0 引 言

　　萊蕪鋼鐵集團有限公司（簡稱萊鋼）自動化部承擔熱線自動化系統維護的車間有鋼區、鐵區、特鋼區、新鐵區、新鋼區及新軋區維護車間，每個車間由4～6食班組組成，每個班組又承擔著若干自動化生產線的維護工作，各生產線的控制方式主要以PLC（DCS）＋上位機為主。PLC（DCS）的生產廠家主要有西門子公司、施耐德公司、AB公司、ABB公司、東芝公司、三菱公司和霍尼韋爾公司等幾十個。而且，同一個公司的PLC版本各不相同。上位機監控軟件也分別采用各家公司的監控軟件?？刂凭W絡主要分為以交換機為核心的星形網絡、由同軸電纜組成的干型網絡、以光纖為介質的環型網絡。自動化部所維護的PLC系統共有276套，DCS系統共有45套，控制網絡也有72套，上位操作站和現場儀表分別有316、有412644，維護任務十分繁重，人力資源極度緊缺。

　　遠程監控與故障診斷系統實時生產系統的開發可方便地實現對各生產線自控系統的異地監控與維護。合理地利用自動化部、車間、班組的技術資源，實現各車間、各班組技術資源的共享，可以迅速提高整體維護水平，降低故障率，提高維護反應速度和超前處理的能力，這對保障生產線的順行具有極為重要的戰略意義和極高的實際應用價值，同時也為萊鋼將來的ERP、MES的建立搭建良好的基礎平臺。

　　打造“數字萊鋼”是萊鋼信息化建設的需要，其目的是實現能源計量系統的自標定、自平衡和自診斷功能；實現自動化信息化系統的智能故障自診斷、遠程處理以及自恢復功能；實現全公司自動化信息互通互聯和資源共享，從而構造萊鋼生產經營管理的神經中樞，為實現“數字萊鋼”奠定堅實的基礎。

　　1 系統概況

　　1.1 系統內容
　　
　　①生產運控中心。建立實時數據采集層，連接各生產線的PLC、DCS控制網絡，采集生產過程數據，實施生產指令執行和參數下載。

　?、趨^域維護中心。建立應用服務層，創建歷史數據庫以及關系型數據庫，生成各個班組的生產工藝畫面、曲線、報表。

　　③遠程監控中心。建立Web應用層，生產事件以及客戶端信息集成；生產參數傳遞；生產設備狀態跟蹤以及發布；個性化報表報告集成；趨勢分析；生產統計計算結果。通過信號分析／瀏覽軟件，及時了解整個公司所有受控設備的當前運行狀態，便于根據設備狀況進行生產計劃的實施和調整。

　　1.2 系統規模

　　萊鋼遠程監控與故障診斷系統的開發，主要包括以下5個方面：

　?、俳⑼ㄐ啪W絡。在高爐、燒結、動力、焦化到鐵區區域維護中心，制氧、煉鋼、中型、中小型到鋼區區域維護中心控制工程網版權所有，一煉、二煉到特鋼區域維護中心，大H型鋼、中寬帶、煉鑄、熱電、新區高爐、新區燒結、新區煉鋼到新區區域維護中心敷設通信專網光纜，并完成交換機、介質轉換器、防火墻等網絡設備以及專業服務器、采集站、客戶端的安裝、調試，共計完成36000多米的光纜敷設和72臺交換機、30臺防火墻、12臺專業服務器、66臺采集站以及90臺客戶端的安裝、調試工作。

　?、诮祿?。構建數據采集與管理平臺，開發完成制氧站7#、8#、9#、10#制氧機，煉鋼站2#連鑄、4#連鑄、4#轉爐，熱送輥道、中型站軋線部分以及中小型3#站、4#站等321套控制系統共計24000點數據庫的建立，126個監控與診斷畫面的開發。

　　③開發調試。包括實現PLC、DCS設備級狀態監控、網絡信息狀態監控、設備動作時序判斷功能、程序邏輯判斷功能、建立常見故障信息庫、重要參數工藝畫面、重要參數趨勢畫面等7大部分的開發與測試。

　?、茉O計與開發管理功能模塊。包括生產調度管理、設備管理、人力資源管理、電子地圖及GPS定位等信息系統。

　　⑤建設遠程監控中心、區域維護中心。建設1個遠程監控中心、4個區域維護中心。按照監控中心標準新建裝修面積為180 m2、改造裝修面積為120 m2。

　　2 系統創新

　　2.1 技術先進

　　從系統的角度看，萊鋼遠程監控與故障診斷系統具有非常明顯的優勢。主要包括以下6個方面：
　　
　　①高速靈活的數據采集及緩存功能

　　采用世界領先水平的企業級數據庫采集管理軟件Proficy Historian，可以高速采集、歸檔并發布大量的實時現場過程數據信息。考慮到網絡中斷或者數據歸檔部分因為某些原因無法及時響應數據采集器數據發送請求。此系統采集器端支持數據緩存功能，能夠在數據采集部分將過程數據暫存于本地，網絡恢復正?；蛘邤祿w檔部分響應后將數據送入實時歷史數據庫。數據緩存區的大小可按需要進行靈活配置。

　?、诜植际讲杉?、分布式應用、遠程管理維護技術

　　建立了實時歷史數據庫，用統一的數據平臺對生產過程不同硬件平臺、不同軟件環境的自動化裝置的實時數據進行采集、存儲和發布。把各車間各班組中分散的自成體系的監控系統以分層、分級的方式進行集中管理和監控，將生產數據轉換成了生產智能信息。實現了實時生產信息系統與管理信息系統的有機結合、遠程監控中心對各生產工藝環節的生產和設備的過程可視化監視、生產現場和各子系統模塊之間的數據交換，把全公司的維護信息上下左右貫通起來；建立生產管理和生產控制承上啟下的通路，實現廠級信息的集成和共享。

　　③領先的故障診斷系統

　　故障診斷系統按系統診斷（包括網絡和硬件）、邏輯診斷、回路診斷（即工況診斷）、專家診斷以及故障報警等5個組成部分開發。開發分系統、分類別進行，采用主菜單、子功能模式，包括管理功能。針對生產有影響的方面開發邏輯診斷功能，報警畫面的設計有逐項精細化提示。

　　④強大的數據壓縮功能

　　采用高效數據壓縮算法，具有超效的數據壓縮功能。采集器壓縮，執行的是死區壓縮，它可減少送到服務器的數據點數。一個新值只有在超過上一個被存檔值的死區范圍或數據質量改變時，才會被送到服務器。歸檔壓縮，提供對一數據點值變化的百分比死區，這個值只有當它不在某一死區的范圍內時才被儲存。

　?、菘煽康木W絡安全

　　為了提高系統的安全可靠性，特別是保證PLC、DCS底層控制系統的安全性，對此系統網絡的安全性進行了詳細的設計。專網設計保證網絡通信的速度和可靠穩定性，采用雙層防火墻技術進行更細粒度的網絡安全區域的劃分。通過設置嚴格的安全控制策略，有效地控制專網區域的網絡通信，保證這些相對獨立區域的網絡安全。選用成熟的企業級網絡防病毒軟件安裝在客戶機及服務器上，提供了更為全面的病毒防御功能。

　　⑥打造透明工廠，創建自動化維護管理新模式

　　建成了1個管理中心、4個區域、3層結構的遠程監控和故障診斷系統。1個管理中心是自動化信息化保障體系指揮中心；4個區域是鐵區、鋼區、特鋼區及新區維護中心；3層結構是測量層、監控層和管理層。形成了“控制指揮中心、區域執行中心和現場維護”的3層管理體制控制工程網版權所有，構造了自動化維護管理新模式：遠程＋區域＋流動。整合管理資源，節省大量人力物力；實現了設備維護由事故維修、定期維修向預知維護的轉變，提高反應速度和超前處理的能力，降低自控設備故障率，確保自控及網絡系統長期穩定運行，逐步形成以現代網絡技術為依托的現代自動化信息化保障體系，達到了“萬點受控”和“透明工廠”的目標。

　　2.2 軟硬件配置
　
　　此次項目主要針對各車間、班組生產線自控系統的具體情況，建立遠程維護系統。工作內容主要從硬件和軟件兩方面實施。

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　　采用專業服務器用于數據的采集及管理，采用高性能商用機作為客戶機用于數據的瀏覽與分析；建立以光纖為主要通信介質的通信鏈路，并采用相應的網絡接口通信設備實現與現場PLC、DCS控制系統的數據通信；此外，還采用了硬件防火墻以確保網絡的安全可靠運行。

　　②軟件配置

　　采用高性能的企業級實時歷史數據采集平臺以及數據瀏覽分析開發軟件實現對數據的采集、管理以及監控畫面的開發。為提高網絡的安全可靠性，采用成熟的企業級防病毒軟件用于服務器以及客戶機的病毒防御。

　　采用先進的數據發掘工具和專業的計算分析模型對生產過程數據再次加工處理，提煉出對生產管理、設備故障分析、計劃調度、經營決策有用的信息，為生產經營管理和實時過程控制之間架起一座橋梁，實現兩者之間的信息交換和緊密集成。

　　3 系統建設方案

　　3.1 設計思想

　　萊鋼遠程監控與故障診斷系統立足于“維護于千里之外，檢測于斗室之內，發現于故障之先，完善于損失之前，搶修于分秒之間，保障于無形之中”創新性的設計思想。遠程監控與故障診斷系統是通過建立現場診斷與維護系統、區域監控與管理系統、調度指揮系統3層結構，展開針對遠程監控、故障診斷2個方向的課題研發。該系統是以現代化的管理理念為指導，以數字技術為手段，改造管理流程和生產運作流程，暢通信息渠道，實現管理資源共享；對生產經營活動實行全過程全系統的動態控制；建立和完善先進、實用、高效的信息化體系，達到生產自動化、操作智能化以及管理信息化，全面提高管理效率和運營效果。

　　3.2 網絡結構設計

　　在各班組主控室建立實時歷史生產數據庫，并建立雙網結構。下層連接本班組下各生產線的控制網絡，上層則連接萊鋼骨干網；生產現場的實時數據通過下層通信傳送到實時生產數據庫，并根據需要保存為歷史數據；實時歷史生產數據庫則通過上層通信向骨干網發布信息，異地用戶通過掛在骨干網上的客戶機實現遠程監控、遠程維護。此外，為了確保網絡安全，采用了必要的網絡安全措施以保證生產現場各自動化系統的穩定運行。遠程維護系統網絡結構如圖1所示。

圖1遠程維護系統網絡結構圖

　　3.3 系統數據流程設計

　　根據系統的網絡設計架構，生產現場的實時數據通過控制系統層傳送到各班組的實時數據庫iH（GE Proficy iHistorian），并提取重要的檢測點數據傳送到遠程監控中心的管理分析數據庫中，通過實時數據分析和Web發布平臺RIP（proficy real-time information portal），將現場實時數據、監控畫面、趨勢曲線、報警以及各種數據分析報表等發布到車間和管理部門。借助iHistorian實時數據庫整合企業所有的過程控制系統數據資源控制工程網版權所有，解決企業中多種多套過程控制系統的聯網、集成和管理問題，滿足了企業多工段、多車間、多過程集成的需要。應用RIP軟件的功能模塊，實現在企業局域網內利用IE瀏覽器進行數據可視化分析的Web信息發布功能。

　　3.4 系統的狀態分析與診斷

　　遠程監控與故障診斷系統是通過建立現場診斷與維護系統、區域監控與管理系統、調度指揮系統3層結構，展開針對遠程監控、故障診斷2個方向的課題研發。采用主菜單、子功能模式，畫面模式統一確定為重要參數工藝畫面；實現PLC、DCS設備級狀態監控，網絡信息狀態監控，設備動作時序判斷功能，程序邏輯判斷功能；建立常見故障信息庫；重要參數趨勢畫面；實現數據異常、工況異常的自動報警。在上層建立故障專家庫，開發調度指揮管理系統，使之具備故障和地理信息統計分析、狀態監控以及人力資源動態管理的功能，實現及時指揮調度決策，從技術和管理上實現快速反應能力。

　　系統的創新點：實現自控設備的異地監控，采用專家庫系統進行異地會診，采用先進的PID控制Matlab仿真進行分析；采用iHistorian實時數據庫的數據倉庫、Oracle的數據挖掘工具和冶金行業的計算分析模型對生產過程數據再次加工處理，提煉對生產管理、設備故障分桁、計劃調度以及對經營決策有用的信息。

　　3.5 創建自動化維護管理新模式

　　建立指揮控制中心、區域執行中心和現場維護層3層維護管理體制，收縮現場，向上集中力量，生產維護形成倒金字塔，逐步形成萊鋼特色的“固定＋流動＋遠程”維護模式。

　　指揮控制層的主要功能是監控、檢測生產系統運行情況，關鍵是建立數據異常、工況異常自動報警；建立具有自學習功能的故障及處理方法歷史數據庫。在不斷積累經驗的基礎上，不斷優化預案，對現場控制設備進行定期自檢，并對自檢出來的信息進行報警提示。流程化處理使故障自動轉入相應故障處理流程，備品備件實現自動查詢型號、數量、存放地點，便于統一調配。以實驗室為依托，對重點設備實現在線測試及緊急狀態下的臨時切換功能；全面掌握技術骨干的信息，合理調動人員，及時實施故障搶修。

　　區域執行中心及其作用是發現和處理本區域的故障和隱患情況，一旦執行層獨立處理有困難，指揮中心立即組織整體力量處理；緊急、常用的備品備件在執行層、指揮層掌握其狀態，便于統一協調指揮；實現工藝畫面與程序的鏈接，便于快速分析處理故障。

　　現場維護層以現有一線班組為基礎，配備少量值班人員，主要負責現場設備點、巡檢、信息上報、常規故障處理以及根據中心指令實施緊急故障應急處置。

　　4 網絡安全設計

　　基于分布式網絡的實時生產信息系統雖然實現了遠程維護功能，但不可避免地增加了系統的不安全因素。為了提高系統的安全可靠性，特別是保證PLC、DCS底層控制系統的安全性，采用網絡安全措施十分必要。

　　4.1 雙層防火墻防范策略

　　防火墻是網絡安全系統的核心防護措施。

　　首先，在各維護區域的管理網和現場工業控制網之間用防火墻隔離，進行細粒度的安全區域的劃分，設定訪問控制策略，保證數據的單向訪問；其次，在集團公司骨干網和各維護區域管理網之間用防火墻隔離，以確保各區域的安全。

　　4.2 配備完整的網絡防病毒軟件

　　選用國外成熟的企業級網絡防病毒軟件，分別安裝在服務器及客戶機上以提供完備的病毒防御體系，包括文件監控、內存監控、引導區監控、郵件監控、網頁監控、注冊表監控以及漏洞攻擊監控等。

　　4.3 采用不同的系統平臺

　　工業現場服務器大量采用Unix／Linux操作系統和Oracle數據庫；各區域管理層服務器操作系統由于安裝iHistorian實時數據庫和Web發布平臺RIP只好安裝Windows Server 2003；骨干網上的生產控制中心服務器采用Unix操作系統和Oracle數據庫，即在系統平臺上做隔離。

　　4.4 安全管理制度

　　安全管理主要是通過制定完善的安全管理制度，加強管理員和用戶的安全意識，保證整個網絡系統的各種設備、服務器、網絡、應用系統和數據的安全，保證本方案中規劃的安全技術能夠起到應有的作用。在執行安全管理時，應該遵循相關原則：①分離與制約原則。應用系統的開發人員與使用人員要分離，開發環境與應用環境分離，管理人員與使用人員分離。②有限授權原則。給任何一個用戶、管理員的權限都給予了適當的權限，重要的系統需要兩個或以上的管理員同時操作。③預防為主原則。要防范于未然。④可審計原則。⑤防火墻與殺毒軟件的定期升級。

　　5 結束語
　　
　　該系統擴展性好、可靠性高，安全性能可靠。系統使用方便、覆蓋面大、應用范圍廣。通過功能強大的信號分析，軟件能準確而及時地把握整個公司的生產運行狀況，成功捕獲故障隱患，實時分析、診斷，迅速做出維修計劃。合理地利用自動化部、車間、班組的技術資源，實現各車間、各班組技術資源的共享，對迅速提高整體維護水平、降低故障率、保障生產線的順行具有極為重要的戰略意義和極高的實際應用價值，為萊鋼生產信息處理和領導決策支持發揮著重要的作用。