郭廣豐，鄔海燕

（1.包頭師范學(xué)院網(wǎng)絡(luò)信息中心，包頭 014030；2.內(nèi)蒙古新聯(lián)信息產(chǎn)業(yè)有限公司，包頭 014010）

包鋼煉鋼廠檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

郭廣豐1，鄔海燕2

（1.包頭師范學(xué)院網(wǎng)絡(luò)信息中心，包頭 014030；2.內(nèi)蒙古新聯(lián)信息產(chǎn)業(yè)有限公司，包頭 014010）

針對(duì)包鋼煉鋼廠的實(shí)際需求,基于.NET技術(shù)，開發(fā)檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集化驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將化驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到三級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地將其發(fā)送給現(xiàn)場顯示屏。企業(yè)在使用檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后，降低現(xiàn)場工作人員的勞動(dòng)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間、降低生產(chǎn)成本。

檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；.NET技術(shù)；自動(dòng)采集

0 引言

檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)是現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)信息的重要組成部分。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷進(jìn)步,檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)借助企業(yè)內(nèi)部先進(jìn)的信息網(wǎng)絡(luò),通過不斷完善的管理系統(tǒng)滲透到企業(yè)的生產(chǎn)、管理、研發(fā)等各個(gè)層面,因此數(shù)字化的檢化驗(yàn)系統(tǒng)在企業(yè)發(fā)展中顯得愈發(fā)重要[1]。檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)主要來源于檢化驗(yàn)設(shè)備,目前鋼鐵企業(yè)基本上都配備有檢化驗(yàn)設(shè)備,如德國OBLF公司生產(chǎn)的QSN750型的直讀光譜儀、ARL4460光譜儀等。雖然這些設(shè)備和配套軟件已經(jīng)具有良好的特性,但在分析數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)端傳送方面實(shí)時(shí)性不高,不能滿足現(xiàn)代企業(yè)高速信息化的要求[2]。

為此,本文以包鋼煉鋼廠為背景,按照工藝要求和現(xiàn)場條件,在原化驗(yàn)儀器自帶軟件的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出相應(yīng)的檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1 采集系統(tǒng)的要求

包鋼煉鋼廠設(shè)有中心化驗(yàn)室，它集中了檢化驗(yàn)大部分的精密儀器，如熒光儀、直讀光譜儀等，檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)都由中心化驗(yàn)室提供，對(duì)來自不同工序（轉(zhuǎn)爐、精煉爐以及連鑄機(jī)等）的試樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，得到試樣的化學(xué)成分值，然后將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給相應(yīng)的工序，各個(gè)工序根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行成分調(diào)整，以便達(dá)到相應(yīng)的冶煉工藝要求，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鋼材。所以中心化驗(yàn)室的數(shù)據(jù)分析和發(fā)送要保證準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性。

要求系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲得中心化驗(yàn)室各儀器的檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)煉鋼生產(chǎn)過程化驗(yàn)樣品的爐號(hào)，將化驗(yàn)結(jié)果實(shí)時(shí)傳送到相應(yīng)爐座的LED顯示屏；另外，寫入三級(jí)數(shù)據(jù)庫，在轉(zhuǎn)爐、精煉爐、連鑄等控制室，操作人員可通過計(jì)算機(jī)及時(shí)查詢樣品的化驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

2.1 采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

根據(jù)包鋼煉鋼廠的實(shí)際，設(shè)計(jì)了檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其拓?fù)浣Y(jié)果如圖1所示。

中心化驗(yàn)室有5臺(tái)化驗(yàn)設(shè)備（OBLF全自動(dòng)分析儀、ARL 4460-458、ARL 2460-399、ARL 4460-721、ARL 2460-377），其中ARL 4460-458、ARL 2460-399、ARL 4460-721、ARL 2460-377通過RS-232線纜與采集工作站的多串口卡相連，OBLF全自動(dòng)分析儀通過雙絞線連接中心化驗(yàn)室交換機(jī)。首先各化驗(yàn)儀器將化驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)發(fā)送給采集工作站，采集工作站自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修約，并存儲(chǔ)到本地Access數(shù)據(jù)庫；然后將數(shù)據(jù)發(fā)送各現(xiàn)場LED顯示屏（其中1#、2#、3#、4#高爐、三精練、四精練與采集工作站的另一個(gè)多串口卡相連，8#和9#轉(zhuǎn)爐通過雙絞線連入企業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)），并將數(shù)據(jù)寫入三級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。在轉(zhuǎn)爐、精煉爐、連鑄等控制室，操作人員可通過計(jì)算機(jī)以Web方式訪問三級(jí)系統(tǒng)Web服務(wù)器，三級(jí)系統(tǒng)Web服務(wù)器讀取三級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相應(yīng)的樣品化驗(yàn)數(shù)據(jù)，這樣操作人員通過瀏覽器就可以查詢每個(gè)樣品的化驗(yàn)數(shù)據(jù)了。

圖1 檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.2 系統(tǒng)功能

檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為兩個(gè)子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（單機(jī)版）和Web查詢子系統(tǒng)（基于Web）。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)部署在采集工作站上，自動(dòng)采集各化驗(yàn)設(shè)備發(fā)送的化驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)送給各顯示屏，并寫入三級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。Web查詢子系統(tǒng)部署在三級(jí)系統(tǒng)Web服務(wù)器上，數(shù)據(jù)來源于三級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，操作人員可通過Web查詢子系統(tǒng)查詢每個(gè)樣品的化驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（1）數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的功能

①數(shù)據(jù)采集

自動(dòng)采集5臺(tái)化驗(yàn)設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)。

②修約參數(shù)設(shè)置

實(shí)現(xiàn)修約位數(shù)自定義、修約值定義的功能。

③數(shù)據(jù)修約

實(shí)現(xiàn)依據(jù)修約值對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行修約的功能。

④上傳數(shù)據(jù)至三級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

將修約后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到三級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。

⑤數(shù)據(jù)傳送至現(xiàn)場LED

根據(jù)試樣號(hào)將化驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送至相應(yīng)的爐前屏幕，供現(xiàn)場的工作人員參考。

⑥歷史化驗(yàn)數(shù)據(jù)查詢

根據(jù)條件查詢歷史數(shù)據(jù)。

⑦修約前數(shù)據(jù)查詢

修約前化驗(yàn)數(shù)據(jù)可在此查詢，方便與修約后數(shù)據(jù)對(duì)比。

⑧端口和網(wǎng)絡(luò)連接調(diào)試

連接現(xiàn)場屏幕的狀態(tài)測試，方便維修人員確認(rèn)問題。

⑨數(shù)據(jù)清理功能

本地存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量過大時(shí)會(huì)影響程序運(yùn)行速度，提供根據(jù)錄入日期清理數(shù)據(jù)功能，方便維護(hù)人員操作。

⑩日志記錄

程序運(yùn)行日志，提供常見異常提示。

（2）Web查詢子系統(tǒng)的功能

Web查詢子系統(tǒng)供轉(zhuǎn)爐、精煉爐、連鑄等控制室的操作人員方便查詢每個(gè)樣品的化驗(yàn)數(shù)據(jù)而開發(fā)的，主要有3個(gè)功能：

①數(shù)據(jù)查詢

根據(jù)試樣號(hào)或某一時(shí)間段，查詢每個(gè)樣品的化驗(yàn)數(shù)據(jù)。

②數(shù)據(jù)清理功能

根據(jù)錄入日期，清理三級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的歷史化驗(yàn)數(shù)據(jù)。

③用戶管理

對(duì)使用Web查詢子系統(tǒng)的用戶進(jìn)行管理，提供修改密碼、添加用戶、分配權(quán)限等功能。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)基于單機(jī)運(yùn)行，部署在采集工作站上，作為服務(wù)程序駐留在采集工作站的內(nèi)存中；采集程序采用VB.NET開發(fā)，本地?cái)?shù)據(jù)庫選用Access數(shù)據(jù)庫，三級(jí)數(shù)據(jù)庫選用Oracle數(shù)據(jù)庫。Web查詢子系統(tǒng)使用ASP.NET技術(shù)開發(fā)，使用ADO.NET讀取三級(jí)數(shù)據(jù)庫的化驗(yàn)數(shù)據(jù)。

在數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到化驗(yàn)儀器傳送數(shù)據(jù)時(shí)可能會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)不通或者三級(jí)數(shù)據(jù)庫關(guān)閉的情況，采用兩級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式，即數(shù)據(jù)采集程序先將化驗(yàn)儀器傳送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地Access數(shù)據(jù)庫，然后再將數(shù)據(jù)寫入三級(jí)數(shù)據(jù)庫。遇到上述網(wǎng)絡(luò)不通或者三級(jí)數(shù)據(jù)庫關(guān)閉的情況，可以用“手動(dòng)按鈕”向三級(jí)數(shù)據(jù)庫逐條補(bǔ)錄入數(shù)據(jù)。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 自動(dòng)采集功能的實(shí)現(xiàn)

中心化驗(yàn)室有5臺(tái)化驗(yàn)設(shè)備，品牌型號(hào)各異，遵守的接口協(xié)議也不同，數(shù)據(jù)傳送應(yīng)答方式不統(tǒng)一。其中ARL 4460-458、ARL 2460-399、ARL 4460-721、ARL 2460-377采用RS-232通過RS-232線纜與采集工作站的多串口卡相連，通過COM口傳入數(shù)據(jù)；OBLF全自動(dòng)分析儀通過雙絞線連接中心化驗(yàn)室交換機(jī)，通過RJ-45網(wǎng)口傳入數(shù)據(jù)。因此，需要針對(duì)不同的化驗(yàn)儀器，編寫不同的采集代碼，需要編寫兩種不同類型的代碼，即COM采集和RJ-45網(wǎng)口采集。

（1）從COM口采集數(shù)據(jù)功能的實(shí)現(xiàn)

COM采集的實(shí)現(xiàn)，通過.NET自帶的SerialPort控件實(shí)現(xiàn)，并編寫相應(yīng)的DataReceived事件的處理方法。在Form_Load方法中，設(shè)置SerialPort控件的Port-Name、BaudRate、ReadBufferSize等屬性，并使用Open()方法與化驗(yàn)設(shè)備建立連接，并給SerialPort控件添加DataReceived事件的處理方法。在DataReceived事件的處理方法中，從緩沖區(qū)讀取傳來的數(shù)據(jù)，根據(jù)每個(gè)儀器相應(yīng)讀寫規(guī)程，向儀器發(fā)送控制字，最終將化驗(yàn)數(shù)據(jù)接收下來。

（2）從RJ-45網(wǎng)口采集數(shù)據(jù)功能的實(shí)現(xiàn)

OBLF全自動(dòng)分析儀采用TCP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，全自動(dòng)分析儀作為TCP服務(wù)器端，因此需要編寫TCP客戶端程序來實(shí)現(xiàn)采集功能。編寫接收數(shù)據(jù)的方法（如ReciveMsg），使用Socket對(duì)象的Receive方法接收數(shù)據(jù)；在Form_Load方法中，建立Socket對(duì)象，使用Con nect（）方法建立與分析設(shè)備的TCP連接，使用New Thread(AddressOf ReciveMsg)指定一個(gè)方法建立接收數(shù)據(jù)線程，使用起start()方法開始運(yùn)行該線程。這樣就可以采集到OBLF全自動(dòng)分析儀傳送的化驗(yàn)數(shù)據(jù)了。

4.2 處理功能的實(shí)現(xiàn)

接收到化驗(yàn)設(shè)備傳送的化驗(yàn)數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)需要根據(jù)用戶設(shè)定的參數(shù)對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)約處理。由于要處理的化驗(yàn)數(shù)據(jù)來自不同設(shè)備，其數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)也不同，如果直接做修約處理，就需要針對(duì)每個(gè)設(shè)備分別編寫處理程序，勢必會(huì)造成代碼量劇增，后期維護(hù)困難。為了解決上述問題，定義了一個(gè)特殊的字符串buuf，把各元素的測量值存入buuf，逗號(hào)作為分割，并規(guī)定了每個(gè)元素測量值的位置。這樣從化驗(yàn)設(shè)備傳送來的不同結(jié)構(gòu)的化驗(yàn)數(shù)據(jù)先都存入結(jié)構(gòu)相同的buuf字符串中，然后針對(duì)buuf字符串中的數(shù)據(jù)做修約處理；這樣編寫一個(gè)修約處理程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同結(jié)構(gòu)的化驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)約，屏蔽了不同儀器的化驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)差異，大大提高了代碼復(fù)用，后期維護(hù)變得容易了很多。

4.3 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

使用OleDbConnection、OleDbCommand對(duì)象讀寫本地Access數(shù)據(jù)庫；在使用采集工作站上安裝Oracle客戶端，使用OracleConnection、OracleCommand對(duì)象讀寫三級(jí)Oracle數(shù)據(jù)庫。化驗(yàn)數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)到本地Access數(shù)據(jù)庫，然后再寫入三級(jí)Oracle數(shù)據(jù)庫。這樣就解決了上述網(wǎng)絡(luò)不通或者三級(jí)數(shù)據(jù)庫關(guān)閉的情況下，化驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送丟失的問題。如果發(fā)生上述問題，可以用“手動(dòng)按鈕”向三級(jí)數(shù)據(jù)庫逐條補(bǔ)錄入數(shù)據(jù)。收到化驗(yàn)數(shù)據(jù)后，存入結(jié)構(gòu)相同的buuf字符串中，先將各元素含量值分別存入原始數(shù)據(jù)存入ZL_CHEMICAL_REPORT_XYQ數(shù)據(jù)表；然后針對(duì)buuf字符串中的數(shù)據(jù)做修約處理，把各元素含量值修約后的值存入另一個(gè)數(shù)據(jù)表ZL_CHEMICAL_REPORT，而后寫入三級(jí)Oracle數(shù)據(jù)庫。

修約前數(shù)據(jù)查詢功能的實(shí)現(xiàn)，就是同時(shí)從這兩張表中提取原始數(shù)據(jù)和規(guī)約后的數(shù)據(jù)做對(duì)比，這樣就方便用戶查看修約是否正確。

4.4 向現(xiàn)場屏幕發(fā)送數(shù)據(jù)

各元素含量值的修約后的值存入本地Access數(shù)據(jù)庫后，根據(jù)化驗(yàn)數(shù)據(jù)中的爐號(hào)分別向相應(yīng)的現(xiàn)場屏幕發(fā)送數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場屏幕分為兩大類，即北京科海小屏幕和鞍鋼LED大屏幕。北京科海小屏幕放置在1#、2#、3#、4#高爐、三精練、四精練現(xiàn)場，通過RS-485線與采集工作站的多串口卡相連；鞍鋼LED大屏幕放置在8#、9#轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場，通過雙絞線接入企業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)。

圖2 采集程序主界面

北京科海小屏幕和采集工作站通過COM口通信，通過xMSCommLib.AxMSComm控件實(shí)現(xiàn)，通過給其Output屬性設(shè)置值，向小屏幕發(fā)送化驗(yàn)數(shù)據(jù)。

鞍鋼LED大屏幕通過TCP/IP協(xié)議通信，在采集工作站上安裝鞍鋼開發(fā)的數(shù)據(jù)抓取代理軟件，從中間表實(shí)時(shí)抓取化驗(yàn)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)傳送到LED大屏幕。按照雙方約定，中間表和ZL_CHEMICAL_REPORT_XYQ、ZL_CHEMICAL_REPORT，均放在采集工作站的Access數(shù)據(jù)庫中。因此，只需要使用OleDbConnection、OleDb-Command對(duì)象把化驗(yàn)數(shù)據(jù)寫入SCREEN_ZL_CHEMICAL_REPORT表中就可以。

5 實(shí)際應(yīng)用

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)部署在采集工作站上，作為服務(wù)程序駐留在采集工作站的內(nèi)容中。第一次需要用戶啟動(dòng)，隨后程序?qū)⒆詣?dòng)運(yùn)行。用戶登錄后，進(jìn)入采集界面（如圖2），這樣程序就可以自動(dòng)接收化驗(yàn)儀器的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理了。

檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)采集程序經(jīng)過較長時(shí)間的反復(fù)測試和使用，運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠，且占用內(nèi)存較小、CPU使用率低。該軟件投入使用后，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。

6 結(jié)語

隨著生產(chǎn)的高效、快節(jié)奏的運(yùn)行，企業(yè)必須借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來提升信息的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度，采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就可以得到最精確、最及時(shí)的信息，幫助企業(yè)分析生產(chǎn)運(yùn)行趨勢，通過調(diào)整工藝路線和服務(wù)方式，快速解決暴露出來的問題，提高了運(yùn)行穩(wěn)定性。

企業(yè)在使用了檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后，車間根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況加強(qiáng)了管理，優(yōu)化了生產(chǎn)作業(yè)順序，有效地減少了生產(chǎn)的波動(dòng)，降低了現(xiàn)場工作人員的勞動(dòng)量、提高了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間、降低了生產(chǎn)成本。

[1] 李劍省，魏淑超，趙梅等.淺談鋼鐵企業(yè)的檢化驗(yàn)系統(tǒng)[J].山東冶金，2007，29(1)：73～75

[2] 張新法，趙志誠，逯建平.煉鋼廠檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[J].太原科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，32(1)：19～23

Design and Development of Data Acquisition System for Inspection and Analysis in Baogang Steel Plant

GUO Guang-feng1，WU Hai-yan2
（1．Network Information Center，Baotou Teachers College，Baotou 014030；2．Inner Mongolia XinLian IT Co.，Ltd.，Baotou 014010）

According to the requirements of Baogang Steel Plant,develops a data acquisition system for inspection and analysis based on.NET technology.Collects inspection data automatically,and stores it on the three-level database,and real-time,accurately transmits to the scene displays.Uses the acquisition system for inspection and analysis,the steel plant reduces the amount of labor,improves the quality of products,shortens the production operation time,and reduces the cost of production.

Data Acquisition System for Inspection and Analysis；.NET Technology；Automatic Data Collection

1007-1423（2015）07-0060-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.07.017

郭廣豐（1981-），男，內(nèi)蒙古和林格爾人，碩士，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)、信息安全

鄔海燕（1980-），女，內(nèi)蒙古自治區(qū)霍林郭勒人，本科，工程師，研究方向?yàn)檐浖こ?/p>

2015-01-29

2015-02-10

內(nèi)蒙古高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（No.NJZY12200）