梁 杰
（天津鋼鐵集團有限公司，天津 300000）
[摘 要] 介紹了天鋼煉鋼廠應用的煉鋼自動化系統的基本構成、多網絡協同控制技術在煉鋼自動化系統中所起到的重要作用和該系統運用多網絡協同控制技術的方式。
[關鍵詞] 多網絡協同；控制；煉鋼；自動化；系統；通訊
0 引言
煉鋼廠的自動化系統是一個復雜且龐大的網絡，由于煉鋼行業自身的特點，不同的生產環節所需要使用的技術存在著非常大的差異，比如煉鋼、精煉、VD、連鑄、倒罐、脫硫、除塵等環節，無論是工藝還是需要的環境條件、材料都不同。在這種情況下，不同的工藝所運用的網絡控制技術也就不盡相同。
由于冶金行業屬于國家的支柱產業之一，對于生產作業中網絡安全性的要求非常高。一方面要確保控制網絡時刻保持暢通，另一方面是要防止不法分子入侵到網絡控制中進行破壞活動。在多網絡協同控制技術中，搭建自愈環網是避免出現網絡安全問題的一個重要步驟，在主 PLC 控制臺以及交換機的每個節點上，設置好 IP 地址以及 MAC 地址，以這些綁定的 IP 地址為出基礎，連接其他被綁定的在線節點，形成完整的自愈環網。將所有的設備信息分布在信號流向相反的兩個環上，正常時只有主環在工作，備環處于備份狀態。當環上某處光纖斷裂或某節點發生故障時，與故障點最近的兩個環網節點通過改變數據流的發送和接收方向，在主環和備環上自動環回，這時環網仍然是一個閉環，通信鏈路保持暢通。故障點鏈路恢復后，備環回到備份狀態。這種自愈型環網能夠極大地提高通信的可靠性，如圖 1 所示。
目前，天鋼煉鋼廠所運用的通訊方式一般是以太網通訊和 DP 通訊，當運用這些通訊方式時，在保證 PLC 通訊穩定的前提下，要注意 PLC 控制的模型以及 HMI 服務器保證穩定的數據傳輸。保持網絡控制通訊的暢通有助于煉鋼自動化系統的運行與監控工作，各種數據之間的高速傳輸，一方面保證了工作人員對于整個自動化煉鋼系統的了解，另一方面允許工作人員對傳輸的數據進行高效解讀，為一些生產環節的優化與完善提供數據支持。
圖 2 所示是煉鋼廠板坯連鑄系統網絡示意圖，其中上位機組態軟件 WINCC，PLC 采用的是西門子400 系列。
在多網絡協同控制技術中，以太網具有著舉足輕重的作用，其最主要的功能是對煉鋼自動化系統的使用性能進行擴展，在以太網環境下，數據以及信息能夠高速傳輸，為實現煉鋼自動化系統中各個生產部門的數據相互傳遞提供了可能性。同時，以太網還有一個較大優勢，就是其采用統一的標準通信協議，在標準通信協議的框架下，對于設備出現故障的診斷以及設備平時維護工作的進展都能起到很好的輔助作用。
1 煉鋼自動化系統介紹
煉鋼系統的全面自動化是我國煉鋼行業發展的必由之路，從總體上來講，煉鋼自動化系統主要分為 5 個層面。
1.1 采集層
數據采集是煉鋼作業的基礎，而煉鋼自動化的采集執行層面就是對煉鋼這個環節進行有效地監督與管理，工作時對加工煉鋼生產物的物理量進行測量，對于比較常規的物理量，如溫度、流量、壓力等進行計算與提取，并根據提取得到的數據按照工業的要求進行執行。
1.2 控制層
為保證煉鋼工作的順利進行，對生產環節要進行嚴格的控制，這種控制需要體現為在線控制與連續控制兩個方面，在線的遠程控制可以保證對人力資源的高效利用，而連續控制則確保了工作人員對于自動生產系統的完全控制能力，這兩方面的控制都離不開煉鋼自動化系統中控制層的運行。通過對生產過程、環境排放、能源消耗等方面的控制，來滿足煉鋼工作的實際需求。這種高效的控制方式便于相關從業人員進行集中管理，提高作業的效率。
1.3 模型計算
要想不斷提高煉鋼效率，就要對自動化系統進行不斷完善，反復修正煉鋼模型。通過對在生產過程中所提取的大量有效信息進行整理，以信息化平臺和大數據庫為依托，對整個自動化系統進行全面計算工作，尋找出可能出現的問題以及效率低下的環節，建立更加高效的生產工藝向量模型，使煉鋼自動化系統變得更加智能。
1.4 工序控制
煉鋼生產是一個復雜的系統，無論是工藝種類，還是產出品的種類都非常多。在這種情況下，煉鋼自動化的工序變得非常龐雜，這些繁雜的工序之間往往存在著很強的關聯性，一旦將工藝的順序弄錯，很容易造成整個自動化系統的癱瘓，極大地降低煉鋼作業效率，甚至在極端情況下，會造成生產設備的損毀，給煉鋼生產帶來嚴重的損失。為了避免這種情況，需要健全煉鋼自動化系統的工序控制層，使自動化系統始終保持平穩、高效的運行。
1.5 信息統計層
隨著信息技術的不斷發展，信息化共享平臺以及大數據走入了各行各業，煉鋼行業自然也不例外。可以說，在信息化背景下，煉鋼過程中所產生的數據的重要性變得越來越高，通過對于這些看似雜亂無章的信息的整理，我們能夠找到在煉鋼的不同環節之間所產生了內在聯系。這種聯系對于減少能源消耗以及污染排放等環節都具有重要的意義。而對于這些信息的整理，就要運用自動化系統中的信息統計層面，通過對信息進行全面的搜集、分類、整理、分析以及備份工作，逐漸建立起全面的煉鋼自動化數據庫，為我廠煉鋼自動化的深入研究以及優化提供數據上的支持。
2 多網絡協同控制技術對于煉鋼自動化系統的重要作用
2.1 提高傳輸效率
對于自動化系統的高效控制，離不開信息的高速傳遞。在傳統的模式中，對于煉鋼自動化系統的控制往往依靠單一的網絡控制技術，一方面這種單一的網絡遠程控制技術容易被不法分子針對，對單一系統的攻克顯然要比多網絡同時攻克要簡單，無形中增加了網絡運行的風險。另一方面，由于煉鋼自動化涉及的工業種類多，各種不同的工業所生成的數據要以不同的形式來進行信息傳遞，這就不可避免地形成了數據阻塞的情況，降低了遠程控制系統對于生產系統的控制力。而采用多網絡協同控制技術，可以對煉鋼作業中產生的各種數據進行實時的高速傳輸工作，而且在多網絡協同控制的框架下，每個不同的生產環節所產生的數據都能通過專用的傳輸通道傳遞到中央處理器中，實現了信息的分流。
2.2 提高靈敏性
借助于多網絡協同控制技術，整個煉鋼自動化系統的運作變得更加靈敏，一方面是對于在生產過程中產生的故障排查工作，由于每個單獨的遠程控制系統只負責具體的某一個環節的生產工作，因此該控制系統對于工藝流程可以進行更為有效的監管，在發生故障時可以對故障類型以及發生原因進行更為準確地診斷與排查。在這種情況下，控制系統所做出的問題報告更具參考價值，也更有利于修理并進行后期的維護作業。另一方面，由于多網絡協同控制具有雙工通信的特點，可以實現各個生產環節之間相互獨立，在傳統的單一網絡控制技術下，無論是哪個環節出現問題，整個系統都需要進行維護與排查工作，而生產只能暫時以手動的方式來完成，采用多網絡協同控制技術之后，出現問題的環節只能影響一個控制系統的運作，對于整個遠程控制系統來說沒有什么大的影響，有效保證了煉鋼自動化系統的運作效率。圖 3 所示為單雙工、半雙工、全雙工通信的區別。
2.3 有助于煉鋼自動化系統的升級
煉鋼自動化系統包括非常多的環節，主要有煉鋼、精煉、VD，連鑄、倒罐、脫硫、除塵等，而這些環節所運用的工藝具有很大差異。隨著科技的發展，這些生產成產環節都在進行升級的量變工作。而由于技術發展的局限性，這些個環節的量變有快有慢，從量變到質變的時間也不盡相同，在傳統的單一網絡控制模式下，對于自動化系統的升級工作就有些為難。如果每次出現技術革新都進行網絡優化，將大幅增加網絡控制技術的工作量。如果等到所有環節都需要進行技術改進時再進行優化，會耽誤了生產效率。采用多網絡協同控制技術后，生產環節的遠程控制被分離，雖然都同處于一個主體框架下，但各有其運作規律，這就使單個生產環節的更新成為了可能，大幅提高了生產效率。
3 在煉鋼自動化系統中運用多網絡協同控制技術的方式
3.1 對于管理平臺的控制
多網絡協同控制技術對于煉鋼自動化系統的管理平臺的控制是非常深入的。通過多網絡協同技術的幫助，控制平臺可以更好地對煉鋼自動化系統中的作業順序、質量檢測、遠程監控等方面進行有效的整理，發揮出管理平臺應有的職能。由于每個部門的檢測與遠程控制系統都是項目獨立的，且搭建了自愈環網，從根源上加強了整個遠程控制系統的安全性，使整個自動化系統能夠更加平穩地運行下去。
3.2 對于生產部門的控制
在煉鋼的主要生產部門，多網絡協同控制技術能夠實現對于生產部門的單獨管理與控制，加深整個系統的自動化、智能化的程度。從自動化的角度上來說，通過高速的數據傳輸模式，主控室的人員可以實時了解每個生產部門的具體情況，包括設備的運行情況、煉鋼材料的消耗量、生產進度以及產品的運輸等，這些數據都能在同一個地點進行管理與控制，提高系統的自動化程度。從智能化的角度上來說，由于煉鋼工作涉及非常多的要素，因此在生產的過程中所產生的數據量也非常大，如果在傳輸前不將這些數據進行加工與處理，一方面會造成儲存空間的浪費，另一方面也不利于工作人員對于數據的分析與整理。而通過多網絡協同控制技術，每個單獨的控制系統中都可以通過加入相應的處理芯片，從而對數據進行智能化的篩選與運算。這些經過加工的數據傳輸到中控室之后，工作人員可以更為直觀地了解整個煉鋼自動化系統的運行狀態，使整個系統變得更加智能。
4 結束語
多網絡協同控制技術的廣泛普及，對于我廠的自動化系統的優化具有非常積極的影響，不僅提高了整個煉鋼自動化系統的安全性，也為自動化系統的升級與完善打下了堅實的基礎，因此需要對多網絡協同控制技術投入更多的資金與精力，為企業的大力發展保駕護航。
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