CN112488645A - 钢铁生产数据中台及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供本发明提供的钢铁生产数据中台及控制方法，包括数据通信中心ICC和数据管理中心IMC；在数据通信中心ICC内设置有PLC读写模块，在数据管理中心IMC内设置有PD区和生产数据模型；数据通信中心ICC通过PLC读写模块自现场主生产线PLC系统上读取生产数据并传输至数据管理中心IMC；数据管理中心IMC基于生产数据模型将生产数据映射至PD区；数据管理中心IMC基于生产数据模型自PD区内提取控制数据并传输至数据通信中心ICC；数据通信中心ICC通过PLC读写模块将控制数据写入现场主生产线PLC系统。利用上述发明能够解决在现有的钢铁生产数据管理流程中，各个系统间的兼容性和集成性差，缺乏必要的沟通和协作，用户接入困难，适用性较差，运行性能不稳定的问题。

Description

钢铁生产数据中台及控制方法
技术领域
本发明涉及钢铁加工领域，更为具体地，涉及一种钢铁生产数据中台及控制方法。
背景技术
在钢铁加工生产过程中，涉及到许多加工工艺，如连铸、冶炼、轧钢等，以连铸工艺为例，连铸是一个边充填、边凝固并涉及热量传递、流体流动、溶质分配、应力应变的复杂的动态凝固工艺。在连铸生产过程中，产品表面看是敞开的，但其内部的冷却过程、渣的影响仍然靠推断，故长期以来技术的发展，主要是靠试验、失败、再试验直到成功而取得。
近来由于检测技术、计算技术、图象处理技术、工艺理论、特别是模型化的进步，冶金工作者开始借助数值仿真、信息化等技术来了解生产过程，把本来模糊的过程，变成透明化、可视化，并实行实时定量控制，以提高生产效率，提升产品质量合格率。
然而，无论是数值仿真技术，还是信息化技术，都要依靠最基础的数据来实现，由于不同的技术，针对的控制对象不同，在不同阶段开发，且采用的工艺技术、开发队伍、服务范围、开发平台和开发工具不统一，也没有考虑统一数据标准或者信息共享，导致数据烟囱、信息孤岛和碎片化严重。
一方面，技术开发者除了关注技术业务本身外，还要投入大量的时间、精力和资金来进行各类接口开发，才能实现与现场生产线数据、其他冶金工序数据、生产计划数据等交互，致使相关联的系统通信负荷大，网络负担重，维护成本高、资源浪费严重。
另一方面，由于技术的孤岛性，加之管理过程和管理系统的规范标准缺失，使得各个系统间的兼容性和集成性差，缺乏必要的沟通和协作，用户接入困难，整体适用性较差，运行性能不稳定。
基于以上技术问题，亟需一种能够提高各个系统间的兼容性、集成性、交互性以及协作性的中台设备。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种钢铁生产数据中台及控制方法以解决在现有的钢铁生产数据管理流程中，各个系统间的兼容性和集成性差，缺乏必要的沟通和协作，用户接入困难，整体适用性较差，运行性能不稳定的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种钢铁生产数据中台，包括数据通信中心ICC、数据管理中心IMC以及数据服务中心ISC；其中，在所述数据管理中心IMC内设置有PD区数据池、AD区数据池以及LD数据池；其中，
所述PD区数据池用于配合所述数据通信中心ICC对外界的现场主生产线PLC系统进行数据控制；
所述AD区数据池用于配合所述数据服务中心ISC对外界的业务单元进行数据交互；
所述LD数据池用于存储所述钢铁生产数据中台工作时产生的日志记录信息。
此外，优选的方案是，在所述数据通信中心ICC内设置有PLC读写模块，在所述数据管理中心IMC内设置有与所述PD区数据池对应的生产数据模型；其中，
所述数据通信中心ICC通过所述PLC读写模块周期性地自所述现场主生产线PLC系统上读取第一生产数据并传输至所述数据管理中心IMC；所述数据管理中心IMC基于所述生产数据模型的数据属性将所述第一生产数据映射至所述PD区数据池；并且，
所述数据管理中心IMC还基于所述生产数据模型的数据属性周期性地自所述PD区数据池内提取第一控制数据并传输至所述数据通信中心ICC；所述数据通信中心ICC通过所述PLC读写模块将所述第一控制数据写入所述现场主生产线PLC系统。
此外，优选的方案是，在所述数据通信中心ICC内还设置有数据库模块；其中，
所述数据通信中心ICC通过所述数据库模块周期性地自所述现场其他工序系统上读取第二生产数据并传输至所述数据管理中心IMC；所述数据管理中心IMC基于所述生产数据模型的数据属性将所述第二生产数据映射至所述PD区数据池；并且，
所述数据管理中心IMC还基于所述生产数据模型的数据属性周期性地自所述PD区数据池内提取第二控制数据并传输至所述数据通信中心ICC；所述数据通信中心ICC通过所述数据库模块将所述控制数据写入所述现场其他工序系统。
此外，优选的方案是，在所述数据通信中心ICC内还设置有数据存储模块，所述数据存储模块用于将流经所述数据通信中心ICC的数据备份至预设历史数据库；并且，
所述数据存储模块还用于自所述预设历史数据库中获取所需历史数据。
此外，优选的方案是，在所述数据管理中心IMC内还设置有与所述AD区数据池对应的业务数据模型；其中，
所述数据服务中心ISC用于获取各业务单元的业务数据并将各业务数据传输至所述数据管理中心IMC；所述数据管理中心IMC基于所述业务数据模型将各业务数据存入所述AD区数据池。
此外，优选的方案是，所述数据管理中心IMC还用于根据各业务数据生成控制数据，并将所述控制数据存入所述PD区数据池。
此外，优选的方案是，所述数据服务中心ISC还用于各业务单元之间进行数据交互；其中，
各业务单元向所述数据服务中心ISC发送其业务数据，并通过所述数据服务中心ISC获取其他业务单元的业务数据。
另一方面，本发明还提供一种钢铁生产数据控制方法，利用前述的钢铁生产数据中台进行数据传输控制；所述钢铁生产数据控制方法包括：
通过数据服务中心ISC获取各业务单元的业务数据并将各业务数据传输至所述数据管理中心IMC；
通过所述数据管理中心IMC根据各业务数据生成相应的控制数据并存入所述PD区数据池；
通过所述数据管理中心的生产数据模型的数据属性周期性地自所述PD区数据池内提取所述控制数据；并将所述控制数据传输至所述数据通信中心ICC；
通过所述数据通信中心ICC的PLC读写模块或数据库模块将所述控制数据写入现场主生产线PLC系统或现场其他工序系统。
此外，优选的方案是，该方法还包括通过所述数据通信中心ICC的PLC读写模块周期性地自所述现场主生产线PLC系统或所述现场其他工序系统上读取生产数据，将所述生产数据传输至所述数据管理中心IMC；
通过所述数据管理中心IMC的生产数据模型的数据属性将所述生产数据映射至所述PD区数据池。
根据上述技术内容可知，本发明提供的钢铁生产数据中台，能够实现“数据采集+数据存储+数据管理+数据服务”的一体化，实现钢铁加工全流程的数据平台统一、软硬件统一、工艺模型标准化，为钢-铸-轧界面和连铸工序各类过程优化控制模型，并为智能沟通提供高速的数据交互中心，支持用户数据模型和技术应用系统接入，解决数据烟囱、信息孤岛化、工艺模型适用性差、数据通讯负担重、用户接入困难等问题，提高技术应用开发效率，助力用户发挥企业自身的人才、技术、管理等业务优势，在智能制造和智慧化建设中，实现技术协同，共赢发展。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的钢铁生产数据中台的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的钢铁生产数据控制方法的流程图。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
图1示出了根据本发明实施例的钢铁生产数据中台的结构。
由图1可知，本发明提供的钢铁生产数据中台包括数据通信中心ICC(InformationCommunication Center)、数据管理中心IMC(Information Management Center)和数据服务中心ISC(Information Service Centre)；其中，数据通信中心ICC用于与生产相关的数据采集、数据交互和数据存储；数据管理中心IMC用于与生产相关的数据标准化和数据模型的管理，数据服务中心ISC用于与业务单元相关的数据的应用。
具体地，在实际构件中台的过程中，需要根据钢铁生产工业的信息化特点，构建和开发抽象化的数据管理中心IMC，其中数据管理中心IMC包括PD(Process Data)区数据池、AD(Application Data)区数据池和LD(Log Data)区数据池，其中，PD区数据池主要用于映射和管理结构化数据(主要是与生产相关的数据)，AD区数据池主要用于映射和管理非结构化数据(主要是与业务相关的数据)，LD区数据池主要用于映射和管理信息日志数据。
此外，在该数据通信中心ICC内设置有PLC读写模块，在该数据管理中心IMC内设置有该PD区数据池对应的生产数据模型；其中，该数据通信中心ICC通过该PLC读写模块周期性地自现场主生产线PLC系统上读取第一生产数据并传输至该数据管理中心IMC；该数据管理中心IMC基于该生产数据模型的数据属性将该第一生产数据映射至该PD区数据池；并且，该数据管理中心IMC还基于该生产数据模型的数据属性周期性地自该PD区数据池内提取第一控制数据并传输至该数据通信中心ICC；该数据通信中心ICC通过该PLC读写模块将该第一控制数据写入该现场主生产线PLC系统。
并且，在该数据通信中心ICC内还设置有数据库模块；其中，该数据通信中心ICC通过该数据库模块周期性地自现场其他工序系统上读取第二生产数据并传输至该数据管理中心IMC；该数据管理中心IMC基于该生产数据模型的数据属性将该第二生产数据映射至该PD区数据池；并且，该数据管理中心IMC还基于该生产数据模型的数据属性周期性地自该PD区数据池内提取第二控制数据并传输至该数据通信中心ICC；该数据通信中心ICC通过该数据库模块将该控制数据写入该现场其他工序系统。
下面以连铸工序为主生产线为例，对PD区数据池内的数据存储结构进行说明，具体根据连铸机机型和装备技术特征确定分类，连铸工序的数据编号分类如下：
连铸机区域 编号范围
信号区 1-99
工艺区 100-299
成分区 300-399
大包区 400-499
中包区 500-599
铸流区 1000-1999
拉矫区 2000-2999
出坯区 3000-3999
热送区 4000-4999
根据连铸工序的数据来源和数据特征，主要有以下数据相关性：
值 区域 程序对应
0 大包区域相关 ENUMPARENTAREA_LADLE
1 中包区域相关 ENUMPARENTAREA_TUNDISH
2 铸流区域相关 ENUMPARENTAREA_STRAND
连铸工序的数据类型，主要有以下类型：
值 类型 程序对应
0 布尔型 ENUMVARTYPE_BOOL
1 整型 ENUMVARTYPE_INT
2 长整型 ENUMVARTYPE_LONG
3 浮点型 ENUMVARTYPE_FLOAT
4 双精度浮点型 ENUMVARTYPE_DOUBLE
5 字符型 ENUMVARTYPE_STRING
6 短整型 ENUMVARTYPE_SHORT
连铸工序的数据交互类型，主要有以下类型：
值 类型 程序对应
0 读取GET ENUMVARSRC_PLCREAD
1 写入POST ENUMVARSRC_PLCWRITE
2 公式二次变量 ENUMVARSRC_FORMULARVAR
3 系统变量 ENUMVARSRC_SYSTEM
连铸工序的使用的生成数据模型建立如下
Figure BDA0002797587280000071
有上述表格信息可知，在连铸工序中，对于PD区数据池的数据，主要用于与生产线数据交互(主生产线PLC系统)以及与其他工序或者系统(其他工序PLC系统)交互，用户可以根据连铸机机型、装备技术等生产线属性和数据来源、数据类型、数据结构等数据特征建立连铸生产数据模型SDO(Service Data Objects)，具体地，用户也可以根据自己的业务需要建立自己的生产数据模型。数据管理中心IMC根据生产数据模型自动开辟数据空间，并加载生产数据模型到PD区数据池。
具体地，对于PD区数据池的数据与现场主生产线PLC系统的数据交互，采用OPC技术进行数据访问，根据SDO配置的生产数据模型中的数据属性，数据通信中心ICC的PLC读模块周期性从PLC读取所需数据后，映射到IMC中的PD区数据池，同时，周期性从PD区数据池取出生产控制的控制数据，下发给生产线PLC系统，以便生产线仪器、仪表执行相应的控制参数数据。
对于PD区数据池的数据与其他工序或者其他系统进行数据交互，由数据通信中心ICC的数据库模块完成，数据库模块包含Socket、DBLink等数据接入模式，支持多种主流数据库Oracle、MySQL、SQL Server等数据访问，也支持电文格式数据访问。根据SDO配置的生产数据模型中的数据属性，数据库模块周期性从其他工序(炼钢、轧钢等)或者其他系统(MES等)读取所需生产数据后，映射到IMC中的PD区数据池，同时，周期性从PD区数据池取出其他工序或者其他系统所需的控制数据，传送给其他工序或者其他系统。
此外，在该数据通信中心ICC内还设置有数据存储模块，该数据存储模块用于将流经该数据通信中心ICC的数据备份至预设历史数据库；并且，该数据存储模块还用于自该预设历史数据库中获取所需历史数据。
具体地，数据通信中心ICC的数据存储模块根据用户的数据模型配置，周期性自动存储数据到历史数据库中，历史数据库存储支持采用Oracle、MySQL、SQL Server等主流数据库，也支持采用SQLite等轻量型数据库。
此外，在该数据管理中心IMC内还设置有与该AD区数据池对应的业务数据模型；其中，该数据服务中心ISC用于获取各业务单元的业务数据并将各业务数据传输至该数据管理中心IMC；该数据管理中心IMC基于该业务数据模型将各业务数据存入该AD区数据池。该数据管理中心IMC还用于根据各业务数据生成控制数据，并将该控制数据存入该PD区数据池。
此外，该数据服务中心ISC还用于各业务单元之间进行数据交互；其中，各业务单元向该数据服务中心ISC发送其业务数据，并通过该数据服务中心ISC获取其他业务单元的业务数据。
具体地，对于AD区数据池，主要用于业务单元间的数据交互，由用户根据业务单元目标和业务单元沟通协同特征等定义业务数据模型，数据管理中心IMC根据业务数据模型自动为每个业务单元在AD区数据池开辟数据空间。对于同一业务单元的AD区数据池的数据，数据不同的用途，定义不同的寻址键值和业务单元枚举类型，以方便其他业务单元快速获取数据，实现数据高速交互和业务单元间相互沟通协作。
AD键值定义如下：
数据用途 键值
业务管理 0
工艺制度 10
模型跟踪 100
测试数据 150
业务类型定义如下：
业务单元 类型
温度场跟踪 ENUM_APPLICATIONTYPE_TEM
动态配水 ENUM_APPLICATIONTYPE_DCS
动态轻压下 ENUM_APPLICATIONTYPE_DCR
…… ……
对于业务单元间的数据交互，业务单元一方面从数据服务中心ISC获取其他业务单元的AD区数据池的数据，另一方面向数据服务中心ISC发送AD本业务单元AD区数据池的数据。
此外，在该数据管理中心IMC内还设置有LD数据池，该LD数据池用于存储该钢铁生产数据中台工作时产生的日志记录信息。并且，在该数据服务中心ISC与各业务单元之间还设置有管理框架MF，各业务单元通过该管理框架MF与该数据服务中心ISC进行数据交互。
具体地，对于LD区数据池数据，主要用于数据中台、业务单元等操作和功能执行的信息日志记录，记录内容包含：日志发生时刻、单元名称、操作状态提示信息、具体事件描述、事件定位等，数据中台的信息日志自动根据预置信息内容进行记录，业务单元的信息日志由开发者自定义信息内容。日志信息可以通过日志查看器进行查看和监测。
此外，业务单元可以直接与数据中台的数据服务中心ISC进行数据交互，业务单元从数据服务中心ISC获取所需的PD区数据池的数据和其他业务单元的AD区数据池的数据，进行数据分析、数据处理或者业务处理后，返回PD区数据池的数据和本业务单元AD区数据池的数据到数据服务中心ISC，供生产控制和其他业务单元访问数据。
另外，为方便业务单元数据管理，适应不同开发队伍或者开发平台工具开发的业务，可搭建业务单元相关的管理框架MF(Model Frame)，业务单元以插件的方式在框架上运行，MF与数据中台的数据服务中心ISC进行数据交互。管理框架MF具有标准化数据接口，用户的业务单元只需按照接口方式通知MF所需的数据，MF周期性向业务单元发送数据，并接受业务单元返回的数据，传送到数据中台的数据服务中心ISC。
此外，图2示出了根据本发明实施例的钢铁生产数据控制方法的流程，由图2可知，本发明还提供一种钢铁生产数据控制方法，利用前述的钢铁生产数据中台进行数据传输控制；该钢铁生产数据控制方法包括：
S110：通过数据服务中心ISC获取各业务单元的业务数据并将各业务数据传输至该数据管理中心IMC；
S120：通过该数据管理中心IMC根据各业务数据生成相应的控制数据并存入该PD区数据池；
S130：通过该数据管理中心的生产数据模型的数据属性周期性地自该PD区数据池内提取该控制数据；并将该控制数据传输至该数据通信中心ICC；
S140：通过该数据通信中心ICC的PLC读写模块或数据库模块将该控制数据写入现场主生产线PLC系统或现场其他工序系统。
此外，该钢铁生产数据控制方法还包括：通过该数据通信中心ICC的PLC读写模块周期性地自该现场主生产线PLC系统或该现场其他工序系统上读取生产数据，将该生产数据传输至该数据管理中心IMC；通过该数据管理中心IMC的生产数据模型的数据属性将该生产数据映射至该PD区数据池。
通过上述具体实施方式可知，本发明提供的钢铁生产数据中台及控制方法能够实现“数据采集+数据存储+数据管理+数据服务”的一体化，实现钢铁加工全流程的数据平台统一、软硬件统一、工艺模型标准化，为钢-铸-轧界面和连铸工序各类过程优化控制模型，并为智能沟通提供高速的数据交互中心，支持用户数据模型和技术应用系统接入，解决数据烟囱、信息孤岛化、工艺模型适用性差、数据通讯负担重、用户接入困难等问题，提高技术应用开发效率，助力用户发挥企业自身的人才、技术、管理等业务优势，在智能制造和智慧化建设中，实现技术协同，共赢发展。
如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的钢铁生产数据中台及控制方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的钢铁生产数据中台及控制方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种钢铁生产数据中台，其特征在于，包括数据通信中心ICC、数据管理中心IMC以及数据服务中心ISC；其中，在所述数据管理中心IMC内设置有PD区数据池、AD区数据池以及LD数据池；其中，
所述PD区数据池用于配合所述数据通信中心ICC对外界的现场主生产线PLC系统进行数据控制；
所述AD区数据池用于配合所述数据服务中心ISC对外界的业务单元进行数据交互；
所述LD数据池用于存储所述钢铁生产数据中台工作时产生的日志记录信息。
2.如权利要求1所述的钢铁生产数据中台，其特征在于；
在所述数据通信中心ICC内设置有PLC读写模块，在所述数据管理中心IMC内设置有与所述PD区数据池对应的生产数据模型；其中，
所述数据通信中心ICC通过所述PLC读写模块周期性地自所述现场主生产线PLC系统上读取第一生产数据并传输至所述数据管理中心IMC；所述数据管理中心IMC基于所述生产数据模型的数据属性将所述第一生产数据映射至所述PD区数据池；并且，
所述数据管理中心IMC还基于所述生产数据模型的数据属性周期性地自所述PD区数据池内提取第一控制数据并传输至所述数据通信中心ICC；所述数据通信中心ICC通过所述PLC读写模块将所述第一控制数据写入所述现场主生产线PLC系统。
3.如权利要求2所述的钢铁生产数据中台，其特征在于，
在所述数据通信中心ICC内还设置有数据库模块；其中，
所述数据通信中心ICC通过所述数据库模块周期性地自所述现场其他工序系统上读取第二生产数据并传输至所述数据管理中心IMC；所述数据管理中心IMC基于所述生产数据模型的数据属性将所述第二生产数据映射至所述PD区数据池；并且，
所述数据管理中心IMC还基于所述生产数据模型的数据属性周期性地自所述PD区数据池内提取第二控制数据并传输至所述数据通信中心ICC；所述数据通信中心ICC通过所述数据库模块将所述控制数据写入所述现场其他工序系统。
4.如权利要求3所述的钢铁生产数据中台，其特征在于，
在所述数据通信中心ICC内还设置有数据存储模块，所述数据存储模块用于将流经所述数据通信中心ICC的数据备份至预设历史数据库；并且，
所述数据存储模块还用于自所述预设历史数据库中获取所需历史数据。
5.如权利要求4所述的钢铁生产数据中台，其特征在于，
在所述数据管理中心IMC内还设置有与所述AD区数据池对应的业务数据模型；其中，
所述数据服务中心ISC用于获取各业务单元的业务数据并将各业务数据传输至所述数据管理中心IMC；所述数据管理中心IMC基于所述业务数据模型将各业务数据存入所述AD区数据池。
6.如权利要求5所述的钢铁生产数据中台，其特征在于，
所述数据管理中心IMC还用于根据各业务数据生成控制数据，并将所述控制数据存入所述PD区数据池。
7.如权利要求6所述的钢铁生产数据中台，其特征在于，
所述数据服务中心ISC还用于各业务单元之间进行数据交互；其中，
各业务单元向所述数据服务中心ISC发送其业务数据，并通过所述数据服务中心ISC获取其他业务单元的业务数据。
8.如权利要求7所述的钢铁生产数据中台，其特征在于，
在所述数据服务中心ISC与各业务单元之间还设置有管理框架MF，各业务单元通过所述管理框架MF与所述数据服务中心ISC进行数据交互。
9.一种钢铁生产数据控制方法，其特征在于，利用如权利要求1至8中任意一项所述的钢铁生产数据中台进行数据传输控制；所述钢铁生产数据控制方法包括：
通过数据服务中心ISC获取各业务单元的业务数据并将各业务数据传输至所述数据管理中心IMC；
通过所述数据管理中心IMC根据各业务数据生成相应的控制数据并存入所述PD区数据池；
通过所述数据管理中心的生产数据模型的数据属性周期性地自所述PD区数据池内提取所述控制数据；并将所述控制数据传输至所述数据通信中心ICC；
通过所述数据通信中心ICC的PLC读写模块或数据库模块将所述控制数据写入现场主生产线PLC系统或现场其他工序系统。
10.如权利要求9所述的钢铁生产数据控制方法，其特征在于，还包括：
通过所述数据通信中心ICC的PLC读写模块周期性地自所述现场主生产线PLC系统或所述现场其他工序系统上读取生产数据，将所述生产数据传输至所述数据管理中心IMC；
通过所述数据管理中心IMC的生产数据模型的数据属性将所述生产数据映射至所述PD区数据池。
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