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一、概述
近十年來(lái)，隨著節(jié)能工作進(jìn)一步開(kāi)展，作為能耗大戶(hù)的鋼鐵企業(yè)必然需要做出更多的努力來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。在鋼廠(chǎng)的節(jié)能改造中耗能較多的設(shè)備首當(dāng)其沖，軋鋼使用的加熱爐就是這樣一種設(shè)備，其熱效率一般只有20%-30%，大量熱量散失。對(duì)于加熱爐的節(jié)能措施，余熱回收利用不失為一種有效的辦法，但是提高加熱爐的熱品質(zhì)是一個(gè)更為治本的方法。加熱爐加熱工藝在線(xiàn)優(yōu)化控制系統(tǒng)就是為了提高加熱品質(zhì)降低燃料消耗而研發(fā)的。
加熱爐加熱工藝在線(xiàn)優(yōu)化控制系統(tǒng)在軟件部分包括許多環(huán)節(jié)，從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到各種數(shù)學(xué)模型建立、專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用。在本文中將要介紹的是在這一系統(tǒng)中起到重要作用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)具體實(shí)現(xiàn)了哪些功能。
二、設(shè)計(jì)目標(biāo)
建立一套完整的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)與上層應(yīng)用軟件緊密協(xié)作，并達(dá)成如下目標(biāo)：
1.采集加熱爐系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
2.建立加熱爐設(shè)備運(yùn)行信息實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)事故易發(fā)設(shè)備和重點(diǎn)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)、歷史信息。如：生產(chǎn)裝置過(guò)程參數(shù)、事件信息、異常信息等。
3.實(shí)現(xiàn)與上層應(yīng)用系統(tǒng)的無(wú)縫連接，完成數(shù)據(jù)平臺(tái)與上層應(yīng)用系統(tǒng)的多個(gè)進(jìn)程的數(shù)據(jù)交換和通訊。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在為上層應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持的同時(shí)協(xié)助實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間調(diào)度關(guān)系。
4.將從上下兩層獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理和組織以圖形、報(bào)表、曲線(xiàn)等方式形象直觀(guān)地表達(dá)出來(lái)。
5.相關(guān)人員在授權(quán)情況下，可在辦公室的個(gè)人PC機(jī)上可通過(guò)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)、查詢(xún)現(xiàn)場(chǎng)各種實(shí)時(shí)和歷史信息。
6.實(shí)時(shí)報(bào)警，在設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，能及時(shí)、準(zhǔn)確地調(diào)出相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為及時(shí)診斷和消除設(shè)備故障隱患提供必要的數(shù)據(jù)支持。
三、數(shù)據(jù)平臺(tái)功能
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)功能分為三個(gè)層次：設(shè)備數(shù)據(jù)獲取、應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)支持、人機(jī)交互數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)。
1．底層設(shè)備數(shù)據(jù)獲取
自動(dòng)匯總現(xiàn)場(chǎng)各生產(chǎn)設(shè)備（主要包括：高壓離心風(fēng)機(jī)、爐底提升/平移、推鋼機(jī)/出鋼機(jī)、汽化冷卻系統(tǒng)、空氣換熱器）的運(yùn)行情況，保存歷史數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信息并存儲(chǔ)報(bào)警記錄，共享相關(guān)數(shù)據(jù)，為上層應(yīng)用系統(tǒng)的診斷處理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
2．應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)支持
快速向上層應(yīng)用系統(tǒng)反映其關(guān)注的重點(diǎn)數(shù)據(jù)值，保存經(jīng)各模塊計(jì)算得出的中間數(shù)據(jù)，及時(shí)的將上層決策反饋給底層控制系統(tǒng)，同時(shí)為各應(yīng)用模塊提供計(jì)算功能啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。
3．人機(jī)交互數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)
形成流程圖、報(bào)表、運(yùn)行趨勢(shì)、報(bào)警等，提供數(shù)據(jù)查詢(xún)、設(shè)置參數(shù)等功能。為了保證數(shù)據(jù)安全可以建立數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象安全區(qū)，每個(gè)用戶(hù)可訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)對(duì)象及可執(zhí)行的操作是由其擁有的安全區(qū)及分配的權(quán)限決定的。可以將主機(jī)上所有允許訪(fǎng)問(wèn)畫(huà)面發(fā)布到公司局域網(wǎng)上，使管理人員可以在局域網(wǎng)內(nèi)遠(yuǎn)程瀏覽、設(shè)置數(shù)據(jù)。
四、實(shí)施方案
1.平臺(tái)構(gòu)成
數(shù)據(jù)采集、管理：主要對(duì)運(yùn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，根據(jù)不同的控制系統(tǒng)采用不同的數(shù)據(jù)接口。同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和管理。
應(yīng)用集成：為上層應(yīng)用提供快速及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，保證上下層數(shù)據(jù)能夠及時(shí)的進(jìn)行交互。
數(shù)據(jù)展現(xiàn)：主要根據(jù)系統(tǒng)功能對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，生成人機(jī)交互界面。制定安全機(jī)制，執(zhí)行數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)安全管理。
遠(yuǎn)程發(fā)布：主要是以B/S結(jié)構(gòu)為主，相關(guān)管理人員通過(guò)IE瀏覽器以圖形或報(bào)表的形式對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行瀏覽。
2.各個(gè)部分的具體功能和技術(shù)特點(diǎn)
1) 數(shù)據(jù)采集、管理：
本系統(tǒng)與外部的通訊對(duì)象主要包括燃燒控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和過(guò)程控制計(jì)算機(jī)。通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)采用OPC、TCP/IP Socket電文等方式進(jìn)行。OPC通訊采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)自帶的通用驅(qū)動(dòng)接口，電文通訊需根據(jù)具體的電文規(guī)約和格式進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行各種輸入處理，如量程變換、開(kāi)方、分段線(xiàn)性化、濾波等；對(duì)于輸出到現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，要進(jìn)行輸出限制和靈敏度檢查。內(nèi)部集成了一系列功能塊，如累計(jì)、計(jì)算、PID控制等，可以對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算處理�？梢詫�(duì)數(shù)據(jù)報(bào)警檢查，對(duì)轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種報(bào)警檢查，如限值、變化率、偏差、異常值檢查，支持延時(shí)報(bào)警。對(duì)于報(bào)警信息，可以通過(guò)聲音、圖像、手機(jī)短信等多種方式提醒相關(guān)人員。
歷史數(shù)據(jù)管理：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)將重要的生產(chǎn)參數(shù)的瞬時(shí)值、統(tǒng)計(jì)值長(zhǎng)期保存。這些歷史數(shù)據(jù)的保存時(shí)間長(zhǎng)于DCS、PLC或其他儀表。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件具有數(shù)據(jù)壓縮能力，能夠利用有限的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)更長(zhǎng)時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)，并能保證快速歷史存儲(chǔ)與檢索。
2) 應(yīng)用集成：
紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了大量的對(duì)外接口，有標(biāo)準(zhǔn)的OPC，DDE，ActiveX接口，也有API接口、VC++類(lèi)庫(kù)接口、Excel插件接口、COM組件接口、SQL接口等等。使用這些接口可以高效訪(fǎng)問(wèn)紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄、位號(hào)記錄等各種數(shù)據(jù)，可以方便的進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)與上層應(yīng)用系統(tǒng)的無(wú)縫集成。
3) 數(shù)據(jù)展現(xiàn)：
主要完成以下功能：
● 歷史趨勢(shì)查詢(xún)：可以查看任意時(shí)段的歷史數(shù)據(jù)、多個(gè)點(diǎn)可以顯示在一張圖表中，便于對(duì)比。
● 流程圖顯示：以圖形方式顯示現(xiàn)場(chǎng)的工況，動(dòng)畫(huà)形式顯示現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、位移等運(yùn)行參數(shù)。畫(huà)面動(dòng)態(tài)可以以數(shù)組形式操作。
● 過(guò)程報(bào)警：對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警檢查，生成報(bào)警記錄、并將報(bào)警傳送到客戶(hù)端提示給用戶(hù)。
● 報(bào)表系統(tǒng)：通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的加工，可以形成各類(lèi)報(bào)表，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表、班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)等數(shù)據(jù)。也可以定制各種歷史報(bào)表，如通過(guò)查詢(xún)時(shí)間等查詢(xún)生成各類(lèi)報(bào)表。
4）遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)：
應(yīng)用展現(xiàn)層系統(tǒng)同時(shí)支持B/S和C/S結(jié)構(gòu)，用戶(hù)可以通過(guò)IE瀏覽器或者紫金橋客戶(hù)端進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。同時(shí)，完善的安全管理功能可以讓用戶(hù)在授權(quán)范圍內(nèi)訪(fǎng)問(wèn)，保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。
3. 實(shí)施內(nèi)容
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)施內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
�、佘浖脚_(tái)建立：服務(wù)器的安裝調(diào)試；系統(tǒng)軟件的安裝調(diào)試、應(yīng)用軟件的安裝調(diào)試。
�、诮涌陂_(kāi)發(fā)，包括底層控制系統(tǒng)和上層應(yīng)用系統(tǒng)接口。
�、蹟�(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)，設(shè)備連接。
④流程圖畫(huà)面組態(tài)，趨勢(shì)圖、報(bào)表組態(tài)。
�、萜脚_(tái)試運(yùn)行： 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)發(fā)布后，進(jìn)入試運(yùn)行階段，實(shí)施人員在現(xiàn)場(chǎng)輔助業(yè)務(wù)人員在平臺(tái)上進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，收集使用中的意見(jiàn)并反饋到開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行平臺(tái)的完善和修改。
�、尴到y(tǒng)維護(hù)：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)投入運(yùn)行后，在合同規(guī)定的維護(hù)期內(nèi)，要對(duì)平臺(tái)進(jìn)行正常運(yùn)行維護(hù)，以保證平臺(tái)的可持續(xù)性運(yùn)行。
五、總結(jié)
在本系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的主要功能是發(fā)揮其作為一種高效、穩(wěn)健的信息橋梁的作用，為加熱爐在線(xiàn)工藝優(yōu)化和設(shè)備診斷等上層應(yīng)用程序和底層控制設(shè)備之間鋪設(shè)一條快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地雙向數(shù)據(jù)通路，提供一個(gè)完整、穩(wěn)定、開(kāi)放性好的數(shù)據(jù)支持平臺(tái)。
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