1  引言

    當前國際金融危機對我國鋼鐵行業(yè)造成了較大沖擊，鋼鐵業(yè)要在這場(chǎng)全球金融危機中轉危為機，實(shí)現由大變強的轉變，就必須按照國務(wù)院鋼鐵產(chǎn)業(yè)調整振興規劃要求，加強產(chǎn)業(yè)結構調整和技術(shù)改造。特別是要充分利用冶金自動(dòng)化和信息化對企業(yè)發(fā)展的促進(jìn)和保障作用，來(lái)提高企業(yè)的生產(chǎn)、管理、經(jīng)營(yíng)水平。

    冶金自動(dòng)化的發(fā)展給冶金企業(yè)的管理帶來(lái)了新的內涵，管控一體化已經(jīng)成為冶金自動(dòng)化的一個(gè)新特點(diǎn)。冶金企業(yè)從現場(chǎng)控制層到管理層需要通過(guò)一個(gè)開(kāi)放的基礎構架，實(shí)現全面的無(wú)縫信息集成。而隨著(zhù)intranet/internet 等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統上用于辦公室和商業(yè)的以太網(wǎng)逐步進(jìn)入了工業(yè)控制領(lǐng)域。從而將整個(gè)工廠(chǎng)作為一個(gè)系統實(shí)現其自動(dòng)化，達到實(shí)現企業(yè)的最佳經(jīng)濟效益的目標。
 

　　2  鋼鐵企業(yè)管控一體化架構組成

    當前鋼鐵企業(yè)管控一體化架構一般包括4級，如圖1所示。

圖1  鋼鐵企業(yè)自動(dòng)化一體化架構組成

　　其中：

    第1級為設備級，即基礎自動(dòng)化級。它是以plc和現場(chǎng)總線(xiàn)及工業(yè)以太網(wǎng)組成的分散控制系統，實(shí)現對生產(chǎn)設備的實(shí)時(shí)控制和監控。

    第2級為過(guò)程優(yōu)化級，它是把工藝知識、數學(xué)模型、專(zhuān)家經(jīng)驗以及智能技術(shù)結合起來(lái)的計算機控制技術(shù)。

    第3級為生產(chǎn)制造執行級，提供對從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過(guò)程的生產(chǎn)活動(dòng)的實(shí)現的信息。

    第4級為企業(yè)流程控制級，它提供了企業(yè)對物流、資金流、信息流的管理和控制。

    由以上4級架構組成的冶金自動(dòng)化管控一體化系統，隨著(zhù)自動(dòng)化和信息化的發(fā)展和演變，主要形成了企業(yè)管理決策系統，即erp系統；生產(chǎn)執行制造系統，即mes系統；以及由l2級和l1級構成的生產(chǎn)過(guò)程控制系統三大系統。利用網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)將這三大系統連接起來(lái)，就構成了冶金企業(yè)的一個(gè)完整的管控一體化系統。
 

　　3  基于 ethernet的鋼鐵企業(yè)管控一體化系統網(wǎng)絡(luò )架構

    冶金企業(yè)要想將企業(yè)管理決策系統、生產(chǎn)執行制造系統和生產(chǎn)過(guò)程控制系統三大系統連接起來(lái)，構成全面的無(wú)縫信息集成的管控一體化系統，就必須選擇一種合適的網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)。而以太網(wǎng)及tcp/ip通信技術(shù)由于具有以下特點(diǎn)：

    (1) 具有相當高的數據傳輸速率，能提供足夠的數據傳輸帶寬；

    (2) 利用冗余技術(shù)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )連接的可靠性，利用防火墻及訪(fǎng)問(wèn)控制技術(shù)保證信息網(wǎng)絡(luò )安全；

    (3) 能在同一總線(xiàn)上運行不同的傳輸協(xié)議，從而能建立企業(yè)的公共網(wǎng)絡(luò )平臺或基礎構架；

    (4) 在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中，運用了交互式和開(kāi)放的數據存取技術(shù)；

    (5) 易于網(wǎng)絡(luò )移植、易于維護，具有良好的性能價(jià)格比；

    (6) 以太網(wǎng)及tcp/ip技術(shù)已在it行業(yè)應用多年，已為眾多的技術(shù)人員所熟悉，市場(chǎng)上能提供廣泛的設置、維護和診斷工具，成為事實(shí)上的統一標準。

    因此，在冶金自動(dòng)化行業(yè)中的應用以太網(wǎng)及tcp/ip通信技術(shù)，一方面可以實(shí)現工廠(chǎng)自動(dòng)化技術(shù)與it技術(shù)、因特網(wǎng)(internet)技術(shù)的結合，成為制造業(yè)電子商務(wù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )制造技術(shù)的基礎，非常適合冶金自動(dòng)化行業(yè)中信息管理、信息系統處理。因此在冶金自動(dòng)化行業(yè)中應用以太網(wǎng)及tcp/ip技術(shù)實(shí)現管控一體化控制，已經(jīng)發(fā)展成為一種技術(shù)潮流。

    在某鋼廠(chǎng)管控一體化系統中，erp信息系統通過(guò)主干網(wǎng)與鋼廠(chǎng)的各部門(mén)聯(lián)網(wǎng)通訊，為全廠(chǎng)管理與控制提供信息服務(wù)支持。mes生產(chǎn)管理信息系統即l3級系統，是建立在全廠(chǎng)l1級基礎自動(dòng)化系統/l2級過(guò)程自動(dòng)化系統基礎上的。mes系統接受erp信息系統生產(chǎn)訂單，下達具體生產(chǎn)控制指令至l1/l2；同時(shí)，又在l1/l2級信息基礎上形成全線(xiàn)生產(chǎn)管理控制，并向erp級傳遞信息。圖2為該系統網(wǎng)絡(luò )架構圖，erp信息系統所在主干網(wǎng)采用全光纖交換的千兆以太網(wǎng)技術(shù)，mes系統網(wǎng)絡(luò )通訊采用光纖以太網(wǎng)，主交換機采用cisco 4506三層交換機，主交換機同時(shí)與該廠(chǎng)主干網(wǎng)上的erp系統相連，實(shí)現千兆主干、百兆交換到客戶(hù)端目的。同時(shí)mes將網(wǎng)絡(luò )劃分為不同的vlan實(shí)現不同分廠(chǎng)的l1/l2網(wǎng)絡(luò )與mes網(wǎng)絡(luò )間的高速路由，并制定網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)控制策略，控制vlan間數據訪(fǎng)問(wèn)，從而保證系統安全互訪(fǎng)。

    在鋼鐵企業(yè)中通過(guò)建立如圖2所示的管控一體化網(wǎng)絡(luò )架構，就可以利用erp信息系統實(shí)現物流、資金流、信息流的整合，滿(mǎn)足了各專(zhuān)業(yè)部門(mén)的業(yè)務(wù)需求分析，為全廠(chǎng)管理與控制提供信息服務(wù)支持。而mes生產(chǎn)管理信息系統是建立在全廠(chǎng)l1級基礎自動(dòng)化系統/l2級過(guò)程自動(dòng)化系統基礎上的，它接受erp信息系統生產(chǎn)訂單，下達具體生產(chǎn)控制指令至l1/l2級系統；同時(shí)，又在l1/l2級信息基礎上形成全線(xiàn)生產(chǎn)管理控制，并向erp級傳遞信息。
 

圖2  某鋼鐵企業(yè)基于ethernet的管控一體化網(wǎng)絡(luò )結構圖
 

　　4  工業(yè)以太網(wǎng)在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中的應用

    鋼鐵企業(yè)要實(shí)現管控一體化的目標，必須實(shí)現工廠(chǎng)車(chē)間底層設備狀態(tài)及生產(chǎn)信息的集成，這就要求應用數字通信技術(shù)實(shí)現工廠(chǎng)信息的縱向透明。當前鋼鐵企業(yè)的自動(dòng)化系統正向分布化、智能化的實(shí)時(shí)控制方面發(fā)展，但在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程控制中一般都使用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，但現場(chǎng)總線(xiàn)存在總線(xiàn)互不兼容，不同公司的控制器之間不能相互實(shí)現高速的實(shí)時(shí)數據傳輸，信息網(wǎng)絡(luò )存在協(xié)議上的鴻溝等問(wèn)題。以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展增強了通信的確定性。首先，在網(wǎng)絡(luò )拓撲結構上，采用星形連接及交換式hub，提供數據緩沖及具有確定接收數據的網(wǎng)段智能，使數據沖撞及重發(fā)機會(huì )最小化；其次，快速以太網(wǎng)(100mbps,1gbps)的發(fā)展及網(wǎng)絡(luò )冗余技術(shù)使以太網(wǎng)更適應于實(shí)時(shí)應用；另外，改進(jìn)的通信協(xié)議克服了tcp/ip協(xié)議中的緩沖器滿(mǎn)足發(fā)送及沖撞控制中允許“丟”包等缺點(diǎn)。光纖不受噪聲干擾，適合使用于實(shí)時(shí)監控的高噪聲現場(chǎng)環(huán)境。具有tcp/ ip接口的現場(chǎng)設備(field device)可以無(wú)須透過(guò)現場(chǎng)的計算機，直接連接internet，實(shí)現遠程監控(remote control)的功能。
 

圖3  某煉鋼廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統網(wǎng)絡(luò )結構圖
 

    如圖3所示，該圖為某鋼鐵企業(yè)煉鋼廠(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程控制系統的網(wǎng)絡(luò )結構圖，其基礎自動(dòng)化控制系統就是采用德國西門(mén)子公司的simatic net技術(shù)構建的儀控合一的基礎工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )。整個(gè)基礎自動(dòng)化控制系統是由l2服務(wù)器、l1服務(wù)器、各種智能專(zhuān)家系統計算機以及大型plc組成工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )通信介質(zhì)使用的是屏蔽雙絞線(xiàn)以及光纖，通信速率為10mb/s，采用環(huán)形拓撲結構進(jìn)行信息的交換，在l1級服務(wù)器上處理現場(chǎng)設備控制和監控，在l2級服務(wù)器上根據現場(chǎng)設備采集的工藝數據進(jìn)行模型計算，實(shí)現過(guò)程級控制。
 

　　5  結束語(yǔ)

    構建以以太網(wǎng)為核心的鋼鐵企業(yè)管控一體化系統，可以實(shí)現企業(yè)采購、銷(xiāo)售、計劃、生產(chǎn)的一體化管理，不僅可以使銷(xiāo)售合同兌現率、交貨周期精度、銷(xiāo)售詢(xún)單應答時(shí)間、合同平均處理時(shí)間、生產(chǎn)計劃兌現率、客戶(hù)滿(mǎn)意度等效益指標普遍得到改善；而且對于降低庫存，減少了資金占用，加快了流動(dòng)資金周轉天數也具有明顯的效果。因此在冶金企業(yè)中推進(jìn)基于以太網(wǎng)的管控一體化系統，可以為企業(yè)提高管理水平、增加經(jīng)濟效益以及適應市場(chǎng)變化等帶來(lái)極大的好處。
 

　　作者簡(jiǎn)介
    謝會(huì )成  工程師，主要從事鋼鐵企業(yè)mes系統的研究與開(kāi)發(fā)工作。