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摘 要：在钢铁行业微利的时代，如何提高我国钢铁企业的竞争力，很大程度上取决于我国钢铁企业的信息化水平。过程控制系统作为钢铁企业信息系统中重要的一环，在如何提高钢铁企业的竞争力将会发挥举足轻重的作用。介绍八钢第一炼钢厂的连铸过程控制系统，并分析该系统的应用功能。
关键词：连铸 过程控制系统 系统结构 功能描述
中图分类号：TF341 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）010-083-02
1 前言
八钢作为一家快速成长的大型企业，近年来更是发展迅速，从最初的20T转炉炼钢生产线到现代化的150T大型转炉炼钢，使八钢跻身成为一流钢铁生产企业。150T转炉从建设初期，就非常重视信息化建设，炼钢过程控制系统全线覆盖，而连铸过程控制系统作为炼钢系统中后的一道控制工序，在生产过程监控，提高钢坯质量和控制成本等方面起着非常大的作用。
2 连铸的工艺生产流程介绍
连铸即为连续铸钢的简称。在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。连铸的生产工艺流程：将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。
3 硬件软件组成结构
3.1 硬件系统结构
主要由1台IBM xSeries 3650微机服务器，3台HP客户机，1台HP LaserJet 1505n打印机，1台CISCO2960/ 24口交换机，1台CISCO208/8口交换机和若干个网络连接设备组成。连铸过程控制服务器在L2机房服务器室，客户机一台位于连铸主控室，供连铸操作人员监控生产过程状态，另一台客户机位于连铸切割室，主要根据采集的生产数据通过切割优化模型计算出最佳切割定尺提供给生产操作人员做参考。还有一台客户机在L2机房，供维护人员使用。
3.2 软件系统结构
主要由服务器操作系统Windows Server 2008标准版，数据库软件Oracle Standard 11G，开发工具Visual Studio 2010专业版，与基础自动化通讯软件Kepware，客户机操作系统Windows 7，办公软件Office 2010等软件组成。连铸二级过程控制系统是基于微软的.NET 3.5 框架下使用C#编程语言开发。系统架构图如图1。
4 功能描述
连铸二级控制系统主要是跟踪收集连铸的生产实绩以及通过模型计算二冷水的动态配水量进行动态配水、通过跟踪数据和计算模型指导铸坯的切割和优化，以达到最佳钢水利用率。主要流程是接收三级系统的生产计划以及前工序的钢水信息，跟踪采集连铸生产过程中实绩数据，同时对二冷水动态配水计算下发设定、当铸坯到达切割位置时根据跟踪数据和模型设定，下发铸坯的坯号以及切割长度。当生产完成后将连铸生产实绩上传给三级系统。基于以上流程，连铸二级过程控制系统应包括以下功能：
4.1 与上级系统的通讯
连铸二级计算机过程控制系统通过以太网（Ethernet）总线，通过TCP/IP协议与上级系统通讯。
上级生产管理系统（3级）计算机向连铸二级过程控制系统发送数据如下：
（1）接收炼钢3级系统下发的生产计划数据。（2）接收炼钢3级系统下发的生产标准数据。
连铸二级过程控制系统向上级计算机发送数据如下：（1）发送连铸炉次生产实绩数据。（2）发送连铸炉次生产状态。（3）发送连铸铸坯报告。
4.2 与基础自动化的通讯
连铸二级过程控制系统和基础自动化系统通讯，网络连接介质用工业以太网，通讯协议采用面向连接的TCP/IP协议，通过第三方软件Kepware读写基础自动化系统的数据项。
4.3 生产计划管理
生产计划是三级系统下发的与每炉钢水对应的生产计划数据。当三级系统无法运行时，该计划可由操作工录入。系统提供异常情况下对计划数据的修正和状态数据的补发功能。
当钢包到达连铸浇铸平台时，在没有传输钢包数据的时候由操作人员在一级画面上点击钢包到达的信息。当该炉次生产完成（该炉次跟踪完毕）后，系统自动把该炉次计划对应的生产实绩发送给上级计算机系统（三级系统）。
4.4 钢包管理
连铸各前工序在给连铸L2发送工序实绩的时候，会发送该炉次的钢水包信息，包括：钢包号、炉次号、重量、温度等。当连铸L2的接口程序收到这些包含炉次钢包信息的实绩后，会自动插入本系统的数据库表中。当需要查看这些钢水包信息时，通过界面程序提供查询。
4.5 前工序状态
连铸作为炼钢工艺的最后一个工序，需要了解前面各工序的状态和钢水数据信息。通过与其他工序的二级计算机系统数据通讯，并存贮在连铸二级数据库，在需要的时候，通过客户端程序的画面可以查询各前工序的炉次状态以及炉次实绩。
4.6 二冷水动态配水
二冷控制关系到连铸坯中裂纹和其它缺陷的产生。为确保生产出优质的连铸坯，必须根据钢种、浇注温度、拉坯速度、铸坯尺寸和铸机尺寸等参数来制定对应的冷却强度。该系统采用动态凝固控制模型计算各冷却段的设定值，其核心是计算沿铸流方向的表面温度分布和铸流凝固长度，并控制二次冷却系统各回路的水流量，从而达到规定的凝固长度，使板坯获得要求的表面温度。二冷水动态配水模块作为一个独立运行的模块，嵌入到连铸L2的系统里。 4.7 生产过程监控
生产过程监控功能负责为生产操作人员提供连铸工序处理信息。监控对象包括炉次计划信息（制造命令号、炉序、计划号等）；钢包信息（钢水重量、温度等）；中间罐信息（钢水重量、温度等）；各铸流生产信息（浇铸长度、拉速等）；各流结晶器信息（水流量、温差、液面高度、振动频率等）；各流二冷水信息（控制方式、设定和实际水量等）。通过读取跟踪程序的写入的实际信息，生产操作人员在HMI画面上可以直观的监视连铸浇次内每个炉次的生产过程数据。
4.8 检化验数据管理
系统接收检化验系统发送的检验数据，保存在数据库，可以在客户端界面方便操作人员查看。
4.9 过程数据跟踪收集统计（炉次跟踪和主流铸坯跟踪）
跟踪、数据收集统计是管理相关的生产过程数据，并根据用户的需求整理成炉次和方坯的生产实绩。实际生产数据由基础自动化系统通过数据通信的方式传给连铸过程控制系统。该过程收集大包、中间包的重量等信息，以及大包、中包的水口开启/关闭事件、大包到达、大包臂旋转等事件；各铸流的工作状态和实时数据，包括拉速、浇铸长度、设定定尺长度等，以及各流的铸坯切割事件。在跟踪程序里完成炉次的生产过程跟踪以及对应铸流的生产过程跟踪，并依据厂方物流规则和物料条件，给出各切割坯的实绩信息（包括铸坯长度、重量、以及材质等）完成铸坯跟踪。
4.10 报表
在每一个大包炉次连铸生产完成后，自动生成该炉次的生产实绩数据记录。该生产实绩信息保存在数据库中，操作人员可以在HMI上查看，也可以导出Excel报表。最后生成的生产实绩数据会发送给三级系统以及后续工序。
5 结束语
目前，国家信息部已提出了建设信息化企业的战略目标，建立信息化企业已成为钢铁企业发展的必然趋势。连铸过程控制系统作为实现八钢信息化目标中的重要环节，其采用先进的工艺模型和控制技术，使铸坯质量得到极大进步、生产治理更方便，增强了八钢产品的竞争力，其重要性也会在以后的生产当中越发的凸显。
参考文献：
[1] 冯阿强.连铸设备及工艺[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2009.
[2] 裴俊.典型钢铁企业产销一体化系统研究[J].四川冶金，2006（28）.
[3] 王冬生.大型钢铁企业信息化的认识和实践[J].江苏冶金，2005（04）.
[4] 赵骏.PCS/MES/ERP三集成[J].冶金信息导刊，2005（09）.
关键词：连铸 过程控制系统 系统结构 功能描述
中图分类号：TF341 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）010-083-02
1 前言
八钢作为一家快速成长的大型企业，近年来更是发展迅速，从最初的20T转炉炼钢生产线到现代化的150T大型转炉炼钢，使八钢跻身成为一流钢铁生产企业。150T转炉从建设初期，就非常重视信息化建设，炼钢过程控制系统全线覆盖，而连铸过程控制系统作为炼钢系统中后的一道控制工序，在生产过程监控，提高钢坯质量和控制成本等方面起着非常大的作用。
2 连铸的工艺生产流程介绍
连铸即为连续铸钢的简称。在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。连铸的生产工艺流程：将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。
3 硬件软件组成结构
3.1 硬件系统结构
主要由1台IBM xSeries 3650微机服务器，3台HP客户机，1台HP LaserJet 1505n打印机，1台CISCO2960/ 24口交换机，1台CISCO208/8口交换机和若干个网络连接设备组成。连铸过程控制服务器在L2机房服务器室，客户机一台位于连铸主控室，供连铸操作人员监控生产过程状态，另一台客户机位于连铸切割室，主要根据采集的生产数据通过切割优化模型计算出最佳切割定尺提供给生产操作人员做参考。还有一台客户机在L2机房，供维护人员使用。
3.2 软件系统结构
主要由服务器操作系统Windows Server 2008标准版，数据库软件Oracle Standard 11G，开发工具Visual Studio 2010专业版，与基础自动化通讯软件Kepware，客户机操作系统Windows 7，办公软件Office 2010等软件组成。连铸二级过程控制系统是基于微软的.NET 3.5 框架下使用C#编程语言开发。系统架构图如图1。
4 功能描述
连铸二级控制系统主要是跟踪收集连铸的生产实绩以及通过模型计算二冷水的动态配水量进行动态配水、通过跟踪数据和计算模型指导铸坯的切割和优化，以达到最佳钢水利用率。主要流程是接收三级系统的生产计划以及前工序的钢水信息，跟踪采集连铸生产过程中实绩数据，同时对二冷水动态配水计算下发设定、当铸坯到达切割位置时根据跟踪数据和模型设定，下发铸坯的坯号以及切割长度。当生产完成后将连铸生产实绩上传给三级系统。基于以上流程，连铸二级过程控制系统应包括以下功能：
4.1 与上级系统的通讯
连铸二级计算机过程控制系统通过以太网（Ethernet）总线，通过TCP/IP协议与上级系统通讯。
上级生产管理系统（3级）计算机向连铸二级过程控制系统发送数据如下：
（1）接收炼钢3级系统下发的生产计划数据。（2）接收炼钢3级系统下发的生产标准数据。
连铸二级过程控制系统向上级计算机发送数据如下：（1）发送连铸炉次生产实绩数据。（2）发送连铸炉次生产状态。（3）发送连铸铸坯报告。
4.2 与基础自动化的通讯
连铸二级过程控制系统和基础自动化系统通讯，网络连接介质用工业以太网，通讯协议采用面向连接的TCP/IP协议，通过第三方软件Kepware读写基础自动化系统的数据项。
4.3 生产计划管理
生产计划是三级系统下发的与每炉钢水对应的生产计划数据。当三级系统无法运行时，该计划可由操作工录入。系统提供异常情况下对计划数据的修正和状态数据的补发功能。
当钢包到达连铸浇铸平台时，在没有传输钢包数据的时候由操作人员在一级画面上点击钢包到达的信息。当该炉次生产完成（该炉次跟踪完毕）后，系统自动把该炉次计划对应的生产实绩发送给上级计算机系统（三级系统）。
4.4 钢包管理
连铸各前工序在给连铸L2发送工序实绩的时候，会发送该炉次的钢水包信息，包括：钢包号、炉次号、重量、温度等。当连铸L2的接口程序收到这些包含炉次钢包信息的实绩后，会自动插入本系统的数据库表中。当需要查看这些钢水包信息时，通过界面程序提供查询。
4.5 前工序状态
连铸作为炼钢工艺的最后一个工序，需要了解前面各工序的状态和钢水数据信息。通过与其他工序的二级计算机系统数据通讯，并存贮在连铸二级数据库，在需要的时候，通过客户端程序的画面可以查询各前工序的炉次状态以及炉次实绩。
4.6 二冷水动态配水
二冷控制关系到连铸坯中裂纹和其它缺陷的产生。为确保生产出优质的连铸坯，必须根据钢种、浇注温度、拉坯速度、铸坯尺寸和铸机尺寸等参数来制定对应的冷却强度。该系统采用动态凝固控制模型计算各冷却段的设定值，其核心是计算沿铸流方向的表面温度分布和铸流凝固长度，并控制二次冷却系统各回路的水流量，从而达到规定的凝固长度，使板坯获得要求的表面温度。二冷水动态配水模块作为一个独立运行的模块，嵌入到连铸L2的系统里。 4.7 生产过程监控
生产过程监控功能负责为生产操作人员提供连铸工序处理信息。监控对象包括炉次计划信息（制造命令号、炉序、计划号等）；钢包信息（钢水重量、温度等）；中间罐信息（钢水重量、温度等）；各铸流生产信息（浇铸长度、拉速等）；各流结晶器信息（水流量、温差、液面高度、振动频率等）；各流二冷水信息（控制方式、设定和实际水量等）。通过读取跟踪程序的写入的实际信息，生产操作人员在HMI画面上可以直观的监视连铸浇次内每个炉次的生产过程数据。
4.8 检化验数据管理
系统接收检化验系统发送的检验数据，保存在数据库，可以在客户端界面方便操作人员查看。
4.9 过程数据跟踪收集统计（炉次跟踪和主流铸坯跟踪）
跟踪、数据收集统计是管理相关的生产过程数据，并根据用户的需求整理成炉次和方坯的生产实绩。实际生产数据由基础自动化系统通过数据通信的方式传给连铸过程控制系统。该过程收集大包、中间包的重量等信息，以及大包、中包的水口开启/关闭事件、大包到达、大包臂旋转等事件；各铸流的工作状态和实时数据，包括拉速、浇铸长度、设定定尺长度等，以及各流的铸坯切割事件。在跟踪程序里完成炉次的生产过程跟踪以及对应铸流的生产过程跟踪，并依据厂方物流规则和物料条件，给出各切割坯的实绩信息（包括铸坯长度、重量、以及材质等）完成铸坯跟踪。
4.10 报表
在每一个大包炉次连铸生产完成后，自动生成该炉次的生产实绩数据记录。该生产实绩信息保存在数据库中，操作人员可以在HMI上查看，也可以导出Excel报表。最后生成的生产实绩数据会发送给三级系统以及后续工序。
5 结束语
目前，国家信息部已提出了建设信息化企业的战略目标，建立信息化企业已成为钢铁企业发展的必然趋势。连铸过程控制系统作为实现八钢信息化目标中的重要环节，其采用先进的工艺模型和控制技术，使铸坯质量得到极大进步、生产治理更方便，增强了八钢产品的竞争力，其重要性也会在以后的生产当中越发的凸显。
参考文献：
[1] 冯阿强.连铸设备及工艺[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2009.
[2] 裴俊.典型钢铁企业产销一体化系统研究[J].四川冶金，2006（28）.
[3] 王冬生.大型钢铁企业信息化的认识和实践[J].江苏冶金，2005（04）.
[4] 赵骏.PCS/MES/ERP三集成[J].冶金信息导刊，2005（09）.