應用背景
水鋼過程管理系統是一套涉及鋼鐵生產過程中對各種控制、質量監測、計量信息進行過程管理的系統，是以先進的GE智能平臺實時數據庫平臺系統為基礎，集生產過程實時監測、優化控制及管理于一體的綜合生產信息系統。主要采集了1#高爐、2#高爐、3#高爐、4#高爐、4#燒結機、5#燒結機、6#燒結機、7#燒結機、動力廠、焦化廠等生產數據，完成了實時數據傳輸處理、分析與發布瀏覽等功能,實現了生產實時數據信息同步采集與信息發布，通過網絡將生產實時信息傳輸到集團公司決策層，形成完整統一的生產數據監視分析系統，為集團公司領導、總調及其相關職能部門協調生產、重大事項決策提供依據，是水鋼第一個企業級涉足生產管理領域的信息化建設項目，也是水鋼實現信息化帶動工業化發展的重點工程項目。系統達到了指導生產、提高生產效率的目的，為全廠整體效益的提高、信息技術的提升和穩定、經濟運行根本目的的實現創造條件，同時也為ERP實現底層數據與上層管理信息無縫銜接及多元化業務系統的開發與應用，提供了真實數據的基礎。
解決方案
鋼鐵廠對過程管理系統的功能需求
通過建立實時歷史數據庫平臺，為水鋼生產管理信息化建設提供現實基礎。通過建立通用的網絡客戶端平臺，把實時數據、歷史數據、質量數據和關系型數據轉換成豐富的個性化的信息顯示，利用IE瀏覽器在企業任何地方訪問系統發布的信息。
通過數據采集站實時采集各控制系統的生產實時數據；
建立全廠數據倉庫，解決數據孤島問題；
提供生產工況圖、歷史數據趨勢圖、報表分析工具；
實現與上層ERP管理系統的數據交互；
為企業決策層提供必要、及時、可靠的現場過程數據；
將現場數據轉換成企業管理的智能應用；
充分利用和保障ERP以及管理系統投資。
水鋼生產信息化平臺
過程管理系統網絡平臺
水鋼過程管理系統主要使用了GE Proficy軟件平臺來構建整個水鋼生產信息化平臺，包括生產現場實時數據采集、Proficy Historian歷史數據存儲、Portal Web頁面發布及基于Proficy Historian數據庫相關報表等內容。
系統采用星形以太網網絡結構,主要采用了分層分布式設計。整個系統分為2層，下層為接口層網絡，采用獨立接口機連接各控制系統進行數據采集；上層為應用層網絡。通過分布式設計，可以很大程度上的降低通信負荷，提高通信效率和網絡可靠性，使整個系統更加快速穩定的運行。
根據不同層次的要求，成功使用了Proficy Historian、Proficy Portal、Proficy iFIX幾個產品的強大功能。各個控制系統是實時歷史數據庫Proficy Historian的數據來源，通過Proficy Historian強大的數據采集接口將大部分控制系統的數據采集到Proficy Historian的實時歷史數據庫中，包括OPC采集器、iFIX采集器、文件采集器等；另外，有一部分相關的試驗數據和手動測試數據，也成功的接入了實時歷史數據庫中。最終通過公司骨干網，將現場實時數據、監控畫面、趨勢曲線、報警、各種數據分析報表發布到車間和管理部門,通過Proficy Portal的IE瘦客戶端應用完成對生產狀態的監控、管理、維護。
過程管理系統包括6臺通訊接口機、2臺Proficy Historian數據庫服務器、1臺Proficy Portal服務器。系統通過Windows集群及磁盤陣列實現了Proficy Historian數據庫系統的冗余；，當一臺服務器出現問題后，另一臺服務器可以根據Microsoft Cluster集群原理自動接管磁盤陣列、虛擬機器名、IP、啟動Historian相關服務等資源，從而實現Proficy Historian數據庫的熱備冗余功能。在服務器切換過程中，實時數據采集端可以自動緩沖數據到內存及硬盤空間，一旦和備用服務器通訊建立后，可自動將數據重發到Proficy Historian數據庫，保證生產歷史數據不會丟失。
網絡拓撲圖如圖1所示。
圖1 網絡拓撲圖
數據通訊方式
水鋼過程管理系統一期包括的系統有：煉鐵的1#高爐系統、2#高爐系統、3#高爐系統、4#燒結機、5#燒結機、綜合料場；動力廠的鍋爐系統、鼓風機系統（除2#、3#鼓風機）、高爐煤氣洗滌系統、廠際間計量、余熱發電、除鹽水站、15萬立煤氣柜等系統；廠際間計量數據有三表房內主要數據等；從原料到產品一整套系統的化檢驗數據；焦化廠有生產數據（手工錄入）信息等。一期系統中Wonderware InTouch及Siemens WinCC監控軟件通過其相應的通訊協議采集底層PLC的數據并實現監控功能；iFIX OPC Client通過 DCOM連接到遠程的OPC Server并將采集到的實時數據送至iFIX SCADA建立過程數據庫；利用Proficy Historian 的iFIX采集器將iFIX中的實時數據送至Proficy Historian建立歷史數據庫，供Proficy Portal進行歷史數據查詢。Proficy Portal直接通過C/S網絡調用遠程Proficy iFIX數據庫的數據進行實時數據的發布。
二期數據采集系統主要包括6#燒結機、7#燒結機、4#高爐幾個系統。6#燒結機、7#燒結機、4#號高爐采用Intouch和現場PLC進行通訊采集實時數據，并將數據送至INSQL數據庫中進行歷史存儲。使用Historian的OPC Collector從Intouch的 FSGateWay OPC Server上采集數據并發送到Proficy Historian實時歷史數據庫。二期系統數據通訊實現原理如下：Intouch連接現場設備采集實時生產數據，Proficy Historian通過OPC Collector從FSGateWay上采集數據到Historian歷史數據庫，Proficy Portal直接和Historian歷史數據庫連接向管理信息系統發布數據，監視信息系統與管理信息系統的 Oracle數據庫通過iHToOracle數據發送程序將實時數據從Proficy Historian數據庫更新到Oracle關系數據庫。
水鋼過程管理系統數據流圖如圖2所示。
圖2 數據流圖
系統功能
水鋼過程管理系統應用功能主要包括工藝流程實時監視、設備狀態監測、趨勢分析、報表分析、系統維護等。
實時監視分析
客戶端前臺界面采用Proficy Portal軟件開發，用戶對界面操作都是通過IE瀏覽器與Proficy Portal界面的交互來完成。
水鋼過程管理系統Web主頁如圖3所示。
圖3系統主頁畫面
工藝流程圖
在Proficy Portal上可直觀地顯示工藝流程等系統畫面（見圖4）。各系統的設備狀態、運行狀況、相關數據都可直觀地實時顯示。
圖4流程監視畫面
關鍵設備監視
對生產運行的安全性、經濟性具有特殊意義的設備及現場實時參數以各種方式顯示分析；對模擬量或開關量以曲線形式動態地顯示變化趨勢，可直觀地對各數據點進行比較。
關鍵設備監視如圖5所示。
圖5關鍵設備監視畫面
趨勢分析查詢
對實時及歷史數據庫中記錄的模擬量及開關量數據都可以曲線形式顯示并供參考和分析。曲線圖可多級顯示以進行不同曲線的相互比較，支持毫秒級的趨勢顯示及在線打印功能。
趨勢分析圖如圖6所示。
圖6趨勢分析畫面
統計分析
可根據需求對關系數據庫或Proficy Historian中的數據進行查詢，通過選擇適當的數據點并給出相關的查詢條件，就可查詢在某段時期內的所有歷史數據。
統計分析畫面如圖7所示。
圖7統計分析畫面
報表分析查詢
水鋼過程管理系統采用專用的iH報表工具、報表查看工具、任務管理工具來實現整個系統的報表功能。報表系統可以結合Excel自由定義報表模板，動態添加Proficy Historian數據庫標簽并可選擇采樣值、平均值、最大值、最小值等各種歷史數據查詢方式來生成班報、日報、周報、月報、年報等報表。
報表配置畫面如圖8所示；報表分類查看畫面如圖9所示；報表預覽畫面如圖10所示。
圖8報表配置畫面
圖9報表分類查看畫面
圖10報表預覽畫面
實施結果
通過對Proficy Historian和Proficy Portal的應用和部署，水鋼生產過程管理系統在很大程度上實現了如下的目標：
Proficy Historian 以卓越的數據吞吐量、海量的數據處理能力、高效的數據壓縮存儲機制、優越的實時處理速度表現為水鋼生產過程管理系統提供了豐富、準確、可靠的數據，并通過內置計算采集器工具對工業現場的生產數據進行處理，實現了數據到信息的轉換，為持續的生產過程優化、提高提供依據。
整合了各控制系統數據資源，從全廠生產過程中的各個方面收集生產信息，解決了企業中多種、多套過程控制系統的數據孤島、聯網、集成、管理問題；能夠滿足企業多工段、多工廠、多系統集成需要。并按照全廠信息模型組織這些數據，最終提供給企業管理人員和其他系統應用軟件使用。
通過對生產過程的實時監控、收集、處理生產過程中的實時數據以支持生產計劃的優化分解，生成與生產調度相關的各類資源計劃，實現生產集中調度的管理模式。通過“實時”過程和生產信息與歷史值的比較，可快速改善企業整體生產過程。
全面標準、開放的實時歷史數據存儲和服務，并將這些數據以可追憶的形式提供給企業生產管理人員，計算和分析生產成本的；管理信息系統軟件、企業資源計劃管理軟件和供應鏈管理軟件可以按自己的需要訪問、組織、使用系統中的所有數據。
通過對Proficy Portal對Proficy Historian的數據進行實時分析、統計，并以可定制圖文報表的形式展示發布，為提高產品質量及管理決策提供科學的數據依據，從而提高企業的生產管理水平。通過實時跟蹤企業各工廠生產過程信息和設備信息等，使企業生產經營管理人員對企業的生產條件有一個全面的了解。讓企業的管理系統運行在實時生產過程數據的基礎上，從而提高產品質量、縮短制造周期；提高生產及人工效率；提高企業信息化建設的滿意度。
水鋼集團通過采集生產現場的實時數據，建立了一個集數據采集、分析、計算、應用、查詢及維護為一體的完整生產過程管理系統平臺，為實現全廠經濟性分析、事故分析等提供了真實可靠的數據依據，并把生產現場帶到公司管理與決策者的面前，為實現整個生產的安全、可靠、經濟運行提供了高效、準確、及時的管理手段。
