鐵前生產工藝大數據實時共享系統

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鐵前生產工藝大數據實時共享系統目前，國內大多鋼鐵企業鐵前區域各生產工藝單元之間的基礎自動化系統（一級系 統）和生產控制系統（二級系統）在網絡物理層面是相對獨立的，各生產工藝單元間數 據就像一個個數據孤島，無法實時共享。因建設年代的關係，二級生產控制系統中的極 大多數未配置專用數據存儲設備。系統僅可以緩存較短時間、粒度不是特別密集的生產 工藝數據。想按照秒級存儲一代爐齡的海量數據基本不可能。因此，鐵前生產工藝大數據實時共享的需求成為煉鐵企業較為迫切的需求。

目錄

一、解決方案簡述

1、 方案簡介與功能目標

隨着「雲存儲、大數據」時代的來臨。煉鐵企業對生產過程中產生的數據越來越關注，積累海量的生產工藝實時數據不僅可以為精益化控制提供有效的數據支撐，同時還 可以為生產過程中出現的生產故障生產事故提供歷史數據分析資源。

2、 技術體系與技術特點

（1）技術難點

進行鐵前生產工藝大數據實時共享系統的研發主要存在以下三個方面的技術難點：

難點1:數采鏈路的建立。鐵前區域包含混勻、燒結、球團、焦化、高爐煉鐵、檢 化驗等眾多生產工藝單元，每個生產工藝單元的基礎自動化系統、控制系統的建設時間 不同，採用的PLC、控制授權、操作系統不同。建設較早的生產工藝單元，網絡架構設 計為了減少計算機網絡病毒、網絡攻擊對生產安全產生危害，很多在物理上都沒有實現 連通。眾多的多樣性，給數據採集工作帶來了巨大的困難。

解決方案：

♦打通物理鏈路：在生產單元和公司信息網之間架設通訊服務器，通訊服務器間限 定定向跳轉，通訊服務器採用雙網卡工作方式，一塊網卡接入到數據採集OPC數據服

務器所在控制網並在這塊網卡上啟用單臂路由保護，一塊網卡接入到信息化網絡並在這 塊網卡上啟用點對點路由保護，減少ARP攻擊、廣播風暴、數據透傳等網絡行為有可能對生產系統的影響，保證生產系統的安全穩定運行。

♦打通數據鏈路：對於建設中不含有OPC數據服務或需要穿透硬件防火牆的生產

工藝單元，通過自開發基於UDP通訊協議的通訊接口進行數據轉發。在連接進入公司 信息化網絡前建立專用OPC數據服務，從而實現數據採集接口的規範化、統一化。

難點2：生產工藝參數數據採集後，海量數據的存儲方式。在線生產工藝數據採集 的時間粒度多數為秒級，如果按照傳統的信息化系統存儲數據的方式，以關係型數據庫 為存儲介質，海量的數據寫入足可以使關係型數據進程資源瞬間占滿。在這種情況下，基本己經無法再實現其他功能。

解決方案：

系統以實時數據(GE IHistorian) +關係數據庫(Oracle)的雙層架構方式建立數據中心。其中實時數據庫負責存儲由基礎自動化控制系統採集來的海量秒級生產工藝參數 數據，為關係型數據庫提供數據支撐。同時實時數據庫可作為生產工藝參數實時監視及 歷史曲線分析的數據源。關係型數據庫存儲基於實時生產工藝參數數據計算分析的結果 數據及其它生產管理相關的數據。

難點3：系統架構的確定。系統採用什麼樣的架構，直接影響的系統的成敗。

在詳細比對了上述兩種架構的基礎上，項目研發組希望可以以BS架構為基礎，實 現CS架構下的模塊化開發。這種架構即可以繼承BS架構的易部署、少維護、高兼容 的優點，又可以實現CS架構下模塊高復用、低偶合的特性。

解決方案：

項目組使用ADOBE FLEX軟件開發工具開發系統前台展示界面（「富客戶端互聯網 應用程序（RIA）」框架），使用Visual Studio C#開發工具開發系統後台應用服務。再配 合鐵前生產工藝大數據數據中心，搭建了系統基本的三層架構模式。

在開始研發馬鋼鐵前生產工藝大數據實時共享項目前，項目組使用上述系統架構先 行開發了一套編程模版。實現了以下功能：

♦模塊化：使用Module模塊化開發技術，將各操作界面與系統主程序獨立開來， 根據需要進行動態加載，這樣即大大減少了整個系統的大小，提高了加載響應速度，也 易於訪問權限控制。

♦易用性：操作界面採用B/S結構，同時採用富客戶端技術，既有傳統C/S程序的 高響應和易操作的特點，也有B/S程序易部署、免維護等優點，客戶只要使用瀏覽器即 可使用系統。

♦標準化:使用三層結構進行設計開發，將業務處理與展示進行分離，降低耦合度； 開發了數據庫對象生成器、腳本生成器等工具進行常規代碼的自動生成，既減少了工作 量，又大大提高了編碼標準；總結形成了共性代碼庫，形成了一整套開發規範和開發文 檔，實現了開發人員編碼一致性，易於開發維護。

（2）技術實現

1） 生產實時數據監視：

生產實時數據監視主要實現兩部分內容，一是對重點生產工藝數據實現數字化秒級 同步監視，幫助生產工藝人員可以及時準確的掌握生產過程中數據的瞬時變化。同時， 在生產工藝人員需要對單工藝點進行歷史趨勢追溯時，可以通過選定工藝點的當前值。 在彈窗中設定所查看工藝點趨勢的時間區間，即可獲得趨勢變化線性圖。二是對重點的 介質消耗、能源供應、溫度趨勢進行線性趨勢監視，工藝人員可根據自身需要進行相應 的個性化配置，從而實現可以提前為能源、介質、原燃料配給做好相關準備工作。為工 藝控制提供數據支撐。

2） 鐵前各生產工藝數據整合：

打破鐵前區域各個獨立的生產控制系統間的數據壁壘，建立數據鏈路。基於建立在 雲數據平台上的鐵前生產工藝數據中心，將煉鐵、燒結、球團、焦化、檢化驗等工藝流 程的信息化數據整合到一個應用平台，方便鐵前工藝人員可以及時準確的獲得需求的數 據。

3） 工藝數據可配置化計算：

工藝數據可配置化計算主要分為兩個層級：一是數據採集層：當生產工藝數據被采 集程序從生產控制系統內讀取後，寫入數據中心前，可根據工藝需求將實時計算結果以 建立虛擬生產工藝點的方式記錄進入數據中心。二是生產工藝層：為滿足生產工藝的不 同需求，生產工藝人員可依託已採集的生產工藝數據或其他人工錄入數據對需要進行數 學計算的數據定製化配置計算邏輯，並可以隨時調整計算邏輯以滿足需求。

4） 生成定製化工藝報表：

鐵前生產工藝數據中心的建立，讓各類生產工藝數據獲取的更加便捷。為了減少一 線操作人員一遍又一遍的填寫手工紙質報表，提高生產率，降低人工成本。在實時共享 平台內針對各生產工藝建立了大量定製化電子報表。

5） 生產工藝分析模型的建立：

利用鐵前生產工藝數據中心中的海量數據，根據鐵前生產工藝人員對工藝控制分析 的需求，建立了水溫差監測模型、爐缸爐底侵蝕模型、高爐配料計算及渣鐵成分預測模 型、高爐全爐物料平衡模型、高爐冶煉成本模型等模型。