烧结智慧集控中心的设计与实现_何炜.pdf

金 属 材 料 与 冶 金 工 程第51卷第1期烧结智慧集控中心的设计与实现何炜1，袁君奇2，郭成忠2（1.湘潭钢铁集团有限公司，湖南 湘潭 411100；2.湖南瑞菱科技有限公司，湖南 湘潭 411100）摘要：通过一体化的操作平台，统一的网络规范和标准，在提高生产效率和操作水平的同时，为钢铁智慧工厂建设优化岗位人员配置，提供平台基础，研究并设计了烧结智慧集控中心。此系统的设计整体采用了超融合服务器与坐席管理系统相融合的方法，实现操作画面与监控视频无缝切换。同时对整体网络架构全面规划设计，在保证烧结智慧集控中心稳定运行的前提下预留智慧工厂对接接口，为后期的扩容奠定基础，更进一步提高企业的生产效率，增强企业的核心竞争力。关键词：集控中心；系统融合；网络架构；智慧工厂中图分类号：TF046.4文献标识码：A文章编号：2095-5014（2023）01-0050-05Design and Implementation of Sintering IntelligentCentralized Control CenterHE Wei1，YUAN Junqi2，GUO Chengzhong2（1.Xiangtan Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Xiangtan 411100，China；2.Hunan Ruilingkeji Co.，Ltd.，Xiangtan 411100，China）ABSTRACT：This paper studies and designs the sintering smart control center.Through theintegrated operation platform，unified network specifications and standards，while improving theproduction efficiency and operation level，the sintering smart control center provides a platformbasis for optimizing the post staffing for the construction of the sintering smart factory.The overalldesign of this system adopts the method of integrating hyper-converged server and agent managementsystem，which can achieve seamless switching between operation screens and monitoring video.Atthe same time，the overall network architecture is comprehensively planned and designed to ensurestable operation of the center，and reserve smart factory interface for later expansion，which canfurther improve the production efficiency and enhance the core competitiveness of the enterprise.KEY WORDS：centralizedcontrolcenter；systemcombination；networkarchitecture；smartfactory收稿日期：2022-11-30第一作者简介：何炜（1984），男，工程师，硕士，主要研究方向为冶金行业智慧工厂的规划与设计。金 属 材 料 与 冶 金 工 程Metal Materials And Metallurgy Engineering第51卷第1期2023年2月Vol.51 No.1Feb.2023在我国众多的制造业支柱产业中，钢铁行业占据主要地位，实现钢铁生产智能化、少人化、自治化，更是钢铁企业转型升级的关键。根据钢铁企业转型升级及构建智慧钢厂的需求，按照加快传统产业数字化、智能化，引导数字经济和实体经济深度融合的思路，以“让设备开口说话、让机器自主运行、让职工更有尊严的工作、让企业更有效率”为目标，特建设烧结智其 它2023年第1期何炜，等：烧结智慧集控中心的设计与实现慧集控中心，实现烧结“生产组织调度一体化、安全保障体系化、异常预警智能化”。1某钢厂烧结现状某钢厂各烧结机及对应的辅助系统较为分散，距离较远，人员职能单一，各种生产对人工依赖程度较高。同时各生产岗位使用计算机都是采用机架式工控机，工控机资源利用率低下，能耗较高，缺乏统一的主机管理平台且数据分散存储，数据安全性低，各岗位人员采用通用账号登录，用户行为管理困难。以上这些问题增加了设备运维的复杂程度，信息安全得不到有效的保障，对生产中出现的质量问题进行精准溯源难度较大。随着智慧钢厂的建设，在满足安全的条件下，构建烧结智慧集控中心，通过超融合服务器与坐席管理系统相融合的方式，提供灵活配置工作站台数和资源的统一管理系统。对操作岗位人员配置进行优化，丰富人员职能，强化各生产系统自动化、信息化、智能化水平，降低生产对人工的依赖程度，提高生产效率，强化产品质量。2某钢厂烧结智慧集控中心架构设计2.1总体架构设计智慧集控中心，将L1（智能装备、控制系统PLC）、L2（物料跟踪系统、粒度检测系统、无人化料场、智能选配矿等系统）、L3（生产过程执行系统MES、产销辅助信息系统）、L4（ERP）有机地结合到一起，利用物联网、大数据、人工智能、云计算等关键技术，结合工业互联网及5G通讯，打造烧结智能一体化分析管控及操控平台，实现生产现场“无人化、少人化”、操控中心操作智能化、生产过程可视化、运维管理数字化、辅助决策智慧化，体现极致制造能力及智慧管控能力，打造一流的烧结智慧集控中心1。系统整体架构图如图1所示。图1 系统整体架构图Fig.1 Overall system architecture diagram2.2硬件架构设计该钢厂通过超融合服务器与坐席管理系统相融合的方式构建整个烧结智慧集控中心，其中超融合服务器作用于烧结集控中心，利用超融合服务器替代传统的机架式工控机，使超融合一体机可承载更多的安全服务器群，便于不同的业务流程运行；以分布式技术为核心的坐席管理系统，可根据现场实际情况管理设备坐席，实现操作终端与操作席位的随意切换。网络设计采用双冗余网络，深度保障整个网络系统的稳定运行2，其中自动控制网、内网、其它系统网络进集控中心汇聚交换机，通过汇聚交换机对各部分网络进行隔离，实现不同网络之间相互独立不交叉。集控中心虚拟出各客户机，由操作台上通过瘦客户机连接虚拟系统中的客户机，供操作员使用。系统网络架构图如图2所示。51金 属 材 料 与 冶 金 工 程第51卷第1期2.3软件架构设计系统软件部分主要进行硬件资源整合，统一对外服务，层级架构主要分为四层，如图3所示。这四层分别为：（1）资源层。通过超融合服务器替代传统工控机，对操作系统进行虚拟化，对系统的资源进行统一调配及管理，坐席系统连接云终端及可视化大屏，实现对不同画面的随意调度及切换。（2）虚拟化层。实现计算、存储、网络的虚拟化并形成整体统一的资源池3。其中算法模型统一部署在服务器中，解决数据治理、分析等问题，数据流的全面打通，解决了不同岗位之间的数据流通壁垒，实现对生产过程中产品质量问题的精准溯源。存储虚拟化采用多副本机制，秒级快照，可实时或周期创建，并通过快照快速恢复创建点数据，保障数据安全可靠、不惧故障，有效的提高存储空间利用率。网络虚拟化支持 VLAN 和 VxLAN安全组，设定网络访问控制和安全隔离，支持IPv4和IPv6双栈网络，双栈网络轻松访问，可实现两种协议互不影响，使网络具备全面、精细、统一的自由配置能力，加强了网络的统一调配及管控。（3）管理层。超融合云管平台及分布式坐席系统，支持不停机智能扩容，系统自动重建重启、秒级实时故障感应、业务自定义分级恢复等功能，极大的保障了关键业务持续性，实现了高度自由的资源调配及智能化高效的统一管理。（4）业务层。统一提供定制化服务，其中坐席管理系统主要提供坐席协作管理功能，平台采用非IP纯光纤可视化坐席协作系统，以分布式技术为核心，通过设置KVM坐席输入节点、KVM坐席输出节点、网络交换机、用户主机、显示器等设备，实现坐席人员可以任意调用不同操作系统、不同分辨率、不同接口的数据，为关键任务环境提供便利，实现汇集管理、高效协调、实时性操控、信息沟通、安全管控、人机分离、一人多机等功能。2.4网络安全设计网络安全整体设计主要依据行业网络安全“分级分域、整体保护、积极预防、动态管理”的总体策略。整体从“安全通信网络、安全区域边界、安全计算环境、安全管理中心”四个维度对网络安全进行管控，见图4。其中安全通信网络主要对网络的架构进行统一规划设计，搭建双冗余网络，保障整个物图2 系统网络架构图Fig.2 System network architecture diagram522023年第1期理链路的稳定，同时针对不同的系统，根据对安全的要求不同，进行定制化的安全分区。安全区域边界主要对工控局域网和外网进行边界隔离，通过入侵检测、安全审计等防护手段，杜绝外部网络与工控局域网之间的交叉访问，保障工控网络边界安全。安全计算环境通过对主机加固和优盘的安全防护，防止外部病毒入侵。安全管理中心通过对日志审计、整个网络系统的集中管控进行全面风险评估以及态势感知，掌握目前工控系统防护状态。3烧结智慧集控中心主要功能及效果通过通信技术、计算机网络技术、物联网、工业互联网、云计算、大数据等信息化技术建设具有智能与预知性相结合的烧结智慧集控中心4，更进一步地改善了员工的工作环境，提升员工的幸福感以及对企业的归属感，对烧结的管控业务流程和操控流程进行优化，降本增效，将烧结厂打造成为同类钢厂最优劳动生产率的智慧制造标杆单位，为钢铁产品全生命周期的建设奠定了基础。同时以提质降本增效、高效协同为目标，实现烧结生产的设备自动化，做到人机实时互联，设备 24小时连续稳定运行，对设备进行预测性维护，降低设备故障率。操作集中化，远程集中操作烧结生产，打破不同岗位之间信息传递壁垒，实现岗位整合优化，丰富操作人员职能。安全标准化，自动标准化作业，操作系统、计算、存储、网络虚拟化，降低运维难度，强化信息安全管理。流程智能化，将烧结生产内工序质量动态优化、物质能源协同优化，同时通过对不同工序之间数据的对比分析，在降低由于人身安全、生产事故、产品质量、数据壁垒、管理不畅等不确定因素带来的管理成本的同时，加强流程管控，对所生产的产品进行预知预警，实现供应链全局最优、整体价值最大化。通过采用集中、扁平化的管控模式，将生产管控、能源监控、安全监控、设备监控、质量管控等集中至烧结智慧集控中心5。系统通过4台超融合服务器虚拟 80台云终端代替传统工控机，节约人工成本约300万元/年，日常维护效率提升40%以上，利用16个坐席输入输出节点同时对多路信号源进行监控和操作，屏幕使图3 软件架构图Fig.3 Software architecture diagram图4 网络安全拓扑图Fig.4 Network security topology何炜，等：烧结智慧集控中心的设计与实现53金 属 材 料 与 冶 金 工 程第51卷第1期用效率提高15%以上。整个系统的投运每年为公司节约用电 18.8万度，节约用煤 75.2吨，减少碳排放187.3吨。4结论（1）该设计整体采用了超融合服务器与坐席管理系统相融合的方法，实现操作画面与监控视频无缝切换，同时在整体网络构架全面设计方面提前预留智慧工厂对接接口；该设计可以保证烧结智慧集控中心稳定运行，且为后期扩容奠定基础。（2）通过本文烧结智慧集控中心的设计，为后期的建设与投运，以及智慧烧结建设提供了平台基础。下一步将通过以工业机器人为代表的智能装备代替人工作业，实现高危工作现场无人化；同时将现场无人化、生产数字化及控制智能化与烧结智慧集控中心有机结合，逐步建设形成以“经营分析一体化、运营管理一体化、生产操维一体化、设备感知一体化”为核心的智慧烧结，为智慧焦化、智慧炼铁等提供建设思路及经验，为黑灯工厂、数字化工厂的建设奠定基础。参考文献：1 江舸.钢铁智能工厂智慧制造总体规划设计研究J.大众标准化，2021（4）：101-103.2 鞍钢股份.全冶炼工序集控中心项目落地鞍钢 J.冶金自动化，2021，45（06）：45.3 张钧泰.利用虚拟化云计算机构建智慧型中心机房J.信息与电脑（理论版），2015（1）：19-21.4 杨凌珺.以“数智”描绘马钢智能工厂新蓝图 J.冶金管理，2022（4）：15-21.5 中冶南方.中冶南方助力打造涟钢冷轧全厂智能高效集控中心 J.冶金自动化，2021，45（5）：45.金属材料与冶金工程征稿、征订启事金属材料与冶金工程（原湖南冶金）创刊于1973年，是由湖南省人民政府国有资产监督管理委员会主管，湖南华菱钢铁集团有限责任公司、湖南省金属学会主办的面向全国的综合性科技期刊。主要报道金属材料、冶金铸造、钢铁冶炼与加工、电子电工合金材料、焊接材料、冶金工程、冶金设备改造、冶金物化、冶金环保、矿业采选技术、IT应用以及企业管理等方面新的科研成果和学术论文。金属材料和冶金工艺等领域的新成果，是本刊近年报道的重点。本刊是湖南省一级科技期刊，CAJ-CD规范执行优秀期刊，中国核心期刊(遴选)数据库收录期刊、中国期刊全文数据库（CJFD）收录期刊、中国学术期刊综合评价数据库（CAJCED）统计刊源期刊，是中国金属文献数据库、中国冶金文摘、中国无机分析化学文摘等著名数据库和检索刊物的全文收录与文摘对象，被国家大型图书馆和材料、冶金类院校，科研院所和厂矿企业作为藏书之一。热忱欢迎广大材料、冶金领域的专家、学者积极投稿。稿件使用Word文档发E-mail到JSCLYYJGC。金属材料与冶金工程 为双月刊，国内外公开发行。国内统一刊号 CN43-1476/TF，国际标准刊号ISSN2095-5014，每册定价15.00元，全年90.00元。国内邮发代号42-272，海外发行代号BM7728，由中国国际图书贸易总公司（北京市399信箱）总代理。读者可在全国各地邮局直接订阅，错过邮局订阅时间者也可向编辑部订阅。本刊可刊登国内外有关金属材料、冶金新能源、冶金新信息研究动态以及商贸等方面的供求信息和广告，本刊可承接彩色及黑白画页广告、文字广告，欢迎来函、来电、来人联系。金属材料与冶金工程编辑部地址：湖南华菱湘潭钢铁有限公司邮编：411101电话：[phone]E-mail：JSCLYYJGC54