前　言
目前, 信息和自动化技术的飞速发展对推动社
会经济的发展起着越来越大的作用。随着济南鲍德
气体有限公司(以下简称: 鲍德气体) 的不断发
展, 通过信息自动化系统进一步实现生产、调度和
管理的管控一体化, 实现工艺流程及管理业务的优
化整合、促进企业内部资源的优化配置, 使企业实
现从经验管理向科学管理的发展。
1 　鲍德气体控制系统现状
鲍德气体担负着济钢集团氧气、氮气、氩气和
压缩空气等气体的供应任务, 其中: 氧气主要用于
炼钢, 氮气用于炼钢转炉煤气回收、炼钢溅渣护
炉、炼钢炼铁除尘和燃气发电等, 氩气用于炼钢精
炼等, 空气用于炼铁喷煤等生产工艺。鲍德气体生
产供应系统的安全稳定运行、优化高效的调度管理
对济钢集团的生产有着重要的作用。
鲍德气体的主要生产设备包括: 1 # ～ 4 #
20000m3/ h 空分设备、5 # 40000m3/ h 空分设备、
6 # 15000m3/ h 空分设备、集中空压机站、氧压机
站、3 套液化装置和水处理系统等。各生产设备控
制系统配置情况如下:
(1) 1 # 20000m3/ h 空分设备DCS 控制系统,
控制范围: 空压机、空分设备、氧压机、贮槽、
65t/ d 液化装置、氮压机; 控制系统类型: 日本横
河公司的CS3000 集散控制系统, 其中氮压机由英
格索兰就地PLC 控制系统控制。
(2) 2 # 20000m3/ h 空分设备DCS 控制系统,
控制范围: 空分设备、DH90 型空压机、贮槽、陕
鼓RIK80 型空压机; 控制系统类型: 日本横河公
司CS3000 集散控制系统, 其中陕鼓RIK80 型空压
机由日本横河公司的CS1000 控制系统单独控制,
通过硬点实现与空分系统的工艺联锁。
(3) 3 # 20000m3/ h 空分设备DCS 控制系统,
控制范围: 空压机、空分设备、氧压机、氮压机;
控制系统类型: ABB 公司的AC800F 集散控制系
统。
(4) 4 # 20000m3/ h 空分设备DCS 控制系统,
控制范围: 空压机、空分设备、氧压机、氮压机;
控制系统类型: ABB 公司的AC800F 集散控制系
统。
(5) 120t/ d 液化装置控制系统, 控制范围:
120t/ d 液化装置、3 # 液体贮槽; 控制系统类型:
ABB 公司的AC800F 集散控制系统。
(6) 5 # 40000m3/ h 空分设备DCS 控制系统,
控制范围: 空压机、增压机、空分设备、2 台氮压
机; 控制系统类型: 日本横河公司的CS3000 集散
控制系统。
(7) 6 # 15000m3/ h 空分设备DCS 控制系统,
控制范围: 空分设备、氧压机、空压机; 控制系统
类型: ABB 公司的AC800F 集散控制系统, 其中
空压机为俄罗斯产品, 采用常规仪表控制, 操作室
距空分系统操作室较远。
(8) 集中空压机站PLC 控制系统, 控制范围:
1 台15000m3/ h SV K 氮压机、2 台15000m3/ h
SV K空压机、1 台24000m3/ h Copper 空压机; 控
制系统类型: SV K 压缩机采用GE 公司的
VersaMax PLC 就地控制柜控制, Cooper 空压机采
用厂家就地PLC 控制系统控制。
(9) 氧压机站DCS 控制系统, 控制范围: 1 #
6000m3/ h 氧压机、2 # 6000m3/ h 氧压机、2 #
20000m3/ h 氮压机; 控制系统类型: 日本横河公司
的CS1000 集散控制系统, 其中1 # 6000m3/ h 氧压
机和2 # 20000m3/ h 氮压机共用1 套监控软件、2 #
6000m3/ h 氧压机单独使用1 套监控软件。
(10) 水处理系统控制系统, 控制范围: 1 # 、
2 # 、3 # 水处理系统; 控制系统类型: ABB 公司的
AC800F 集散控制系统, 其中1 # 、2 # 水处理系统
采用常规仪表控制、3 # 水处理系统采用DCS 控制
系统控制。
(11) 管网调度系统, 采用研华亚当模块进行
数据采集及控制。
由此可见鲍德气体生产设备的控制系统具有以
下特点: 控制系统设备类型各异, 控制系统I/ O
点数较多, 各设备物理位置相对分散, 控制软件种
类较多。
2 　管控中心方案设计
211 　技术问题
由鲍德气体生产设备控制系统的现状可以看
出, 其基础自动化已粗具规模, 初步具备了建立气
体公司管控中心, 实现生产、调度、管理一体化系
统的条件。但实现管控中心需要解决以下技术问
题:
(1) 各生产设备物理位置分散、距离较远, 必
须解决远距离通讯、干扰和信号衰减的问题。
(2) 各生产设备所采用的控制系统不同, 由于
控制系统的通讯接口采用不同的通讯协议, 要实现
集中监控必须解决网络通讯协议的转换问题, 以保
证在不同接口、协议之间进行可靠、准确的数据传
送和交换; 同时必须提供开放性的数据接口, 以便
管理网的数据采集。
(3) 对仍采用常规仪表进行监控的控制系统进
行技术改造, 使其具备远程通讯功能, 并满足管理
网的数据采集。
(4) 对现有系统的改造必须在不停产或较短的
停产时间内完成。
212 　管控中心方案设计
21211 　网络结构
鲍德气体3 # 、4 # 20000m3/ h 空分设备、6 #
15000m3/ h 空分设备等控制系统采用ABB 公司的
AC800F 集散控制系统(上位监控软件为ABB 公
司的Freelance2000) , 该控制系统采用工业以太网
TCP/ IP 协议实现上位计算机与控制器、控制器与
控制器之间的数据交换。
集中空压机站3 台SV K 压缩机采用美国GE
公司的VersaMax PLC 就地控制柜完成工艺过程的
控制, 该系统的CPU (中央处理器) 具有以太网
通讯接口, 可通过TCP/ IP 协议与上位监控计算机
通讯, 实现数据的远程显示及控制; 上位监控计算
机采用Intellution 的公司的IFIX310 上位监控软
件。
1 # 和2 # 20000m3/ h 空分设备、5 # 40000m3/ h
空分设备、氧压机站2 台6000m3/ h 氧压机以及
20000m3/ h 氮压机的控制采用日本横河公司的
CS3000 、CS1000 集散控制系统, 该系统采用3 层
网络通讯: 一层为RIO 总线通讯、二层为V2net
通讯、三层为TCP/ IP 以太网通讯, 其中V2net 通
讯完成上位计算机与过程站之间的数据交换, 各上
位机之间的数据交换通过以太网TCP/ IP 协议实
现。
上述AC800F ( Freelance2000 ) 、VersaMax
PLC、CS3000 、CS1000 控制系统均具有OPC 通讯
功能。通过该协议, 管控中心管理网从各监控站
(各系统的工程师站) 采集数据, 用于生产调度、
管理、统计报表及WEB 发布。
为了保证网络系统的安全、稳定运行, 网络主
体结构采用冗余的TCP/ IP 环网结构, 根据各生产
设备的物理位置不同, 将管控中心(1# 、2 # 交换
机) 、4 # 20000m3/ h 空分设备(5 # 交换机) 、管网
调度(3 # 交换机) 、6 # 15000m3/ h 空分设备(4 # 交
换机) 作为冗余环网的各个节点。3 # 20000m3/ h
空分设备、1 # 、3 # 水处理系统与4 # 20000m3/ h 空
分设备距离较近, 采用星形连接方式接入环网4#
20000m3/ h 空分设备节点; 2 # 水处理系统采用星
形连接方式接入环网管网调度节点。因此, 当环网
中某处线路发生故障时, 不会影响环网各节点的正
常通讯; 环网中各交换机故障时仅影响该节点的工
艺过程。例如3 # 交换机与4 # 交换机之间的光纤发
生故障, 3 # 、4 # 交换机可通过2 # 、1 # 、5 # 交换机
及之间环网完成数据通讯; 3 # 、4 # 、5 # 交换机发
生故障仅影响各自节点所关联的工艺过程, 不会影
响整个环网的数据通讯。
为保证系统安全稳定运行, 各控制系统均设有
2 台冗余的上位监控计算机; TCP/ IP 通讯协议的
控制系统与冗余的2 台上位计算机间的通讯分别通
过环网节点1 # 、2 # 交换机接入管控中心, 以进一
步提高网络的可靠性。各系统上位监控计算机通过
OPC协议实现与管理网的数据通讯。为了降低网
络的传输负荷, 提高以太网的通讯速度, 采用通讯
速率达100MB/ s 的MOXA EDS - 7261QG模块式
网络的工业交换机, 可以尽量避免发生冲突, 提高
系统的稳定性。
1 # 、2 # 20000m3/ h 空分设备、5 # 40000m3/ h
空分设备的CS3000 集散控制系统, 氧压机站2 台
6000m3/ h 氧压机、20000m3/ h 氮压机的CS1000 集
散系统各自独立, 两条冗余的V2net 网络分别将其
直接引入管控中心2 台冗余的上位监控计算机。日
本横河公司的上位计算机通过OPC 协议接入环网,
实现与管理网的数据交换, 环网的故障不影响
CS3000 、CS1000 集散控制系统的正常运行。
21212 　网络安全
为了实现和济钢集团总公司OA 办公网络的连
接, 保证网络的安全, 在对外出口设置防火墙, 并
为计算机配备防毒软件, 作为阻止病毒入侵的有效
手段, 这样管控中心就形成了一个防范病毒的整
体。
21213 　管理数据的采集与发布
为了实现管理网从各控制系统采集过程数据,
并向济钢集团总公司OA 办公网络进行发布, 网络
系统配置了1 台DELL 2950 WEB 服务器。
管控中心的管理监控平台采用Citect 公司的工
业控制软件Citect SCADA、P2B 实现整个系统的
监控。该软件通过OPC 协议从各控制系统的上位
计算机采集过程数据, 存入WEB 数据库, 并将生
产过程的主要数据通过OA 办公网络向指定计算机
发布。
21214 　管理网数据的存储及统计
为了进行数据的存储、统计, 管控中心网络配
置了1 台DELL 6850 Orcale 数据库服务器、DELL
MD 1000 146G×10 磁盘阵列, 配置了一个标准的
Oracle 数据库, 作为管控中心的数据中心, 完成数
据的统计分析、存储功能。
管控中心自动化系统网络拓扑图如图1 所示。
3 　关键技术问题的解决
311 　工业以太网的应用
工业以太网是按照国际标准设计用于工业环境
的一种单元网络, 随着以太网技术的广泛应用和发
展, PLC 及DCS 控制系统开发厂商都推出了各自
的TCP/ IP 通讯协议, 提供了Etherent 接口。另
外, 工业以太网交换机的出现使得和交换机相连的
所有端口上的设备可以没有冲突的通讯, 从而保证
冗余环网的安全稳定运行。
312 　网络抗干扰问题
管控中心冗余环网网络采用铠装多模光纤组成
监控系统的主干通信网, 解决控制设备与管控中心
距离远、信号易受干扰的问题。每一个控制设备的
通讯电缆在出本控制室前均通过光电转换设备进行
必要的转换。
采用在线式不停电电源(UPS) 为DCS 控制
系统、PLC 控制系统、管控中心上位计算机系统
供电, 以提高系统供电的安全可靠性, 同时UPS
还具有较强的干扰隔离性能。
根据各控制系统的要求完善各DCS 控制系统、
PLC 控制系统接地方式, 对管控中心计算机网络
采用一点接地方式。
313 　英格索兰PLC 控制系统与管控中心网络的数
据交换
1 # 20000m3/ h 空分设备氮压机为英格索兰产
品, 完成其与管控中心计算机网络的通讯, 实现远
程数据监控对管控中心功能的完善至关重要。在
1 # 20000m3/ h 空分设备CS3000 控制系统上添加
Modbus 通讯模块, 利用英格索兰PLC 控制系统的
Modbus RS485 接口, 将氮压机的数据传递到
CS3000 控制系统, 通过CS3000 控制系统的操作
界面完成对氮压机PLC 控制系统数据采集及操作
指令的传送。
314 　Cooper 公司空压机PLC 控制系统与管控中
心网络的数据交换
集中空压机站24000m3/ h 空压机采用Cooper
公司的就地PLC 控制系统。该系统预留有Modbus
RS485 接口, 利用MOXA 公司的串口服务器
Nport5230 将串口映射到以太网口接入集中空压机
站上位计算机IFIX310 监控系统, 通过IFIX310
监控画面完成对空压机PLC 控制系统数据采集及
操作指令的传送。
315 　管网调度系统
选用具有以太网通讯功能的S7300 PLC 控制
系统, 带有OPC 协议的WinCC 监控软件实现管网
调度系统与管控中心网络的数据监控。
316 　1 # 、2 # 水处理系统常规仪表改造
将1 # 、2 # 水处理系统常规仪表系统改造为具
有以太网通讯功能的S7300 PLC 控制系统, 使用
OPC 通讯协议完成Citect SCADA 监控软件的上位
监控; 并通过改造, 将水处理系统低压电控的控制
操作, 由上位监控计算机发出控制指令经S7300
PLC 控制系统输出至各电气控制柜完成。
4 　结束语
鲍德气体管控中心的建立, 实现了空分设备气
体生产供应系统的远程集中控制, 实现了生产、调
度和管理的管控一体化, 为提高公司绩效水平, 实
现节能降耗、科学管理发挥了重要作用, 对同类型
企业的生产管理具有借鉴作用。