钢铁企业过程控制系统架构与集成.pdf
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1、2023年6 月第5 卷第3 期电工钢ELECTRICAL STEELJun.2023Vol.5No.3:39 钢铁企业过程控制系统架构与集成肖钰,柯骥,张浩,王冲(武汉钢铁有限公司硅钢部,湖北武汉43 0 0 8 3)摘要:过程控制系统是一种运用于制造企业车间层的管理与控制系统,连接了上层的计划管理系统和底层的工业控制系统,通过信息传递对整个生产过程进行优化管理。在钢铁企业实施过程控制系统,需要针对流程型行业的生产特点,设计合理的软硬件架构,并进行合适的系统集成,发挥其作为钢铁企业信息中枢的重要作用。本文重点介绍硅钢过程控制系统的网络架构和软件架构,并对其使用的系统集成技术进行了分析研究。关
2、键词:过程控制系统;系统架构;系统集成;企业信息化;智慧制造中图分类号:TG142.77文献标志码:A文章编号:2 0 9 6-7 1 0 1 2 0 2 3)0 3-0 0 3 9-0 6Architecture and integration of process control system in iron and steel enterprisesXIAO Siyu,KE Ji,ZHANG Hao,WANG Chong(Silicon Steel Department,Wuhan Iron and Steel Co.,Ltd.,Wuhan 430083,China)Abstract:P
3、rocess control system is a kind of management and control system used in manufacturingenterprise shop floor.It connects the upper planning management system and the lower industrialcontrol system,and optimizes the management of the entire production process through informationtransfer.In order to im
4、plement process control system in iron and steel enterprises,its necessaryto design reasonable hardware and software architecture,and carry out appropriate systemintegration according to the production characteristics of process industry.The system plays animportant role as the information center of
5、 iron and steel enterprises.The network architecture andsoftware architecture of process control system in silicon steel department were introduced in thispaper,of which the system integration technology was also analyzed and studied.Key words:process control system;system architecture;system integr
6、ation;enterpriseinformatization;intelligent manufacturing钢铁企业具有制造工序复杂、生产节奏快速、工艺变换频繁、设备种类繁多等特点,对产品生产及质量管理的要求很高。通过信息化、智能化的方法,对钢铁生产过程中的材料、设备、控制参数等信息进行集中管理和利用,可以显著地提高钢铁产品生产的质量和效益,是钢铁行业推进智慧制造的重要方向。某大型钢铁企业硅钢生产部门在智慧工厂建设过程中,以过程控制系统的建设为核心,将工厂的数字化、智能化水平提升到一个新的层次。过程控制系统(L2)是一种位于上层的计划管理系统(L3)与底层的工业控制系统(L1)之间的面向
7、车间层的管理与控制系统。它为操作人员和管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态。L2系通信作者:肖钰(1 98 3 一),硕士,工程师;统通过信息传递,对从计划下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当生产线发生实时事件时,它能对此及时做出反应和报告,并利用当前的准确数据对其进行指导和处理1。在硅钢车间实施L2系统,需要根据硅钢生产的环境、设施、需求等情况设计合理的体系架构,并在此基础上进行系统集成,实现提高生产效率、提升产品质量、支撑企业高速发展的目标。1过程控制系统的特点过程控制系统(L2)的目的在于通过实时的数据采集和分析来提供最佳的生产控制,它
8、是工厂和管理之间的接口,强调通过信息集成来实现生产层和业务层之间的信息传递,以及优化整个企业的生产流程。L2的关键是强调整个生产过E-mail;收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 340程的优化,它需要收集生产过程中大量的实时数据,并对实时事件及时处理;同时又与计划层和控制层保持双向通信能力,从上下两层接收相应数据并反馈处理结果和生产指令。因此,L2系统不同于以下发计划为主的生产管理和以辅助的物料流为特征的传统车间控制器,也不同于偏重于以作业与设备调度为主的单元控制器,而应将L2系统作为一种生产模式,把制造系统的计划和进度安排、追踪、监视和控制、物料流动、质量管理、设备的控制和计算机集成制造
9、接口等一体化去考虑,以最终实现智慧制造的目标2 。L2系统的特点可以总结如下:1)实时性:L2实时收集生产过程中的数据和信息,并做出相应的分析处理和快速响应。2)信息中枢:L2通过双向通信,提供横跨企业整个供应链的有关车间活动的信息。3)软硬件结合:L2是一个集成的信息化系统,是用来完成车间生产任务的各种技术和方法的集合。4)个性化差异大:L2是负责车间生产管理的系统,由于不同行业甚至同一行业的不同企业的生产管理模式都不同,因此L2的个性化差异明显。5)二次开发较多:由于L2的个性化差异明L2超融合服务器集中机房电工钢显,导致L2系统实施时,往往二次开发较多。2硅钢过程控制系统架构硅钢的生产工
10、艺复杂,机组众多且位置分散,对过程控制的实时性和稳定性要求很高。在实施L2系统时,要保证体系架构,必须结合硅钢生产实际,降低使用者的工作量和复杂度,实现提高生产效率、提升产品质量、降低工作难度等目标。2.1网络架构及关键设备硅钢L2系统通过工业以太网连接底层的工业控制系统(L1)和上层的制造管理系统(L3,在网络规划上使用了层次化的局域网模型,将网络划分为核心层、汇集层和接人层3 。核心层使用了2 台万兆交换机,用于超融合服务器内部虚拟化网络的联通,保证数据高速、稳定地交换。汇集层网络设备部署在电气室和集中机房中,承担了访问策略控制、数据包处理、过滤、寻址和其他数据处理任务。其中边界防护设备采
11、用IP地址NAT转换方式,为边界系统提供访问控制和人侵防范功能。接入层位于各机组操作室,部署了光纤交换机和L2终端计算机。用户在该层级对L2系统进行访问和使用。硅钢L2系统网络拓扑如图1 所示。L2汇聚交换机第5 卷至L3L2-L3交换机L1-L2交换机电气PLC柜公辅PLC柜炉燃PLC柜红外炉PLC柜DCS集中通信柜电气交换机L1-L2防火墙电气室L2边缘交换机DCS交换机L2边缘交换机头部操作室L2终端生产现场尾部操作室L2终端表检仪图1 硅钢L2系统网络拓扑称重仪孔洞仪铁损仪第3 期数据采集是L2系统的重要功能,为了实时稳定地采集机组生产过程中的工艺数据,根据硅钢计控设备使用特点,设计了
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