0 引言
莱芜钢铁集团有限公司(简称莱钢)自动化部承担热线自动化系统维护的车间有钢区、铁区、特钢区、新铁区、新钢区及新轧区维护车间，每个车间由4~6企班组 组成，每个班组又承担着若干自动化生产线的维护工作，各生产线的控制方式主要以 PLC(DCS)+上位机为主。PLC(DCS)的生产厂家主要有西门子公司、施耐德公司、AB公司、ABB公司、东芝公司、三菱公司和霍尼韦尔公司等几 十个。而且，同一个公司的 PLC版本各不相同。上位机监控软件也分别采用各家公司的监控软件。控制网络主要分为以交换机为核心的星形网络、由同轴电缆组成的干型网络、以光纤为介质的环型网络。自动化部所维护的PLC系统共有276套，DCS系统共有45套，控制网络也有72套，上位操作站和现场仪表分别有316、有412644， 维护任务十分繁重，人力资源极度紧缺。
远程监控与故障诊断系统实时生产系统的开发可方便地实现对各生产线自控系统的异地监控与维护。合理地利用自动化部、车间、班组的技术资源，实现各车间、各班组技术资源的共享，可以迅速提高整体维护水平，降低故障率，提高维护反应速度和超前处理的能力，这对保障生产线的顺行具有极为重要的战略意义和极高的实 际应用价值，同时也为莱钢将来的ERP、MES的建立搭建良好的基础平台。
打造“数字莱钢”是莱钢信息化建设的需要，其目的是实现能源计量系统的自标定、自平衡和自诊断功能;实现自动化信息化系统的智能故障自诊断、远程处理以及自恢复功能;实现全公司自动化信息互通互联和资源共享，从而构造莱钢生产经营管理的神经中枢，为实现“数字莱钢”奠定坚实的基础。
1 系统概况
1.1 系统内容
莱钢远程监控与故障诊断系统的建设内容，包括以下3个方面：
① 生产运控中心。建立实时数据采集层，连接各生产线的PLC、DCS控制网络，采集生产过程数据，实施生产指令执行和参数下载。
② 区域维护中心。建立应用服务层，创建历史数据库以及关系型数据库，生成各个班组的生产工艺画面、曲线、报表。
③ 远程监控中心。建立Web应用层，生产事件以及客户端信息集成;生产参数传递;生产设备状态跟踪以及发布;个性化报表报告集成;趋势分析;生产统计计算结果。通过信号分析/浏览软件，及时了解整个公司所有受控设备的当前运行状态，便于根据设备状况进行生产计划的实施和调整。
1.2 系统规模
莱钢远程监控与故障诊断系统的开发，主要包括以下5个方面。
① 建立通信网络。在高炉、烧结、动力、焦化到铁区区域维护中心，制氧、炼钢、中型、中小型到钢区区域维护中心，一炼、二炼到特钢区域维护中心，大H型钢、中 宽带、炼铸、热电、新区高炉、新区烧结、新区炼钢到新区区域维护中心敷设通信专网光缆，并完成交换机、介质转换器、防火墙等网络设备以及专业服务器、采集站、客户端的安装、调试，共计完成 36000 多米的光缆敷设和 72 台交换机、30 台防火墙、12 台专业服务器、66 台采集站以及 90 台客户端的安装、调试工作。
② 建立数据库。构建数据采集与管理平台，开发完成制氧站7#、8#、9#、10#制 氧机，炼钢站2#连铸、4#连铸、4#转炉，热送辊道、中型站轧线部分以及中小型 3#站、 4#站等 321 套控制系统共计 24000 点数据库的建立，126 个监控与诊断画面的开发。
③ 开发调试。包括实现PLC、DCS设备级状态监控、网络信息状态监控、设备动作时序判断功能、程序逻辑判断功能、建立常见故障信息库、重要参数工艺画面、 重要参数趋势画面等 7 大部分的开发与测试。
④ 设计与开发管理功能模块。包括生产调度管理、设备管理、人力资源管理、电子地图及 GPS 定位等信息系统。
⑤ 建设远程监控中心、区域维护中心。建设1个远程监控中心、4个区域维护中心。按照监控中心标准新建装修面积为180m2、改造装修 面积为 120m2 系统创新 2.1 技术先进从系统的角度看，莱钢远程监控与故障诊断系统具有非常明显的优势。主要包括以下 6 个方面。
① 高速灵活的数据采集及缓存功能
采用世界领先水平的企业级数据库采集管理软件 Proficy Historian，可以高速采集、归档并发布大量的实时现场过程数据信息。考虑到网络中断或者数据归档部分因为某些原因无法及时响应数据采集器数据发送请求。此系统采集器端支持数据缓存功能，能够在数据采集部分将过程数据暂存于本地，网络恢复正常或者数据归档部分响应后将数据送人实时历史数据库。数据缓 存区的大小可按需要进行灵活配置。
② 分布式采集、分布式应用、远程管理维护技术
建立了实时历史数据库，用统一的数据平台对生产过程不同硬件平台、不同软件环境的自动化装置的实时数据进行采集、存储和发布。把各车间各班组中分散的自成体系的监控系统以分层、分级的方式进行集中管理和监控，将生产数据转换成了生产智能信息。实现了实时生产信息系统与管理信息系统的有机结合、远程监控中心 对各生产工艺环节的生产和设备的过程可视化监视、生产现场和各子系统模块之间的数据交换，把全公司的维护信息上下左右贯通起来;建立生产管理和生产控制承上启下的通路，实现厂级信息的集成和共享。
③ 领先的故障诊断系统
故障诊断系统按系统诊断(包括网络和硬件)、逻辑诊断、回路诊断(即工况诊断)、专家诊断以及故障报警等 5 个组成部分开发。开发分系统、分类别进行，采用主菜单、子功能模式，包括管理功能。针对生产有影响的方面开发逻辑诊断功能，报警画面的设计有逐项精细化提示。
④ 强大的数据压缩功能
采用高效数据压缩算法，具有超效的数据压缩功能。采集器压缩，执行的是死区压缩，它可减少送到服务器的数据点数。一个新值只有在超过上一个被存档值的死区范围或数据质量改变时，才会被送到服务器。归档压缩，提供对一数据点值变化的百分比死区，这个值只有当它不在某一死区的范围内时才被储存。
⑤ 可靠的网络安全
为了提高系统的安全可靠性，特别是保证 PLC、DCS底层控制系统的安全性，对此系统网络的安全性进行了详细的设计。专网设计保证网络通信的速度和可靠稳定性，采用双层防火墙技术进行更细粒度的网络安全区域的划分。通过设置严格的安全控制策略，有效地控制专网区域的网络通信，保证这些相对独立区域的网络安全。选用成熟的企业级网络防病毒软件安 装在客户机及服务器上，提供了更为全面的病毒防御功能。
⑥ 打造透明工厂，创建自动化维护管理新模式
建成了 1 个管理中心、4 个区域、3 层结构的远程监控和故障诊断系统。1 个管理中心是自动化信息化保障体系指挥中心;4 个区域是铁区、钢区、特钢区及新区维护中心;3 层结构是测量层、监控层和管理层。形成了“控制指挥中心、区域执行中心和现场维护”的3 层管理体制，构造了自动化维护管理新模式：远程十区域+流动。整合管理资源，节省大量人力物力;实现了设备维护由事故维修、定期维修向预知维护的转变，提高反应速度和超前处理的能力，降低自控设备故障率，确保自控及网络系统长期稳定运行，逐步形成以现代网络技术为依托的现代自动化信息化保障体系，达到了 “万点受控”和“透明工厂”的目标。
2.2 软硬件配置
此次项目主要针对各车间、班组生产线自控系统的具体情况，建立远程维护系统。工作内容主要从硬件和软件两方面实施。
① 硬件配置
采用专业服务器用于数据的采集及管理，采用高性能商用机作为客户机用于数据的浏览与分析;建立以光纤为主要通信介质的通信链路，并采用相应的网络接口通信设备实现与现场 PLC、DCS 控制系统的数据通信;此外，还采用了硬件防火墙以确保网络的安全可靠运行。
② 软件配置
采用高性能的企业级实时历史数据采集平台以及数据浏览分析开发软件实现对数据的采集、管理以及监控画面的开发。为提高网络的安全可靠性，采用成熟的企业级防病毒软件用于服务器以及客户机的病毒防御。
采用先进的数据发掘工具和专业的计算分析模型对生产过程数据再次加工处理，提炼出对生产管理、设备故障分析、计划调度、经营决策有用的信息，为生产经营管理和实时过程控制之间架起一座桥梁，实现两者之间的信息交换和紧密集成。
3 系统建设方案
3.1 设计思想
莱钢远程监控与故障诊断系统立足于“维护于千里之外，检测于斗室之内，发现于故障之先，完善于损失之前，抢修于分秒之间，保障于无形之中”创新性的设计思 想。远程监控与故障诊断系统是通过建立现场诊断与维护系统、区域监控与管理系统、调度指挥系统 3 层结构，展开针对远程监控、故障诊断 2 个方向的课题研发。该系统是以现代化的管理理念为指导，以数字技术为手段，改造管理流程和生产运作流程，畅通信息渠道，实现管理资源共享;对生产经营活动实行全过程全系统的动态控制;建立和完善先进、实用、高效的信息化体系，达到生产自动化、操作智能化以及管理信息化，全面提高管理效率和运营效果。
3.2 网络结构设计
在各班组主控室建立实时历史生产数据库，并建立双网结构。下层连接本班组下各生产线的控制网络，上层则连接莱钢骨干网;生产现场的实时数据通过下层通信传送到实时生产数据库，并根据需要保存为历史数据;实时历史生产数据库则通过上层通信向骨干网<
