應用背景
水鋼過程管理系統(tǒng)是一套涉及鋼鐵生產(chǎn)過程中對各種控制、質(zhì)量監(jiān)測、計量信息進行過程管理的系統(tǒng)，是以先進的GE智能平臺實時數(shù)據(jù)庫平臺系統(tǒng)為基礎，集生產(chǎn)過程實時監(jiān)測、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#燒結機、5#燒結機、6#燒結機、7#燒結機、動力廠、焦化廠等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，完成了實時數(shù)據(jù)傳輸處理、分析與發(fā)布瀏覽等功能,實現(xiàn)了生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)信息同步采集與信息發(fā)布，通過網(wǎng)絡將生產(chǎn)實時信息傳輸?shù)郊瘓F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)，為集團公司領導、總調(diào)及其相關職能部門協(xié)調(diào)生產(chǎn)、重大事項決策提供依據(jù)，是水鋼第一個企業(yè)級涉足生產(chǎn)管理領域的信息化建設項目，也是水鋼實現(xiàn)信息化帶動工業(yè)化發(fā)展的重點工程項目。系統(tǒng)達到了指導生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率的目的，為全廠整體效益的提高、信息技術的提升和穩(wěn)定、經(jīng)濟運行根本目的的實現(xiàn)創(chuàng)造條件，同時也為ERP實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)與上層管理信息無縫銜接及多元化業(yè)務系統(tǒng)的開發(fā)與應用，提供了真實數(shù)據(jù)的基礎。
解決方案
鋼鐵廠對過程管理系統(tǒng)的功能需求
通過建立實時歷史數(shù)據(jù)庫平臺，為水鋼生產(chǎn)管理信息化建設提供現(xiàn)實基礎。通過建立通用的網(wǎng)絡客戶端平臺，把實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)和關系型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成豐富的個性化的信息顯示，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)采集站實時采集各控制系統(tǒng)的生產(chǎn)實時數(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)趨勢圖、報表分析工具；
實現(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、可靠的現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)；
將現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成企業(yè)管理的智能應用；
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
過程管理系統(tǒng)網(wǎng)絡平臺
水鋼過程管理系統(tǒng)主要使用了GE Proficy軟件平臺來構建整個水鋼生產(chǎn)信息化平臺，包括生產(chǎn)現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)采集、Proficy Historian歷史數(shù)據(jù)存儲、Portal Web頁面發(fā)布及基于Proficy Historian數(shù)據(jù)庫相關報表等內(nèi)容。
系統(tǒng)采用星形以太網(wǎng)網(wǎng)絡結構,主要采用了分層分布式設計。整個系統(tǒng)分為2層，下層為接口層網(wǎng)絡，采用獨立接口機連接各控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集；上層為應用層網(wǎng)絡。通過分布式設計，可以很大程度上的降低通信負荷，提高通信效率和網(wǎng)絡可靠性，使整個系統(tǒng)更加快速穩(wěn)定的運行。
根據(jù)不同層次的要求，成功使用了Proficy Historian、Proficy Portal、Proficy iFIX幾個產(chǎn)品的強大功能。各個控制系統(tǒng)是實時歷史數(shù)據(jù)庫Proficy Historian的數(shù)據(jù)來源，通過Proficy Historian強大的數(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的實時歷史數(shù)據(jù)庫中，包括OPC采集器、iFIX采集器、文件采集器等；另外，有一部分相關的試驗數(shù)據(jù)和手動測試數(shù)據(jù)，也成功的接入了實時歷史數(shù)據(jù)庫中。最終通過公司骨干網(wǎng)，將現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)、監(jiān)控畫面、趨勢曲線、報警、各種數(shù)據(jù)分析報表發(fā)布到車間和管理部門,通過Proficy Portal的IE瘦客戶端應用完成對生產(chǎn)狀態(tài)的監(jiān)控、管理、維護。
過程管理系統(tǒng)包括6臺通訊接口機、2臺Proficy Historian數(shù)據(jù)庫服務器、1臺Proficy Portal服務器。系統(tǒng)通過Windows集群及磁盤陣列實現(xiàn)了Proficy Historian數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的冗余；，當一臺服務器出現(xiàn)問題后，另一臺服務器可以根據(jù)Microsoft Cluster集群原理自動接管磁盤陣列、虛擬機器名、IP、啟動Historian相關服務等資源，從而實現(xiàn)Proficy Historian數(shù)據(jù)庫的熱備冗余功能。在服務器切換過程中，實時數(shù)據(jù)采集端可以自動緩沖數(shù)據(jù)到內(nèi)存及硬盤空間，一旦和備用服務器通訊建立后，可自動將數(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)不會丟失。
網(wǎng)絡拓撲圖如圖1所示。
圖1 網(wǎng)絡拓撲圖
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#燒結機、5#燒結機、綜合料場；動力廠的鍋爐系統(tǒng)、鼓風機系統(tǒng)（除2#、3#鼓風機）、高爐煤氣洗滌系統(tǒng)、廠際間計量、余熱發(fā)電、除鹽水站、15萬立煤氣柜等系統(tǒng)；廠際間計量數(shù)據(jù)有三表房內(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)控軟件通過其相應的通訊協(xié)議采集底層PLC的數(shù)據(jù)并實現(xiàn)監(jiān)控功能；iFIX OPC Client通過 DCOM連接到遠程的OPC Server并將采集到的實時數(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中的實時數(shù)據(jù)送至Proficy Historian建立歷史數(shù)據(jù)庫，供Proficy Portal進行歷史數(shù)據(jù)查詢。Proficy Portal直接通過C/S網(wǎng)絡調(diào)用遠程Proficy iFIX數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行實時數(shù)據(jù)的發(fā)布。
二期數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括6#燒結機、7#燒結機、4#高爐幾個系統(tǒng)。6#燒結機、7#燒結機、4#號高爐采用Intouch和現(xiàn)場PLC進行通訊采集實時數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)送至INSQL數(shù)據(jù)庫中進行歷史存儲。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實時歷史數(shù)據(jù)庫。二期系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊實現(xiàn)原理如下：Intouch連接現(xiàn)場設備采集實時生產(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)崟r數(shù)據(jù)從Proficy Historian數(shù)據(jù)庫更新到Oracle關系數(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)應用功能主要包括工藝流程實時監(jiān)視、設備狀態(tài)監(jiān)測、趨勢分析、報表分析、系統(tǒng)維護等。
實時監(jiān)視分析
客戶端前臺界面采用Proficy Portal軟件開發(fā)，用戶對界面操作都是通過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)的設備狀態(tài)、運行狀況、相關數(shù)據(jù)都可直觀地實時顯示。
圖4流程監(jiān)視畫面
關鍵設備監(jiān)視
對生產(chǎn)運行的安全性、經(jīng)濟性具有特殊意義的設備及現(xiàn)場實時參數(shù)以各種方式顯示分析；對模擬量或開關量以曲線形式動態(tài)地顯示變化趨勢，可直觀地對各數(shù)據(jù)點進行比較。
關鍵設備監(jiān)視如圖5所示。
圖5關鍵設備監(jiān)視畫面
趨勢分析查詢
對實時及歷史數(shù)據(jù)庫中記錄的模擬量及開關量數(shù)據(jù)都可以曲線形式顯示并供參考和分析。曲線圖可多級顯示以進行不同曲線的相互比較，支持毫秒級的趨勢顯示及在線打印功能。
趨勢分析圖如圖6所示。
圖6趨勢分析畫面
統(tǒng)計分析
可根據(jù)需求對關系數(shù)據(jù)庫或Proficy Historian中的數(shù)據(jù)進行查詢，通過選擇適當?shù)臄?shù)據(jù)點并給出相關的查詢條件，就可查詢在某段時期內(nèi)的所有歷史數(shù)據(jù)。
統(tǒng)計分析畫面如圖7所示。
圖7統(tǒng)計分析畫面
報表分析查詢
水鋼過程管理系統(tǒng)采用專用的iH報表工具、報表查看工具、任務管理工具來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的報表功能。報表系統(tǒng)可以結合Excel自由定義報表模板，動態(tài)添加Proficy Historian數(shù)據(jù)庫標簽并可選擇采樣值、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、日報、周報、月報、年報等報表。
報表配置畫面如圖8所示；報表分類查看畫面如圖9所示；報表預覽畫面如圖10所示。
圖8報表配置畫面
圖9報表分類查看畫面
圖10報表預覽畫面
實施結果
通過對Proficy Historian和Proficy Portal的應用和部署，水鋼生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)在很大程度上實現(xiàn)了如下的目標：
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)壓縮存儲機制、優(yōu)越的實時處理速度表現(xiàn)為水鋼生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)提供了豐富、準確、可靠的數(shù)據(jù)，并通過內(nèi)置計算采集器工具對工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行處理，實現(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)應用軟件使用。
通過對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控、收集、處理生產(chǎn)過程中的實時數(shù)據(jù)以支持生產(chǎn)計劃的優(yōu)化分解，生成與生產(chǎn)調(diào)度相關的各類資源計劃，實現(xiàn)生產(chǎn)集中調(diào)度的管理模式。通過“實時”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。
全面標準、開放的實時歷史數(shù)據(jù)存儲和服務，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)資源計劃管理軟件和供應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Proficy Portal對Proficy Historian的數(shù)據(jù)進行實時分析、統(tǒng)計，并以可定制圖文報表的形式展示發(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。通過實時跟蹤企業(yè)各工廠生產(chǎn)過程信息和設備信息等，使企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理人員對企業(yè)的生產(chǎn)條件有一個全面的了解。讓企業(yè)的管理系統(tǒng)運行在實時生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的基礎上，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)信息化建設的滿意度。
水鋼集團通過采集生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，建立了一個集數(shù)據(jù)采集、分析、計算、應用、查詢及維護為一體的完整生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)平臺，為實現(xiàn)全廠經(jīng)濟性分析、事故分析等提供了真實可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，并把生產(chǎn)現(xiàn)場帶到公司管理與決策者的面前，為實現(xiàn)整個生產(chǎn)的安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了高效、準確、及時的管理手段。
