煉鋼廠生產工藝信息集成系統的開發與應用

摘 要:在轉爐煉鋼過程采用物流跟蹤系統及PLC數據采集等技術，網絡架構上采用三層體系結構，開發出第一煉鋼廠工藝信息集成系統，實現了煉鋼工藝信息共享，使管理工作有效地指揮生產活動。

關鍵詞:煉鋼生產工藝信息開發與應用

中圖分類號:TF345文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(b)-0055-02

引言

煉鋼生產工藝信息系統的目標是要通過對生產過程的工藝信息管理，實現工藝信息共享，從而使管理工作有效地指揮生產活動，提高工作效率，為實現企業的經營目標服務。

第一煉鋼廠現有四座45t轉爐，一臺四流方坯連鑄機，一臺五流方坯連鑄機，三臺一流板坯連鑄機，生產組織方式為四座轉爐對五臺連鑄機，年產鋼近400萬t。為實現煉鋼各大工序工藝信息的整合，實現從混鐵爐到鑄機的“綜合煉鋼工藝信息管理”，達到工藝信息共享，減少信息傳遞和錄入差錯，提高工作效率和產品質量。將工藝信息存入數據庫，便于對工藝信息的追溯和分析。一煉鋼開發建設“第一煉鋼廠生產工藝信息集成系統”。

1 煉鋼信息系統現狀

現有系統中，從混鐵爐、鐵水預處理、轉爐、精煉到鑄機等各大工序，基本上達到了全面PLC、儀表檢測控制，但只有個別工序的檢測數據進入計算機中，大部分數據仍然依靠手工記錄和傳遞，數據準確度低、傳遞不及時。

目前，鐵水、廢鋼、合金有秤量，但無爐號匹配跟蹤計量，考慮上電子標簽定位識別系統按爐次確認。轉爐與精煉(吹氬喂絲或LF爐)、鋼包、鑄機使用天車電子標簽定位及天車秤實現鋼水去向跟蹤和鋼水稱量。

現有管理網絡與生產信息掛接到一塊，容易受到外圍網站攻擊;通過本次改造要重新布線和增加網絡部件，力爭將生產信息及管理網絡從物理上加以隔離。

2 煉鋼信息系統的設計

2.1 系統設計

建設工藝信息化系統，采取分步實施，首先建立各工作站，包括(1)調度、(2)混鐵爐、(3)鐵水預處理、(4)轉爐、(5)廢鋼、(6)合金、(7)鋼包、(8)吹氬、(9)LF精煉、(10)鑄機、(11)天車、(12)成分分析等工作站，系統盡量實現完全自動采集，盡量減少人工干預。給予匹配考慮上電子標簽定位識別系統。數據采集范圍包括物流數據、工藝參數、化驗數據采集。第一階段實現取消工藝卡的目標;第二階段完成報表系統建立，實現工藝記錄的計算機存檔和統計報表的自動生成;第三階段在數據采集系統基礎上建立和完善控制模型。

(1)加料跨電子標簽定位物流識別系統:

建立鐵包、廢鋼電子標簽定位物流識別系統。

(2)爐后電子標簽定位物流識別系統:

從轉爐到精煉再到連鑄機的鋼包采用電子標簽定位物流識別系統。

(3)完成PLC和儀表監控系統數據自動采集。

(4)工藝信息顯示與管理系統:

模擬工藝卡片的功能，查詢和顯示自動采集的工藝信息，錄入本工序的相關信息。

(5)生產歷史數據查詢分析系統。

2.2 功能設計

系統分三個層次:

(1)數據的采集

數據的采集概括為下述3種方式:

①自動從PLC和儀表采集;

②自動從現有信息系統或數據庫中采集;

③人工輸入。

具體的數據采集時根據生產和工藝流程劃分的，主要由以下10個環節采集:調度、混鐵爐和鐵水包、鐵水預處理、轉爐、轉爐合金加入、LF精煉、鐵水和鋼水成分、吹氬精煉、鋼包、鑄機、天車、成分分析。

(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據庫中。

(3)信息的處理和存儲

將采集上來的工藝信息進行加工處理，并保存到歷史數據庫中。

3 技術關鍵和技術路線

(1)技術關鍵

適應企業特點的定位識別系統，為企業實現資源管理(ERP)和車間內的過程控制系統(PCS)穿針引線，在信息整合中起著承上啟下的重要作用。定位識別系統最初采用接近開關來實現天車定位，并結合天車秤來跟蹤物料的去向，由于接近開關在高溫、鐵磁性粉塵的環境中故障率較高，運行的效果不能滿足可靠性的要求。隨后又出現了紅外定位儀和電子標簽兩種定位形式。由于紅外定位儀定位范圍寬，定位不甚準確，而且要實現多點定位，需敷設大量的電纜，給施工帶來了一定的難度，而電子標簽是無源系統，它和射頻識別裝置、讀碼器等可構成自動識別系統，并且電子標簽實現起來容易，它結構簡單、可靠性高、成本低，定位較準確，因此獲得了較廣泛的應用。此外還有更精確的激光定位，其誤差1毫米，應用于定位精確的行業。

定位識別系統能可以有效地建立其生產過程的物料流和過程數據流信息平臺， 該技術在一煉鋼的應用中關鍵有以下幾點:

①爐前鐵水包、廢鋼加入、合金加入對應性識別以及鋼包到精煉、鑄機的識別

②信息量龐大。由于煉鋼的工序多，設備比較復雜，在系統設計和運行是不可避免的遇到PLC數據采集的點很多(約為800個)實時數據量大的問題。

(2)技術路線

①吸收行業內先進的信息識別與整合技術。我廠新開發的第一煉鋼廠生產工藝信息集成系統，采用了電子標簽天車定位識別技術、監控軟件的OPC、DDE等接口技術、大包包臂自動識別技術、關系型數據庫等多項新技術。

②采用實時數據庫技術支持多點實時數據顯示。

③采用分布式數據庫模式，控制站采用C/S、遠程采用B/S。

4結構組織

4.1 分布式三層體系結構

數據流系統采用三層體系結構，分別為控制層、數據層、和客戶層。

(1)控制層

控制層由生產控制系統中PLC和實時數據庫系統中的數據采集子系統構成。它采用分布式結構，實現一煉鋼范圍內實時數據的網絡化采集。

實時數據庫系統通過接口站和通信服務，屏蔽了設備連接細節。

(2)數據層

數據層是整個系統的關鍵層。實時數據庫服務器是實時數據庫系統的核心，主要負責接收，處理和存儲來自設備接口層的實時數據，同時還可以將實時數據定期發布到通用關系數據庫中，將關系數據庫作為其歷史存儲的一部分。

實時數據庫采用Client/Server加 Browser/Server 體系結構，通過多種方式實現客戶應用與實時數據庫服務器之間的連接。當系統所維護的數據量比較大時，為減小主實時數據庫服務器的負載，可以配置多個實時數據服務器以分解壓力，同時也可通過異地冗余存儲來提高整個系統的可靠性。

(3)客戶層

客戶層主要指對設備進行實時監控的組態工具、實時數據報表生成工具、實時數據瀏覽器等構架在實時數據服務層之上的實時應用。

4.2 系統網絡結構

實際的網絡結構，應該是控制網段與管理網段進行硬件的隔離，二者數據交換通過網橋進行，這樣可以保證系統的安全。

4.3 系統運行環境

(1)服務器

服務器的選擇除要考慮以下幾個方面:高速性、穩定性、可靠性、可擴展性和安全性之外，還要考慮應用系統對服務器的不同要求:

①數據庫系統對服務器的技術需求，一般要求服務器系統CPU要處理能力強，I/O處理能力強，系統穩定高，因此一般采用多路服務器系統，在本地I/O通過高Cache(128M或更高)Raid卡搭配4-6塊硬盤做Raid 5或Raid10滿足I/O吞吐能力和系統穩定性要求。

②Web應用對服務器的技術需求，需要通過多路或高的處理能力強的服務器系統來完成。因此使用惠普服務器。

(2)數采部分

現場PLC設備主要是西門子的S7 300、400系列和施耐德昆騰系列產品等，數據的采集則視現場軟件和硬件環境情況而定，利用監控軟件的OPC、DDE等接口，以不影響控制系統的正常工作情況為原則，盡可能的保質保量、高速提取數據。

(3)網絡設備

在整個網絡的拓撲設計上，要充分考慮網絡的可靠性、冗余性、高性能、路由的穩定性、抗干擾性能和收斂速度等諸多方面的均衡，因此要求從網絡的任何一點到另一點的通信都同時具備多條路由。任何拓撲的單設備失敗、單節點失敗、單鏈路失敗都不會影響其他節點的運行性能和質量，推薦使用工業級網絡設備，如CISCO公司的網絡產品。軟件上采用微軟一系列系統軟件、數據庫系統(實時數據庫、關系數據庫)、網絡運行監視系統等。

(4)系統安全設計

生產過程監控系統中，用戶多，職責多樣，不同職責的用戶對系統中的不同數據與功能具有不同的權限。在這種情況下，基于角色的訪問控制模型有很大的優越性。因此，系統中實現適合大型分布式系統的基于角色的訪問控制機制。

運行平臺提供基于角色的安全保密級，將一些特定的數據點、設備或者設備模型設置不同的角色保密級，根據有關的保密體系，每個用戶可以歸屬于某組角色，只有授權的用戶才能對規定的數據或功能進行訪問。不同的用戶不同的權限，確保用戶只能訪問權限規定的信息。

5 軟件功能及實現

(1)分工序動態信息采集與顯示

系統全面的將各大工序的PLC數據和儀表檢測數據整合在一起，實時顯示各大工序PLC系統的監控信息，主要有混鐵爐動態信息采集(顯示混鐵爐鐵水狀態和鐵水包移走情況)顯示界面，以及鐵水預處理、轉爐、LF精煉、吹氬精煉、鑄機、鋼包等的信息顯示界面。

(2)過程信息顯示界面

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;綜合工藝分析查詢顯示界面可以查詢某期間內某鋼種的工藝信息;生產狀態界面可以實時顯示生產調度信息和當前生產狀態。

(3)統計報表

根據需要，生成報表導出到EXCEL文件，供打印存檔。主要有脫硫工藝記錄表、轉爐冶煉記錄、LF爐生產記錄、工藝記錄卡、板坯連鑄機生產記錄、生產日報、旬報、月報。

6 結語

在總結、歸納以往煉鋼廠生產工藝信息集成系統研究成果的基礎上，提出了比較完整的指導煉鋼廠優化的技術架構。該系統可對轉爐、鑄機的投入產出等相關工藝數據進行分析處理，給成本控制提供可靠的依據，實現了我廠各生產工序工藝信息的整合，實現從混鐵爐到鑄機的 “綜合煉鋼工藝信息管理”，達到了工藝信息共享，減少了信息傳遞和錄入差錯，提高了工作效率和產品質量，將工藝信息存入數據庫，便于對工藝信息的追溯和分析，取代信息孤島和手工工藝卡片，基本實現一煉鋼工藝信息的無紙化傳遞，減少了質檢工藝等一批監督人員，降低了人力資源成本。同時為生產管理和工藝技術提供便利的管理工具，為領導者提供方便的決策依據，實質地改善生產管理和工藝工作方式，對我廠精品戰略的實施具有一定的推動作用。該項目具有投資小、見效快的特點，為兄弟企業提供了很好的借鑒。

參考文獻

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