李寶實

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動化分公司，山東萊蕪271104）

0 引言

500 m2燒結(jié)煉鐵區(qū)域自動控制系統(tǒng)設計完成燒結(jié)工藝流程是從原料、燃料、熔劑的輸入到成品燒結(jié)礦的輸出，包括燃料倉庫、燃料破碎、配料、一次混合、二次混合、燒結(jié)、冷卻、機頭電除塵、主抽風機、成品篩分、成品礦倉和成品燒結(jié)輸出等系統(tǒng)的順序邏輯控制、回路控制及數(shù)據(jù)采集處理、語音報警及預警、實時趨勢、歷史趨勢、報表生成等功能。

使用開放的、基于摩莎交換機的工業(yè)以太網(wǎng)與Web技術結(jié)構(gòu)，完成現(xiàn)場設備、控制設備與管理系統(tǒng)的無縫集成，使用戶可以從任何地方訪問所需的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)“單一網(wǎng)絡，多種服務”的功能。

采用施耐德CPU采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，以摩莎的中心網(wǎng)管交換機連接輔控網(wǎng)與各系統(tǒng)控制主網(wǎng)及煉鐵系統(tǒng)的管理層網(wǎng)絡。

采用基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)，服務器采用雙網(wǎng)卡，分別接入一級網(wǎng)和二級網(wǎng)；服務器、客戶機、工程師站采用一級網(wǎng)與服務器通信；二級網(wǎng)采用防火墻軟件配置方式和MES進行接口通信；與MES接口需要的硬件防火墻由用戶提供配置，用戶保證燒結(jié)二級和MES網(wǎng)絡暢通。

遵從自動化、信息化建設的總體目標，“將項目打造成智能化的項目”，即在滿足提高勞動生產(chǎn)率、提高管理水平和生產(chǎn)控制精度等基本目標的基礎上，進一步融合人工智能的理念，實現(xiàn)智能化鋼廠的宏偉目標?；A級自動化系統(tǒng)按照“零故障、全天候、少維護”的目標進行設計，滿足智能生產(chǎn)要求。

1 網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)

如圖1所示，1#燒結(jié)機所在的1#環(huán)網(wǎng)為一步工程，主控室兩個主交換機與1#配混PLC、1#燒冷PLC、1#主抽及機頭除塵PLC的交換機形成環(huán)網(wǎng)。2#燒結(jié)機所在的2#環(huán)網(wǎng)為二步工程，主控室兩個主交換機與2#配混PLC、2#燒冷PLC、2#主抽及機頭除塵PLC的交換機形成環(huán)網(wǎng)。公共系統(tǒng)的共用PLC通過三層交換機與1#、2#燒結(jié)機PLC進行通信，隨一步工程投運。整個燒結(jié)區(qū)域主干網(wǎng)采用單模百兆光纖，交換機采用工業(yè)型可網(wǎng)管交換機，品牌為摩莎（MOXA）,支持光纖環(huán)網(wǎng)，預留至少20%的備用端口。預留千兆以太光口，方便ERP、MES等系統(tǒng)的接入。

2 網(wǎng)絡架構(gòu)

項目采用L1～L5級層級架構(gòu)。自動化系統(tǒng)主要針對L1、L2級網(wǎng)絡進行設計、搭建和運維。

圖1 2×500 m2燒結(jié)工程網(wǎng)絡拓撲圖

（1）L1級（基礎自動化）要求可靠：包括智能儀表、檢測設備、PLC、DCS等。夯實信息自動化的建設基礎，運用穩(wěn)定可靠、精確先進的信息自動化設備，研究開發(fā)智能化軟件產(chǎn)品。廣泛采用諸如智能檢測、高可靠執(zhí)行元件、高性能控制器、安全透明工廠等前沿的信息自動化技術，支撐起安全可靠的生產(chǎn)控制系統(tǒng)?；A自動化配置做到區(qū)域統(tǒng)一，既能為設計、施工、運行維護乃至以后的各級自動化之間的系統(tǒng)互聯(lián)提供便利條件，同時又能降低備件種類和數(shù)量，便于系統(tǒng)的長期低成本運行。

（2）L2級（過程自動化）要求高效：包括智能控制模型、專家系統(tǒng)等。在L2級廣泛采用模式識別、模糊控制、人工智能、神經(jīng)元網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)等智能模型技術，降低勞動強度、提高控制精度、節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而實現(xiàn)過程工藝的高效生產(chǎn)。

（3）L3級（生產(chǎn)管理級）要求通暢：在生產(chǎn)管理級應實現(xiàn)各生產(chǎn)線的生產(chǎn)計劃、計量、物流、能源等數(shù)據(jù)的采集和下發(fā)，通過智能化的算法實現(xiàn)生產(chǎn)組織的協(xié)調(diào)優(yōu)化，保障生產(chǎn)計劃和訂單執(zhí)行的通暢便捷。

（4）L4級（企業(yè)管理級）要求簡約：企業(yè)管理級按照“結(jié)構(gòu)扁平、機構(gòu)簡約、運行高效、控制閉環(huán)”的理念，優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)資源計劃系統(tǒng)，以優(yōu)化的管理職能與流程設置企業(yè)管理組織，做到企業(yè)管理扁平化，實現(xiàn)資金流、物流、信息流的三流高效合一。

（5）L5級（決策支持級）要求智能：在以上四級的基礎上，對海量的生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)深入挖掘、開發(fā)，打造企業(yè)管理駕駛艙，為企業(yè)管理和高層決策提供智能化支撐。

3 L2級過程控制系統(tǒng)

燒結(jié)區(qū)域L2級即燒結(jié)、球團、原料場工程的過程控制計算機系統(tǒng)，是基于L1級基礎自動化系統(tǒng)之上的自動控制系統(tǒng)，主要功能是獲取L1的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)和各類化驗數(shù)據(jù)，完成生產(chǎn)過程的操作指導、作業(yè)管理、數(shù)學模型、技術計算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)報表。

4 交換機選型設計

摩莎（MOXA）提供了完整而又全面的適用于工業(yè)環(huán)境和辦公環(huán)境的數(shù)據(jù)通信體系，產(chǎn)品范圍從千兆以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)和以太網(wǎng)產(chǎn)品，到現(xiàn)場總線系統(tǒng)，提供多種型號的網(wǎng)管型和非網(wǎng)管型交換機，適應不同系統(tǒng)的要求。這些產(chǎn)品信息廣泛，主要應用范圍包括辦公室通信、生產(chǎn)自動化、過程控制、交通控制以及獨立的機器設備控制系統(tǒng)。本方案主要根據(jù)應用光電口的多少區(qū)別選用二層網(wǎng)管型的EDS-405A/408A系列、EDS-608/611/616/619系列、IKS-6726A/6728A系列交換機，同時為保障不同區(qū)域之間的相對獨立，選用IKS-G6524/G6824系列三層網(wǎng)管型交換機作為不同區(qū)域之間的路由。

5 KVM實現(xiàn)顯示終端集中監(jiān)控

PLC之間連成光纖以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，計算機機房機柜內(nèi)的計算機主機掛接在主交換機上，顯示終端放置在主控室內(nèi)，顯示終端采用KVM與計算機機房機柜內(nèi)的計算機主機連接。KVM選用一對一方式，這樣各控制站的工藝參數(shù)可在燒結(jié)主控室集中顯示與操作，實現(xiàn)控制系統(tǒng)資源共享。

6 網(wǎng)絡安全

原則：L2級以上做技術及設備的安全建設，L2級以下網(wǎng)絡安全以管理為主。具體注意事項如下：

（1）上層網(wǎng)絡需要專門的網(wǎng)絡安全裝置，如網(wǎng)閘等，在技術上實現(xiàn)網(wǎng)絡的安全性。

（2）L1級自動化的HMI終端采用KVM連接方式，工控機主機集中放置在機房的機柜內(nèi)。

（3）殺毒軟件（趨勢、賽門鐵克）定期殺毒。

7 結(jié)語

以摩莎中心網(wǎng)管交換機為中心節(jié)點的工業(yè)以太網(wǎng)絡，采用VLAN技術接入燒結(jié)局域網(wǎng)，將燒結(jié)系統(tǒng)的報表信息及相關參數(shù)和現(xiàn)場畫面實時傳輸給相關領導及科室，使其可以在第一時間掌握現(xiàn)場情況，及時指揮調(diào)度，形成了以及時、高效、服務周到為目的的廣域化自動化控制管理系統(tǒng)，以高效、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)為目的的局部工序已實現(xiàn)無人化、少人化。該項目實施的主要目的是實現(xiàn)協(xié)同自動化體系的燒結(jié)智能冶煉系統(tǒng)，對增加燒結(jié)產(chǎn)量、降低設備故障率及節(jié)能降耗有很強的保障作用。

[1]崔堅，李佳，楊光.西門子工業(yè)網(wǎng)絡通信指南（下）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]斯可克，黃德敏，張云貴.現(xiàn)場總線應用疑難解答[M].北京：中國電力出版社，2006.