现代通信技术在500 m2烧结系统中的应用

李宝实

（山信软件股份有限公司莱芜自动化分公司，山东莱芜271104）

0 引言

500 m2烧结炼铁区域自动控制系统设计完成烧结工艺流程是从原料、燃料、熔剂的输入到成品烧结矿的输出，包括燃料仓库、燃料破碎、配料、一次混合、二次混合、烧结、冷却、机头电除尘、主抽风机、成品筛分、成品矿仓和成品烧结输出等系统的顺序逻辑控制、回路控制及数据采集处理、语音报警及预警、实时趋势、历史趋势、报表生成等功能。

使用开放的、基于摩莎交换机的工业以太网与Web技术结构，完成现场设备、控制设备与管理系统的无缝集成，使用户可以从任何地方访问所需的实时数据，实现“单一网络，多种服务”的功能。

采用施耐德CPU采集现场数据，以摩莎的中心网管交换机连接辅控网与各系统控制主网及炼铁系统的管理层网络。

采用基于TCP/IP协议的以太网，服务器采用双网卡，分别接入一级网和二级网；服务器、客户机、工程师站采用一级网与服务器通信；二级网采用防火墙软件配置方式和MES进行接口通信；与MES接口需要的硬件防火墙由用户提供配置，用户保证烧结二级和MES网络畅通。

遵从自动化、信息化建设的总体目标，“将项目打造成智能化的项目”，即在满足提高劳动生产率、提高管理水平和生产控制精度等基本目标的基础上，进一步融合人工智能的理念，实现智能化钢厂的宏伟目标。基础级自动化系统按照“零故障、全天候、少维护”的目标进行设计，满足智能生产要求。

1 网络拓扑结构

如图1所示，1#烧结机所在的1#环网为一步工程，主控室两个主交换机与1#配混PLC、1#烧冷PLC、1#主抽及机头除尘PLC的交换机形成环网。2#烧结机所在的2#环网为二步工程，主控室两个主交换机与2#配混PLC、2#烧冷PLC、2#主抽及机头除尘PLC的交换机形成环网。公共系统的共用PLC通过三层交换机与1#、2#烧结机PLC进行通信，随一步工程投运。整个烧结区域主干网采用单模百兆光纤，交换机采用工业型可网管交换机，品牌为摩莎（MOXA）,支持光纤环网，预留至少20%的备用端口。预留千兆以太光口，方便ERP、MES等系统的接入。

2 网络架构

项目采用L1～L5级层级架构。自动化系统主要针对L1、L2级网络进行设计、搭建和运维。

图1 2×500 m2烧结工程网络拓扑图

（1）L1级（基础自动化）要求可靠：包括智能仪表、检测设备、PLC、DCS等。夯实信息自动化的建设基础，运用稳定可靠、精确先进的信息自动化设备，研究开发智能化软件产品。广泛采用诸如智能检测、高可靠执行元件、高性能控制器、安全透明工厂等前沿的信息自动化技术，支撑起安全可靠的生产控制系统。基础自动化配置做到区域统一，既能为设计、施工、运行维护乃至以后的各级自动化之间的系统互联提供便利条件，同时又能降低备件种类和数量，便于系统的长期低成本运行。

（2）L2级（过程自动化）要求高效：包括智能控制模型、专家系统等。在L2级广泛采用模式识别、模糊控制、人工智能、神经元网络、专家系统等智能模型技术，降低劳动强度、提高控制精度、节能降耗、提高产品质量，从而实现过程工艺的高效生产。

（3）L3级（生产管理级）要求通畅：在生产管理级应实现各生产线的生产计划、计量、物流、能源等数据的采集和下发，通过智能化的算法实现生产组织的协调优化，保障生产计划和订单执行的通畅便捷。

（4）L4级（企业管理级）要求简约：企业管理级按照“结构扁平、机构简约、运行高效、控制闭环”的理念，优化企业的生产资源计划系统，以优化的管理职能与流程设置企业管理组织，做到企业管理扁平化，实现资金流、物流、信息流的三流高效合一。

（5）L5级（决策支持级）要求智能：在以上四级的基础上，对海量的生产和管理数据深入挖掘、开发，打造企业管理驾驶舱，为企业管理和高层决策提供智能化支撑。

3 L2级过程控制系统

烧结区域L2级即烧结、球团、原料场工程的过程控制计算机系统，是基于L1级基础自动化系统之上的自动控制系统，主要功能是获取L1的生产实时数据和各类化验数据，完成生产过程的操作指导、作业管理、数学模型、技术计算、数据处理、数据存储、数据报表。

4 交换机选型设计

摩莎（MOXA）提供了完整而又全面的适用于工业环境和办公环境的数据通信体系，产品范围从千兆以太网、快速以太网和以太网产品，到现场总线系统，提供多种型号的网管型和非网管型交换机，适应不同系统的要求。这些产品信息广泛，主要应用范围包括办公室通信、生产自动化、过程控制、交通控制以及独立的机器设备控制系统。本方案主要根据应用光电口的多少区别选用二层网管型的EDS-405A/408A系列、EDS-608/611/616/619系列、IKS-6726A/6728A系列交换机，同时为保障不同区域之间的相对独立，选用IKS-G6524/G6824系列三层网管型交换机作为不同区域之间的路由。

5 KVM实现显示终端集中监控

PLC之间连成光纤以太环网结构，计算机机房机柜内的计算机主机挂接在主交换机上，显示终端放置在主控室内，显示终端采用KVM与计算机机房机柜内的计算机主机连接。KVM选用一对一方式，这样各控制站的工艺参数可在烧结主控室集中显示与操作，实现控制系统资源共享。

6 网络安全

原则：L2级以上做技术及设备的安全建设，L2级以下网络安全以管理为主。具体注意事项如下：

（1）上层网络需要专门的网络安全装置，如网闸等，在技术上实现网络的安全性。

（2）L1级自动化的HMI终端采用KVM连接方式，工控机主机集中放置在机房的机柜内。

（3）杀毒软件（趋势、赛门铁克）定期杀毒。

7 结语

以摩莎中心网管交换机为中心节点的工业以太网络，采用VLAN技术接入烧结局域网，将烧结系统的报表信息及相关参数和现场画面实时传输给相关领导及科室，使其可以在第一时间掌握现场情况，及时指挥调度，形成了以及时、高效、服务周到为目的的广域化自动化控制管理系统，以高效、高产、优质为目的的局部工序已实现无人化、少人化。该项目实施的主要目的是实现协同自动化体系的烧结智能冶炼系统，对增加烧结产量、降低设备故障率及节能降耗有很强的保障作用。

[1]崔坚，李佳，杨光.西门子工业网络通信指南（下）[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]斯可克，黄德敏，张云贵.现场总线应用疑难解答[M].北京：中国电力出版社，2006.