基于云计算的炼钢工艺制造流程信息管理系统设计

张英鸽

（承德承钢工程技术有限公司，河北 承德 067001）

中国是世界上最早开始生产钢的国家，早在两千多年前就已经完成了炼钢的生产，受其制作工艺复杂和程序繁多影响，在现阶段信息化程度较高的生产条件下，需要对炼钢的工艺制造流程进行严格的信息管理。一般来说炼钢的主要原材料来源于碳含量较高的生铁以及废铁，通过高温下的铁水熔化将其杂质去除，在脱氧和造渣材料的作用下调整钢的有效成分。其中最重要的环节是氧化和脱氧过程，一旦在操作过程中出现负压增高或者燃气倒灌现象，会发生高强度的爆炸事故，造成无法挽回的人员伤亡和财产损失。云计算作为新型的计算机服务模式，改变了从前单机模式的系统构建方法，不再需要搭配相关硬件或者软件系统完成信息传递流程，而是在云计算自身的PaaS技术手段上直接搭建自身MIS系统，具有高强度的信息流动性和分散式管理优势。云计算可以将互联网中虚拟化的资源和现实数据有效达成统一，为用户提供快捷的计算方式，实现对信息流程管控的快速资源集中处理。由于炼钢工艺流程的复杂性使得其内存流转的数据量急剧增加，导致传统的信息管理系统出现了许多弊端，已经无法满足现阶段炼钢厂的生产需求。因此文本基于云计算设计一个新的炼钢工艺制造流程信息管理系统，对收集到的信息数据进行有效处理，提高其制作流程信息的存储量，为炼钢工艺制造流程的信息化管理提供可靠依据。

1 基于云计算的炼钢工艺制造流程信息管理系统硬件设计

信息管理终端硬件以处理器为核心，包括射频信号模块、串口通信模块以及温度传感器模块等。其中射频板块可以改变通讯信号的大小，串口模块主要负责数据的流转传输路径，温度传感器在不同温度控制下能够对数据信息的质量进行有效识别。本文以串口通信电路模块为主要改良板块，选择浙江智能科技公司提供的FT-Y690AS读写器，对其串口通信的电路增加3个引脚YU、YX与YM，每个引脚之间的距离不超过0.8m，具体串口通信电路如图1所示。

图1 串口通信电路

如图所示系统将板载的串口与读写器通信相连接，按照串口地线和加载器的调节作用，能够对流经至每个引脚的数据信息发出解码指令，进行不同线路的选择，实现板载USB插口与数据传输过程中数据的采集和通信工作，能够实现动态视频和静态图片的多路径选择存储模式。

2 设置数据采集路径

炼钢厂的炼钢生产工艺流程为原料选择、脱氧脱硫与转炉等多个程序，每个流程之间的信息具有关联性，因此对每个流程内产生的数据信息需要设置不同的采集路径，避免重复数据的出现。根据工艺生产的先后顺序依次设置流程内部的采集路径：一是在原料选择过程中对炼钢需要的钒铁材料在吊车起吊开始时刻，数据采集站的对材料的重量和占地面积等数据向录入程序内发出信号，使得所得的基础信息能在操作员的指令下完成扒渣前后的信息录入。二是在完成数据录入后需要对提炼钢材料的工具炉进行标记，设定每个生产厂的转炉序号各不相同，如A1、A2、A3号转炉机在炼钢提钒的过程中发送不同的兑铁信号，信息采集站可以直接分辨该兑铁的信号是从哪一个转炉机中发出，并检测吊车是否处于兑铁的状态，完成制造流程数据的采集。最后将不同路径下采集到的数据信息进行归一化处理，按照采集时间和转炉机的标号分别对数据进行分类，将得到的炼钢铁水重量、材料加入数量以及兑铁数量等出具储存在数据库服务器中，完成数据路径采集的设定，构建信息管理模型。

3 基于云计算构建信息管理模型

云计算的服务类型包含三类，每个结构从上至下按照物理资源、虚拟资源、中间管理件与协调构件四个层级组成，其中中间管理件是最重要的层级组织。在对数据采集的路径设定完毕后，利用云计算中的分级结构建立一个信息管理模型，可以对需要访问的数据信号通过中间管理件层的控制，能够实现动态信息的分配任务。在建立模型过程中根据云计算原理加入角色访问功能，增加整体系统对数据信息的储存量估算能力：该角色在拥有信息访问的权限时能对任务进行分配，保证储存的数据能够在安全的环境下完成访问。基于云计算的访问控制模型在角色控制中可以不用获取路径，依然可以通过该设定角色获取相应程序下数据的访问权限，使其数据能够在实时监测中处于激活状态。而一旦模型的访问角色权限被处于冻结状态，表示访问的权限属于非法进入，不可以进行数据的储存功能，该层级的管理软件结构无法正常使用。这样在加入角色访问管理的概念下，无论在任何采集路径下均可以完成数据的有效储存，能够在制造流程中对现实环境的中间管理文件层级完成设定，构建实时的数据信息管理模型，完成炼钢工艺制造流程的信息管理系统设计。

4 实验论证分析

4.1 实验准备

为验证本文设计的信息管理系统具有实际应用效果，引入两组传统系统作为对比，进行多轮实验测试。以某市炼钢厂实际工作为例，将本文系统应用在炼钢生产制造流程内，测试分为两个阶段：第一部分测试在制造流程内该系统能否正常运行，验证其系统稳定性。第二阶段对制造流程中产生的大量数据进行储存，验证其存储容量的不同。在测试开始前搭建好实验需要使用的硬件条件和软件环境，在搭建好的测试环境下完成三组系统进行数据信息管理的第一轮测试。

4.2 系统稳定性测试

根据炼钢厂的生产时间调取其制造流程中产生的数据信息，以每小时产生500MB数据为基础，利用本文系统对标准工作时长为8小时的生产数据进行管理检测，具体检测结果如下图2所示。

图2 本文系统对数据信息的管理效果

如图所示本文系统在第一次和第二次测试中发生了数据丢失现象，在整个数据存储过程中没有达到实际数据数量。针对该错误及时做了调整，在第三次测试时系统的数据储存数量和实际工作相一致，稳定性得到了保证。在最后一次设定的系统环境下，进行不同系统之间的储存容量测试。

4.3 数据信息储存容量测试

根据第一轮测试可知炼钢厂每日产生的数据量为4000MB，为更加真实的了解不同信息管理系统下对炼钢制作流程的数据存储效果，进行6组测试比较相同数据下每组系统的信息存储数量，具体测试结果如表1所示。

表1 不同系统对数据的存储量对比结果（MB）

据上表测试数据可知，按照8个小时的工作时间产生的信息数据，本文系统可以完成全部储存效果，储存量和产生的数据量相一致。而传统系统1和传统系统2的储存量分别为2828MB和3095MB，较本文系统少了1172MB和905MB。由此可以证明本文系统能够完成每日制造流程信息的数据管理，增加信息数据的存储量。

5 结语

本文在原有信息管理系统的基础上对硬件的串口通信电路进行优化，改变了信息数据的接收方式，增加串口信息流转的路径选择。利用多通路的数据采集路径，提高了炼钢工艺制造流程的数据存储量，根据实验对比结果可知，本文系统较两组传统系统的数据储存量分别提高了MB和MB。但由于信息管理系统涉及到的模块较多，本文在设计过程只针对数据存储功能进行了研究和监测，在实际使用过程中对其他可能出现的问题无法统一进行改良，具有一定局限性。在后续研究中会加深对系统内部模块的多角度优化，为炼钢厂的信息化生产提供更科学的技术支持，提高其经济和社会效益。