漣鋼6#高爐爐況診斷系統的數據采集

毛科學，梁劍波

（漣源鋼鐵集團，湖南 婁底 417009）

漣鋼6號高爐總容積2 200 m3，采用了PW串罐無料鐘爐頂、磚壁合一的薄內襯結構、銅冷卻壁、聯合軟水密閉循環冷卻系統、準平坦形出鐵場、比肖夫煤氣水洗系統、TRT余壓透平發電、高風溫內燃式硅磚熱風爐、輪法爐渣粒化等先進技術。2003年12月4日點火開爐，2004年1月利用系數突破2.0，實現達產目標，目前日出鐵量為5 900 t，焦比355 kg/tFe，礦比1.6。高爐控制系統由三級計算機控制系統實現。0級為設備級，主要設備為現場智能檢測儀表、變頻器、執行器、調節器、稱重裝置和各類控制開關；1級機系統為PLC控制設備，采用西門子PCS7集成自動化系統，具有很強大的運算與通訊功能，能實現復雜大系統控制。主要包括槽上槽下供配料控制系統、主卷揚上料系統、爐頂布料系統、高爐本體監控系統、熱風爐控制系統、風機控制系統、粗煤氣清洗系統、水處理控制系統、頂壓回收發電TRT系統、高爐紅外圖像識別和處理系統等；2級機系統為過程控制級，主要完成高爐煉鐵生產過程的數據采集，模型計算和優化控制，也包括過程監視、操作指導、生產數據分析和管理、數據通訊和報表打印等功能。

1 系統硬件結構與通訊方式

1.1 系統硬件結構與通訊方式

6#高爐一級機控制系統軟件采用西門子公司PCS7，運行平臺為WINDOWSXP，版本為7.0SP1。上位機系統采用C/S結構，共有4臺服務器，其中2臺服務器用于主工藝控制系統，主要包括槽下供配料控制系統，爐頂布料系統，高爐本體監控系統，熱風爐控制系統。另外2臺服務器用于輔助工藝控制系統，主要包括煤氣洗滌系統，TRT發電系統；同組兩臺服務器之間采用“一用一備”的工作方式。服務器與各PLC系統進行連接同時又與13臺客戶機相連，服務器上數據直接取自PLC，客戶機數據交換（包括各種操作指令）都直接取自服務器完成。6#高爐網絡采用光纖以太網絡，完成服務器、操作站、PLC之間的連接。按西門子公司PCS7系統結構，操作站與PLC處于不同的2層網絡，其網絡結構如圖1所示。各操作站掛在由X交換機和光纖組成的單環二級網上，PLC掛在由OSM和光纖組成的另一層單環一級網上，4臺服務器和工程師站為雙網卡，其中1613卡掛在一級網上，直接讀取PLC中的數據和交換數據；普通網卡掛在二級網上，直接和客服機進行通訊與數據關換；通過ES工程師站直接來修改下位機程序和上位機畫面。圖1為整個6號高爐控制系統網絡拓撲結構圖。

圖1 6號高爐自動控制系統的網絡拓撲結構圖

本項目在原有系統的基礎上，增加工業控制計算機系統和數據通信設備與電纜等設備。新增計算機置于高爐主控室。如圖1所示，爐況診斷系統位于二級設備層，與現有Oracle數據服務器并聯，分布通過OPC技術讀取SRV11和SRV21服務器中的實時過程數據，主要包括：煤氣流量，爐頂壓力設定值與檢測值，熱風壓力，冷風壓力，熱風流量，冷風流量，透氣性指數，探尺，布料角位，布料時間，料罐重量等數據，并存儲到本地的SQL數據庫中。通過模糊專家推理等方法，結合煤氣流量與爐況關系模型，進行對爐況的判斷，給出高爐爐況處于各種異常爐況的概率。圖2給出了簡化了的系統硬件平臺的結構圖。

圖2 爐況檢測系統硬件結構圖

1.2 通訊方式

爐況診斷系統采用OPC技術與SRV11和SRV21服務器進行通信。OPC全稱為OLE for Process Control，是專為過程控制而設計的基于OLE技術的標準。它將訪問現場設備的開發任務，以標準接口的形式放到設備生產廠家或第三方，并將該接口以服務器形式透明地提供給用戶（工控軟件開發人員），使得用戶得以從底層的通信模塊開發中解放出來，而專注于工控軟件的功能。

OPC技術的實現由兩部分組成，OPC服務器部分及OPC客戶應用部分。OPC服務器是一個典型的現場數據源程序，它收集現場設備數據信息，通過標準的OPC接口傳送給OPC客戶端應用。OPC客戶應用是一個典型的數據接收程序，如人機界面軟件（HMI）、數據采集與處理軟件（SCADA）等。OPC客戶應用通過OPC標準接口與OPC服務器通信，獲取OPC服務器的各種信息。符合OPC標準的客戶，應用可以訪問來自任何生產廠商的OPC服務器程序。

OPC以OLE/COM為基礎，其中所有對象的使用，都是通過接口來實現的，對客戶應用程序而言，它所能見到的僅僅是接口而已。OPC標準規定的基本OPC對象有3個：OPCServer、OPC Group和OPCItem。OPCServer對象除了維護自身信息外，還作為組對象的容器，可動態地創建或釋放組對象，是客戶端軟件與服務器交互的首要對象；而OPCGroup對象相對于項而言，也是一個包容器，它提供一套管理項的機制，用于組織管理服務器內部的實時數據信息；OP CItem則表示與OPC服務器中數據的連接,包括值（Value）、品質（Quality）、時間戳（Time Stamp）3 個基本屬性。OPC存取數據的過程如圖3所示。

圖3 OPC存取過程示意圖

OPC規范定義了兩套服務器接口：定制接口（Custom Interface）和自動化接口（Automation Interface）。定制接口是OPC服務器所必須實現的接口，它適合C++語言，編程比較復雜，并可實現最佳運行性能的客戶應用程序；自動化接口是可選接口，它主要應用于VB等腳本語言，該接口使用比較方便，但它的便利性是以犧牲性能為代價得來的。本項目中所采用接口為定制接口。

OPC有兩種存取數據的方式，一種是同步讀取，一種為異步讀取。同步方式就是直接讀取過程數據，成功后返回；而異步方式則是給OPC服務器發送一條命令，通知它要讀取那些數據，然后馬上返回，而OPC服務器則在這些數據一旦發生改變時，主動通知客戶程序。這兩種方式各有優點，同步方式能夠馬上得到數據，而異步方式只在數據發生改變時才傳輸數據，在數據變化不大的情況下可以減輕系統負擔，但是異步存取應用到了COM規范中的連接點性質，需要客戶程序實現接收器（Sink）對象，編程較為復雜。本系統采用同步方式進行數據的讀寫。

2 系統數據流程

6#高爐煤氣流量與爐況關系系統，通過讀取數據庫的數據，將所讀取到的數據進行預處理存入SQLServer數據庫；知識庫利用鏈表的添加、查找和刪除等功能，對其中的規則對象進行添加、刪除、冗余檢查和一致性檢查；推理預報模塊完成基于專家知識的推理，并實時將推理的結果，即異常爐況的異常爐況發生的概率計算并顯示。查詢模塊針對煤氣流量、紅外圖像、冷風流量、熱風壓力等的實時數據查詢和實時曲線顯示。此外系統還有打印等其他功能。

根據圖2的系統硬件結構圖，可以得出系統數據流程圖，如圖4所示。

圖4 系統數據流程圖

高爐實時數據通過OPC通訊接口由錄入SQLServer數據庫。6#高爐煤氣流量和爐況關系系統從SQLServer數據庫讀取信息，利用專家知識，運用模糊推理思想，計算得到各種異常爐況所發生的概率，指導高爐生產操作，也可以查詢現場數據。

3 結束語

高爐爐況診斷系統，能快速得到診斷結論的基礎，是優秀穩定的網絡基礎、快速而準確的數據采集機制。只有做到數據采集準確及時，診斷系統才有時效意義。

[1]馮 震，董世澤.高爐專家系統在本鋼五號高爐的應用[J].本溪冶金高等專科學校學報，2003，(12)：22-24.

[2]畢學工.高爐過程數學模型及計算機控制[M].北京：冶金工業出版社，1996.