煉鋼廠生產(chǎn)工藝信息集成系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

摘 要:在轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程采用物流跟蹤系統(tǒng)及PLC數(shù)據(jù)采集等技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上采用三層體系結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出第一煉鋼廠工藝信息集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了煉鋼工藝信息共享，使管理工作有效地指揮生產(chǎn)活動(dòng)。

關(guān)鍵詞:煉鋼生產(chǎn)工藝信息開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào):TF345文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)09(b)-0055-02

引言

煉鋼生產(chǎn)工藝信息系統(tǒng)的目標(biāo)是要通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)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(yíng)目標(biāo)服務(wù)。

第一煉鋼廠現(xiàn)有四座45t轉(zhuǎn)爐，一臺(tái)四流方坯連鑄機(jī)，一臺(tái)五流方坯連鑄機(jī)，三臺(tái)一流板坯連鑄機(jī)，生產(chǎn)組織方式為四座轉(zhuǎn)爐對(duì)五臺(tái)連鑄機(jī)，年產(chǎn)鋼近400萬(wàn)t。為實(shí)現(xiàn)煉鋼各大工序工藝信息的整合，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)到工藝信息共享，減少信息傳遞和錄入差錯(cuò)，提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。將工藝信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，便于對(duì)工藝信息的追溯和分析。一煉鋼開(kāi)發(fā)建設(shè)“第一煉鋼廠生產(chǎn)工藝信息集成系統(tǒng)”。

1 煉鋼信息系統(tǒng)現(xiàn)狀

現(xiàn)有系統(tǒng)中，從混鐵爐、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、精煉到鑄機(jī)等各大工序，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)進(jìn)入計(jì)算機(jī)中，大部分?jǐn)?shù)據(jù)仍然依靠手工記錄和傳遞，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度低、傳遞不及時(shí)。

目前，鐵水、廢鋼、合金有秤量，但無(wú)爐號(hào)匹配跟蹤計(jì)量，考慮上電子標(biāo)簽定位識(shí)別系統(tǒng)按爐次確認(rèn)。轉(zhuǎn)爐與精煉(吹氬喂絲或LF爐)、鋼包、鑄機(jī)使用天車(chē)電子標(biāo)簽定位及天車(chē)秤實(shí)現(xiàn)鋼水去向跟蹤和鋼水稱(chēng)量。

現(xiàn)有管理網(wǎng)絡(luò)與生產(chǎn)信息掛接到一塊，容易受到外圍網(wǎng)站攻擊;通過(guò)本次改造要重新布線和增加網(wǎng)絡(luò)部件，力爭(zhēng)將生產(chǎn)信息及管理網(wǎng)絡(luò)從物理上加以隔離。

2 煉鋼信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

建設(shè)工藝信息化系統(tǒng)，采取分步實(shí)施，首先建立各工作站，包括(1)調(diào)度、(2)混鐵爐、(3)鐵水預(yù)處理、(4)轉(zhuǎn)爐、(5)廢鋼、(6)合金、(7)鋼包、(8)吹氬、(9)LF精煉、(10)鑄機(jī)、(11)天車(chē)、(12)成分分析等工作站，系統(tǒng)盡量實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)采集，盡量減少人工干預(yù)。給予匹配考慮上電子標(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。第一階段實(shí)現(xiàn)取消工藝卡的目標(biāo);第二階段完成報(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;第三階段在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立和完善控制模型。

(1)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)。

2.2 功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)分三個(gè)層次:

(1)數(shù)據(jù)的采集

數(shù)據(jù)的采集概括為下述3種方式:

①自動(dòng)從PLC和儀表采集;

②自動(dòng)從現(xiàn)有信息系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫(kù)中采集;

③人工輸入。

具體的數(shù)據(jù)采集時(shí)根據(jù)生產(chǎn)和工藝流程劃分的，主要由以下10個(gè)環(huán)節(jié)采集:調(diào)度、混鐵爐和鐵水包、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(chē)、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(shù)據(jù)庫(kù)中。

(3)信息的處理和存儲(chǔ)

將采集上來(lái)的工藝信息進(jìn)行加工處理，并保存到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3 技術(shù)關(guān)鍵和技術(shù)路線

(1)技術(shù)關(guān)鍵

適應(yīng)企業(yè)特點(diǎn)的定位識(shí)別系統(tǒng)，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)資源管理(ERP)和車(chē)間內(nèi)的過(guò)程控制系統(tǒng)(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(shí)別系統(tǒng)最初采用接近開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)天車(chē)定位，并結(jié)合天車(chē)秤來(lái)跟蹤物料的去向，由于接近開(kāi)關(guān)在高溫、鐵磁性粉塵的環(huán)境中故障率較高，運(yùn)行的效果不能滿足可靠性的要求。隨后又出現(xiàn)了紅外定位儀和電子標(biāo)簽兩種定位形式。由于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(lái)了一定的難度，而電子標(biāo)簽是無(wú)源系統(tǒng)，它和射頻識(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(lái)容易，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低，定位較準(zhǔn)確，因此獲得了較廣泛的應(yīng)用。此外還有更精確的激光定位，其誤差1毫米，應(yīng)用于定位精確的行業(yè)。

定位識(shí)別系統(tǒng)能可以有效地建立其生產(chǎn)過(guò)程的物料流和過(guò)程數(shù)據(jù)流信息平臺(tái)， 該技術(shù)在一煉鋼的應(yīng)用中關(guān)鍵有以下幾點(diǎn):

①爐前鐵水包、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)行是不可避免的遇到PLC數(shù)據(jù)采集的點(diǎn)很多(約為800個(gè))實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量大的問(wèn)題。

(2)技術(shù)路線

①吸收行業(yè)內(nèi)先進(jìn)的信息識(shí)別與整合技術(shù)。我廠新開(kāi)發(fā)的第一煉鋼廠生產(chǎn)工藝信息集成系統(tǒng)，采用了電子標(biāo)簽天車(chē)定位識(shí)別技術(shù)、監(jiān)控軟件的OPC、DDE等接口技術(shù)、大包包臂自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)等多項(xiàng)新技術(shù)。

②采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)支持多點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。

③采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)模式，控制站采用C/S、遠(yuǎn)程采用B/S。

4結(jié)構(gòu)組織

4.1 分布式三層體系結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)流系統(tǒng)采用三層體系結(jié)構(gòu)，分別為控制層、數(shù)據(jù)層、和客戶層。

(1)控制層

控制層由生產(chǎn)控制系統(tǒng)中PLC和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)構(gòu)成。它采用分布式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一煉鋼范圍內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化采集。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通過(guò)接口站和通信服務(wù)，屏蔽了設(shè)備連接細(xì)節(jié)。

(2)數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵層。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)接收，處理和存儲(chǔ)來(lái)自設(shè)備接口層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)定期發(fā)布到通用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，將關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)作為其歷史存儲(chǔ)的一部分。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)采用Client/Server加 Browser/Server 體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)客戶應(yīng)用與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間的連接。當(dāng)系統(tǒng)所維護(hù)的數(shù)據(jù)量比較大時(shí)，為減小主實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的負(fù)載，可以配置多個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器以分解壓力，同時(shí)也可通過(guò)異地冗余存儲(chǔ)來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

(3)客戶層

客戶層主要指對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的組態(tài)工具、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表生成工具、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)瀏覽器等構(gòu)架在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)層之上的實(shí)時(shí)應(yīng)用。

4.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，應(yīng)該是控制網(wǎng)段與管理網(wǎng)段進(jìn)行硬件的隔離，二者數(shù)據(jù)交換通過(guò)網(wǎng)橋進(jìn)行，這樣可以保證系統(tǒng)的安全。

4.3 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

(1)服務(wù)器

服務(wù)器的選擇除要考慮以下幾個(gè)方面:高速性、穩(wěn)定性、可靠性、可擴(kuò)展性和安全性之外，還要考慮應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)服務(wù)器的不同要求:

①數(shù)據(jù)庫(kù)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)定高，因此一般采用多路服務(wù)器系統(tǒng)，在本地I/O通過(guò)高Cache(128M或更高)Raid卡搭配4-6塊硬盤(pán)做Raid 5或Raid10滿足I/O吞吐能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性要求。

②Web應(yīng)用對(duì)服務(wù)器的技術(shù)需求，需要通過(guò)多路或高的處理能力強(qiáng)的服務(wù)器系統(tǒng)來(lái)完成。因此使用惠普服務(wù)器。

(2)數(shù)采部分

現(xiàn)場(chǎng)PLC設(shè)備主要是西門(mén)子的S7 300、400系列和施耐德昆騰系列產(chǎn)品等，數(shù)據(jù)的采集則視現(xiàn)場(chǎng)軟件和硬件環(huán)境情況而定，利用監(jiān)控軟件的OPC、DDE等接口，以不影響控制系統(tǒng)的正常工作情況為原則，盡可能的保質(zhì)保量、高速提取數(shù)據(jù)。

(3)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

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諸多方面的均衡，因此要求從網(wǎng)絡(luò)的任何一點(diǎn)到另一點(diǎn)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。軟件上采用微軟一系列系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù))、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)等。

(4)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)中，用戶多，職責(zé)多樣，不同職責(zé)的用戶對(duì)系統(tǒng)中的不同數(shù)據(jù)與功能具有不同的權(quán)限。在這種情況下，基于角色的訪問(wèn)控制模型有很大的優(yōu)越性。因此，系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)適合大型分布式系統(tǒng)的基于角色的訪問(wèn)控制機(jī)制。

運(yùn)行平臺(tái)提供基于角色的安全保密級(jí)，將一些特定的數(shù)據(jù)點(diǎn)、設(shè)備或者設(shè)備模型設(shè)置不同的角色保密級(jí)，根據(jù)有關(guān)的保密體系，每個(gè)用戶可以歸屬于某組角色，只有授權(quán)的用戶才能對(duì)規(guī)定的數(shù)據(jù)或功能進(jìn)行訪問(wèn)。不同的用戶不同的權(quán)限，確保用戶只能訪問(wèn)權(quán)限規(guī)定的信息。

5 軟件功能及實(shí)現(xiàn)

(1)分工序動(dòng)態(tài)信息采集與顯示

系統(tǒng)全面的將各大工序的PLC數(shù)據(jù)和儀表檢測(cè)數(shù)據(jù)整合在一起，實(shí)時(shí)顯示各大工序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。

(2)過(guò)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(guò)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(nèi)某鋼種的工藝信息;生產(chǎn)狀態(tài)界面可以實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)調(diào)度信息和當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)。

(3)統(tǒng)計(jì)報(bào)表

根據(jù)需要，生成報(bào)表導(dǎo)出到EXCEL文件，供打印存檔。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)。

6 結(jié)語(yǔ)

在總結(jié)、歸納以往煉鋼廠生產(chǎn)工藝信息集成系統(tǒng)研究成果的基礎(chǔ)上，提出了比較完整的指導(dǎo)煉鋼廠優(yōu)化的技術(shù)架構(gòu)。該系統(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，給成本控制提供可靠的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了我廠各生產(chǎn)工序工藝信息的整合，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)到了工藝信息共享，減少了信息傳遞和錄入差錯(cuò)，提高了工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，將工藝信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，便于對(duì)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(shí)現(xiàn)一煉鋼工藝信息的無(wú)紙化傳遞，減少了質(zhì)檢工藝等一批監(jiān)督人員，降低了人力資源成本。同時(shí)為生產(chǎn)管理和工藝技術(shù)提供便利的管理工具，為領(lǐng)導(dǎo)者提供方便的決策依據(jù)，實(shí)質(zhì)地改善生產(chǎn)管理和工藝工作方式，對(duì)我廠精品戰(zhàn)略的實(shí)施具有一定的推動(dòng)作用。該項(xiàng)目具有投資小、見(jiàn)效快的特點(diǎn)，為兄弟企業(yè)提供了很好的借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]邊春元，任雙艷，滿永奎等編著.S7-300/400PLC實(shí)用開(kāi)發(fā)指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[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].先進(jìn)制造技術(shù)，2006.