐異常情況推理機等。依該高爐目前的情況為基礎，應用這套系統(tǒng)后可將燃料比下降至500公斤/噸鐵以下。

    濟鋼3＃1750m3高爐工程的自動化系統(tǒng)無論從投產(chǎn)后運行的順利程度還是從生產(chǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定性來看，都達到了國際先進水平，產(chǎn)業(yè)化和推廣應用的前景廣闊。