一、概述
“透明工廠”理念是近年自動(dòng)化控制領(lǐng)域新提出的控制觀念，該觀念是針對一個(gè)大中型的生產(chǎn)過程，通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、PLC控制器、智能儀表等控制設(shè)備，使各個(gè)工藝過程、工藝環(huán)節(jié)成為一個(gè)有機(jī)的整體，該體系結(jié)構(gòu)允許最終用戶將其設(shè)備運(yùn)行到一個(gè)更高的水平上。達(dá)到智能、半智能化的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品調(diào)配，各級用戶可以憑借授權(quán)等級通過上位監(jiān)控機(jī)（HMI）了解、掌握和實(shí)際操作，達(dá)到生產(chǎn)的高度透明化、開放化，從而大大減少系統(tǒng)集成的工作量，降低了車間操作人員和調(diào)度員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了企業(yè)現(xiàn)代化管理的水平。透明工廠是建立在新的信息技術(shù)（IT）和通訊技術(shù)基礎(chǔ)上的，這些技術(shù)包括OPC開放軟件標(biāo)準(zhǔn)和WEB技術(shù)等。主要包含三方面的內(nèi)容：基于TCP/IP" title="TCP/IP">TCP/IP以太網(wǎng)的通訊、WEB模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和面向?qū)ο蟮木幊獭?br /> 濟(jì)鋼新近投產(chǎn)的3＃1750m3高爐工程的自動(dòng)化系統(tǒng)" title="自動(dòng)化系統(tǒng)">自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)就是本著“透明工廠”的理念，基于AB控制系統(tǒng)開發(fā)" title="系統(tǒng)開發(fā)">系統(tǒng)開發(fā)完成的。該項(xiàng)目自動(dòng)化系統(tǒng)采用二級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，一級為基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，以AB公司controllogix系列PLC為核心，監(jiān)控軟件RSView SE為實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)完成電氣傳動(dòng)控制、儀表過程控制" title="過程控制">過程控制，使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)成基于控制器的分布式控制系統(tǒng)，監(jiān)控站采用客戶機(jī)（Client）/服務(wù)器（Server）結(jié)構(gòu)。二級為過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，二級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)煉鐵的工藝技術(shù)參數(shù)計(jì)算等。一級和二級之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，通訊協(xié)議完全開放，在上掛總公司主干網(wǎng)，可以與 MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）和ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）無縫的連接。
二、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行在安全穩(wěn)定的環(huán)境中，是“透明工廠”理念應(yīng)用是否成功的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)中我們采用環(huán)形和放射性組網(wǎng)結(jié)合的原則，對高爐生產(chǎn)影響指數(shù)高、上下數(shù)據(jù)傳輸量大、工藝環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密的子站，采用冗余的環(huán)形組網(wǎng)。對輔助系統(tǒng)，下行數(shù)據(jù)量小的系統(tǒng)，采用放射性組網(wǎng)方式。同時(shí)，為了最大限度的使系統(tǒng)“透明化”，一些具備網(wǎng)絡(luò)功能的智能儀表、控制器和其他廠家的PLC，也通過相應(yīng)的通訊模板上掛以太網(wǎng)。信息的集散統(tǒng)一在爐頂PLC安裝的Prosoft公司的 1756-MNET、1756－DNB模塊收發(fā)，打包信息經(jīng)編譯處理后，再打包傳送給Modicon等處理器，作為最新的實(shí)時(shí)的控制條件輸入。
濟(jì)鋼鍋爐過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置簡圖
三、基礎(chǔ)控制層（L1級）完成的主要功能
1、礦槽部分：包括對礦石系統(tǒng)、焦炭系統(tǒng)、焦丁系統(tǒng)及上料主皮帶電氣設(shè)備的控制，完成高爐的供配料（料批周期程序， 正常裝料" title="裝料">裝料程序， 趕料程序， 礦石系統(tǒng)供配料程序， 焦炭供料程序）。
2、爐頂部分：對爐頂布料系統(tǒng)及有關(guān)部分的檢測與控制；爐頂打水系統(tǒng)、爐頂氣密箱及罐壓控制系統(tǒng)：多環(huán)布料、爐頂料罐及上料系統(tǒng)檢測與控制。
3、爐頂液壓站、調(diào)節(jié)閥液壓站、干油站、稀油站a、b探尺直流控制；爐身部分：自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)爐頂壓力，控制高爐的出鐵質(zhì)量。
4、冷卻壁部分：控制高爐冷卻水，保護(hù)高爐本體。控制膨脹罐壓力，自動(dòng)補(bǔ)水，控制膨脹罐液位在正常范圍，同時(shí)有事故補(bǔ)水系統(tǒng)。
5、熱風(fēng)爐部分： 包括三座熱風(fēng)爐和一座液壓站，實(shí)現(xiàn)了熱風(fēng)爐換爐、燃燒、送風(fēng)、自動(dòng)尋優(yōu)等功能。
6、原燃料系統(tǒng)：原燃料計(jì)量、球團(tuán)供料、燒結(jié)供料、生礦供料、焦炭供料。
7、水處理系統(tǒng)：軟水系統(tǒng)、凈水循環(huán)系統(tǒng)、爐役后期供水泵站。
四、過程控制層完成的主要功能
過程數(shù)據(jù)的收集、過程監(jiān)視、原燃料管理、專家系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型" title="數(shù)學(xué)模型">數(shù)學(xué)模型、生產(chǎn)操作指導(dǎo)、數(shù)據(jù)通訊、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理、報(bào)表打印。
1）過程數(shù)據(jù)的收集
該系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)接收來自基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)，包括原燃料數(shù)據(jù)、上料數(shù)據(jù)、爐頂數(shù)據(jù)、爐內(nèi)冶煉數(shù)據(jù)、煤粉噴吹數(shù)據(jù)、出鐵數(shù)據(jù)、等等。有些數(shù)據(jù)不能自動(dòng)獲取，或者通信故障時(shí)，操作員可在操作站上人工輸入到該系統(tǒng)中。
2）過程監(jiān)視
過程監(jiān)視是基于收集到的過程數(shù)據(jù)完成的。過程監(jiān)視主要包括下列內(nèi)容： 原燃料裝料數(shù)據(jù)、 爐頂溫度、壓力數(shù)據(jù)、 爐頂煤氣數(shù)據(jù)、 爐體各部溫度數(shù)據(jù)、 爐體各部冷卻水流量數(shù)據(jù)、 噴煤數(shù)據(jù)、 出鐵場渣鐵數(shù)據(jù)、 沖渣數(shù)據(jù)、 熱風(fēng)爐系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)。
3）原燃料管理
該系統(tǒng)對原燃料入/出槽進(jìn)行管理，包括：
原燃料數(shù)據(jù)的輸入：每次原燃料入槽時(shí)，按料槽輸入原燃料的牌號、成份、入槽量等數(shù)據(jù)。
槽存量管理：根據(jù)實(shí)際上料數(shù)據(jù)，管理原燃料槽存量等數(shù)據(jù)，低于規(guī)定量時(shí)進(jìn)行報(bào)警。
4）專家系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型
為滿足高爐生產(chǎn)穩(wěn)順，采用高爐專家系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)指導(dǎo)，提高鐵水質(zhì)量，降低能耗。
高爐數(shù)學(xué)模型專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能：
綜合計(jì)算集：爐料裝入跟蹤、爐頂煤氣成分與溫度分布、爐內(nèi)化學(xué)平衡、爐腹（風(fēng)口區(qū)）綜合計(jì)算、爐缸綜合計(jì)算等
在線動(dòng)態(tài)冶煉數(shù)學(xué)模型計(jì)算集：綜合配料模型、爐內(nèi)爐料模擬模型、物料平衡模型、Rist模型、爐熱計(jì)算模型、爐缸平衡模型、鐵水溫度預(yù)報(bào)模型、鐵水Si含量預(yù)報(bào)模型。
CRT 數(shù)據(jù)編輯：料倉品種設(shè)定、原料化學(xué)成分編輯、出鐵/渣信息編輯、知識(shí)庫規(guī)則參數(shù)編輯、配料模型數(shù)據(jù)編輯。
系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫：在線數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、冶煉知識(shí)數(shù)據(jù)庫。
高爐異常爐況報(bào)告：包括滑料、壓力損失、渣皮脫落、料面傾斜、爐溫波動(dòng)、料線過低、爐缸狀態(tài)、煤氣利用率變化、水系統(tǒng)漏水、爐況穩(wěn)定狀態(tài)等近百條報(bào)告內(nèi)容。
高爐異常爐況預(yù)報(bào)：包括爐熱趨勢、崩料孔隙、懸料、管道行程、爐壁結(jié)厚等。
五、系統(tǒng)應(yīng)用效果
該高爐自動(dòng)化系統(tǒng)自2005年8月投運(yùn)以來，運(yùn)行良好。從實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況看，由于“透明工廠”理念的成功應(yīng)用，極大的方便了操作人員對整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控、工程師維護(hù)工作，大大地減少的故障停機(jī)時(shí)間，大大地提高了生產(chǎn)率。強(qiáng)大實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)庫，記錄了高爐生產(chǎn)的過程控制特性，給高爐穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有力的支持，使專家系統(tǒng)能夠提前2小時(shí)左右預(yù)報(bào)爐溫及實(shí)時(shí)報(bào)告高爐運(yùn)行的各種異常征兆，同時(shí)提示處理方法，避免爐況波動(dòng)，解決高爐順行和相關(guān)設(shè)備的保護(hù)問題。提供從配料到出鐵之間各生產(chǎn)過程的冶煉數(shù)學(xué)模型，提供全套爐況推理規(guī)則及規(guī)則組合，高爐異常情況推理機(jī)等。依該高爐目前的情況為基礎(chǔ)，應(yīng)用這套系統(tǒng)后可將燃料比下降至500公斤/噸鐵以下。
濟(jì)鋼3＃1750m3高爐工程的自動(dòng)化系統(tǒng)無論從投產(chǎn)后運(yùn)行的順利程度還是從生產(chǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定性來看，都達(dá)到了國際先進(jìn)水平，產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用的前景廣闊。