关键词：信息化 自动化 ERP系统

　　随着信息技术的普及和发展，国外大型流程工业企业，特别是钢铁企业，均十分重视信息集成技术的应用，纷纷以极大的热情和精力，构架工厂级、公司级甚至超公司级的信息集成系统。我国加入WTO以后，钢铁企业竞争更加激烈，尤其是产品质量和价格的竞争日趋上升，这就要求企业在改善工艺装备水平的同时，必须提高企业的自动化水平，尤其是直接控制现场设备的过程控制系统，必须安全、可靠，检测数据快速、准确，符合工艺要求，检测到的大量信息，利用计算机网络技术，传递给管理部门，实现“管控一体”化。宣钢炼钢厂在建设初期，就按照“统一规划，分步实施，抓住重点，效益当先”的原则，重视自动化设备的投入，根据本企业的特点，综合考虑自动化整体水平的提高，在做大、做强钢铁企业的同时，积极利用现代信息技术，最大限度地提高企业经济效益。炼钢厂在110吨转炉投产之后，整体炼钢生产能力上了一个新台阶，系统自动化装备水平极大提升，为实现企业信息化奠定了坚实的基础。

　　一、宣钢炼钢厂的基础自动化

　　1.1宣钢110吨转炉使用的Controllogix5555控制系统是Allen-Bradly新一代的可编程序控制器。Controllogix内核设计无源数据总线，采用生产者/客户技术为用户提供一种高性能的、具有确定性的分布式方案。运用“逢变则报”的数据传送方式，可带电插拔任何模块而不影响系统其它模块工作。整个计算机控制系统有6个服务器，18个操作站。其运用的ControlNet网络通讯方式，通过RIO连接下设的DeviceNet，形成宣钢炼钢厂110吨转炉的自动化控制系统。全面采用网络技术，实现设备级、基础自动化级和过程计算机级的多级网络控制系统。整个控制系统采用Rockwell公司特有的三级网络，上层为以太网（EtherNet），实现转炉、精炼、连铸、脱硫、混铁炉、合金料、生产调度、化验分析的数据交换，中层为控制网（ControlNet）负责PLC系统通信，低层是设备网（DeviceNet）或远程I/O以及第三方的Profibus用于连接现场设备。

　　过程控制系统的计算机系统采用客户/服务器（Client/server）结构。操作站作为上位机运行RSView32等软件完成转炉—精炼—连铸工艺参数的检测、指示、报警、记录及调节，组态系统设备运行状态，实现实时控制功能。服务器应用OPC和DDE等技术完成数据存储，利用以太网技术实现数据共享。服务器，操作站选用Dell计算机，运行Windows xp多用户操作系统。

　　转炉控制系统的4#转炉和5#转炉分别进行控制。两座转炉分别由6套Controllogix系统，6台操作站和1台服务器组成，完成转炉本体、加料、余热锅炉、烟气净化、一次风机、煤气回收等系统的检测、控制与通信;精炼控制系统由1套Controllogix和2台操作站组成，实现对电极、加料的自动控制;2台连铸机控制系统分别由9套Controllogix控制器4台操作站和一台服务器组成，主要完成钢包回转台、振动与拉矫、结晶器、二冷水配水、切割、出坯的自动控制;脱硫站有一套控制器和一台操作站，完成铁水、脱硫、脱磷、拨渣自动控制;二次除尘由一台操作站和一套控制器组成，完成对生产中产生的烟尘的二次收集自动控制。整个控制系统设计遵循“三电一体化”的思路，要求不仅能满足对控制对象的顺序控制、回路控制以及过程控制，而且在先进的计算机网络技术支持下要充分实现自动化系统硬件和软件资源的共享，大幅度地降低系统设备的投资，提高系统的可靠性，方便操作，并为生产管理提供完整的设备运行和生产数据。

图 1

　　1.2 宣钢120吨转炉采用的PLC系统是施耐德公司推出的Modicon Quantum系列，该系统具有模块化的、可扩充的结构，并且所有的模块都能带电插拔，任何模块没有槽位的限制，它特别适合工业及生产过程的实时控制。具体的特点如下:

　　（1） 选用的控制器较先进，系统的实时性好，可靠性高，数据处理速度快;

　　（2） 采用基于同轴电缆方案的远程I/O的体系结构，系统具有较高的安全性。系统扩展方便，可随时增加节点;

　　（3） Quantum系列控制柜内的通讯网络速度快，传输速率为1544Mbps，可靠性高;

　　（4） 操作员站界面直观友好，操作简便，功能齐全;

　　（5） 减少布线成本，由于采用远距离通讯网络，使布线更加方便，并大大减少电缆用量;

　　（6） 多种操作方式。控制方式有:集中自动、集中手动、就地手动方式，使系统操作灵活、可靠。在集中方式下，所有设备由主控室操作工通过操作站进行操作;

　　120转炉采用施耐德 Modicon Quantum 140 CPU 671 60 热备系统，采用冗余同轴电缆连接的远程I/O结构;PLC与PLC、PLC与上位计算机以及服务器之间的通信采用双环冗余光纤以太网;部分操作箱采用了Profibus现场总线I/O模块，通过Profibus-MB+网桥与Quantum系统连接;二级计算机通过服务器与控制网隔离。由于所控制的设备比较分散、距离较远，系统还采用光纤中继器的点对点RIO通信方式，这样可以增强整个网络的抗杂波干扰能力，提高整个控制系统数据交换的稳定性。

　　该PLC系统的组态编程采用Unity Pro软件，上位监控画面采用CitectSCADA软件。本系统主要完成对120t转炉本体、吹氩站、散装料上料、汽化冷却、烟气净化，一次除尘、煤气加压机等系统的检测与自动控制，并实现对工艺、生产数据的计算机管理。底吹系统采用AB公司Rockwell PLC实现控制。其网络结构示意图如下：

　　二、宣钢炼钢厂的基础网络架构

　　1 110吨、120吨炉区信息网络系统

　　为了进一步实现各项生产管理工作的科学化、标准化、精细化，我们充分利用炼钢厂现有的计算机资源，使用光纤和双绞线，将4#转炉、5#转炉、6#转炉、4#连铸机、5#连铸机、6#连铸机、一次除尘风机、热力间、视频监视、生产数据服务器等控制网操作站点进行统一管理并建立与厂长办公楼的管理网的连接。实现对企业资源进行充分利用，优化整合，并打造一个资源共享、高效及时、精细准确的现代化管理平台，从而提高企业的综合竞争力。

　　网络设计为星型拓扑结构的100M快速交换以太网，参见网络拓扑图。

　　（1）采用两级交换，主干为100M光纤。

　　（2）服务器与中心交换机用100M铜缆连接。

　　（3）二级交换机与集线器、集线器与用户终端采用100M五类双绞线。

　　（4）服务器运行Windows 2000 Server网络操作系统，各单位计算机作为工作站运行Windows2000 Professional操作系统。

　　（5）安装主域服务器、数据库服务器、Web服务器及电子邮件服务器。

　　（6）应具备将来实现可视会议系统及视频监视系统的可能。

　　（7）预留接口与外部网络连接。

　　在信息层，以太网提供了可以进行工厂级数据访问的企业级带宽系统。采用SQL Server数据库，110吨炉区通过配置Rssql中的OPC接受PLC程序中的主要过程参数和信号，;120吨炉区采用Citect软件采集PLC程序中的主要过程参数和信号，并且使用Delphi语言编制数据库实现实时数据监控和历史数据查询，将过程控制与企业管理有机结合起来，形成生产系统一体化格局。

图3 宣钢炼钢厂管控一体网络拓扑示意图

　　2 30吨炉区生产信息系统

　　30t炉区的生产数据采集，提高了该炉区的生产管理水平，使得炼钢工序更加合理化，实现了自动生产调度等功能。它的实施是实现全厂管控一体化的基础，标志着炼钢信息化管理水平的提高。

　　以在30吨炉区一连铸车间主控室安装的Rockwell小型SLC500 PLC系统作为数据采集系统，1、2#连铸机生产数据，经过一次仪表采集标准信号并入PLC系统，转炉的数据采用就地安装的1794 Flex I/O进行采集，并以远程I/O通信方式传送到PLC系统。PLC系统通过以太网与工作站（上位）及生产数据服务器连接，形成两层网络结构，进而使生产数据进入炼钢厂管理网，参见下图。

　　百吨炉区采用10网段实现各台操作站及服务器数据共享，30吨炉区采用20网段实现操作站之间数据共享，将两个炉区的生产数据统一采集到SQLServer数据库中，并通过加有双网卡的服务器，，编制程序建立sppd生产数据实现控制网与管理网数据共享。这样不仅便于生产调度及时准确控制生产节奏，同时也方便管理人员实时掌握现场状况，为实现管控一体奠定了基础。为了避免各台操作站、服务器等感染网络性病毒，我厂采用安装卡巴斯基网络版杀毒软件、屏蔽电脑USB接口、摘除光驱及软驱等手段控制病毒的蔓延，确保了生产电脑的安全性。

　　三、炼钢厂的生产数据管理系统

　　炼钢是钢铁生产的重要工序，对降低生产成本，提高产品质量，扩大产品范围，具有决定性作用。目前钢铁生产技术特别是连铸与热轧热送的发展，使生产过程日趋连续化、高效化，这就要求钢厂计划控制和管理系统对整个生产过程中的各工序间的物流能流和生产时序进行准确预报，从而达到快速信息反馈并及时准确和灵活地调整生产工艺和品种方案。

　　为了进一步加强现场过程的监测与控制，更好的跟踪总结和技术分析，炼钢厂特建立以称量流、温度流、分析流为主的数据库。通过准确采集铁水、终点、出钢、Ar站、大包、中包的温度;采集化验室对炉后钢水、氩后钢水、以及成品的成份值。使每一炉钢数据实现完整保存，这样无论是管理人员还是操作人员，只要打开该数据库，就可以全面了解有关信息，这样既减少了工艺监督人员的工作量，又为技术分析与考核提供了可靠的数据支持。

　　计量流：主要记录转炉加入铁水、废钢，吹炼过程中石灰、轻烧、改质剂、镁球、球团、萤石等散状料以及整个过程中加入的合金料，吹氧时间、吹氧量，出钢时间、钢水量，这包钢在连铸机上的开浇时间、停浇时间，大包重量，总共的拉坯长度、铸坯支数等等。

　　温度流：主要记录转炉的兑铁时的铁水温度，吹炼过程中一次倒炉的钢水温度、出钢温度，在吹氩站上的进站、出站温度，这包钢在连铸机上浇铸时的大包、中包温度等等。

　　分析流：我们利用现有的以太网，将技监中心驻炼钢厂110t转炉的化验室两台光谱分析仪的化验数据，利用VB开发了实时采集系统。对铁水、吹炼一次倒炉、出钢、氩前、氩后钢水、以及成品的成份读取并存入数据库。

　　生产数据库的建立，是我厂走企业信息化的基础。由专业生产管理人员采用职能数据挖掘软件对动态数据进行分类、抽取和发布，我们可以做到：①钢铁料消耗对比：日、旬、月的对比表，针对钢铁料消耗升降情况，产生投入量、产出量，钢铁料消耗实际趋势比较;针对钢铁料消耗升降情况对其影响因素进行分析。②合金料消耗对比：日、旬、月的对比表，针对合金料消耗升降情况，对其影响因素进行分析（包括：不同成分合金的废品量，各钢种合金消耗，对合金消耗高的钢种生成钢铁料消耗趋势图）。③进厂铁水计量分析。④出厂钢坯计量分析。

　　该系统的投入和正常运行，提高了炼钢厂信息化管理水平，同时满足了宣钢信息化建设（ERP）的数据需求，实现了宣钢物流、质量、能源信息管理现代化。

　　四、炼钢厂的信息化建设

　　1钢坯生产领用及转储流程（公司内）：

　　功能描述：

　　ü 钢坯生产入库由PP模块根据理论计算值生产完工确认进行入库，当轧材厂领用钢坯时执行该流程。

　　ü 实物计量前，相关岗位人员需要在计质量系统创建计量申请单。计量申请单主要包含以下信息：工厂、库存地、物料、批次、数量、接收工厂、接收库存地、接收批次等。

　　ü 实物计量后，计控岗位人员在计质量系统计量申请单中采集/录入计量数据（钢坯是实际计量数据，板坯是理论计算数据），确定净重后触发SAP系统转储记帐功能。

　　ü 在计质量系统触发转储记帐功能后，计质量系统会自动根据计量单中的物料编号、数量、工厂、库存地、批次、接收工厂、接收库存地等信息在SAP系统中完成库存转储记帐。

　　ü 数据上传到SAP系统后，岗位操作人员需要在计质量系统打印出领用转储单，并传递到相关岗位存档并作为SAP系统核对的依据。

　　2炼钢厂非生产相关物资回收处理流程

　　功能描述：

　　ü 非生产相关物资是指建筑拆下的废钢等回收物资。上线厂矿建筑废钢回收采用此流程，非上线的独立厂废钢回收采用‘供应公司国内废钢采购流程’。

　　ü 实物计量前，相关岗位人员需要在计质量系统创建计量申请单。计量申请单主要包含以下信息：工厂、库存地、物料、批次、数量、接收工厂、接收库存地、接收批次等;在创建计量申请单时只维护工厂、库存地、物料、批次等信息。

　　ü 实物计量后，计控岗位人员在计质量系统计量申请单中采集/录入计量数据。金属物资处/原料处岗位人员维护接收工厂、接收库存地、接收批次等信息，然后触发SAP系统转储记帐功能。

　　ü 在计质量系统触发转储记帐功能后，计质量系统自动在SAP系统完成以下记帐处理：1、根据计质量系统计量申请单中的回收工厂、库存地、物料、数量、批次等信息完成回收物资入厂矿库存的记帐处理;2、根据计质量系统计量申请单中的接收工厂、接收库存地、物料、数量、批次（料段）等信息完成从生产厂矿库存转至物资金属物资处/原料处库存的记帐处理。

　　ü 数据上传到SAP系统后，岗位操作人员需要在计质量系统打印出回收计量单，每天打印一次传递到相关岗位存档并作为SAP系统核对的依据。

　　3炼钢厂生产相关物资回收处理流程

　　功能描述：

　　ü 厂矿岗位人员根据理论值将这些副产品确认到炼钢厂的回收库。

　　ü 实物计量前，相关岗位人员需要在计质量系统创建计量申请单。计量申请单主要包含以下信息：工厂、库存地、物料、批次、数量、接收工厂、接收库存地、接收批次等;在创建计量申请单时只维护工厂、库存地、物料、批次等信息。

　　ü 实物计量后，计控岗位人员在计质量系统计量申请单中采集/录入计量数据，金属物资处/原料处岗位人员维护接收工厂、接收库存地、接收批次等信息，然后触发SAP系统转储记帐功能。

　　ü 在计质量系统触发转储记帐功能后，计质量系统自动在SAP系统完成以下记帐处理：1、根据计质量系统计量申请单中的回收工厂、库存地、物料、数量、批次等信息完成回收物资入厂矿库存的记帐处理;2、根据计质量系统计量申请单中的接收工厂、接收库存地、物料、数量、等信息完成从铁厂库存地转至金属物资处/原料处库存地的记帐处理。

　　ü 数据上传到SAP系统后，岗位操作人员需要在计质量系统打印出回收计量单，并传递到相关岗位存档并作为SAP系统核对的依据。

　　炼钢 ERP信息系统的建立，不仅满足了宣钢信息化建设项目实施的需求，而且实现了宣钢物流、计质量业务、生产作业计划和库存管理、能源管理现代化;并且可以实现科学的计量管理、全面的质量管理和跟踪、厂级和班组级层面的生产计划和执行管理、物流和调拨的全程信息跟踪能源动力的合理调度和科学结算;通过管网、进厂总表和工序/机组分表的实时数据采集，为科学合理的能源动力调度提供决策依据和科学分析的准确数据，人工操表读数将不再需要。

　　企业信息化建设只有越来越高的起点，没有一劳永逸的终点。信息技术本身的快速发展和应用范围的日益广泛，成为中国钢铁企业今后把握机遇、赢得竞争优势，获得生存发展的关键，是使钢铁企业的管理走向科学化、精细化、现代化的必然结果。

　　五、结束语：

　　近年来，我国冶金自动化技术取得了很大的进步，为钢铁工业的发展做出了贡献，但与国际先进水平相比还有相当大的差距。钢铁工业在数量和质量方面的发展为冶金自动化技术的发展即提供了机遇，也提出了新的挑战。面对冶金企业花巨资大量引进的国外软硬件产品，先进技术和自动化系统，我国冶金自动化工作者任重道远。宣钢冶金自动化技术发展，应紧密关注冶金行业技术发展动态和企业需求，在保障功能的前提下，注重提升性能，加强过程工艺，工装设备，企业管理，生产组织，自动化等多专业的产学研联合攻关，以提高冶金企业经济效益，增强企业综合竞争力为主要目标，制定科学合理的研究开发计划，走消化吸收自主开发相结合，原始创新集成创新相结合的技术路线。不断推出新的冶金自动化技术成果，形成一批具有自主知识产权的综合自动化软件和硬件产品，全面提高宣钢经济效益和综合竞争力，促进整个企业自动化软硬件产业的跨越式发展。