煉鋼生產工藝信息系統的開發與應用

王光海，劉學秋，趙明峰

（濟南鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，山東 濟南 250101）

信息化建設

煉鋼生產工藝信息系統的開發與應用

王光海，劉學秋，趙明峰

（濟南鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，山東 濟南 250101）

濟鋼煉鋼廠45 t區生產工藝信息系統主要包括加料跨電子標簽定位識別系統、爐后電子標簽定位識別系統、PLC和儀表監控系統數據自動采集、工藝信息顯示與管理系統和生產歷史數據查詢分析系統等，采取的關鍵技術有電子標簽天車定位識別系統、大包包臂自動識別技術、監控軟件的OPC和DDE技術等。系統應用后，數據準確可靠，實現了從混鐵爐到鑄機的綜合煉鋼工藝信息管理，產品廢品率降低了0.25％，年增經濟效益190萬元。

煉鋼工藝；信息系統；數據采集；定位；識別

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。為實現煉鋼各大工序工藝信息的整合和從混鐵爐到鑄機的綜合煉鋼工藝信息管理，濟鋼煉鋼廠開發了煉鋼45 t區生產工藝信息系統。

1 信息系統設計

1.1 可行性分析

濟鋼煉鋼廠45 t區現有4座45 t轉爐，1臺四流方坯連鑄機，1臺五流方坯連鑄機，3臺一流板坯連鑄機，生產組織方式為4座轉爐對5臺連鑄機，年產鋼近400萬t。

現有系統中，混鐵爐、鐵水預處理、轉爐、精煉和鑄機等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直接進入計算機。通過改進、整合現有系統，完全可以經濟、快速地實現生產工藝信息系統的開發和應用。經多次方案論證，認為可以分步實施：第1階段實現取消工藝卡的目標；第2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3階段在數據采集系統基礎上建立和完善控制模型。

1.2 結構組成

系統結構按功能實際需要分3個層次（見圖1）：

1）數據的采集。數據的采集方式有從PLC和儀表采集，從現有信息系統或數據庫中采集和人工輸入。具體的數據采集是根據生產和工藝流程劃分的，主要由10個環節采集，包括調度、混鐵爐、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。

圖1 綜合工藝信息系統結構

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。將采集的工藝信息進行加工處理，并保存到歷史數據庫中。

1.3 關鍵技術

1.3.1 電子標簽天車定位識別系統

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，運行效果不能滿足可靠性要求。后來考慮過電子標簽、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；而激光定位儀主要應用于精準定位，用于天車定位成本太高。綜合考慮，決定使用電子標簽建立天車定位系統。電子標簽是無源系統，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，結構簡單、可靠性高、成本低，定位較準確，又能適應現場的惡劣環境。

定位識別系統可有效地建立其生產過程的物料流和過程數據流信息平臺，應用中關鍵有2點：1）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，在系統設計和運行時不可避免地遇到PLC數據采集點多（約為800個）、實時數據量大的問題。

1.3.2 大包包臂自動識別技術

利用限位技術來自動識別大包回轉臺位置，選擇合適位置安裝好限位開關，當鋼水重包放到回轉臺A臂上時，A臂上的限位接通，則系統將確認鋼水包已經放到A臂上（當鋼水包放到回轉臺B臂上時同理），同時將鋼水包重量信息傳送到生產工藝信息系統，便于鋼水重量的準確采集，實現A包和B包的連續交替作業，減少因生產間隙造成的等待時間，提高了生產效率，間接提升煉鋼生產的效益。

1.3.3 監控軟件的OPC

設備帶有的操作系統基于WindowsCOM技術，在天車PLC數據采集時，可利用OPC的自動化接口，實現工控機與PLC的聯接。通過開發OPC客戶端軟件，將一個應用程序（OPC服務器）作為一個對象封裝起來，只將接口方法暴露在外面。客戶以統一的方式去調用這個方法，從而保證了軟件對客戶的透明性，監控軟件實時采集各天車運行情況的PLC數據。經過運行和使用測試，開發的通信程序運行可靠，數據讀取實時性強。

1.3.4 DDE技術

DDE接口技術集成功能具有多樣性，可使用共享內存來實現進程之間的數據交換以及使用DDE協議獲得傳遞數據的同步，在與數據采集軟件的信息交換方面具有優越性。數據點PLC通過+網（plus網）實時寫到采集PLC里，實時數據庫軟件PCAUTO6.0通過配置IO設備來訪問采集PLC，實現動態數據交換。用VB開發的軟件將數據寫入到歷史（關系）數據庫Orcale9i中。

2 系統實施

在建設工藝信息化系統時采取分步實施的方式。首先建立調度、混鐵爐、鐵水預處理、轉爐、廢鋼、合金、鋼包、吹氬、LF精煉、鑄機、天車、成分分析等工作站，系統的起始點在調度，負責鋼種和爐號匹配，分配鋼水去向，各工作站的數據盡量實現完全自動采集，盡量減少人工干預。爐前采用光譜分析，實現快速分析和顯示。有稱量的廢鋼和鐵水、轉爐到連鑄機之間的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。具體實施如下：

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。

3 系統運行環境

3.1 服務器

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，系統穩定性高，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Raid5或Raid10來滿足I/O吞吐能力和系統穩定性的要求。另外，由于數據庫系統的高穩定性要求，一般要求使用冗余電源，最好是N+1冗余電源來實現；Web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。綜合考慮，選擇惠普服務器HP ProLiant DL580G5[1]。

3.2 系統軟件

操作系統采用WindowsServer2003，數據采集主要由三維力控實時數據庫采集軟件PCAUTO6.0、數據庫Orcale9i和VB6開發的軟件，實現數據讀寫及數據庫之間數據的交換；自主開發的天車電子標簽物流跟蹤系統；編制化驗數據歷史存儲軟件實現化驗室上位機數據文件共享；利用Microsoft Visual Studio 2005的集成功能，開發出B/S模式的客戶端工藝采集以及歷史數據查詢軟件。

3.3 系統網絡結構

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方面的均衡，要求從網絡的任何一點之間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。

3.4 系統安全設計

在實施過程中，系統的安全設計主要考慮了軟硬件防護和數據安全2個方面：1）軟硬件防護。客戶端至服務器均通過硬件防火墻，利用防火墻包過濾檢測技術進行所有病毒入侵檢測。客戶端均開啟操作系統防火墻；同時所有用戶操作終端安裝Mcafee9.0防病毒軟件并及時更新病毒庫。2）數據安全。生產過程監控系統中，用戶多，職責多樣，同時各用戶的計算機專業操作水平也有很大差異。因此，系統采用適合大型分布式系統的基于角色的訪問控制機制，對于不同的用戶賦予不同的權限，防止由于用戶誤操作帶來的數據損失。

4 系統功能

1）實現動態信息采集與顯示。系統將各大工序的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，可以全面及時掌握煉鋼廠45 t區的生產信息和各主體設備的運行情況。

2）實時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某鋼種的工藝信息；生產狀態界面可實時顯示生產調度信息和當前生產狀態；可隨時查閱各爐鋼水的成分狀態，所屬鋼種，和下一工序的去向。

3）將各關鍵數據統計報表。根據需要，生成報表可導出到Excel文件中，供存檔。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、月報等。

4）實現上下工序、按爐號和班組鋼鐵料消耗、散裝料消耗、合金料消耗等指標的實時、動態、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“事后統計”轉變為“事先預測、事中控制”，方便了生產資源的調度配置，優化前后工序的匹配[2]，達到了精細化管理、精益化生產。

5 結語

濟鋼煉鋼廠開發的煉鋼生產工藝信息系統可對轉爐、鑄機的投入產出等相關工藝數據進行分析處理，生產工藝關鍵信息分享率達到99.5％以上，各種數據誤差基本控制在3‰以內，為成本控制提供可靠的依據，實現從混鐵爐到鑄機的綜合煉鋼工藝信息管理，達到了工藝信息整合和共享，為濟鋼煉鋼廠45 t區進一步加快實施ERP/MES提供了全面的信息支持。

信息系統應用后，經現場生產檢驗，穩定性強、數據準確可靠，基本實現了煉鋼45 t區工藝信息的無紙化傳遞，實質性地改善了生產管理和工藝工作方式，產品廢品率降低了0.25％，年增經濟效益190萬元。

[1]邊春元，任雙艷，滿永奎，等.S7-300/400PLC實用開發指南[M].北京:機械工業出版社，2007：352-356.

[2]唐建梅，王影.計算機輔助工藝規劃管理系統設計[J].兵工自動化，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年畢業于哈爾濱工業大學計算機科學與技術專業。現為濟鋼煉鋼廠45 t區高級工程師，從事煉鋼信息自動化系統開發應用工作。