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摘 要：利用PLC的强大技术支持，结合Borland Delphi 和Wincc开发语言实现炼钢生产工艺数据的自动采集，利用仪表温度中间站实现自动测温，利用轨道衡技术自动采集地磅数据，利用光谱分析仪实现光谱成分的自动传输，以局域网络为依托，采用C/S模式结合ASP编程技术建立查询统计平台以满足各车间科室及管理层的需要。
关键词：PLC ；局域网； C/S模式。
1、前言
炼钢厂前区生产工艺水平较高，主要生产工序都实现了自动化控制，应用了较为先进的PLC控制技术，大部分生产工艺数据具备了实现自动采集的条件，尚待开发。炼钢厂生产工艺流程从铁水入厂到连铸坯外运，要经过脱硫-混铁炉-炉前-吹氩-精炼-连铸-钢坯管理七道工序，其中还包括原料管理，各岗位的工艺数据每一炉次都要有操作记录，完成方式是由当班的操作人员手动记录到纸上，即浪费了人力而且不适应快节奏的炼钢生产，数据信息的流通渠道不畅，并且流通中数据存在一定的损失，数据的时效性、准确性无法保证，查询十分不便，不适应炼钢厂现代化管理的要求，急需一套历史数据的实时记录与查询系统。
为了解决以上问题，炼钢厂信息化建设领导小组研究决定完全按照炼钢厂前区实际情况而量身定做自行开发更为合理和先进的工艺信息智能管理系统。
该项目的开发对于炼钢厂前区的生产稳定、顺行、提质、增效具有重大的意义和可观的经济效益，并为管理层提供了智能化、高效的管理平台，降低了企业的管理成本。
2、工艺流程简介
莱钢炼钢厂新二区目前仅一条生产线，新增的转炉和连铸工序正在建设过程中。生产工艺流程：铁水入厂进脱硫，脱硫后的铁水进混铁炉并将脱前脱后温度传混铁炉及调度，由混铁炉出来的铁水进炉前，根据调度下达的冶炼计划进行冶炼，冶炼后的钢水根据冶炼计划选择进精炼还是吹氩，普钢进精炼优钢进吹氩，由精炼或吹氩冶炼后的钢水传送到连铸进行铸坯，最后进入钢坯管理工序管理后外运。生产工艺信息流程图如下（图1）。
2、网络结构
本项目的数据采集、共享与传递都要依赖于网络。网络结构简图如下（图2）。
3、系统主要功能
3.1数据采集：该模块采集生产现场所有工序的信息，包括：脱硫工序、混铁炉工序、砌筑工序、转炉工序、吹氩工序、精炼工序、连铸工序钢坯管理工序、以及原料管理。
3.1.1脱硫工序：负责铁厂来的铁水的生产，包括铁水炉号、罐号、脱前脱后成分、压力、处理方式及原因、加料、其中加料量、喷吹压力、灌顶压力、悬浮压力、下料时间从PLC上自动采集，并将炉号、罐号、铁水成分、进站铁水温度、脱后铁水温度，喷枪寿命、渣剂用量的信息自动显示到混铁炉工序及调度室。
3.1.2混铁炉工序：根据脱硫传递的信息，将铁水进混铁炉，动态计算出每个混铁炉的存铁量和铁水成分，并将铁水成分、温度、每炉装入量等信息自动传递到炉前工艺微机显示，为炉前冶炼提供有价值的参考依据。
3.1.3砌筑工序：将包号、包龄等钢包状况信息自动传送到调度、转炉工序、吹氩工序、精练工序。
3.1.4转炉工序：自动接收调度和混铁炉发送的冶炼计划、铁水成份、铁水温度，自动从PLC上采集冶炼过程中各种辅料加入量、加入时间、开吹时间、放钢时间、拉碳次数、拉碳温度、放钢温度、各种合金加入量，溅渣时间、钢水量、氮气消耗、氧气消耗、煤气回收时间、并自动采集炉号、炉龄、钢种、出钢口次数、枪龄、氧压曲线、供氧时间。精炼炉进站开始通电时间、进站温度、加入包内的各种料种类、数量，进站渣况、出站时间、软吹时间、钢包渣厚反馈炉前。吹氩工序氩前、氩后温度，喂线种类、数量、氩气压力、氩气消耗、吹氩时间、渣厚、该炉钢水去向信息传炉前。
3.1.5吹氩工序：自动显示调度计划（班别、日期、炉号、钢种）向炉前发送的信息，并自动采集光谱成份、炉后成份，从温度中间站上采集氩前、氩后温度，吹氩将加料情况、钢包状况、吹氩情况、氩气压力、氩气消耗、吹氩时间、渣厚、各种喂线量输入、该炉钢水去向输入微机，去精炼的传递到精炼工序，去连铸机的发送相应连铸机。
3.1.6精炼工序：自动接收调度发送的冶炼计划（班别、日期、炉号、钢种）,精炼输入渣厚、渣况、加料情况、电耗、精炼时间、成份、软吹信息、实际去向，发送到连铸工序。
3.1.7连铸工序：自动接收吹氩、精炼发送的炉号、钢种信息，并按炉号作为主关键字，自动显示出本炉钢的炉前装入量，出钢量，最终成份，氩前氩后温度，钢包状况，从PLC上自动采集中包温度和异常点的部位、时间、波动范围。连铸信息按浇次信息、当炉信息、异常点信息进行输入，浇次信息对应炉号每个浇次更新一次，包括结晶器，烘包，中包材质等信息，当炉信息包括规格，拉速、二冷水情况、空气情况、定尺，支数，拉坯吨数，到站、开浇、停浇时间，滑块规格、更换时间，水口更换时间、自开率等信息，异常点信息包括单流停，甩坯，故障，退回钢水等信息。
3.1.8钢坯管理工序：该工序为该系统的最后一道工序，该工序根据炉号可自动显示出以前工序输入的计划钢种、规格、定尺、支数、成份信息，采集每炉钢的实际钢种、码坯量、发出支数、送坯方式、温度、接坯人、发坯人、去向、车号、磅单重量、铸坯落地量，并自动计算出理论重量、磅差。如该炉钢有质量问题，将转到组坯信息中输入相关信息。
3.1.9原料管理：包括进入炼钢厂的各工序所使用的全部原料，从地磅开始，到各种原料的入库、各车间领用、外调、库存管理，所有经过地磅的物资，实现通过微机RS232串口通讯自动进行毛重、皮重的采集。
3.2调度管理：包括调度计划、指令下达、影响生产责任判定三个子模块。由当班调度下达本班生产计划，包括炉座、炉号、炉龄、计划钢种、计划连铸、计划规格、是否进精炼信息发送到对应转炉的微机，并在转炉和吹氩、精炼的单显电子屏上显示，使调度指令快速醒目地传递到相应工序，生产工序一旦出现异常情况，生产调度人员能够快速反应。
3.3统计分析：包括统计报表和调度快报，根据各生产工序采集的数据，形成各种统计报表和调度快报，将本班的生产情况以及重要数据经过分析整理统计后形成表格并打印出来，供厂领导在厂调度会上掌握当前生产情况，以便做出决策。
3.4生产监控：可以实时反映各生产岗位的生产状况，供领导或厂调及时掌握当前生产情况，对组织生产、调整生产计划提供可靠的依据。
3.5综合查询：根据各工序的原始数据，自动形成各工序按炉号、日期、班别的明细信息、汇总统计信息，厂领导、工艺监督站、技术科等职能部门在办公室可以随时通过微机进行查询，并可以进行相关信息的打印，可以对生产现场进行实时监控，使生产工艺数据管理集成应用形成一个完整的信息链。
4、系统创新点
4.1．PLC信息自动采集：该系统基于PLC基础自动化的现场实时生产数据进行自动提取，实现部分数据的自动采集，如脱硫喷吹时间、加料量、各种压力，炉前开吹时间、辅料加入量到放钢、溅渣时间及冶炼周期的整个冶炼周期的数据、连铸各种异常点的采集等，减少了人工干预成份，确保了数据的可靠性、及时性。
4.2、硬件防火墙隔离技术: 采用硬件防火墙，对经过的数据帧进行单向过滤，仅允许内网（上位机）发向外网的数据帧（信息帧）、外网（数据库服务器）发向内网的应答帧通过，它工作起来就像一个单向透明的网桥，在保证内网完全免遭黑客攻击与病毒入侵的情况下实现了必要信息的传输，它对数据帧的过滤完全在操作系统的内核中实现，直接操作网络设备，使系统的处理速度与高速的网络设备相匹配，不影响网络的性能，实现现场PLC上位机的数据只能单向发送到数据服务器，而其它机器无法访问PLC上位机，确保PLC上位机不会遭到破坏。 4.3．温度自动采集：选用仪表中间站方案，通过程序自动采集中间站的串口输出温度值，实现了吹氩、精炼、连铸的温度自动采集；利用测温表的BCD码接口，采用PLC技术，实现了炉前拉碳、放钢温度的自动采集。
4.4．自动提取成份采集：利用化验室光谱仪的串口输出功能，通过串口自动读取光谱分析微机内成份数据，经分析、转换、过滤后送至厂数据网服务器，数据网上其它工作站可通过读取服务器上数据，使钢水、包样、坯样成份数据能及时被各使用单位使用。
4.5．减少网络流量，划分网段：通过Delphi的ADO控件与后台数据库连接，通过SQL语句，现场各工序只下载最近2天的数据，执行速度快，大大减少网络I/O流量，提高应用系统的性能，避免网络拥塞；同时，网络通过划分网段进行分段管理，使上网机器与该系统使用微机物理上隔离开，并采用网络版瑞星杀毒软件，避免病毒的破坏。
5、结论
本系统从需求分析到正式投入运行，完全按照软件工程方法进行规范性操作，实现生产工艺数据集成应用与工业控制系统、光谱、仪表的安全无缝连接，采集炼钢厂各工序的全部数据，实现了企业内部工序间信息传递及时，数据来源可靠、资源共享，确保信息能及时传达到企业内部各职能部门，使各节点的数据通过该系统形成了一条有序的、流动的信息链，大大提高信息的及时性、准确性和可靠性。
本系统的实现，对加强管理、降低消耗、提高产品质量、提高设备有效作业率等提供了技术保障，也为管理者提供了可靠、及时的数据决策依据，大大提高了工作效率，降低了管理成本，具有很大的经济效益和较好的社会效益。
关键词：PLC ；局域网； C/S模式。
1、前言
炼钢厂前区生产工艺水平较高，主要生产工序都实现了自动化控制，应用了较为先进的PLC控制技术，大部分生产工艺数据具备了实现自动采集的条件，尚待开发。炼钢厂生产工艺流程从铁水入厂到连铸坯外运，要经过脱硫-混铁炉-炉前-吹氩-精炼-连铸-钢坯管理七道工序，其中还包括原料管理，各岗位的工艺数据每一炉次都要有操作记录，完成方式是由当班的操作人员手动记录到纸上，即浪费了人力而且不适应快节奏的炼钢生产，数据信息的流通渠道不畅，并且流通中数据存在一定的损失，数据的时效性、准确性无法保证，查询十分不便，不适应炼钢厂现代化管理的要求，急需一套历史数据的实时记录与查询系统。
为了解决以上问题，炼钢厂信息化建设领导小组研究决定完全按照炼钢厂前区实际情况而量身定做自行开发更为合理和先进的工艺信息智能管理系统。
该项目的开发对于炼钢厂前区的生产稳定、顺行、提质、增效具有重大的意义和可观的经济效益，并为管理层提供了智能化、高效的管理平台，降低了企业的管理成本。
2、工艺流程简介
莱钢炼钢厂新二区目前仅一条生产线，新增的转炉和连铸工序正在建设过程中。生产工艺流程：铁水入厂进脱硫，脱硫后的铁水进混铁炉并将脱前脱后温度传混铁炉及调度，由混铁炉出来的铁水进炉前，根据调度下达的冶炼计划进行冶炼，冶炼后的钢水根据冶炼计划选择进精炼还是吹氩，普钢进精炼优钢进吹氩，由精炼或吹氩冶炼后的钢水传送到连铸进行铸坯，最后进入钢坯管理工序管理后外运。生产工艺信息流程图如下（图1）。
2、网络结构
本项目的数据采集、共享与传递都要依赖于网络。网络结构简图如下（图2）。
3、系统主要功能
3.1数据采集：该模块采集生产现场所有工序的信息，包括：脱硫工序、混铁炉工序、砌筑工序、转炉工序、吹氩工序、精炼工序、连铸工序钢坯管理工序、以及原料管理。
3.1.1脱硫工序：负责铁厂来的铁水的生产，包括铁水炉号、罐号、脱前脱后成分、压力、处理方式及原因、加料、其中加料量、喷吹压力、灌顶压力、悬浮压力、下料时间从PLC上自动采集，并将炉号、罐号、铁水成分、进站铁水温度、脱后铁水温度，喷枪寿命、渣剂用量的信息自动显示到混铁炉工序及调度室。
3.1.2混铁炉工序：根据脱硫传递的信息，将铁水进混铁炉，动态计算出每个混铁炉的存铁量和铁水成分，并将铁水成分、温度、每炉装入量等信息自动传递到炉前工艺微机显示，为炉前冶炼提供有价值的参考依据。
3.1.3砌筑工序：将包号、包龄等钢包状况信息自动传送到调度、转炉工序、吹氩工序、精练工序。
3.1.4转炉工序：自动接收调度和混铁炉发送的冶炼计划、铁水成份、铁水温度，自动从PLC上采集冶炼过程中各种辅料加入量、加入时间、开吹时间、放钢时间、拉碳次数、拉碳温度、放钢温度、各种合金加入量，溅渣时间、钢水量、氮气消耗、氧气消耗、煤气回收时间、并自动采集炉号、炉龄、钢种、出钢口次数、枪龄、氧压曲线、供氧时间。精炼炉进站开始通电时间、进站温度、加入包内的各种料种类、数量，进站渣况、出站时间、软吹时间、钢包渣厚反馈炉前。吹氩工序氩前、氩后温度，喂线种类、数量、氩气压力、氩气消耗、吹氩时间、渣厚、该炉钢水去向信息传炉前。
3.1.5吹氩工序：自动显示调度计划（班别、日期、炉号、钢种）向炉前发送的信息，并自动采集光谱成份、炉后成份，从温度中间站上采集氩前、氩后温度，吹氩将加料情况、钢包状况、吹氩情况、氩气压力、氩气消耗、吹氩时间、渣厚、各种喂线量输入、该炉钢水去向输入微机，去精炼的传递到精炼工序，去连铸机的发送相应连铸机。
3.1.6精炼工序：自动接收调度发送的冶炼计划（班别、日期、炉号、钢种）,精炼输入渣厚、渣况、加料情况、电耗、精炼时间、成份、软吹信息、实际去向，发送到连铸工序。
3.1.7连铸工序：自动接收吹氩、精炼发送的炉号、钢种信息，并按炉号作为主关键字，自动显示出本炉钢的炉前装入量，出钢量，最终成份，氩前氩后温度，钢包状况，从PLC上自动采集中包温度和异常点的部位、时间、波动范围。连铸信息按浇次信息、当炉信息、异常点信息进行输入，浇次信息对应炉号每个浇次更新一次，包括结晶器，烘包，中包材质等信息，当炉信息包括规格，拉速、二冷水情况、空气情况、定尺，支数，拉坯吨数，到站、开浇、停浇时间，滑块规格、更换时间，水口更换时间、自开率等信息，异常点信息包括单流停，甩坯，故障，退回钢水等信息。
3.1.8钢坯管理工序：该工序为该系统的最后一道工序，该工序根据炉号可自动显示出以前工序输入的计划钢种、规格、定尺、支数、成份信息，采集每炉钢的实际钢种、码坯量、发出支数、送坯方式、温度、接坯人、发坯人、去向、车号、磅单重量、铸坯落地量，并自动计算出理论重量、磅差。如该炉钢有质量问题，将转到组坯信息中输入相关信息。
3.1.9原料管理：包括进入炼钢厂的各工序所使用的全部原料，从地磅开始，到各种原料的入库、各车间领用、外调、库存管理，所有经过地磅的物资，实现通过微机RS232串口通讯自动进行毛重、皮重的采集。
3.2调度管理：包括调度计划、指令下达、影响生产责任判定三个子模块。由当班调度下达本班生产计划，包括炉座、炉号、炉龄、计划钢种、计划连铸、计划规格、是否进精炼信息发送到对应转炉的微机，并在转炉和吹氩、精炼的单显电子屏上显示，使调度指令快速醒目地传递到相应工序，生产工序一旦出现异常情况，生产调度人员能够快速反应。
3.3统计分析：包括统计报表和调度快报，根据各生产工序采集的数据，形成各种统计报表和调度快报，将本班的生产情况以及重要数据经过分析整理统计后形成表格并打印出来，供厂领导在厂调度会上掌握当前生产情况，以便做出决策。
3.4生产监控：可以实时反映各生产岗位的生产状况，供领导或厂调及时掌握当前生产情况，对组织生产、调整生产计划提供可靠的依据。
3.5综合查询：根据各工序的原始数据，自动形成各工序按炉号、日期、班别的明细信息、汇总统计信息，厂领导、工艺监督站、技术科等职能部门在办公室可以随时通过微机进行查询，并可以进行相关信息的打印，可以对生产现场进行实时监控，使生产工艺数据管理集成应用形成一个完整的信息链。
4、系统创新点
4.1．PLC信息自动采集：该系统基于PLC基础自动化的现场实时生产数据进行自动提取，实现部分数据的自动采集，如脱硫喷吹时间、加料量、各种压力，炉前开吹时间、辅料加入量到放钢、溅渣时间及冶炼周期的整个冶炼周期的数据、连铸各种异常点的采集等，减少了人工干预成份，确保了数据的可靠性、及时性。
4.2、硬件防火墙隔离技术: 采用硬件防火墙，对经过的数据帧进行单向过滤，仅允许内网（上位机）发向外网的数据帧（信息帧）、外网（数据库服务器）发向内网的应答帧通过，它工作起来就像一个单向透明的网桥，在保证内网完全免遭黑客攻击与病毒入侵的情况下实现了必要信息的传输，它对数据帧的过滤完全在操作系统的内核中实现，直接操作网络设备，使系统的处理速度与高速的网络设备相匹配，不影响网络的性能，实现现场PLC上位机的数据只能单向发送到数据服务器，而其它机器无法访问PLC上位机，确保PLC上位机不会遭到破坏。 4.3．温度自动采集：选用仪表中间站方案，通过程序自动采集中间站的串口输出温度值，实现了吹氩、精炼、连铸的温度自动采集；利用测温表的BCD码接口，采用PLC技术，实现了炉前拉碳、放钢温度的自动采集。
4.4．自动提取成份采集：利用化验室光谱仪的串口输出功能，通过串口自动读取光谱分析微机内成份数据，经分析、转换、过滤后送至厂数据网服务器，数据网上其它工作站可通过读取服务器上数据，使钢水、包样、坯样成份数据能及时被各使用单位使用。
4.5．减少网络流量，划分网段：通过Delphi的ADO控件与后台数据库连接，通过SQL语句，现场各工序只下载最近2天的数据，执行速度快，大大减少网络I/O流量，提高应用系统的性能，避免网络拥塞；同时，网络通过划分网段进行分段管理，使上网机器与该系统使用微机物理上隔离开，并采用网络版瑞星杀毒软件，避免病毒的破坏。
5、结论
本系统从需求分析到正式投入运行，完全按照软件工程方法进行规范性操作，实现生产工艺数据集成应用与工业控制系统、光谱、仪表的安全无缝连接，采集炼钢厂各工序的全部数据，实现了企业内部工序间信息传递及时，数据来源可靠、资源共享，确保信息能及时传达到企业内部各职能部门，使各节点的数据通过该系统形成了一条有序的、流动的信息链，大大提高信息的及时性、准确性和可靠性。
本系统的实现，对加强管理、降低消耗、提高产品质量、提高设备有效作业率等提供了技术保障，也为管理者提供了可靠、及时的数据决策依据，大大提高了工作效率，降低了管理成本，具有很大的经济效益和较好的社会效益。