一、鋼鐵生產(chǎn)工廠場(chǎng)景
鋼鐵生產(chǎn)涉及多個(gè)復(fù)雜且相互關(guān)聯(lián)的工藝流程,，包括煉鐵,、煉鋼、軋鋼等環(huán)節(jié),。在各個(gè)環(huán)節(jié)中,，存在海量的設(shè)備參與運(yùn)行，例如煉鐵環(huán)節(jié)的高爐,，其內(nèi)部有溫度,、壓力、流量等多種傳感器用于監(jiān)測(cè)爐內(nèi)狀況,；煉鋼時(shí)的轉(zhuǎn)爐需要實(shí)時(shí)反饋轉(zhuǎn)速,、傾動(dòng)角度等參數(shù)；軋鋼線上的軋機(jī)更是要精確傳遞軋制力,、軋制速度以及設(shè)備的振動(dòng)情況等數(shù)據(jù),。同時(shí)，還有眾多的自動(dòng)化控制系統(tǒng),、電機(jī)設(shè)備等,，共同保障鋼鐵生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
二,、物聯(lián)網(wǎng)采集網(wǎng)關(guān)應(yīng)用需求分析
1.多設(shè)備兼容與連接需求
鋼鐵生產(chǎn)線上設(shè)備類型繁多,，不同年代、不同廠家的設(shè)備并存,，通信協(xié)議和接口五花八門,。比如老式的溫度傳感器可能采用模擬量輸出，通過4-20mA電流信號(hào)傳輸,，而新的自動(dòng)化控制系統(tǒng)大多基于以太網(wǎng)通信,，采用如OPC UA等協(xié)議。這就需要物聯(lián)網(wǎng)采集網(wǎng)關(guān)能夠兼容多種接口（如RS232,、RS485,、以太網(wǎng)等）,，并支持大量不同的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類設(shè)備的統(tǒng)一連接,。
2.惡劣環(huán)境適應(yīng)性需求
鋼鐵生產(chǎn)環(huán)境惡劣,，高溫、粉塵,、強(qiáng)電磁干擾等情況普遍存在,。在煉鐵高爐附近，溫度常常高達(dá)上百度,，且存在大量的鐵屑粉塵,；煉鋼區(qū)域也有很強(qiáng)的電磁干擾。因此,，物聯(lián)網(wǎng)采集網(wǎng)關(guān)要能在這樣的極端環(huán)境下穩(wěn)定可靠地工作,，確保數(shù)據(jù)采集不間斷。
3.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與傳輸需求
鋼鐵生產(chǎn)過程是連續(xù)且不容許長(zhǎng)時(shí)間中斷的,，像高爐的溫度,、壓力等參數(shù)一旦出現(xiàn)異常，必須及時(shí)反饋,，以便操作人員快速做出調(diào)整,，避免安全事故以及保證產(chǎn)品質(zhì)量。所以采集網(wǎng)關(guān)要能實(shí)時(shí)采集各設(shè)備數(shù)據(jù),，并迅速傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析處理,。
三、物聯(lián)網(wǎng)采集網(wǎng)關(guān)的具體應(yīng)用
（一）網(wǎng)關(guān)選型與特點(diǎn)
以天拓四方的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)采集網(wǎng)關(guān)為例,，其具有以下適合該場(chǎng)景的特點(diǎn)：
1.豐富的接口與協(xié)議支持：配備多個(gè)RS485,、RS232串口以及以太網(wǎng)接口，可連接各種基于串口通信或以太網(wǎng)通信的設(shè)備,。在協(xié)議方面,，廣泛支持Modbus（RTU/TCP）、OPC UA等常見工業(yè)協(xié)議以及眾多設(shè)備自定義協(xié)議,，通過簡(jiǎn)單配置就能實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼鐵廠內(nèi)不同設(shè)備的數(shù)據(jù)采集,。
2.工業(yè)級(jí)防護(hù)設(shè)計(jì)：具備高防護(hù)等級(jí)的外殼，能夠有效防塵,、防水,、抗沖擊，內(nèi)部電路采用特殊的電磁屏蔽和散熱設(shè)計(jì),，可在-40℃至85℃的寬溫環(huán)境下正常工作,，很好地適應(yīng)了鋼鐵廠高溫、多塵,、強(qiáng)電磁干擾的惡劣環(huán)境,。
3.數(shù)據(jù)處理與傳輸能力：內(nèi)置高性能處理器,，在采集數(shù)據(jù)后能進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)預(yù)處理，如濾波,、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等,，減少數(shù)據(jù)傳輸量及后續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的處理壓力,。支持多種傳輸方式,，如通過有線以太網(wǎng)或無(wú)線（如4G/5G）方式將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖镜胤?wù)器或遠(yuǎn)程的云平臺(tái)。
（二）具體應(yīng)用方式
1.設(shè)備接入與配置
在煉鐵環(huán)節(jié),，對(duì)于高爐上的溫度傳感器（采用4-20mA模擬量輸出）,，通過信號(hào)調(diào)理模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后接入網(wǎng)關(guān)的RS485接口，在網(wǎng)關(guān)配置軟件中選擇對(duì)應(yīng)的模擬量采集模塊,，并設(shè)置好量程范圍（如0-1000℃對(duì)應(yīng)的電流值范圍）等參數(shù),，使其準(zhǔn)確采集溫度數(shù)據(jù)。對(duì)于高爐的壓力傳感器（若采用Modbus RTU協(xié)議）,，直接將其RS485通信線連接到網(wǎng)關(guān)的RS485接口,，在網(wǎng)關(guān)中配置好Modbus RTU協(xié)議的相關(guān)參數(shù)，如站地址,、波特率,、數(shù)據(jù)位、停止位等,，實(shí)現(xiàn)壓力數(shù)據(jù)的采集,。
在軋鋼環(huán)節(jié)，軋機(jī)的控制系統(tǒng)往往基于以太網(wǎng)通信且采用OPC UA協(xié)議,，將網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)接口連接到軋機(jī)控制系統(tǒng)所在的網(wǎng)絡(luò),，在網(wǎng)關(guān)中配置OPC UA客戶端相關(guān)參數(shù)，指定要采集的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)（如軋制力,、軋制速度等參數(shù)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)地址）,，完成軋機(jī)數(shù)據(jù)的接入。
2.數(shù)據(jù)預(yù)處理與傳輸
網(wǎng)關(guān)采集到高爐的溫度,、壓力數(shù)據(jù)以及軋機(jī)的運(yùn)行參數(shù)后,，會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理。例如,，對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理,，去除因電磁干擾等原因產(chǎn)生的異常波動(dòng)值，然后按照一定的時(shí)間間隔（如每5秒）將經(jīng)過整理的數(shù)據(jù)通過有線以太網(wǎng)方式傳輸?shù)戒撹F廠的本地監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器,。
對(duì)于部分關(guān)鍵數(shù)據(jù),，如高爐爐內(nèi)壓力出現(xiàn)急劇變化等緊急情況，網(wǎng)關(guān)可立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制,，通過短信,、郵件等方式通知相關(guān)運(yùn)維人員,，并同時(shí)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)優(yōu)先傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)，以便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施,。
3.監(jiān)控與決策支持應(yīng)用
本地監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器接收到網(wǎng)關(guān)傳來(lái)的數(shù)據(jù)后,，進(jìn)行可視化展示，在監(jiān)控大屏上以圖表,、曲線等形式實(shí)時(shí)呈現(xiàn)高爐各參數(shù)變化情況,、軋機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)等，方便生產(chǎn)調(diào)度人員,、技術(shù)人員直觀地掌握生產(chǎn)狀況,。
通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),，對(duì)鋼鐵生產(chǎn)過程進(jìn)行質(zhì)量分析,、故障預(yù)測(cè)等操作。例如,，根據(jù)高爐歷史溫度,、壓力數(shù)據(jù)以及當(dāng)前的變化趨勢(shì)，提前預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的爐況異常情況,，為操作人員調(diào)整配料,、風(fēng)量等參數(shù)提供決策依據(jù)，保障鋼鐵生產(chǎn)的穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量,。
四,、應(yīng)用效果與優(yōu)勢(shì)
1.提高生產(chǎn)安全性：通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵設(shè)備和工藝參數(shù)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)如高爐超壓,、軋機(jī)過載等安全隱患,，提前預(yù)警并采取措施，有效減少安全事故的發(fā)生概率,，保障人員和設(shè)備安全,。
2.提升產(chǎn)品質(zhì)量：精確掌握生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)，便于及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù),，優(yōu)化生產(chǎn)流程,，使得鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量更加穩(wěn)定，成材率得到顯著提高,，例如從原來(lái)的約90%提升到95%左右,。
3.降低運(yùn)維成本：實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障預(yù)測(cè)后，運(yùn)維人員可以提前準(zhǔn)備維修工具和配件,，有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)備維護(hù),，減少了設(shè)備突發(fā)故障導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間，降低了維修成本和設(shè)備更換成本，同時(shí)也減少了現(xiàn)場(chǎng)巡檢的人力成本,。
總之,，在鋼鐵生產(chǎn)這樣復(fù)雜且惡劣的工業(yè)場(chǎng)景下，物聯(lián)網(wǎng)采集網(wǎng)關(guān)憑借其強(qiáng)大的設(shè)備連接,、數(shù)據(jù)采集與處理,、傳輸以及適應(yīng)環(huán)境等能力，為鋼鐵企業(yè)的智能化生產(chǎn),、安全保障以及高效運(yùn)營(yíng)發(fā)揮了關(guān)鍵作用,，并且這種應(yīng)用模式可在類似的重工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景中廣泛推廣和落地實(shí)施。