崔新亮

(山西太鋼不銹鋼股份有限公司自動(dòng)化公司，山西 太原 030003)

KEPSERVER在高爐數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

崔新亮

(山西太鋼不銹鋼股份有限公司自動(dòng)化公司，山西 太原 030003)

針對高爐自動(dòng)化系統(tǒng)的“信息孤島”問題，提出建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的必要性。在研究某鋼鐵企業(yè)高爐區(qū)域現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于KEPSERVER的高爐數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并對基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行多項(xiàng)適應(yīng)性改造，順利完成了高爐生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)與外部系統(tǒng)的信息交換，為生產(chǎn)領(lǐng)域進(jìn)一步拓展和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

高爐；數(shù)據(jù)采集；KEPSERVER

隨著工廠自動(dòng)化程度的日益提高，人們對整個(gè)生產(chǎn)過程的信息共享、全局監(jiān)控、實(shí)時(shí)調(diào)度的要求越來越高。現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)對控制系統(tǒng)的要求，已不局限于一般的生產(chǎn)過程自動(dòng)化，而是建立管控一體化的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，使整個(gè)生產(chǎn)過程長期在最佳狀態(tài)下運(yùn)行[1]。

高爐系統(tǒng)由高爐本體、卷揚(yáng)上料、布袋除塵、熱風(fēng)爐、風(fēng)機(jī)房等子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制分散，所有生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)存儲在L1控制系統(tǒng)中，形成了“信息孤島”?！靶畔⒐聧u”嚴(yán)重地限制了信息的交換繼而約束了應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。因此，如何可靠、實(shí)時(shí)、高效地獲取控制系統(tǒng)的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高爐生產(chǎn)過程的數(shù)字化，避免“信息孤島”的出現(xiàn)成為煉鐵廠最為關(guān)注的問題[2]。

本文以某大型鋼鐵企業(yè)的高爐系統(tǒng)為背景，研究采用KEPSERVER實(shí)現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場PLC或DCS系統(tǒng)上的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集匯總，并上傳至MES系統(tǒng)。

1 KEPSERVER簡介

KEPSERVER是KEPWARE公司開發(fā)的第三方DDE/OPC服務(wù)器。KEPSERVER提供卓越的工業(yè)互聯(lián)通訊能力，幾乎支持市面上所有常見PLC設(shè)備，是一款在工業(yè)控制界被廣泛認(rèn)可的OPC服務(wù)器軟件。

OPC是為了解決應(yīng)用軟件和各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的通信而產(chǎn)生的一項(xiàng)工業(yè)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。它是以O(shè)LE/COM技術(shù)為基礎(chǔ)建立的一項(xiàng)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，采用客戶端/服務(wù)器(Client/Server)模型。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對客戶的透明性。OPC服務(wù)器是現(xiàn)場數(shù)據(jù)源，它負(fù)責(zé)收集工業(yè)現(xiàn)場PLC或DCS系統(tǒng)上的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)信息，通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口傳送給OPC客戶端應(yīng)用[3]。

配置KEPSERVER是與PLC通信的關(guān)鍵步驟，目的就是在KEPSERVER中建立一個(gè)OPC Server，為OPC客戶端和需要讀寫PLC地址位之間建立連接。

2 高爐數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高爐系統(tǒng)涉及高爐本體、卷揚(yáng)上料、布袋除塵、熱風(fēng)爐、沖渣、噴煤、風(fēng)機(jī)房、撥風(fēng)系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)等子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以MES接口清單為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理上傳，同時(shí)滿足平臺功能需求。某鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有高爐16座，分為四個(gè)高爐工場，需求數(shù)據(jù)項(xiàng)共計(jì)2524項(xiàng)，涉及高爐本體、卷揚(yáng)上料、布袋除塵、熱風(fēng)爐以及噴煤系統(tǒng)。本文以第一高爐工場為例，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

目前，該企業(yè)高爐系統(tǒng)缺少對數(shù)據(jù)的組織和處理，并沒按生產(chǎn)實(shí)績、過程管理的要求收集數(shù)據(jù)，不符合企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，為此進(jìn)行煉鐵區(qū)域基礎(chǔ)自動(dòng)化改造，新建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，支持與MES系統(tǒng)的接口功能，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理后能夠上傳至MES系統(tǒng)。使企業(yè)管理更加透明化、精細(xì)化和規(guī)范化，從而進(jìn)一步提高企業(yè)管理效率與管理精度。另一方面，通過信息化架構(gòu)的搭建，推動(dòng)生產(chǎn)以及設(shè)備系統(tǒng)的信息化[4]。

圖1 高爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

高爐區(qū)域基礎(chǔ)自動(dòng)化所用PLC類型比較統(tǒng)一，多數(shù)區(qū)域使用西門子S7-400系列的414和S7-300系列的315，整個(gè)區(qū)域自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大多為工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，部分使用西門子DP、MPI通訊。為了實(shí)現(xiàn)對L1生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，方案設(shè)計(jì)對每座高爐增加一臺接口機(jī)，接口機(jī)配有雙網(wǎng)卡，一塊網(wǎng)卡用來與各自的高爐L1 PLC系統(tǒng)通信，另一塊通過新建網(wǎng)絡(luò)與其他高爐的接口機(jī)連接，同時(shí)在新建網(wǎng)絡(luò)上增設(shè)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與上傳MES。接口機(jī)一級側(cè)通過工業(yè)以太網(wǎng)與高爐PLC系統(tǒng)通信，對不具備以太網(wǎng)通信功能的PLC新增通信CP模塊，接口機(jī)上運(yùn)行KEPSERVER程序，將高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)從PLC系統(tǒng)采集到接口機(jī)，新建網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器采集接口機(jī)上的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)加工處理后上傳至MES系統(tǒng)。

通過現(xiàn)場調(diào)研，對高爐數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)：

1) 現(xiàn)場部分PLC配置有IP地址，通過交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制。但仍有大部分PLC通過MAC地址進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，為了實(shí)現(xiàn)接口機(jī)與PLC控制系統(tǒng)的通信，需要對高爐各PLC進(jìn)行IP地址規(guī)劃與下載。

2) 新建制程環(huán)網(wǎng)，增加服務(wù)器。制程環(huán)網(wǎng)由4個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)下聯(lián)服務(wù)器與多個(gè)接口機(jī)，各節(jié)點(diǎn)下聯(lián)接口機(jī)之間組成二級網(wǎng)絡(luò)，與服務(wù)器通信。以最基層現(xiàn)場PLC系統(tǒng)組成一級網(wǎng)絡(luò)，各一級網(wǎng)絡(luò)之間相互獨(dú)立，通過接口機(jī)實(shí)現(xiàn)一級網(wǎng)絡(luò)與二級網(wǎng)絡(luò)通信，通過服務(wù)器實(shí)現(xiàn)二級網(wǎng)絡(luò)與制程環(huán)網(wǎng)通信。

3) 對新建制程環(huán)網(wǎng)與三級MES系統(tǒng)進(jìn)行隔離，通過防火墻與三級MES通信。

其網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)架構(gòu)

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)位于MES和基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)之間，采用KEPSERVER采集軟件通過以太網(wǎng)TCP/IP通信協(xié)議與MES系統(tǒng)和L1系統(tǒng)相連接。根據(jù)需求，高爐區(qū)域數(shù)據(jù)采集平臺需按生產(chǎn)過程的每一步驟，及時(shí)準(zhǔn)確地收集煉鐵生產(chǎn)過程中的物料消耗、能源消耗、產(chǎn)品質(zhì)量等生產(chǎn)實(shí)績信息，并將有關(guān)生產(chǎn)信息上傳給MES系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)KEPSERVER與PLC的通信，首先需要對所要連接的PLC設(shè)備進(jìn)行授權(quán)獲得該設(shè)備驅(qū)動(dòng)的使用，然后在KEPSERVER中建立OPC服務(wù)器，步驟如下：

1) 選擇“Edit-New Channel”，根據(jù)所要連接的設(shè)備選擇DeviceDriver的類型，本文為Siemens TCP/IP Ethernet，建立一個(gè)New Channel。

2) 依據(jù)所用設(shè)備的型號以及所接模塊的屬性信息建立Device。

3) 為建立的Device創(chuàng)建所有需要的Tag。系統(tǒng)所需全部數(shù)據(jù)直接從PLC采集，對各種需要采集的數(shù)據(jù)，從PLC里查找出存儲地址，并根據(jù)符號編碼規(guī)則，編制出每一個(gè)數(shù)據(jù)的編碼，以該編碼為Tag變量名稱，通過通道將數(shù)據(jù)上傳至本地接口機(jī)對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫內(nèi)。

編碼由三部分組成，即區(qū)域或主體設(shè)備名稱、數(shù)據(jù)內(nèi)涵符號和數(shù)據(jù)ID，各部分以下劃線分隔開。例如1#高爐高爐風(fēng)速數(shù)據(jù)編碼是：GL01_GLFS_1015，其中GL01代表1#高爐；GLFS代表高爐風(fēng)速；1015代表1#高爐高爐風(fēng)速的編號。

為了保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)行正常，需要對基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行多項(xiàng)適應(yīng)性改造。

1) 完善網(wǎng)絡(luò)布局。連接距離80米以下采用六類網(wǎng)線連接，連接距離80米以上，采用光纖連接。所有光纖統(tǒng)一確定為12芯單模室外光纜，耦合器接口為ST。

2) 修改IP地址。現(xiàn)場PLC配置或改動(dòng)IP地址時(shí)，需進(jìn)行停機(jī)，影響生產(chǎn)。在最大限度不影響生產(chǎn)的情況下，根據(jù)以前配置情況，分別保留或重新規(guī)劃，要在系統(tǒng)上線前完成全部PLC的IP修改。

3) 完善必要的邏輯以及組態(tài)畫面，以便滿足數(shù)采所需的事件信號、作業(yè)過程信號。

最終界面如圖3所示。

圖3 配置界面

4 運(yùn)行效果

該鋼鐵企業(yè)有高爐16座，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以MES接口清單為基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)收集高爐相關(guān)產(chǎn)量信息、消耗信息、設(shè)備運(yùn)行信息、工序能源信息等，并對其進(jìn)行數(shù)據(jù)組織、邏輯處理，傳輸給MES。

系統(tǒng)上線后，各高爐接口機(jī)運(yùn)行正常，KEPSERVER與相應(yīng)PLC系統(tǒng)通信正常，PLC上傳接口機(jī)數(shù)據(jù)正常。KEPSERVER運(yùn)行效果如圖4所示。

圖4 運(yùn)行效果界面

5 結(jié)束語

KEPSERVER軟件的使用為構(gòu)建開放的自動(dòng)化系統(tǒng)提供了有效的解決方案。在分析借鑒國內(nèi)外OPC應(yīng)用的基礎(chǔ)上，成功地設(shè)計(jì)出了高爐數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并運(yùn)用于現(xiàn)場實(shí)際。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，對于解決高爐“信息孤島”問題，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)自動(dòng)化與外部系統(tǒng)的生產(chǎn)過程信息交換以及生產(chǎn)過程跟蹤與監(jiān)控具有重要意義[5]。

[1] 石希博.基于OPC的煉鐵高爐數(shù)據(jù)管理和自動(dòng)報(bào)表系統(tǒng)[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010,20(31)：115-117.

[2] 周江建.中間件OPC技術(shù)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2008(8)：169-175.

[3] OPC基金會.OPC Data Access Custom Interface Standar,Version2.0[M].

[4] 梁里金.OPC技術(shù)在自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2010(1)：49-50.

[5] 張建軍.DCS系統(tǒng)OPC客戶端的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)[J].2010(4)增刊：357-358.

The Application of KEPSERVER in Data Acquisition System of Blast Furnace

Cui Xinliang

(ShanxiTaigangStainlessSteelCo.Ltd.,TaiyuanShanxi030003,China)

As for the problem of ‘the information isolated island’ in blast furnace automation system, The necessity of the foundation for data acquisition system is put forward. On the basis of studying the current situation of blast furnace in a steel enterprise, a blast furnace data acquisition system based on KEPSERVER is designed. A number of adaptive transformations for the basic automation system are completed. The information exchange between the blast furnace production process and the external system is successfully completed. This has laid a solid foundation for the production area’s further widening and application.

blast furnace; data acquisition; KEPSERVER

2017-02-27

崔新亮(1983- )，男，山西盂縣人，碩士，研究方向：智能制造。

1674- 4578(2017)02- 0015- 03

TP274.2

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