[發明專利]一種高爐生產在線智能分析用計算系統網絡的硬件架構

在審

• 申請號: 202010118246.4
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN113315794A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 李云濤;毛曉明
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;G06N20/00;G06F16/25
• 代理公司: 上海集信知識產權代理有限公司 31254
• 代理人: 周成

本發明公開了一種高爐生產在線智能分析用計算系統網絡的硬件架構，在現有高爐工業生產控制網絡上，由計算子系統和生產數據通訊子系統組成計算硬件平臺，實現CPU和GPU兩種高性能計算(HPC)共用的超融合智能計算架構。計算子系統包括管理節點、計算節點、數據存儲節點以及高速交換機組成，采用高速交換網絡連接，滿足高爐生產智能系統中軟件運行不同效率要求；生產數據通訊子系統由管理節點、數據庫節點、交換機組成，采用千兆網絡連接，滿足生產數據實時傳輸要求。與高爐工業生產控制網絡采用中轉機NAT通訊方式，系統之間加入防火墻和中轉服務器，隔離了生產網絡和計算網絡，保證通訊安全性。

技術領域

本發明涉及冶金工業智慧制造工藝計算的基礎硬件構架，更具體地說，涉及一種高爐生產在線智能分析用計算系統網絡的硬件架構。

背景技術

高爐是全流程鋼鐵企業的關鍵生產工序，為鋼鐵產品提供高質量鐵水，是目前為止最為經濟的鐵水生產工藝。高爐作為人類歷史上最為成功的冶煉容器發明，生產具有大時滯、非線性的特點。同時，高爐本體時行業公認的“黑匣子”，生產過程中高爐內部的物理過程、化學反應等冶金過程沒有直接的檢測和觀察手段，實際操作中主要依靠高爐外部的檢測信息來對高爐內部狀態進行推測。為了給高爐的生產操作提供依據，國內現代化的特大型高爐基本上配置了較為完整的熱電偶測溫系統、冷卻水系統、壓力傳感器系統、化學成分在線分析系統和爐頂料面監視系統等檢測裝置，提高高爐生產中的溫度、速度、流量三大類數據，數據檢測點在10000點左右。目前國內外高爐生產企業全面開展了智慧制造工作，主要采用基于成熟的冶金理論計算和基于生產數據挖掘等新技術，通過可視化模型、機器學習模型開發，來實現對高爐狀態的準確判斷和生產控制，對現有高爐生產控制系統架構提出了挑戰。

高爐控制系統基本上均采用L1(基礎自動化層)+L2(過程自動化層)兩層架構，如圖1所示，其中L1主要采用PLC/DCS來實現工業生產的基礎自動化，L2過程自動化控制采用工控機(Industrial Personal Computer，IPC工業控制計算機)即單臺常規工業服務器，負責完成數據采集和工藝模型的計算和在線運行。

但是，隨著工業大數據、人工智能等新技術在工業生產特別是鋼鐵工業中的應用，現有L2層過程控制計算機(過程機)在數據處理、軟件計算的能力上已經遠遠無法滿足高爐智慧中可視化、智能化模型所需硬件設備要求，需要一種安全性、算力和功能性融合的硬件架構來取代現有過程機，與現有工業控制網絡進行融合，在L2及以上層面提供硬件基礎。針對高爐生產數據大時滯、非線性的特定，需要采用新的硬件架構，通過機器學習、深度學習建模來實現高爐生產數據的分析和利用，服務智慧制造，實現高爐生產的自動控制。

發明內容

針對現有技術中存在的上述缺陷，本發明的目的是提供一種高爐生產在線智能分析用計算系統網絡的硬件架構，實現對高爐生產數據實時挖掘及模型的在線運行，增強高爐生產過程中爐況自動判斷的準確性、及時性，改善高爐生產的穩定性和爐料順行狀態，降低高爐生產燃料比和異常爐況發生率，提高高爐技術經濟指標。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種高爐生產在線智能分析用計算系統網絡的硬件架構，與高爐工業控制網絡之間形成雙向通訊，包括：

生產數據通訊子系統，負責完成與高爐工業控制網絡的雙向通訊，且網絡之間還設有防火墻；

計算子系統，負責提供高爐生產數據機器學習、功能模型高效計算的GPU+CPU算力；

軟件應用子系統，負責高爐機器學習模型軟件的部署；

所述計算子系統包括管理節點、控制節點、數據庫節點、和兩個交換機，兩個交換機分別連接所述管理節點、控制節點、和數據庫節點，形成兩個獨立內部網絡。

所述兩個交換機還通過防火墻連接至所述生產數據通訊子系統。

所述兩個交換機中的一個為千兆交換機，另一個為高速交換機。