基于云計(jì)算的煉鋼工藝制造流程信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張英鴿

（承德承鋼工程技術(shù)有限公司，河北 承德 067001）

中國是世界上最早開始生產(chǎn)鋼的國家，早在兩千多年前就已經(jīng)完成了煉鋼的生產(chǎn)，受其制作工藝復(fù)雜和程序繁多影響，在現(xiàn)階段信息化程度較高的生產(chǎn)條件下，需要對煉鋼的工藝制造流程進(jìn)行嚴(yán)格的信息管理。一般來說煉鋼的主要原材料來源于碳含量較高的生鐵以及廢鐵，通過高溫下的鐵水熔化將其雜質(zhì)去除，在脫氧和造渣材料的作用下調(diào)整鋼的有效成分。其中最重要的環(huán)節(jié)是氧化和脫氧過程，一旦在操作過程中出現(xiàn)負(fù)壓增高或者燃?xì)獾构喱F(xiàn)象，會發(fā)生高強(qiáng)度的爆炸事故，造成無法挽回的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。云計(jì)算作為新型的計(jì)算機(jī)服務(wù)模式，改變了從前單機(jī)模式的系統(tǒng)構(gòu)建方法，不再需要搭配相關(guān)硬件或者軟件系統(tǒng)完成信息傳遞流程，而是在云計(jì)算自身的PaaS技術(shù)手段上直接搭建自身MIS系統(tǒng)，具有高強(qiáng)度的信息流動性和分散式管理優(yōu)勢。云計(jì)算可以將互聯(lián)網(wǎng)中虛擬化的資源和現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)有效達(dá)成統(tǒng)一，為用戶提供快捷的計(jì)算方式，實(shí)現(xiàn)對信息流程管控的快速資源集中處理。由于煉鋼工藝流程的復(fù)雜性使得其內(nèi)存流轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)量急劇增加，導(dǎo)致傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)出現(xiàn)了許多弊端，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段煉鋼廠的生產(chǎn)需求。因此文本基于云計(jì)算設(shè)計(jì)一個(gè)新的煉鋼工藝制造流程信息管理系統(tǒng)，對收集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，提高其制作流程信息的存儲量，為煉鋼工藝制造流程的信息化管理提供可靠依據(jù)。

1 基于云計(jì)算的煉鋼工藝制造流程信息管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

信息管理終端硬件以處理器為核心，包括射頻信號模塊、串口通信模塊以及溫度傳感器模塊等。其中射頻板塊可以改變通訊信號的大小，串口模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)傳輸路徑，溫度傳感器在不同溫度控制下能夠?qū)?shù)據(jù)信息的質(zhì)量進(jìn)行有效識別。本文以串口通信電路模塊為主要改良板塊，選擇浙江智能科技公司提供的FT-Y690AS讀寫器，對其串口通信的電路增加3個(gè)引腳YU、YX與YM，每個(gè)引腳之間的距離不超過0.8m，具體串口通信電路如圖1所示。

圖1 串口通信電路

如圖所示系統(tǒng)將板載的串口與讀寫器通信相連接，按照串口地線和加載器的調(diào)節(jié)作用，能夠?qū)α鹘?jīng)至每個(gè)引腳的數(shù)據(jù)信息發(fā)出解碼指令，進(jìn)行不同線路的選擇，實(shí)現(xiàn)板載USB插口與數(shù)據(jù)傳輸過程中數(shù)據(jù)的采集和通信工作，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)視頻和靜態(tài)圖片的多路徑選擇存儲模式。

2 設(shè)置數(shù)據(jù)采集路徑

煉鋼廠的煉鋼生產(chǎn)工藝流程為原料選擇、脫氧脫硫與轉(zhuǎn)爐等多個(gè)程序，每個(gè)流程之間的信息具有關(guān)聯(lián)性，因此對每個(gè)流程內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息需要設(shè)置不同的采集路徑，避免重復(fù)數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。根據(jù)工藝生產(chǎn)的先后順序依次設(shè)置流程內(nèi)部的采集路徑：一是在原料選擇過程中對煉鋼需要的釩鐵材料在吊車起吊開始時(shí)刻，數(shù)據(jù)采集站的對材料的重量和占地面積等數(shù)據(jù)向錄入程序內(nèi)發(fā)出信號，使得所得的基礎(chǔ)信息能在操作員的指令下完成扒渣前后的信息錄入。二是在完成數(shù)據(jù)錄入后需要對提煉鋼材料的工具爐進(jìn)行標(biāo)記，設(shè)定每個(gè)生產(chǎn)廠的轉(zhuǎn)爐序號各不相同，如A1、A2、A3號轉(zhuǎn)爐機(jī)在煉鋼提釩的過程中發(fā)送不同的兌鐵信號，信息采集站可以直接分辨該兌鐵的信號是從哪一個(gè)轉(zhuǎn)爐機(jī)中發(fā)出，并檢測吊車是否處于兌鐵的狀態(tài)，完成制造流程數(shù)據(jù)的采集。最后將不同路徑下采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行歸一化處理，按照采集時(shí)間和轉(zhuǎn)爐機(jī)的標(biāo)號分別對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，將得到的煉鋼鐵水重量、材料加入數(shù)量以及兌鐵數(shù)量等出具儲存在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，完成數(shù)據(jù)路徑采集的設(shè)定，構(gòu)建信息管理模型。

3 基于云計(jì)算構(gòu)建信息管理模型

云計(jì)算的服務(wù)類型包含三類，每個(gè)結(jié)構(gòu)從上至下按照物理資源、虛擬資源、中間管理件與協(xié)調(diào)構(gòu)件四個(gè)層級組成，其中中間管理件是最重要的層級組織。在對數(shù)據(jù)采集的路徑設(shè)定完畢后，利用云計(jì)算中的分級結(jié)構(gòu)建立一個(gè)信息管理模型，可以對需要訪問的數(shù)據(jù)信號通過中間管理件層的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)信息的分配任務(wù)。在建立模型過程中根據(jù)云計(jì)算原理加入角色訪問功能，增加整體系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息的儲存量估算能力：該角色在擁有信息訪問的權(quán)限時(shí)能對任務(wù)進(jìn)行分配，保證儲存的數(shù)據(jù)能夠在安全的環(huán)境下完成訪問。基于云計(jì)算的訪問控制模型在角色控制中可以不用獲取路徑，依然可以通過該設(shè)定角色獲取相應(yīng)程序下數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限，使其數(shù)據(jù)能夠在實(shí)時(shí)監(jiān)測中處于激活狀態(tài)。而一旦模型的訪問角色權(quán)限被處于凍結(jié)狀態(tài)，表示訪問的權(quán)限屬于非法進(jìn)入，不可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲存功能，該層級的管理軟件結(jié)構(gòu)無法正常使用。這樣在加入角色訪問管理的概念下，無論在任何采集路徑下均可以完成數(shù)據(jù)的有效儲存，能夠在制造流程中對現(xiàn)實(shí)環(huán)境的中間管理文件層級完成設(shè)定，構(gòu)建實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)信息管理模型，完成煉鋼工藝制造流程的信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

4 實(shí)驗(yàn)論證分析

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的信息管理系統(tǒng)具有實(shí)際應(yīng)用效果，引入兩組傳統(tǒng)系統(tǒng)作為對比，進(jìn)行多輪實(shí)驗(yàn)測試。以某市煉鋼廠實(shí)際工作為例，將本文系統(tǒng)應(yīng)用在煉鋼生產(chǎn)制造流程內(nèi)，測試分為兩個(gè)階段：第一部分測試在制造流程內(nèi)該系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，驗(yàn)證其系統(tǒng)穩(wěn)定性。第二階段對制造流程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存，驗(yàn)證其存儲容量的不同。在測試開始前搭建好實(shí)驗(yàn)需要使用的硬件條件和軟件環(huán)境，在搭建好的測試環(huán)境下完成三組系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息管理的第一輪測試。

4.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性測試

根據(jù)煉鋼廠的生產(chǎn)時(shí)間調(diào)取其制造流程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，以每小時(shí)產(chǎn)生500MB數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用本文系統(tǒng)對標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)長為8小時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理檢測，具體檢測結(jié)果如下圖2所示。

圖2 本文系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息的管理效果

如圖所示本文系統(tǒng)在第一次和第二次測試中發(fā)生了數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，在整個(gè)數(shù)據(jù)存儲過程中沒有達(dá)到實(shí)際數(shù)據(jù)數(shù)量。針對該錯(cuò)誤及時(shí)做了調(diào)整，在第三次測試時(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)儲存數(shù)量和實(shí)際工作相一致，穩(wěn)定性得到了保證。在最后一次設(shè)定的系統(tǒng)環(huán)境下，進(jìn)行不同系統(tǒng)之間的儲存容量測試。

4.3 數(shù)據(jù)信息儲存容量測試

根據(jù)第一輪測試可知煉鋼廠每日產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量為4000MB，為更加真實(shí)的了解不同信息管理系統(tǒng)下對煉鋼制作流程的數(shù)據(jù)存儲效果，進(jìn)行6組測試比較相同數(shù)據(jù)下每組系統(tǒng)的信息存儲數(shù)量，具體測試結(jié)果如表1所示。

表1 不同系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的存儲量對比結(jié)果（MB）

據(jù)上表測試數(shù)據(jù)可知，按照8個(gè)小時(shí)的工作時(shí)間產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)，本文系統(tǒng)可以完成全部儲存效果，儲存量和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量相一致。而傳統(tǒng)系統(tǒng)1和傳統(tǒng)系統(tǒng)2的儲存量分別為2828MB和3095MB，較本文系統(tǒng)少了1172MB和905MB。由此可以證明本文系統(tǒng)能夠完成每日制造流程信息的數(shù)據(jù)管理，增加信息數(shù)據(jù)的存儲量。

5 結(jié)語

本文在原有信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對硬件的串口通信電路進(jìn)行優(yōu)化，改變了信息數(shù)據(jù)的接收方式，增加串口信息流轉(zhuǎn)的路徑選擇。利用多通路的數(shù)據(jù)采集路徑，提高了煉鋼工藝制造流程的數(shù)據(jù)存儲量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果可知，本文系統(tǒng)較兩組傳統(tǒng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)儲存量分別提高了MB和MB。但由于信息管理系統(tǒng)涉及到的模塊較多，本文在設(shè)計(jì)過程只針對數(shù)據(jù)存儲功能進(jìn)行了研究和監(jiān)測，在實(shí)際使用過程中對其他可能出現(xiàn)的問題無法統(tǒng)一進(jìn)行改良，具有一定局限性。在后續(xù)研究中會加深對系統(tǒng)內(nèi)部模塊的多角度優(yōu)化，為煉鋼廠的信息化生產(chǎn)提供更科學(xué)的技術(shù)支持，提高其經(jīng)濟(jì)和社會效益。