炼钢综合生产实时数据采集系统技术方案书.docx
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炼钢综合生产实时数据采集系统技术方案书
炼钢综合生产实时数据采集系统
技术方案书
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1系统概述
随着现代控制网络技术的发展，生产工业流程自动化水平在不断的提高，自动化、信息化给企业带来的巨大经济效益是众所周知的。
现代冶金工厂的情况是，大部分生产控制都实现自动控制，而且部分自动化能力较高的企业控制程序以发展人工智能的高级阶段。
但是，作为管理功能还是处于一种简单的报表功能，生产的组织者与管理者的信息沟通不能实现网络化，天派公司开发的炼钢综合生产实时数据采集系统，借助于自行开发的软件处理与工厂局域网相链接，时时高效的把生产、物流、能源、设备状态等即时上传，把工厂原有的静态报表改变成随生产时时变化动态报表，使工厂的生产信息及时传达到各管理层次，真正实现了工厂生产组织与管理的动态化、信息化的现代化交互功能。
根据企业厂级控制系统的实际情况，厂用控制系统是采集汇总分散就地安装的自动化系统的全部智能设备数据，并对原有控制系统的自动化监控数据进行数据提取和数据整合，对系统全部实时数据根据厂级管理系统需求灵活地进行数据实时抽取，将全厂实时数据汇总于信息管理数据库中，实现全厂控制系统实时进行查询统计分析、历史数据存储、信息曲线显示等高级管理功能。
系统主站计算机具备WEB服务功能，用户在厂级信息以太网上通过权限能实时查阅系统各部分自动化数据、画面。
厂领导能在任何地方，通过INTERNET网查看全厂当时系统的信息变化情况，及时掌握、指导生产情况。
相关职能部门能共享全厂信息实时信息，及时协调工作、控制生产效率，及时解决存在的问题，系统的建立能带来显著而巨大的经济效益。
随着系统的建立和完善，将充分体现信息管理系统在生产、管理中的重大作用。
炼钢综合生产实时数据采集系统利用现场总线将各个一级PLC生产控制系统信息连接起来，将现场实时信息通过以太网汇集传送到主计算机系统，实现全厂生产控制系统的实时数据采集管理功能。
1.1系统的实施意义
通过应用本系统在很大程度上实现了如下的目标：
1、整合了企业过程控制系统数据资源，解决了企业中多种、多套过程控制系统的联网、集成、管理问题；能够满足企业多工段、多车间、多过程集成需要。
2、从全厂生产过程中的各个方面收集生产信息，并按照全厂信息模型组织这些数据，最终提供给企业管理人员和其他应用软件使用。
3、通过实时跟踪企业各车间物料消耗、原料供应、操作人员、过程信息和设备信息，使企业生产经营管理人员对企业的生产条件有一个全面的了解。
4、收集、存储并分析产品数据，为持续的生产过程优化、提高提供依据。
集成生产过程有关的操作规程、技术文档、设备文档，并以方便的界面提供给企业管理和操作人员。
5、全面标准、开放的实时/历史数据存储和服务，并将这些数据以可追忆的形式提供给企业生产管理人员，计算和分析生产成本的；管理信息系统软件、企业资源计划（ERP）管理软件和供应链管理软件可以按自己的需要访问、组织、使用系统中的所有数据。
6、实时数据平台的建立帮助企业增强了在IT建设上的回报，提高投资效益，使企业的管理系统运行在实时生产过程数据的基础上，大大地从企业信息化建设中受益，从而提高产品质量、缩短制造周期；提高全面装备效率；提高人工效率；提高企业信息化建设的满意度。
1.2系统的功能需求
通过建立企业实时历史数据库平台，为生产管理信息化建设提供现实基础。
通过建立通用的网络客户端平台，把实时数据、历史数据、质量数据和关系型数据转换成丰富的个性化的信息显示，利用网络浏览器在企业任何地方访问这些信息。
1、通过数据接口站实时采集各控制系统的生产实时数据；
2、建立实时数据库，集成实时信息；
3、提供生产工况图、历史数据趋势图、报表分析工具；
4、提供与上层管理系统的数据交互、转发等开发接口；
5、为企业决策层提供必要、及时、可靠的现场过程数据；
6、提升生产制造的体系架构；
7、将现场数据转换成企业管理的智能应用；
8、充分利用和保障ERP以及管理系统投资；
1.3系统特点
1.技术先进性：
采用了面向对象的多层结构，并采用流行的B/S架构，充分利用了网络通讯技术和ASP.NET技术，将先进管理思想与钢铁行业的具体情况相结合。
2.可扩展性：
编程架构上将数据层、逻辑层和界面层分离，大大增强了系统的可扩展性和可维护性。
采用稳定核心加外挂模块的方式，使得挂接外部模块和功能都非常方便。
可以满足用户需求不断发展的要求，在接纳已有的系统和在今后系统软硬件扩展时，能有效地保护已有的投资。
特别是在应用需求变化时，容易调整。
既能满足当前的管理要求，又为今后的扩充留有空间，无重新初始之苦，便于扩展（可以采集原系统安装的所有厂家的数据、适应各种通讯协议）。
3．标准化：
系统采用分层分布式结构，包括管理主站系统层、现场采集层（子系统）。
子系统主站采用100M以太网，充分考虑未来扩展的需求。
一级PLC生产控制系统通过该网络联接子系统主站。
各智能装置之间仅通过现场控制总线连接组网，可靠性高。
4．安全性：
系统的安全性通过网络防火墙、多级授权和安全的大型数据库三重保证。
所有的操作都有记录日志，确保跟踪系统变化的过程。
5.可靠性/稳定性：
系统通过了长时间严格的测试和各种类型用户的长久使用。
同时，系统提供完整的系统纠错能力和容错能力，保证系统运行的可靠性。
6.共享性：
系统的管理、资源分配、数据库操作、业务逻辑等工作由服务器处理。
从而降低管理难度，有效提高了整个系统的运行效率，大大降低了应用系统部署，管理和维护的成本。
7.统一设计，分步实施：
做到统一规划、统一设计，以保持规划设计的前瞻性，避免重复投资和浪费。
8.可操作性：
由于运用计算机工作环境，各运用人员都可以高效、快速、准确地完成工作任务，工作变得轻松和兴趣盎然，体验好用、易用的信息化系统给自己的实用价值。
2系统网络结构示意图
根据用户实际系统情况，确定系统信息机构如下：
3解决方案
3.1系统配置：
3.1.1软件配置：
3.1.1.1系统平台：
◆服务器操作系统：
Windows2003企业服务器版
◆客户端操作系统：
WindowsXP/2000/2003专业版
◆数据库：
MicrosoftSQLServer2008企业版
◆运行平台：
.NETFrameworkv3.5
3.1.1.2开发工具：
◆开发环境：
MicrosoftVisualStudio.NET2008企业版
◆编程语言：
CSharp（C#）
◆数据库开发：
MicrosoftSQLServer2008企业版
◆文档编制：
MicrosoftOffice2007，Visio2007
◆使用控件：
InfragisticsNetAdvantage2008V2for.NET
3.1.2硬件配置：
3.1.2.1基本应用
主流的应用模式：
Web应用的模式是使用1台服务器，前端的Web服务器，后台采用的数据库服务器，如图所示，前端Web服务器承载实现Web应用的软件及中间件，数据库服务器主要承载后端的数据库应用，实现访问时的数据库调用。
功能示意图
3.1.2.2硬件环境
•服务器一台（IBMSystemx3650）
•网卡两块
•与服务器型号相同的硬盘（六块SAS接口）
•RAID控制器（1块）
3.1.2.3软件环境
•服务器系统操作平台（Windows2003企业版）
•数据库系统软件（MicrosoftSQLServer2008企业版）
•一个闲置的IP地址
3.1.3数据存储
服务器做WEB程序服务，生产采集历史数据做数据库存储，数据通过WEB程序画面以及各采集终端服务器存储到数据库服务器中，而对于服务器物理存储结构采用RAID5冗余，将生产需要的实时数据全部存放在磁盘中。
服务器同时连接磁盘阵列，将企业需要的数据全部存放在磁盘阵列中。
磁盘阵列采用RAID5冗余，即5+1组合方式，以保证数据的安全性。
数据库文件保存在磁盘阵列中，从而可以保证数据库的及时备份，也保证存储的数据的安全稳定。
3.1.4数据库维护
对于软件的数据库维护与备份，我们将采用启动SQLSERVER中服务程序配置数据库文件的定时备份，对需要备份的数据库文件可以下备份计划，默认的备份周期是一星期，当然也可根据厂方要求自己定义数据库备份的周期与时间，同时对于长期备份的数据库文件会越来越多，导致所占的磁盘空间会越来越大，也可通过计划按一定周期和时间来删除备份时间太久的数据库文件，具体周期长短由厂方决定。
3.1.5防火墙：
在炼钢综合生产网络跟其它管理网络之间采用网络硬防火墙设备，生产网络的线路与其防火墙的内网连接，而管理网的外网线路与防火墙外网接口连接，内网的IP地址段跟外网的IP地址段不是在同一网段内，使之生产内网只有炼钢综合服务器与外部管理网相连接，其它内部网络计算机无法与外部管理网连接，这样在物理上隔离了生产内部网络与管理外部网络的安全问题，避免了因网络安全问题而影响炼钢综合生产内部网络，同时也避免生产内部网管理外部网任意通讯而导致的一些信息安全问题。
3.1.6通讯配置：
通讯系统在炼钢综合生产实时数据采集服务器上分别独立接收脱硫、转炉、连铸、上料四个采集终端数据,每一个进程将单独接收处理指定采集终端数据信息,通过以太网以数据库为载体进行信息传递。
这样做的优势是一旦与某一个采集终端通讯出现故障后，其它采集终端通讯接收程序继续运行，不受其影响。
并发性：
在服务器数据库中对每一个采集站建立一张实时数据表，分别存放来自各采集终端采集的数据信息。
处理程序采用并发式处理，互相无干扰，一旦其中某个进程由于异常无法处理消息，不会影响到其他进程的执行。
可维护性：
由于通讯线路发生故障或其它不明原因,使得采集终端与服务器间通讯失败，或者消息信息格式发生异常，通讯进程都会将该消息存储在日志中，待维护人员查询处理，待问题解决后，可选择重新处理该消息，如因网络不通畅造成数据上传堵塞，采集终端会在本地计算机数据库中做数据缓存24小时，待网络通畅时上传历史数据，做到不丢失数据的目的。
易操作性：
各采集终端处理程序进程都采用托盘程序形式最小化在任务栏中，一旦出现异常，便于维护人员调出程序，及时发现异常原因并进行调试，而相对服务程序就不便于调试。
实时性：
处理进程会随采集终端的启动而启动，重启采集终端计算机时不用再做进程启动工作，大大减少了维护人员的维护工作。
也可人工干预启动或停止。
3.1.6.1OPC定义
OPC全称是OLEforProcessControl，是过程控制业中的新兴标准，它的出现为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。
在过去，为了存取现场设备的数据信息，每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。
由于现场设备的种类繁多，且产品的不断升级，往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。
通常这样也不能满足工作的实际需要，系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。
在这种情况下，OPC标准应运而生。
OPC以OLE/COM/DCOM机制作为应用程序级的通信标准，采用客户/服务器模式，把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以OPC服务器的形式提供给用户，解决了软、硬件厂商的矛盾，完成了系统的集成，提高了系统的开放性和可互操作性。
OPC标准以微软公司的OLE技术为基础，它的制定是通过提供一套标准的OLE/COM接口完成的，在OPC技术中使用的是OLE2技术，OLE标准允许多台微机之间交换文档、图形等对象。
3.1.6.2OPC技术及接口
OPC技术的实现包括两个组成部分，OPC服务器部分及OPC客户应用部分。
OPC服务器是一个典型的现场数据源程序，它收集现场设备数据信息，通过标准的OPC接口传送给OPC客户端应用。
OPC客户应用是一个典型的数据接收程序，如人机界面软件（HMI）、数据采集与处理软件（SCADA）等。
OPC客户应用通过OPC标准接口与OPC服务器通信，获取OPC服务器的各种信息。
符合OPC标准的客户应用可以访问来自任何生产厂商的OPC服务器程序。
通过DCOM技术和OPC标准，完全可以创建一个开放的、可互操作的控制系统软件。
OPC采用客户/服务器模式，把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以OPC服务器的形式提供给用户，解决了软、硬件厂商的矛盾，完成了系统的集成，提高了系统的开放性和可互操作性。
OPC服务器通常支持两种类型的访问接口，它们分别为不同的编程语言环境提供访问机制。
这两种接口是：
自动化接口（Automationinterface）；自定义接口（Custominterface）。
自动化接口通常是为基于脚本编程语言而定义的标准接口，可以使用VisualBasic、Delphi、CSharp等编程语言开发OPC服务器的客户应用。
而自定义接口是专门为C++等高级编程语言而制定的标准接口。
OPC现已成为工业界系统互联的缺省方案，为工业监控编程带来了便利，用户不用为通讯协议的难题而苦恼。
任何一家自动化软件解决方案的提供者，如果它不能全方位地支持OPC，则必将被历史所淘汰。
图1OPC服务器程序接口
3.1.6.3OPC技术在过程控制中的应用
OPC数据采集技术
OPC技术通常在数据采集软件中广泛使用。
现在众多硬件厂商提供的产品均带有标准的OPC接口，可以编制符合标准OPC接口的客户端应用软件完成数据的采集任务。
随着软件组件化的发展，过去提出的搭积木方式在工控软件中成为现实，用户可以通过各种软件模块完成控制应用的实现。
通过OPC连接到目标服务器后，我们就可以随心所欲了，你可以存取数据，可以按照自己的想法控制相关变量。
3.1.6.4用OPC实现实时数据采集方法
OPC即OLEforProcessControl，它是世界上多个自动化公司软硬件供应商与微软合作开发的一套工业标准，是专为在现场设备、自控应用系统和企业管理应软件之间实现系统无缝集成而设计的接口规范。
基于OPC规范所形成的OPC服务器/客户端程序作为开放工控系统的中间件，已经得到日益广泛的应用，许多组态软件也具备了OPC接口并内嵌OPCServer。
所以，一般的应用软件可以通过编写OPCDA规范的客户端访问程序，即可实时读写工业现场的数据，为了能让用户以直接访问数据库的方式得到实时数据，可以把多个异构的控制网络或监控系统的过程数据实时引入到一个数据库中。
实现原理如图2所示。
图2OPC方式实现实时数据库原理图
现在假定该企业局域网上有一个平台开发的监控系统，一个采用RSViewSE，通过RSLinx已连通OPCServer，则可利用OPCDA自动化接口开发一个OPC客户端程序采集监控系统实时数据到关系数据库中。
其中，OPCServer在安装组态软件时已自动注册到计算机中，RSViewSE的OPCServer名为RSLinxOPCServer，另一个的OPCServer名为RSLinxRemoteOPCServer。
实现实时数据库的程序流程图如下图3：
图3实时数据库的程序流程图
OLE自动化标准接口，及采用OLE自动化技术进行调用，其技术为上节所述的OLE自动化技术。
OLE自动化标准接口定义了以下三层接口，依次呈包含关系。
OPCServer：
OPC启动服务器，获得其他对象和服务的起始类，并用于返回OPCGroup类对象；
OPCGroup：
存储由若干OPCItem组成的Group信息，并用于返回OPCItem类对象。
OPCItem：
存储具体Item的定义、数据值、状态值等信息。
由于OPC规范基于OLE/COM技术，同时OLE/COM的扩展远程OLE自动化与DCOM技术支持TCP/IP等多种网络协议，因此可以将OPC客户、服务器在物理上分开，分布于网络不同节点上。
通俗的讲OPC客户端数据采集服务器可以与OPCServer上位机服务器分开，只要在同一个工控网络环境内就可以，配置好的数据采集服务器可以在网络内的上位机OPCServer建立远程连接，来读取生产过程中的各种时时现场数据。
3.2系统功能：
3.2.1数据流图：
3.2.2功能介绍：
炼钢综合生产实时数据采集系统是一套将脱硫、转炉、连铸、上料采集终端系统中的数据信息进行数据收集，接收各个采集终端的实时数据，通过综合分析、数据模型计算后，将各个采集终端数据进行综合分析，并存储到炼钢综合生产实时数据采集系统中，因此在该系统中形成了综合数据分析、综合化验管理、综合趋势分析、综合设备管理、综合报表分析以及综合设备管理几大功能。
最终把分析处理后的数据形成报文，即时上抛给ERP系统。
炼钢综合生产实时数据采集系统是通过把原有的零散化管理进行集中综合化有序的管理，使得生产管理人员在同一地点即可看到各个分站采集终端的生产数据，并能够将各个采集终端系统的数据进行综合比较分析，解决跨地域问题，同时也使得个生产管理人员对各采集终端系统生产数据进行综合分析后，做出更加科学合理的决策。
以下是我们依据各钢厂的现场及工艺情况大体划分如下功能模块，具体模块内容依据现场各车间生产系统模块工艺要求而定。
综合管理功能：
主要是接收各个采集终端系统的生产技术指标进行综合分析、统计、计算，存储，最终形成用户要求的综合数据表，便于用户进行综合查询，综合管理。
下面依据各车间的生产工艺情况，列举了该功能涉及的模块功能，具体内容依据现场各车间生产系统模块内容及工艺人员要求而定。
1）脱硫：
脱硫剂料量管理，铁水成份管理，铁水重量管理等综合管理。
2）转炉：
钢水成份管理、出钢温度管理、实时记录吹氧量的变化情况，炉温记录，炉衬及倾动设备检查数据等等。
3）上料：
主要包括对转炉上料计量管理，流程跟踪管理等等。
4）连铸：
a）钢水重量管理；
b）钢包、中间罐、连铸机、二冷水、切割、坯场生产流程跟踪；
c）钢坯质量跟踪；
d）坯场管理（直送量、下线量、坯场内钢坯库存情况）；
5）全厂生产流程的跟踪功能
铁水到达——>脱硫——>炼钢——>连铸——>坯场——>加热炉；
6）全厂能源管理
a）全厂能源消耗情况统计报表
02、Ar、N2、煤气、新水、蒸汽等的消耗班报、日报、月报；
b）全厂能源回收情况统计报表。
煤气回收，蒸汽回收量的班报、日报、月报；
7）全厂物流情况的统计报表
a）铁水消耗量；
b）炼钢辅原料管理，如白灰、白云石、焦炭、矿石消耗量等；
c）合金料消耗量；
d）耐火材料消耗量；
以上各种材料消耗量的班报、日报、月报。
8）全厂生产设备故障信息的管理
各项管理功能方案，仅举化验管理为例说明。
化验管理：
此模块共包括：
下检化验委托单、化验数据结果查询、下检化验委托单查询和手录数据四个子系统。
主要功能是对检化验系统抛送化验委托单，接收结果和对结果查询并实时转发配料的化验数据。
1、下TS委托单
功能综述
此子系统实现化验样品编码的生成、化验项目的选择和向检化验系统抛送委托单的功能。
实现算法（亦即程序处理过程）
在下委托单时，按样品编码的生成规则，不同的料号填写不同的选项，确定后生成样品编码并转入发送页面。
在发送页面选择要化验的项目，单击发送按钮，下委托单完成。
样品编码的生成规则样例详见“TS系统样品编码.doc”等说明文档（此文档在附录中有详细介绍），如有更改，也可根据对方情况来商定。
通过接收各个车间采集终端系统发来的检化验数据，进行分类汇总、计算、存储，并形成化验数据综合对比，同时所形成历史的数据，用户可以实时进行查询。
下面依据各车间的生产工艺情况，列举了该功能涉及的模块功能，具体内容依据现场各生产系统模块内容及工艺人员要求而定。
具体演示画面如下所示：
下委托单界面
发送委托单界面
检化验返回结果查询
功能综述
此子系统实现化验结果数据查询的功能。
显示画面
TS下委托单查询
功能综述
此子系统实现下委托单查询的功能。
显示画面
下委托单查询界面
动态监视：
对历史数据库中所记录的所有数据都可以用曲线或柱状图、表格等形式显示出来，以供参考和分析。
提供的趋势曲线控件功能强大，用户可以进行多重数据、多条曲线进行综合对比，所有操作都以Web方式进行。
下面依据各车间的生产工艺情况，列举了该功能涉及的模块功能，具体内容依据现场各车间生产系统模块内容及工艺人员要求而定。
脱硫：
脱硫剂料量监视，脱硫剂喷吹系统监视，铁水温度监视，铁水搅拌系统监视，扒渣系统监视等等。
主要是对脱硫系统各项关键数据变化给以时时的画面和数据反应，便于中控对送料情况掌控。
转炉：
实时反应出转炉的吹氧情况，转炉温度变化情况，钢水取样情况等信息。
具体演示画面如下所示：
（1）表格形式：
（2）图形显示：
柱状图
（3）曲线图
一级流程画面：
可实现web形式浏览四个生产系统一级各个主要设备流程的运转状态。
生产实时监控基本风格以DCS/PLC原有画面风格为准，所有的实时参数都以只读的方式从DCS/PLC上采集上来，不进行操作。
它可集成多套DCS/PLC的数据。
具体演示画面如下所示：
转炉一级主画面
连铸一级主画面
设备监视：
通过接收各个生产采集终端系统发来的设备状态数据进行综合分析处理，对各个区域的主要生产设备的相关指标的监控，以及记录设备的运转情况等等。
下面依据各车间的生产工艺情况，列举了该功能涉及的模块功能，具体内容依据现场各生产系统模块内容及工艺人员要求而定。
具体演示画面如下所示：
能源管理：
功能综述
主要功能是对生产车间耗用的各种能源进行监视，为指导生产提供分析数据。
具体子模块项目包括：
生活用水、净化用水、电耗监视、煤气流量等。
此模块功能包含自动采集功能和手工录入功能。
根据现场实际应用环境的需要，有效将生产数据反映到实时数据采集系统中。
下面为示例画面，其它画面与其类似。
显示画面
在此界面中可对每种能源的各检测点的耗量添加。
在此界面中可对每种能源的各检测点的耗量查询。
报表系统：
根据相关生产信息利用采集的各个采集子系统数据生成各类生产调度图表以及生产时报、班报、日报、月报、年报等，进行数据综合汇总，形成现场工艺人员需要的综合性报表。
下面依据各车间的生产工艺情况，列举了该功能涉及的模块功能，具体内容依据现场各生产系统模块内容及工艺人员要求而定。
脱硫：
此模块共包括：
日报、月报等一些生产相关报表、报表日志录入和报表手工录入4个子系统。
主要功能是对生成脱硫系统的各种报表和供查询的功能。
转炉：
主要包括转炉区时报、转炉区班报、转炉区日报等报表。
（1）转炉区炉次报：
按照每一炉次生产状况，自动生成转炉区域各个系统的参数情况。
（2）转炉区日报：
每天自动生成转炉区消耗，主要设备运转情况，及其它相关技术参数。
具体演示画面如下所示：
用户管理
功能综述
此模块实现系统用户添加和用户信息维护修改的功能。
在这个页面的右面的功能是添加新的用户，并且可以修改。
显示画面
权限设置
功能综述
此模块实现为每个用户设置权限。
对不同的用可以授予不同的权限，这样是整个系统软件的操作方式更加方便，同时也对模块功能操作安全性大大增强。
显示画面
3.2.3功能结构图:
3.2.4工期
整体工期180天。
炼钢综合生产实时数据采集系统详细设计30天。
系统开发部分90天，
升级会员 