陶家晉

（山西云時(shí)代技術(shù)有限公司， 山西 太原 030003）

VD鋼包精煉爐是對(duì)鋼水進(jìn)行真空處理的專用爐外精煉設(shè)備，是電爐-LF爐-VD爐工藝流程的重要環(huán)節(jié)。VD精煉爐就是真空脫氣精煉方法，即采用的精煉手段有真空、攪拌，能夠完成脫氣、脫氧、去夾雜等冶煉任務(wù)，經(jīng)VD處理后的鋼水，其雜質(zhì)去除、氧含量降低等方面有明顯改善，是提高產(chǎn)品質(zhì)量的有利“武器”。某煉鋼廠碳鋼線有2套VD精煉爐，每套VD爐各有2個(gè)工位，具有完備的L1基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，僅有少量基于時(shí)間的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)保存在L1系統(tǒng)中，且這些離散工藝數(shù)據(jù)也無法和生產(chǎn)爐次進(jìn)行關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致管理人員不能從整體上對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行分析和管理。如何使得企業(yè)的信息管理與相應(yīng)的工藝和設(shè)備相適應(yīng)，最終優(yōu)化生產(chǎn)，使企業(yè)獲得最大效益，成為生產(chǎn)廠面臨的一個(gè)主要問題。因此需要集成現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立的自動(dòng)化子系統(tǒng)，有效地融合各子系統(tǒng)及儀表等設(shè)備的信息，實(shí)現(xiàn)不同控制系統(tǒng)間的集成。

針對(duì)這種現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀表和監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定、可靠地采集和計(jì)算。

1 數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的分析與設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)分析

VD爐采集的數(shù)據(jù)主要包括：冶煉爐次、冶煉鋼種、鋼包數(shù)據(jù)、抽真空數(shù)據(jù)、溫度測(cè)量數(shù)據(jù)、喂絲機(jī)數(shù)據(jù)。冶煉爐次、鋼種及鋼包數(shù)據(jù)可以從上工序LF爐直接獲取，其它則需要與現(xiàn)場(chǎng)不同的PLC設(shè)備和儀表進(jìn)行通訊，開發(fā)相適應(yīng)的接口才能進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集。關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集點(diǎn)如表1所示。

表1 VD爐基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)

1.2 數(shù)據(jù)采集平臺(tái)軟、硬件結(jié)構(gòu)

VD數(shù)據(jù)采集平臺(tái)采用C/S+B/S的模式，包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、報(bào)表服務(wù)器3臺(tái)服務(wù)器，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)用終端安裝C/S客戶端，管理人員訪問通過B/S架構(gòu)的WEB方式。其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)圖

1.3 基于OPC技術(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集平臺(tái)是連接生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)絡(luò)的橋梁。一方面連接生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、各種計(jì)量?jī)x表、監(jiān)控軟件的數(shù)據(jù)采集接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)LF爐、連鑄、真空、測(cè)溫等相關(guān)儀表和PLC自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。另一方面將采集到的數(shù)據(jù)用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式封裝，通過TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器[1]。

數(shù)據(jù)采集平臺(tái)可以根據(jù)用戶的配置要求，實(shí)現(xiàn)從不同的PLC系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式寫到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，主要功能包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)報(bào)送、數(shù)據(jù)管理，各模塊實(shí)現(xiàn)的具體功能為：

1）數(shù)據(jù)采集模塊。根據(jù)系統(tǒng)配置模塊配置的節(jié)點(diǎn)信息并基于OPC協(xié)議，從提供OPC服務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)儀器或PLC系統(tǒng)中采集數(shù)據(jù)。

2）數(shù)據(jù)管理模塊。臨時(shí)存放數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)上報(bào)模塊。并可以實(shí)現(xiàn)上報(bào)數(shù)據(jù)失敗時(shí)的歷史數(shù)據(jù)維護(hù)和通信恢復(fù)時(shí)的斷點(diǎn)續(xù)傳功能。

3）數(shù)據(jù)上報(bào)模塊。根據(jù)系統(tǒng)配置模塊指定的地址和端口，采用TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)管理模塊提供的數(shù)據(jù)寫到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)。

4）系統(tǒng)配置模塊。提供可視化的界面，供用戶對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各功能模塊的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。包括要連接的OPC服務(wù)器機(jī)器名和提供的OPC服務(wù)名、OPC服務(wù)中需要采集的數(shù)據(jù)項(xiàng)、自定義的用于組織相同采集頻率的OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)組名、數(shù)據(jù)組采集周期等信息[2］。

1.4 后臺(tái)計(jì)算

由于大部分管理需要的關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)往往無法從基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)中直接進(jìn)行采集，而是需要通過采集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或信號(hào)進(jìn)行判斷和計(jì)算才能獲得。因此，本數(shù)據(jù)采集平臺(tái)也包括基于存儲(chǔ)過程+后臺(tái)程序的數(shù)據(jù)計(jì)算功能[3]。

1）創(chuàng)建生產(chǎn)爐次的存儲(chǔ)過程。

生產(chǎn)管理是以冶煉爐次為單元進(jìn)行組織和記錄的，因此，準(zhǔn)確地根據(jù)采集信號(hào)創(chuàng)建生產(chǎn)爐次非常重要。存儲(chǔ)過程程序根據(jù)爐蓋限位信號(hào)、移動(dòng)彎頭信號(hào)、彎頭下限位信號(hào)及工位是否空閑等標(biāo)志來判斷鋼包是否到達(dá)工位，若到達(dá)工位，則創(chuàng)建新的爐次。該存儲(chǔ)過程的執(zhí)行周期為1 s。

2）檢測(cè)預(yù)抽真空操作的存儲(chǔ)過程。

生產(chǎn)結(jié)束后需要清坑，為了保證正常生產(chǎn)時(shí)的抽真空效果，需要在無鋼包的情況下對(duì)坑位進(jìn)行預(yù)抽真空操作，由于判斷預(yù)抽真空操作的信號(hào)與鋼包是否到達(dá)的信號(hào)完全相同，因此造成了難以區(qū)分兩個(gè)不同操作的困難。為了解決這個(gè)問題，工藝技術(shù)人員提出可以利用破空前1 min氬氣流量是否大于0來進(jìn)行判斷，若氬氣流量大于0，則認(rèn)為工位有鋼包在正常生產(chǎn)，若氬氣流量等于0，則認(rèn)為是預(yù)抽真空，將該爐次標(biāo)識(shí)為預(yù)抽。

3）關(guān)鍵過程數(shù)據(jù)的后臺(tái)計(jì)算。

喂絲機(jī)是將不同成分的喂絲線投到鋼包中，以達(dá)到調(diào)整成分的目的。

一般情況下，一爐鋼水需要多次喂線操作，因此需要計(jì)算和記錄每一次的喂線數(shù)據(jù)。其循環(huán)計(jì)算過程如下：

第一步，首先根據(jù)喂絲機(jī)的進(jìn)線信號(hào)獲取該次喂線開始時(shí)間；

第二步，將開始時(shí)間作為基準(zhǔn)點(diǎn)，根據(jù)退線長(zhǎng)度尋找喂線結(jié)束時(shí)間，并記錄該次退線長(zhǎng)度；

第三步，將喂線開始時(shí)間到喂線結(jié)束時(shí)間作為計(jì)算范圍，獲取該范圍內(nèi)的最大喂線速度、喂線速度及喂線長(zhǎng)度（喂線長(zhǎng)度=進(jìn)線長(zhǎng)度-退線長(zhǎng)度）。

抽真空是VD精煉爐的關(guān)鍵工藝，能夠去除鋼水中氫氣、氮?dú)饧皧A雜物，提高鋼水的純凈度。需要計(jì)算的抽真空數(shù)據(jù)主要包括：抽真空起始時(shí)間、達(dá)67 Pa時(shí)間、極限真空值、抽真空過程氬氣流量、破空時(shí)間、破空溫度、高真空保持時(shí)間等。這些數(shù)據(jù)都是通過操作信號(hào)及真空度值的變化進(jìn)行判斷和計(jì)算的。

1.5 前臺(tái)界面功能

1）生產(chǎn)計(jì)劃。

計(jì)劃管理是從MES系統(tǒng)接收計(jì)劃信息，包括澆次號(hào)、計(jì)劃號(hào)、預(yù)定爐號(hào)、鋼種代碼、各工序計(jì)劃開始結(jié)束時(shí)間、連鑄圓坯信息（直徑、長(zhǎng)度、密度、根數(shù)等參數(shù)）。把生產(chǎn)信息與計(jì)劃信息對(duì)應(yīng)。當(dāng)與MES通訊故障時(shí)，各工序可以手動(dòng)增加計(jì)劃信息。

2）生產(chǎn)實(shí)績(jī)。

根據(jù)生產(chǎn)過程中不同的生產(chǎn)事件，自動(dòng)采集VD爐的爐次號(hào)、生產(chǎn)開始結(jié)束時(shí)間、生產(chǎn)過程信息、生產(chǎn)消耗信息、能源儀表信息、物料數(shù)據(jù)等必要信息，不能自動(dòng)采集的信息，由操作工手工錄入。

3）生產(chǎn)報(bào)表。

生成爐報(bào)表、班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表。其中爐報(bào)表要求每爐生產(chǎn)完成后自動(dòng)生成EXCEL、PDF兩種格式報(bào)表，其他報(bào)表根據(jù)生產(chǎn)和管理需求可以選擇導(dǎo)出。自動(dòng)生成調(diào)度報(bào)表，調(diào)度員能夠填寫系統(tǒng)中缺少的數(shù)據(jù)，調(diào)度報(bào)表能夠以WEB方式在瀏覽器中進(jìn)行查看，且每天自動(dòng)導(dǎo)出EXCEL、PDF兩種格式報(bào)表。

4）趨勢(shì)記錄。

由于生產(chǎn)、質(zhì)量、管理需求，需生成關(guān)鍵參數(shù)的曲線數(shù)據(jù)供管理人員進(jìn)行查看和分析。

2 數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的應(yīng)用

當(dāng)冶煉鋼包進(jìn)入生產(chǎn)工位時(shí)，程序會(huì)創(chuàng)建新的冶煉爐次，現(xiàn)場(chǎng)操作人員在前臺(tái)界面選擇、確認(rèn)爐號(hào)和其它生產(chǎn)信息。當(dāng)產(chǎn)生通訊故障時(shí)，也允許操作工手動(dòng)錄入爐號(hào)、進(jìn)工位時(shí)間等。程序會(huì)根據(jù)配置信息自動(dòng)匹配班組、班次數(shù)據(jù)。生產(chǎn)過程無需人工干預(yù)，后臺(tái)程序能夠自動(dòng)記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)。當(dāng)鋼包離開工位時(shí)，后臺(tái)程序檢測(cè)到爐次結(jié)束時(shí)，能夠根據(jù)記錄的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，將關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)表中。生產(chǎn)操作主界面和趨勢(shì)曲線如圖2、圖3所示。

3 結(jié)語

圖2 生產(chǎn)操作主界面

本文所設(shè)計(jì)和研究的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)對(duì)VD精煉爐的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行集中采集和管理，為工藝管理人員提供了實(shí)時(shí)、真實(shí)有效的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了各類數(shù)據(jù)報(bào)表快速查詢和分析。數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的成功應(yīng)用，進(jìn)一步提高了不銹鋼煉鋼工藝技術(shù)人員的工作效率，加強(qiáng)了對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的過程控制和可追溯性，為更高層次信息化奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。