煉鋼生產(chǎn)工藝信息系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

王光海，劉學(xué)秋，趙明峰

（濟(jì)南鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，山東 濟(jì)南 250101）

信息化建設(shè)

煉鋼生產(chǎn)工藝信息系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

王光海，劉學(xué)秋，趙明峰

（濟(jì)南鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，山東 濟(jì)南 250101）

濟(jì)鋼煉鋼廠45 t區(qū)生產(chǎn)工藝信息系統(tǒng)主要包括加料跨電子標(biāo)簽定位識(shí)別系統(tǒng)、爐后電子標(biāo)簽定位識(shí)別系統(tǒng)、PLC和儀表監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、工藝信息顯示與管理系統(tǒng)和生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)查詢分析系統(tǒng)等，采取的關(guān)鍵技術(shù)有電子標(biāo)簽天車定位識(shí)別系統(tǒng)、大包包臂自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、監(jiān)控軟件的OPC和DDE技術(shù)等。系統(tǒng)應(yīng)用后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，實(shí)現(xiàn)了從混鐵爐到鑄機(jī)的綜合煉鋼工藝信息管理，產(chǎn)品廢品率降低了0.25％，年增經(jīng)濟(jì)效益190萬元。

煉鋼工藝；信息系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集；定位；識(shí)別

煉鋼生產(chǎn)工藝信息系統(tǒng)的目標(biāo)是要通過對(duì)生產(chǎn)過程的工藝信息管理，實(shí)現(xiàn)工藝信息共享，從而使管理工作有效地指揮生產(chǎn)活動(dòng)，提高工作效率，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)營目標(biāo)服務(wù)。為實(shí)現(xiàn)煉鋼各大工序工藝信息的整合和從混鐵爐到鑄機(jī)的綜合煉鋼工藝信息管理，濟(jì)鋼煉鋼廠開發(fā)了煉鋼45 t區(qū)生產(chǎn)工藝信息系統(tǒng)。

1 信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 可行性分析

濟(jì)鋼煉鋼廠45 t區(qū)現(xiàn)有4座45 t轉(zhuǎn)爐，1臺(tái)四流方坯連鑄機(jī)，1臺(tái)五流方坯連鑄機(jī)，3臺(tái)一流板坯連鑄機(jī)，生產(chǎn)組織方式為4座轉(zhuǎn)爐對(duì)5臺(tái)連鑄機(jī)，年產(chǎn)鋼近400萬t。

現(xiàn)有系統(tǒng)中，混鐵爐、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、精煉和鑄機(jī)等工序基本上達(dá)到了全面PLC、儀表檢測(cè)控制，但只有個(gè)別工序的檢測(cè)數(shù)據(jù)直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)。通過改進(jìn)、整合現(xiàn)有系統(tǒng)，完全可以經(jīng)濟(jì)、快速地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝信息系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。經(jīng)多次方案論證，認(rèn)為可以分步實(shí)施：第1階段實(shí)現(xiàn)取消工藝卡的目標(biāo)；第2階段完成報(bào)表系統(tǒng)建立，實(shí)現(xiàn)工藝記錄的計(jì)算機(jī)存檔和統(tǒng)計(jì)報(bào)表的自動(dòng)生成；第3階段在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立和完善控制模型。

1.2 結(jié)構(gòu)組成

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按功能實(shí)際需要分3個(gè)層次（見圖1）：

1）數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)的采集方式有從PLC和儀表采集，從現(xiàn)有信息系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫中采集和人工輸入。具體的數(shù)據(jù)采集是根據(jù)生產(chǎn)和工藝流程劃分的，主要由10個(gè)環(huán)節(jié)采集，包括調(diào)度、混鐵爐、鐵水包、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、轉(zhuǎn)爐合金加入、LF精煉、鐵水和鋼水成分、吹氬精煉、鋼包、鑄機(jī)、天車、成分分析。

圖1 綜合工藝信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2）信息的傳遞。將采集到的工藝信息傳送到工藝管理站顯示和數(shù)據(jù)庫中。

3）信息的處理和存儲(chǔ)。將采集的工藝信息進(jìn)行加工處理，并保存到歷史數(shù)據(jù)庫中。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1 電子標(biāo)簽天車定位識(shí)別系統(tǒng)

定位識(shí)別系統(tǒng)最初采用接近開關(guān)來實(shí)現(xiàn)天車定位，并結(jié)合天車秤來跟蹤物料的去向。由于接近開關(guān)在高溫、鐵磁性粉塵的環(huán)境中故障率較高，運(yùn)行效果不能滿足可靠性要求。后來考慮過電子標(biāo)簽、紅外定位儀、激光定位等替代方案，但紅外定位儀定位范圍寬，定位不甚準(zhǔn)確，而且要實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)定位，需敷設(shè)大量的電纜，給施工帶來了一定的難度；而激光定位儀主要應(yīng)用于精準(zhǔn)定位，用于天車定位成本太高。綜合考慮，決定使用電子標(biāo)簽建立天車定位系統(tǒng)。電子標(biāo)簽是無源系統(tǒng)，和射頻識(shí)別裝置、讀碼器等可構(gòu)成自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，并且電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)起來容易，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低，定位較準(zhǔn)確，又能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。

定位識(shí)別系統(tǒng)可有效地建立其生產(chǎn)過程的物料流和過程數(shù)據(jù)流信息平臺(tái)，應(yīng)用中關(guān)鍵有2點(diǎn)：1）前鐵水包、廢鋼加入、合金加入對(duì)應(yīng)性識(shí)別以及鋼包到精煉、鑄機(jī)的識(shí)別；2）信息量龐大。由于煉鋼的工序多，設(shè)備比較復(fù)雜，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)不可避免地遇到PLC數(shù)據(jù)采集點(diǎn)多（約為800個(gè)）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量大的問題。

1.3.2 大包包臂自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

利用限位技術(shù)來自動(dòng)識(shí)別大包回轉(zhuǎn)臺(tái)位置，選擇合適位置安裝好限位開關(guān)，當(dāng)鋼水重包放到回轉(zhuǎn)臺(tái)A臂上時(shí)，A臂上的限位接通，則系統(tǒng)將確認(rèn)鋼水包已經(jīng)放到A臂上（當(dāng)鋼水包放到回轉(zhuǎn)臺(tái)B臂上時(shí)同理），同時(shí)將鋼水包重量信息傳送到生產(chǎn)工藝信息系統(tǒng)，便于鋼水重量的準(zhǔn)確采集，實(shí)現(xiàn)A包和B包的連續(xù)交替作業(yè)，減少因生產(chǎn)間隙造成的等待時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，間接提升煉鋼生產(chǎn)的效益。

1.3.3 監(jiān)控軟件的OPC

設(shè)備帶有的操作系統(tǒng)基于WindowsCOM技術(shù)，在天車PLC數(shù)據(jù)采集時(shí)，可利用OPC的自動(dòng)化接口，實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與PLC的聯(lián)接。通過開發(fā)OPC客戶端軟件，將一個(gè)應(yīng)用程序（OPC服務(wù)器）作為一個(gè)對(duì)象封裝起來，只將接口方法暴露在外面。客戶以統(tǒng)一的方式去調(diào)用這個(gè)方法，從而保證了軟件對(duì)客戶的透明性，監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)采集各天車運(yùn)行情況的PLC數(shù)據(jù)。經(jīng)過運(yùn)行和使用測(cè)試，開發(fā)的通信程序運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)讀取實(shí)時(shí)性強(qiáng)。

1.3.4 DDE技術(shù)

DDE接口技術(shù)集成功能具有多樣性，可使用共享內(nèi)存來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)交換以及使用DDE協(xié)議獲得傳遞數(shù)據(jù)的同步，在與數(shù)據(jù)采集軟件的信息交換方面具有優(yōu)越性。數(shù)據(jù)點(diǎn)PLC通過+網(wǎng)（plus網(wǎng)）實(shí)時(shí)寫到采集PLC里，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫軟件PCAUTO6.0通過配置IO設(shè)備來訪問采集PLC，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換。用VB開發(fā)的軟件將數(shù)據(jù)寫入到歷史（關(guān)系）數(shù)據(jù)庫Orcale9i中。

2 系統(tǒng)實(shí)施

在建設(shè)工藝信息化系統(tǒng)時(shí)采取分步實(shí)施的方式。首先建立調(diào)度、混鐵爐、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、廢鋼、合金、鋼包、吹氬、LF精煉、鑄機(jī)、天車、成分分析等工作站，系統(tǒng)的起始點(diǎn)在調(diào)度，負(fù)責(zé)鋼種和爐號(hào)匹配，分配鋼水去向，各工作站的數(shù)據(jù)盡量實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)采集，盡量減少人工干預(yù)。爐前采用光譜分析，實(shí)現(xiàn)快速分析和顯示。有稱量的廢鋼和鐵水、轉(zhuǎn)爐到連鑄機(jī)之間的匹配考慮上電子標(biāo)簽定位識(shí)別系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集范圍包括物流數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)、化驗(yàn)數(shù)據(jù)采集。具體實(shí)施如下：

1）加料跨電子標(biāo)簽定位物流識(shí)別系統(tǒng)：建立鐵包、廢鋼電子標(biāo)簽定位物流識(shí)別系統(tǒng)。2）爐后電子標(biāo)簽定位物流識(shí)別系統(tǒng)：從轉(zhuǎn)爐到精煉再到連鑄機(jī)的鋼包采用電子標(biāo)簽定位物流識(shí)別系統(tǒng)。3）完成PLC和儀表監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。4）工藝信息顯示與管理系統(tǒng)：模擬工藝卡片的功能，查詢和顯示自動(dòng)采集的工藝信息，錄入本工序的相關(guān)信息。5）生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)查詢分析系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

3.1 服務(wù)器

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)服務(wù)器的技術(shù)需求，一般要求服務(wù)器系統(tǒng)CPU要處理能力強(qiáng)，I/O處理能力強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，因此，一般采用多路服務(wù)器系統(tǒng)，在本地I/O通過高Cache（128M或更高）Raid卡搭配4～6塊硬盤做Raid5或Raid10來滿足I/O吞吐能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。另外，由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的高穩(wěn)定性要求，一般要求使用冗余電源，最好是N+1冗余電源來實(shí)現(xiàn)；Web應(yīng)用對(duì)服務(wù)器的技術(shù)需求，需要通過多路或高的處理能力強(qiáng)的服務(wù)器系統(tǒng)來完成。綜合考慮，選擇惠普服務(wù)器HP ProLiant DL580G5[1]。

3.2 系統(tǒng)軟件

操作系統(tǒng)采用WindowsServer2003，數(shù)據(jù)采集主要由三維力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫采集軟件PCAUTO6.0、數(shù)據(jù)庫Orcale9i和VB6開發(fā)的軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫及數(shù)據(jù)庫之間數(shù)據(jù)的交換；自主開發(fā)的天車電子標(biāo)簽物流跟蹤系統(tǒng)；編制化驗(yàn)數(shù)據(jù)歷史存儲(chǔ)軟件實(shí)現(xiàn)化驗(yàn)室上位機(jī)數(shù)據(jù)文件共享；利用Microsoft Visual Studio 2005的集成功能，開發(fā)出B/S模式的客戶端工藝采集以及歷史數(shù)據(jù)查詢軟件。

3.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湓O(shè)計(jì)上，要充分考慮網(wǎng)絡(luò)的可靠性、冗余性、高性能、路由的穩(wěn)定性、抗干擾性能和收斂速度等方面的均衡，要求從網(wǎng)絡(luò)的任何一點(diǎn)之間的通信都同時(shí)具備多條路由。任何拓?fù)涞膯卧O(shè)備失敗、單節(jié)點(diǎn)失敗、單鏈路失敗都不會(huì)影響其他節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行性能和質(zhì)量，推薦使用工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如CISCO公司的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。

3.4 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

在實(shí)施過程中，系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)主要考慮了軟硬件防護(hù)和數(shù)據(jù)安全2個(gè)方面：1）軟硬件防護(hù)。客戶端至服務(wù)器均通過硬件防火墻，利用防火墻包過濾檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行所有病毒入侵檢測(cè)。客戶端均開啟操作系統(tǒng)防火墻；同時(shí)所有用戶操作終端安裝Mcafee9.0防病毒軟件并及時(shí)更新病毒庫。2）數(shù)據(jù)安全。生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)中，用戶多，職責(zé)多樣，同時(shí)各用戶的計(jì)算機(jī)專業(yè)操作水平也有很大差異。因此，系統(tǒng)采用適合大型分布式系統(tǒng)的基于角色的訪問控制機(jī)制，對(duì)于不同的用戶賦予不同的權(quán)限，防止由于用戶誤操作帶來的數(shù)據(jù)損失。

4 系統(tǒng)功能

1）實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)信息采集與顯示。系統(tǒng)將各大工序的PLC數(shù)據(jù)和儀表檢測(cè)數(shù)據(jù)整合在一起，實(shí)時(shí)顯示各工序PLC系統(tǒng)的監(jiān)控信息，主要有混鐵爐動(dòng)態(tài)信息采集（顯示混鐵爐鐵水狀態(tài)和鐵水包移走情況）顯示界面，以及鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、LF精煉、吹氬精煉、鑄機(jī)、鋼包等的信息顯示界面，可以全面及時(shí)掌握煉鋼廠45 t區(qū)的生產(chǎn)信息和各主體設(shè)備的運(yùn)行情況。

2）實(shí)時(shí)顯示各工藝過程信息。綜合工藝信息查詢顯示界面可以查詢煉鋼過程的工藝信息和某期間內(nèi)某鋼種的工藝信息；生產(chǎn)狀態(tài)界面可實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)調(diào)度信息和當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)；可隨時(shí)查閱各爐鋼水的成分狀態(tài)，所屬鋼種，和下一工序的去向。

3）將各關(guān)鍵數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表。根據(jù)需要，生成報(bào)表可導(dǎo)出到Excel文件中，供存檔。主要有脫硫工藝記錄表、轉(zhuǎn)爐冶煉記錄、LF爐生產(chǎn)記錄、工藝記錄卡、板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)記錄、生產(chǎn)日?qǐng)?bào)、旬報(bào)、月報(bào)等。

4）實(shí)現(xiàn)上下工序、按爐號(hào)和班組鋼鐵料消耗、散裝料消耗、合金料消耗等指標(biāo)的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、量化核算與考核，使鋼鐵料消耗降低到1 061.26 kg/t，使成本管理由“事后統(tǒng)計(jì)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆孪阮A(yù)測(cè)、事中控制”，方便了生產(chǎn)資源的調(diào)度配置，優(yōu)化前后工序的匹配[2]，達(dá)到了精細(xì)化管理、精益化生產(chǎn)。

5 結(jié)語

濟(jì)鋼煉鋼廠開發(fā)的煉鋼生產(chǎn)工藝信息系統(tǒng)可對(duì)轉(zhuǎn)爐、鑄機(jī)的投入產(chǎn)出等相關(guān)工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，生產(chǎn)工藝關(guān)鍵信息分享率達(dá)到99.5％以上，各種數(shù)據(jù)誤差基本控制在3‰以內(nèi)，為成本控制提供可靠的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)從混鐵爐到鑄機(jī)的綜合煉鋼工藝信息管理，達(dá)到了工藝信息整合和共享，為濟(jì)鋼煉鋼廠45 t區(qū)進(jìn)一步加快實(shí)施ERP/MES提供了全面的信息支持。

信息系統(tǒng)應(yīng)用后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)檢驗(yàn)，穩(wěn)定性強(qiáng)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，基本實(shí)現(xiàn)了煉鋼45 t區(qū)工藝信息的無紙化傳遞，實(shí)質(zhì)性地改善了生產(chǎn)管理和工藝工作方式，產(chǎn)品廢品率降低了0.25％，年增經(jīng)濟(jì)效益190萬元。

[1]邊春元，任雙艷，滿永奎，等.S7-300/400PLC實(shí)用開發(fā)指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007：352-356.

[2]唐建梅，王影.計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].兵工自動(dòng)化，2006（7）：44-45.

Development and Application of Steelmaking Process Information System

WANG Guang-hai,LIU Xue-qiu,ZHAO Ming-feng
（The Steelmaking Plant of Jinan Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

The steelmaking process information system of 45 t converter zone in Jinan Steel’s Steelmaking Plant included the RFID positioning system in the cross-feeding bay,the RFID positioning system behind converter,automatic data collection about PLC and instrument monitoring system,process information display and management,query and analysis about production history data.The key technologies of system included the RFID positioning system in the cross-feeding bay,automatic identification technology arm of ladle,OPC and DDE technology about monitoring software.After the system application,the data were accurate and reliable, realizing the management of steelmaking process information from the mixer to the caster,the product reject rate was reduced by 0.25％,and the benefit was increased 1.9 million per year.

steelmaking process;information system;data acquisition;location;identification

TP311.52

A

1004-4620（2011）04-0049-03

2011-04-08

王光海，男，1973年生，1993年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。現(xiàn)為濟(jì)鋼煉鋼廠45 t區(qū)高級(jí)工程師，從事煉鋼信息自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用工作。