一、概述
近十年來，隨著節(jié)能工作進(jìn)一步開展，作為能耗大戶的鋼鐵企業(yè)必然需要做出更多的努力來實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。在鋼廠的節(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)是一個更為治本的方法。加熱爐加熱工藝在線優(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)存儲到各種數(shù)學(xué)模型建立、專家系統(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時數(shù)據(jù)庫平臺具體實現(xiàn)了哪些功能。
二、設(shè)計目標(biāo)
建立一套完整的實時數(shù)據(jù)平臺，實現(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)行信息實時數(shù)據(jù)庫，存儲事故易發(fā)設(shè)備和重點關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行情況的實時、歷史信息。如：生產(chǎn)裝置過程參數(shù)、事件信息、異常信息等。
3.實現(xiàn)與上層應(yīng)用系統(tǒng)的無縫連接，完成數(shù)據(jù)平臺與上層應(yīng)用系統(tǒng)的多個進(jìn)程的數(shù)據(jù)交換和通訊。實時數(shù)據(jù)庫在為上層應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持的同時協(xié)助實現(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)過處理和組織以圖形、報表、曲線等方式形象直觀地表達(dá)出來。
5.相關(guān)人員在授權(quán)情況下，可在辦公室的個人PC機(jī)上可通過瀏覽器訪問、查詢現(xiàn)場各種實時和歷史信息。
6.實時報警，在設(shè)備出現(xiàn)異常時，能及時、準(zhǔn)確地調(diào)出相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為及時診斷和消除設(shè)備故障隱患提供必要的數(shù)據(jù)支持。
三、數(shù)據(jù)平臺功能
實時數(shù)據(jù)庫平臺功能分為三個層次：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)訪問。
1．底層設(shè)備數(shù)據(jù)獲取
自動匯總現(xiàn)場各生產(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)。實時產(chǎn)生報警信息并存儲報警記錄，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)注的重點數(shù)據(jù)值，保存經(jīng)各模塊計算得出的中間數(shù)據(jù)，及時的將上層決策反饋給底層控制系統(tǒng)，同時為各應(yīng)用模塊提供計算功能啟動開關(guān)。
3．人機(jī)交互數(shù)據(jù)訪問
形成流程圖、報表、運(yùn)行趨勢、報警等，提供數(shù)據(jù)查詢、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)訪問對象安全區(qū)，每個用戶可訪問的數(shù)據(jù)對象及可執(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)上所有允許訪問畫面發(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、實施方案
1.平臺構(gòu)成
數(shù)據(jù)采集、管理：主要對運(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。同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和管理。
應(yīng)用集成：為上層應(yīng)用提供快速及時準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，保證上下層數(shù)據(jù)能夠及時的進(jìn)行交互。
數(shù)據(jù)展現(xiàn)：主要根據(jù)系統(tǒng)功能對實時數(shù)據(jù)庫中的數(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)訪問安全管理。
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IE瀏覽器以圖形或報表的形式對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行瀏覽。
2.各個部分的具體功能和技術(shù)特點
1) 數(shù)據(jù)采集、管理：
本系統(tǒng)與外部的通訊對象主要包括燃燒控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和過程控制計算機(jī)。通過工業(yè)以太網(wǎng)采用OPC、TCP/IP Socket電文等方式進(jìn)行。OPC通訊采用實時數(shù)據(jù)庫平臺自帶的通用驅(qū)動接口，電文通訊需根據(jù)具體的電文規(guī)約和格式進(jìn)行定制開發(fā)。
實時數(shù)據(jù)存儲、管理：對現(xiàn)場來的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行各種輸入處理，如量程變換、開方、分段線性化、濾波等；對于輸出到現(xiàn)場的數(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、計算、PID控制等，可以對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算處理。可以對數(shù)據(jù)報警檢查，對轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種報警檢查，如限值、變化率、偏差、異常值檢查，支持延時報警。對于報警信息，可以通過聲音、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：實時數(shù)據(jù)庫將重要的生產(chǎn)參數(shù)的瞬時值、統(tǒng)計值長期保存。這些歷史數(shù)據(jù)的保存時間長于DCS、PLC或其他儀表。實時數(shù)據(jù)庫軟件具有數(shù)據(jù)壓縮能力，能夠利用有限的計算機(jī)存儲空間存儲更長時間的歷史數(shù)據(jù)，并能保證快速歷史存儲與檢索。
2) 應(yīng)用集成：
紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫提供了大量的對外接口，有標(biāo)準(zhǔn)的OPC，DDE，ActiveX接口，也有API接口、VC++類庫接口、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問紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫的實時/歷史數(shù)據(jù)、報警記錄、位號記錄等各種數(shù)據(jù)，可以方便的進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)與上層應(yīng)用系統(tǒng)的無縫集成。
3) 數(shù)據(jù)展現(xiàn)：
主要完成以下功能：
● 歷史趨勢查詢：可以查看任意時段的歷史數(shù)據(jù)、多個點可以顯示在一張圖表中，便于對比。
● 流程圖顯示：以圖形方式顯示現(xiàn)場的工況，動畫形式顯示現(xiàn)場的溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、位移等運(yùn)行參數(shù)。畫面動態(tài)可以以數(shù)組形式操作。
● 過程報警：對采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行報警檢查，生成報警記錄、并將報警傳送到客戶端提示給用戶。
● 報表系統(tǒng)：通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的加工，可以形成各類報表，包括實時數(shù)據(jù)報表、班報、日報、月報、年報等數(shù)據(jù)。也可以定制各種歷史報表，如通過查詢時間等查詢生成各類報表。
4）遠(yuǎn)程訪問：
應(yīng)用展現(xiàn)層系統(tǒng)同時支持B/S和C/S結(jié)構(gòu)，用戶可以通過IE瀏覽器或者紫金橋客戶端進(jìn)行訪問。同時，完善的安全管理功能可以讓用戶在授權(quán)范圍內(nèi)訪問，保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。
3. 實施內(nèi)容
實時數(shù)據(jù)平臺實施內(nèi)容包括以下幾個方面：
①軟件平臺建立：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。
②接口開發(fā)，包括底層控制系統(tǒng)和上層應(yīng)用系統(tǒng)接口。
③數(shù)據(jù)庫組態(tài)，設(shè)備連接。
④流程圖畫面組態(tài)，趨勢圖、報表組態(tài)。
⑤平臺試運(yùn)行： 實時數(shù)據(jù)平臺發(fā)布后，進(jìn)入試運(yùn)行階段，實施人員在現(xiàn)場輔助業(yè)務(wù)人員在平臺上進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，收集使用中的意見并反饋到開發(fā)人員進(jìn)行平臺的完善和修改。
⑥系統(tǒng)維護(hù)：實時數(shù)據(jù)平臺投入運(yùn)行后，在合同規(guī)定的維護(hù)期內(nèi)，要對平臺進(jìn)行正常運(yùn)行維護(hù)，以保證平臺的可持續(xù)性運(yùn)行。
五、總結(jié)
在本系統(tǒng)中，實時數(shù)據(jù)庫的主要功能是發(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、準(zhǔn)確地雙向數(shù)據(jù)通路，提供一個完整、穩(wěn)定、開放性好的數(shù)據(jù)支持平臺。