1  引言
“透明工厂”理念是近年自动化控制领域新提出的控制理念。该理念针对生产过程,通过网络架构、PLC控制器、智能仪表等控制设备,使各个工艺过程、工艺环节成为一个有机的整体,体系结构允许最终用户将其设备集成运行到一个更高的水平上,实现集约化的生产过程和产品调配。各级用户可以凭借授权等级通过上位监控机(HMI)了解、掌握和实际操作,达到生产的高度透明化、开放化,从而大大减少系统集成的工作量,降低了车间操作人员和调度员的劳动强度,提高了企业现代化管理的水平。透明工厂是建立在新的信息技术(IT)和通讯技术基础上的,这些技术包括OPC开放软件标准和WEB技术等。主要包含三方面的内容:基于TCP/IP以太网的通讯、WEB模式的网络应用和面向对象的编程。
济钢新近投产的3＃1750m3高炉工程的自动化系统开发就是本着“透明工厂”的理念,基于罗克韦尔公司新一代Controllogix系列AB控制系统开发完成的。该项目自动化系统采用二级计算机控制系统,一级为基础自动化系统，以AB公司Controllogix系列PLC为核心，监控软件RSView SE为实时监控系统完成电气传动控制、仪表过程控制，使用网络技术构成基于控制器的分布式控制系统，监控站采用客
户机(Client)/服务器(Server)结构。二级为过程计算机系统,二级计算机系统采用客户/服务器结构,实现炼铁的工艺技术参数计算等。一级和二级之间通过网络进行通讯,通讯协议完全开放,在上挂总公司主干网,可以与MES(制造执行系统)和ERP(企业资源计划)无缝的连接。

2  “透明工厂”网络拓扑结构
网络系统运行在安全稳定的环境中,是“透明工厂”理念应用是否成功的关键,设计中我们采用环形和放射性组网结合的原则,对高炉生产影响指数高、上下数据传输量大、工艺环节联系紧密的子站,采用冗余的环形组网。对辅助系统,下行数据量小的系统,采用放射性组网方式。同时,为了最大限度的使系统“透明化”,一些具备网络功能的智能仪表、控制器和其他厂家的PLC,也通过相应的通讯模板上挂以太网。信息的集散统一在炉顶PLC安装的Prosoft公司的1756-MNET、1756-DNB模块收发,打包信息经编译处理后,再打包传送给Modicon等处理器,作为最新的实时的控制条件输入。“透明工厂”网络拓扑结构参见图1。

图1     “透明工厂”网络拓扑结构

2.1  基础控制层(L1级)完成的主要功能
(1) 矿槽部分:包括对矿石系统、焦炭系统、焦丁系统及上料主皮带电气设备的控制，完成高炉的供配料(料批周期程序，正常装料程序，赶料程序，矿石系统供配料程序，焦炭供料程序);
(2) 炉顶部分:对炉顶布料系统及有关部分的检测与控制:炉顶打水系统;炉顶气密箱及罐压控制系统;多环布料、炉顶料罐及上料系统检测与控制;
(3) 炉顶液压站、调节阀液压站、干油站、稀油站;a、b、探尺直流控制。
炉身部分:自动控制、调节炉顶压力，控制高炉的出铁质量。
(4) 冷却壁部分:控制高炉冷却水，保护高炉本体。控制膨胀罐压力，自动补水，控制膨胀罐液位在正常范围，同时有事故补水系统;
(5) 热风炉部分:包括三座热风炉和一座液压站，实现了热风炉换炉，燃烧,送风,自动寻优等功能; 
(6) 原燃料系统:原燃料计量、球团供料、烧结供料、生矿供料、焦炭供料;
(7) 水处理系统:软水系统、净水循环系统、炉役后期供水泵站。
2.2  过程控制层(L2)完成的主要功能
过程数据的收集、过程监视、原燃料管理、专家系统数学模型、生产操作指导、数据通讯、历史数据存储和处理、报表打印。
(1) 过程数据的收集
该系统通过网络接收来自基础自动化系统的过程数据,包括原燃料数据、上料数据、炉顶数据、炉内冶炼数据、煤粉喷吹数据、出铁数据、等等。有些数据不能自动获取，或者通信故障时,操作员可在操作站上人工输入到该系统中。