應(yīng)用背景
水鋼過程管理系統(tǒng)是一套涉及鋼鐵生產(chǎn)過程中對(duì)各種控制、質(zhì)量監(jiān)測(cè)、計(jì)量信息進(jìn)行過程管理的系統(tǒng)，是以先進(jìn)的GE智能平臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，集生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、優(yōu)化控制及管理于一體的綜合生產(chǎn)信息系統(tǒng)。主要采集了1#高爐、2#高爐、3#高爐、4#高爐、4#燒結(jié)機(jī)、5#燒結(jié)機(jī)、6#燒結(jié)機(jī)、7#燒結(jié)機(jī)、動(dòng)力廠、焦化廠等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，完成了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸處理、分析與發(fā)布瀏覽等功能,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息同步采集與信息發(fā)布，通過網(wǎng)絡(luò)將生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息傳輸?shù)郊瘓F(tuán)公司決策層，形成完整統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)視分析系統(tǒng)，為集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)、總調(diào)及其相關(guān)職能部門協(xié)調(diào)生產(chǎn)、重大事項(xiàng)決策提供依據(jù)，是水鋼第一個(gè)企業(yè)級(jí)涉足生產(chǎn)管理領(lǐng)域的信息化建設(shè)項(xiàng)目，也是水鋼實(shí)現(xiàn)信息化帶動(dòng)工業(yè)化發(fā)展的重點(diǎn)工程項(xiàng)目。系統(tǒng)達(dá)到了指導(dǎo)生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率的目的，為全廠整體效益的提高、信息技術(shù)的提升和穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行根本目的的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造條件，同時(shí)也為ERP實(shí)現(xiàn)底層數(shù)據(jù)與上層管理信息無縫銜接及多元化業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，提供了真實(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。
解決方案
鋼鐵廠對(duì)過程管理系統(tǒng)的功能需求
通過建立實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，為水鋼生產(chǎn)管理信息化建設(shè)提供現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。通過建立通用的網(wǎng)絡(luò)客戶端平臺(tái)，把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)和關(guān)系型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成豐富的個(gè)性化的信息顯示，利用IE瀏覽器在企業(yè)任何地方訪問系統(tǒng)發(fā)布的信息。
通過數(shù)據(jù)采集站實(shí)時(shí)采集各控制系統(tǒng)的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；
建立全廠數(shù)據(jù)倉庫，解決數(shù)據(jù)孤島問題；
提供生產(chǎn)工況圖、歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖、報(bào)表分析工具；
實(shí)現(xiàn)與上層ERP管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互；
為企業(yè)決策層提供必要、及時(shí)、可靠的現(xiàn)場(chǎng)過程數(shù)據(jù)；
將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成企業(yè)管理的智能應(yīng)用；
充分利用和保障ERP以及管理系統(tǒng)投資。
水鋼生產(chǎn)信息化平臺(tái)
過程管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)
水鋼過程管理系統(tǒng)主要使用了GE Proficy軟件平臺(tái)來構(gòu)建整個(gè)水鋼生產(chǎn)信息化平臺(tái)，包括生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、Proficy Historian歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、Portal Web頁面發(fā)布及基于Proficy Historian數(shù)據(jù)庫相關(guān)報(bào)表等內(nèi)容。
系統(tǒng)采用星形以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),主要采用了分層分布式設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)分為2層，下層為接口層網(wǎng)絡(luò)，采用獨(dú)立接口機(jī)連接各控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；上層為應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)。通過分布式設(shè)計(jì)，可以很大程度上的降低通信負(fù)荷，提高通信效率和網(wǎng)絡(luò)可靠性，使整個(gè)系統(tǒng)更加快速穩(wěn)定的運(yùn)行。
根據(jù)不同層次的要求，成功使用了Proficy Historian、Proficy Portal、Proficy iFIX幾個(gè)產(chǎn)品的強(qiáng)大功能。各個(gè)控制系統(tǒng)是實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫Proficy Historian的數(shù)據(jù)來源，通過Proficy Historian強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集接口將大部分控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集到Proficy Historian的實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫中，包括OPC采集器、iFIX采集器、文件采集器等；另外，有一部分相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和手動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)，也成功的接入了實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫中。最終通過公司骨干網(wǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、監(jiān)控畫面、趨勢(shì)曲線、報(bào)警、各種數(shù)據(jù)分析報(bào)表發(fā)布到車間和管理部門,通過Proficy Portal的IE瘦客戶端應(yīng)用完成對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)的監(jiān)控、管理、維護(hù)。
過程管理系統(tǒng)包括6臺(tái)通訊接口機(jī)、2臺(tái)Proficy Historian數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、1臺(tái)Proficy Portal服務(wù)器。系統(tǒng)通過Windows集群及磁盤陣列實(shí)現(xiàn)了Proficy Historian數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的冗余；，當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)問題后，另一臺(tái)服務(wù)器可以根據(jù)Microsoft Cluster集群原理自動(dòng)接管磁盤陣列、虛擬機(jī)器名、IP、啟動(dòng)Historian相關(guān)服務(wù)等資源，從而實(shí)現(xiàn)Proficy Historian數(shù)據(jù)庫的熱備冗余功能。在服務(wù)器切換過程中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集端可以自動(dòng)緩沖數(shù)據(jù)到內(nèi)存及硬盤空間，一旦和備用服務(wù)器通訊建立后，可自動(dòng)將數(shù)據(jù)重發(fā)到Proficy Historian數(shù)據(jù)庫，保證生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。
圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
數(shù)據(jù)通訊方式
水鋼過程管理系統(tǒng)一期包括的系統(tǒng)有：煉鐵的1#高爐系統(tǒng)、2#高爐系統(tǒng)、3#高爐系統(tǒng)、4#燒結(jié)機(jī)、5#燒結(jié)機(jī)、綜合料場(chǎng)；動(dòng)力廠的鍋爐系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)（除2#、3#鼓風(fēng)機(jī)）、高爐煤氣洗滌系統(tǒng)、廠際間計(jì)量、余熱發(fā)電、除鹽水站、15萬立煤氣柜等系統(tǒng)；廠際間計(jì)量數(shù)據(jù)有三表房?jī)?nèi)主要數(shù)據(jù)等；從原料到產(chǎn)品一整套系統(tǒng)的化檢驗(yàn)數(shù)據(jù)；焦化廠有生產(chǎn)數(shù)據(jù)（手工錄入）信息等。一期系統(tǒng)中Wonderware InTouch及Siemens WinCC監(jiān)控軟件通過其相應(yīng)的通訊協(xié)議采集底層PLC的數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能；iFIX OPC Client通過 DCOM連接到遠(yuǎn)程的OPC Server并將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送至iFIX SCADA建立過程數(shù)據(jù)庫；利用Proficy Historian 的iFIX采集器將iFIX中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送至Proficy Historian建立歷史數(shù)據(jù)庫，供Proficy Portal進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢。Proficy Portal直接通過C/S網(wǎng)絡(luò)調(diào)用遠(yuǎn)程Proficy iFIX數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的發(fā)布。
二期數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括6#燒結(jié)機(jī)、7#燒結(jié)機(jī)、4#高爐幾個(gè)系統(tǒng)。6#燒結(jié)機(jī)、7#燒結(jié)機(jī)、4#號(hào)高爐采用Intouch和現(xiàn)場(chǎng)PLC進(jìn)行通訊采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)送至INSQL數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行歷史存儲(chǔ)。使用Historian的OPC Collector從Intouch的 FSGateWay OPC Server上采集數(shù)據(jù)并發(fā)送到Proficy Historian實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫。二期系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊實(shí)現(xiàn)原理如下：Intouch連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，Proficy Historian通過OPC Collector從FSGateWay上采集數(shù)據(jù)到Historian歷史數(shù)據(jù)庫，Proficy Portal直接和Historian歷史數(shù)據(jù)庫連接向管理信息系統(tǒng)發(fā)布數(shù)據(jù)，監(jiān)視信息系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)的 Oracle數(shù)據(jù)庫通過iHToOracle數(shù)據(jù)發(fā)送程序?qū)?shí)時(shí)數(shù)據(jù)從Proficy Historian數(shù)據(jù)庫更新到Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫。
水鋼過程管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖如圖2所示。
圖2 數(shù)據(jù)流圖
系統(tǒng)功能
水鋼過程管理系統(tǒng)應(yīng)用功能主要包括工藝流程實(shí)時(shí)監(jiān)視、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、趨勢(shì)分析、報(bào)表分析、系統(tǒng)維護(hù)等。
實(shí)時(shí)監(jiān)視分析
客戶端前臺(tái)界面采用Proficy Portal軟件開發(fā)，用戶對(duì)界面操作都是通過IE瀏覽器與Proficy Portal界面的交互來完成。
水鋼過程管理系統(tǒng)Web主頁如圖3所示。
圖3系統(tǒng)主頁畫面
工藝流程圖
在Proficy Portal上可直觀地顯示工藝流程等系統(tǒng)畫面（見圖4）。各系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行狀況、相關(guān)數(shù)據(jù)都可直觀地實(shí)時(shí)顯示。
圖4流程監(jiān)視畫面
關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)視
對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性具有特殊意義的設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)參數(shù)以各種方式顯示分析；對(duì)模擬量或開關(guān)量以曲線形式動(dòng)態(tài)地顯示變化趨勢(shì)，可直觀地對(duì)各數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行比較。
關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)視如圖5所示。
圖5關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)視畫面
趨勢(shì)分析查詢
對(duì)實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)庫中記錄的模擬量及開關(guān)量數(shù)據(jù)都可以曲線形式顯示并供參考和分析。曲線圖可多級(jí)顯示以進(jìn)行不同曲線的相互比較，支持毫秒級(jí)的趨勢(shì)顯示及在線打印功能。
趨勢(shì)分析圖如圖6所示。
圖6趨勢(shì)分析畫面
統(tǒng)計(jì)分析
可根據(jù)需求對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫或Proficy Historian中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，通過選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)點(diǎn)并給出相關(guān)的查詢條件，就可查詢?cè)谀扯螘r(shí)期內(nèi)的所有歷史數(shù)據(jù)。
統(tǒng)計(jì)分析畫面如圖7所示。
圖7統(tǒng)計(jì)分析畫面
報(bào)表分析查詢
水鋼過程管理系統(tǒng)采用專用的iH報(bào)表工具、報(bào)表查看工具、任務(wù)管理工具來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的報(bào)表功能。報(bào)表系統(tǒng)可以結(jié)合Excel自由定義報(bào)表模板，動(dòng)態(tài)添加Proficy Historian數(shù)據(jù)庫標(biāo)簽并可選擇采樣值、平均值、最大值、最小值等各種歷史數(shù)據(jù)查詢方式來生成班報(bào)、日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、年報(bào)等報(bào)表。
報(bào)表配置畫面如圖8所示；報(bào)表分類查看畫面如圖9所示；報(bào)表預(yù)覽畫面如圖10所示。
圖8報(bào)表配置畫面
圖9報(bào)表分類查看畫面
圖10報(bào)表預(yù)覽畫面
實(shí)施結(jié)果
通過對(duì)Proficy Historian和Proficy Portal的應(yīng)用和部署，水鋼生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)在很大程度上實(shí)現(xiàn)了如下的目標(biāo)：
Proficy Historian 以卓越的數(shù)據(jù)吞吐量、海量的數(shù)據(jù)處理能力、高效的數(shù)據(jù)壓縮存儲(chǔ)機(jī)制、優(yōu)越的實(shí)時(shí)處理速度表現(xiàn)為水鋼生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)提供了豐富、準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)，并通過內(nèi)置計(jì)算采集器工具對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)到信息的轉(zhuǎn)換，為持續(xù)的生產(chǎn)過程優(yōu)化、提高提供依據(jù)。
整合了各控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源，從全廠生產(chǎn)過程中的各個(gè)方面收集生產(chǎn)信息，解決了企業(yè)中多種、多套過程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)孤島、聯(lián)網(wǎng)、集成、管理問題；能夠滿足企業(yè)多工段、多工廠、多系統(tǒng)集成需要。并按照全廠信息模型組織這些數(shù)據(jù)，最終提供給企業(yè)管理人員和其他系統(tǒng)應(yīng)用軟件使用。
通過對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、收集、處理生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以支持生產(chǎn)計(jì)劃的優(yōu)化分解，生成與生產(chǎn)調(diào)度相關(guān)的各類資源計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)集中調(diào)度的管理模式。通過“實(shí)時(shí)”過程和生產(chǎn)信息與歷史值的比較，可快速改善企業(yè)整體生產(chǎn)過程。
全面標(biāo)準(zhǔn)、開放的實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和服務(wù)，并將這些數(shù)據(jù)以可追憶的形式提供給企業(yè)生產(chǎn)管理人員，計(jì)算和分析生產(chǎn)成本的；管理信息系統(tǒng)軟件、企業(yè)資源計(jì)劃管理軟件和供應(yīng)鏈管理軟件可以按自己的需要訪問、組織、使用系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)。
通過對(duì)Proficy Portal對(duì)Proficy Historian的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、統(tǒng)計(jì)，并以可定制圖文報(bào)表的形式展示發(fā)布，為提高產(chǎn)品質(zhì)量及管理決策提供科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)管理水平。通過實(shí)時(shí)跟蹤企業(yè)各工廠生產(chǎn)過程信息和設(shè)備信息等，使企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理人員對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)條件有一個(gè)全面的了解。讓企業(yè)的管理系統(tǒng)運(yùn)行在實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短制造周期；提高生產(chǎn)及人工效率；提高企業(yè)信息化建設(shè)的滿意度。
水鋼集團(tuán)通過采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，建立了一個(gè)集數(shù)據(jù)采集、分析、計(jì)算、應(yīng)用、查詢及維護(hù)為一體的完整生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)全廠經(jīng)濟(jì)性分析、事故分析等提供了真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，并把生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)帶到公司管理與決策者的面前，為實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了高效、準(zhǔn)確、及時(shí)的管理手段。
