現代通信技術在500 m2燒結系統中的應用

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燒結煉鐵區域自動控制系統設計完成燒結工藝流程是從原料、燃料、熔劑的輸入到成品燒結礦的輸出，包括燃料倉庫、燃料破碎、配料、一次混合、二次混合、燒結、冷卻、機頭電除塵、主抽風機、成品篩分、成品礦倉和成品燒結輸出等系統的順序邏輯控制、回路控制及數據采集處理、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以太網與Web技術結構，完成現場設備、控制設備與管理系統的無縫集成，使用戶可以從任何地方訪問所需的實時數據，實現“單一網絡，多種服務”的功能。

采用施耐德CPU采集現場數據，以摩莎的中心網管交換機連接輔控網與各系統控制主網及煉鐵系統的管理層網絡。

采用基于TCP/IP協議的以太網，服務器采用雙網卡，分別接入一級網和二級網；服務器、客戶機、工程師站采用一級網與服務器通信；二級網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，用戶保證燒結二級和MES網絡暢通。

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率、提高管理水平和生產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，實現智能化鋼廠的宏偉目標。基礎級自動化系統按照“零故障、全天候、少維護”的目標進行設計，滿足智能生產要求。

1 網絡拓撲結構

如圖1所示，1#燒結機所在的1#環網為一步工程，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的交換機形成環網。2#燒結機所在的2#環網為二步工程，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的交換機形成環網。公共系統的共用PLC通過三層交換機與1#、2#燒結機PLC進行通信，隨一步工程投運。整個燒結區域主干網采用單模百兆光纖，交換機采用工業型可網管交換機，品牌為摩莎（MOXA）,支持光纖環網，預留至少20%的備用端口。預留千兆以太光口，方便ERP、MES等系統的接入。

2 網絡架構

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

圖1 2×500 m2燒結工程網絡拓撲圖

（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，運用穩定可靠、精確先進的信息自動化設備，研究開發智能化軟件產品。廣泛采用諸如智能檢測、高可靠執行元件、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控制系統。基礎自動化配置做到區域統一，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互聯提供便利條件，同時又能降低備件種類和數量，便于系統的長期低成本運行。

（2）L2級（過程自動化）要求高效：包括智能控制模型、專家系統等。在L2級廣泛采用模式識別、模糊控制、人工智能、神經元網絡、專家系統等智能模型技術，降低勞動強度、提高控制精度、節能降耗、提高產品質量，從而實現過程工藝的高效生產。

（3）L3級（生產管理級）要求通暢：在生產管理級應實現各生產線的生產計劃、計量、物流、能源等數據的采集和下發，通過智能化的算法實現生產組織的協調優化，保障生產計劃和訂單執行的通暢便捷。

（4）L4級（企業管理級）要求簡約：企業管理級按照“結構扁平、機構簡約、運行高效、控制閉環”的理念，優化企業的生產資源計劃系統，以優化的管理職能與流程設置企業管理組織，做到企業管理扁平化，實現資金流、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，對海量的生產和管理數據深入挖掘、開發，打造企業管理駕駛艙，為企業管理和高層決策提供智能化支撐。

3 L2級過程控制系統

燒結區域L2級即燒結、球團、原料場工程的過程控制計算機系統，是基于L1級基礎自動化系統之上的自動控制系統，主要功能是獲取L1的生產實時數據和各類化驗數據，完成生產過程的操作指導、作業管理、數學模型、技術計算、數據處理、數據存儲、數據報表。

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環境和辦公環境的數據通信體系，產品范圍從千兆以太網、快速以太網和以太網產品，到現場總線系統，提供多種型號的網管型和非網管型交換機，適應不同系統的要求。這些產品信息廣泛，主要應用范圍包括辦公室通信、生產自動化、過程控制、交通控制以及獨立的機器設備控制系統。本方案主要根據應用光電口的多少區別選用二層網管型的EDS-405A/408A系列、EDS-608/611/616/619系列、IKS-6726A/6728A系列交換機，同時為保障不同區域之間的相對獨立，選用IKS-G6524/G6824系列三層網管型交換機作為不同區域之間的路由。

5 KVM實現顯示終端集中監控

PLC之間連成光纖以太環網結構，計算機機房機柜內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，顯示終端采用KVM與計算機機房機柜內的計算機主機連接。KVM選用一對一方式，這樣各控制站的工藝參數可在燒結主控室集中顯示與操作，實現控制系統資源共享。

6 網絡安全

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

（1）上層網絡需要專門的網絡安全裝置，如網閘等，在技術上實現網絡的安全性。

（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。

（3）殺毒軟件（趨勢、賽門鐵克）定期殺毒。

7 結語

以摩莎中心網管交換機為中心節點的工業以太網絡，采用VLAN技術接入燒結局域網，將燒結系統的報表信息及相關參數和現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場情況，及時指揮調度，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，以高效、高產、優質為目的的局部工序已實現無人化、少人化。該項目實施的主要目的是實現協同自動化體系的燒結智能冶煉系統，對增加燒結產量、降低設備故障率及節能降耗有很強的保障作用。

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

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