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　　1  引言

    當前國際金融危機對我國鋼鐵行業造成了較大沖擊，鋼鐵業要在這場全球金融危機中轉危為機，實現由大變強的轉變，就必須按照國務院鋼鐵產業調整振興規劃要求，加強產業結構調整和技術改造。特別是要充分利用冶金自動化和信息化對企業發展的促進和保障作用，來提高企業的生產、管理、經營水平。

    冶金自動化的發展給冶金企業的管理帶來了新的內涵，管控一體化已經成為冶金自動化的一個新特點。冶金企業從現場控制層到管理層需要通過一個開放的基礎構架，實現全面的無縫信息集成。而隨著intranet/internet 等信息技術的飛速發展，傳統上用于辦公室和商業的以太網逐步進入了工業控制領域。從而將整個工廠作為一個系統實現其自動化，達到實現企業的最佳經濟效益的目標。
 

　　2  鋼鐵企業管控一體化架構組成

    當前鋼鐵企業管控一體化架構一般包括4級，如圖1所示。

圖1  鋼鐵企業自動化一體化架構組成

　　其中：

    第1級為設備級，即基礎自動化級。它是以plc和現場總線及工業以太網組成的分散控制系統，實現對生產設備的實時控制和監控。

    第2級為過程優化級，它是把工藝知識、數學模型、專家經驗以及智能技術結合起來的計算機控制技術。

    第3級為生產制造執行級，提供對從接受訂貨到制成最終產品全過程的生產活動的實現的信息。

    第4級為企業流程控制級，它提供了企業對物流、資金流、信息流的管理和控制。

    由以上4級架構組成的冶金自動化管控一體化系統，隨著自動化和信息化的發展和演變，主要形成了企業管理決策系統，即erp系統；生產執行制造系統，即mes系統；以及由l2級和l1級構成的生產過程控制系統三大系統。利用網絡通信技術將這三大系統連接起來，就構成了冶金企業的一個完整的管控一體化系統。
 

　　3  基于 ethernet的鋼鐵企業管控一體化系統網絡架構

    冶金企業要想將企業管理決策系統、生產執行制造系統和生產過程控制系統三大系統連接起來，構成全面的無縫信息集成的管控一體化系統，就必須選擇一種合適的網絡通訊技術。而以太網及tcp/ip通信技術由于具有以下特點：

    (1) 具有相當高的數據傳輸速率，能提供足夠的數據傳輸帶寬；

    (2) 利用冗余技術實現網絡連接的可靠性，利用防火墻及訪問控制技術保證信息網絡安全；

    (3) 能在同一總線上運行不同的傳輸協議，從而能建立企業的公共網絡平臺或基礎構架；

    (4) 在整個網絡中，運用了交互式和開放的數據存取技術；

    (5) 易于網絡移植、易于維護，具有良好的性能價格比；

    (6) 以太網及tcp/ip技術已在it行業應用多年，已為眾多的技術人員所熟悉，市場上能提供廣泛的設置、維護和診斷工具，成為事實上的統一標準。

    因此，在冶金自動化行業中的應用以太網及tcp/ip通信技術，一方面可以實現工廠自動化技術與it技術、因特網(internet)技術的結合，成為制造業電子商務技術、網絡制造技術的基礎，非常適合冶金自動化行業中信息管理、信息系統處理。因此在冶金自動化行業中應用以太網及tcp/ip技術實現管控一體化控制，已經發展成為一種技術潮流。

    在某鋼廠管控一體化系統中，erp信息系統通過主干網與鋼廠的各部門聯網通訊，為全廠管理與控制提供信息服務支持。mes生產管理信息系統即l3級系統，是建立在全廠l1級基礎自動化系統/l2級過程自動化系統基礎上的。mes系統接受erp信息系統生產訂單，下達具體生產控制指令至l1/l2；同時，又在l1/l2級信息基礎上形成全線生產管理控制，并向erp級傳遞信息。圖2為該系統網絡架構圖，erp信息系統所在主干網采用全光纖交換的千兆以太網技術，mes系統網絡通訊采用光纖以太網，主交換機采用cisco 4506三層交換機，主交換機同時與該廠主干網上的erp系統相連，實現千兆主干、百兆交換到客戶端目的。同時mes將網絡劃分為不同的vlan實現不同分廠的l1/l2網絡與mes網絡間的高速路由，并制定網絡訪問控制策略，控制vlan間數據訪問，從而保證系統安全互訪。

    在鋼鐵企業中通過建立如圖2所示的管控一體化網絡架構，就可以利用erp信息系統實現物流、資金流、信息流的整合，滿足了各專業部門的業務需求分析，為全廠管理與控制提供信息服務支持。而mes生產管理信息系統是建立在全廠l1級基礎自動化系統/l2級過程自動化系統基礎上的，它接受erp信息系統生產訂單，下達具體生產控制指令至l1/l2級系統；同時，又在l1/l2級信息基礎上形成全線生產管理控制，并向erp級傳遞信息。
 

圖2  某鋼鐵企業基于ethernet的管控一體化網絡結構圖
 

　　4  工業以太網在生產過程自動化中的應用

    鋼鐵企業要實現管控一體化的目標，必須實現工廠車間底層設備狀態及生產信息的集成，這就要求應用數字通信技術實現工廠信息的縱向透明。當前鋼鐵企業的自動化系統正向分布化、智能化的實時控制方面發展，但在鋼鐵企業的生產過程控制中一般都使用現場總線技術，但現場總線存在總線互不兼容，不同公司的控制器之間不能相互實現高速的實時數據傳輸，信息網絡存在協議上的鴻溝等問題。以太網技術的發展增強了通信的確定性。首先，在網絡拓撲結構上，采用星形連接及交換式hub，提供數據緩沖及具有確定接收數據的網段智能，使數據沖撞及重發機會最小化；其次，快速以太網(100mbps,1gbps)的發展及網絡冗余技術使以太網更適應于實時應用；另外，改進的通信協議克服了tcp/ip協議中的緩沖器滿足發送及沖撞控制中允許“丟”包等缺點。光纖不受噪聲干擾，適合使用于實時監控的高噪聲現場環境。具有tcp/ ip接口的現場設備(field device)可以無須透過現場的計算機，直接連接internet，實現遠程監控(remote control)的功能。
 

圖3  某煉鋼廠生產過程自動化系統網絡結構圖
 

    如圖3所示，該圖為某鋼鐵企業煉鋼廠的生產過程控制系統的網絡結構圖，其基礎自動化控制系統就是采用德國西門子公司的simatic net技術構建的儀控合一的基礎工業控制網絡。整個基礎自動化控制系統是由l2服務器、l1服務器、各種智能專家系統計算機以及大型plc組成工業以太網絡，網絡通信介質使用的是屏蔽雙絞線以及光纖，通信速率為10mb/s，采用環形拓撲結構進行信息的交換，在l1級服務器上處理現場設備控制和監控，在l2級服務器上根據現場設備采集的工藝數據進行模型計算，實現過程級控制。
 

　　5  結束語

    構建以以太網為核心的鋼鐵企業管控一體化系統，可以實現企業采購、銷售、計劃、生產的一體化管理，不僅可以使銷售合同兌現率、交貨周期精度、銷售詢單應答時間、合同平均處理時間、生產計劃兌現率、客戶滿意度等效益指標普遍得到改善；而且對于降低庫存，減少了資金占用，加快了流動資金周轉天數也具有明顯的效果。因此在冶金企業中推進基于以太網的管控一體化系統，可以為企業提高管理水平、增加經濟效益以及適應市場變化等帶來極大的好處。
 

　　作者簡介
    謝會成  工程師，主要從事鋼鐵企業mes系統的研究與開發工作。