[摘要]  開(kāi)發(fā)出一套高爐入爐料精確數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)，綜合應(yīng)用力控組態(tài)軟件、Delphi可視化編程軟件、Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和串口聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等成熟技術(shù)，成功地組合各項(xiàng)技術(shù)接口。這對(duì)以后實(shí)施的各種通信采集和數(shù)據(jù)處理方案起到思維啟發(fā)和技術(shù)引領(lǐng)的作用，具有很大的技術(shù)推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞  入爐料 數(shù)據(jù)采集 精確 實(shí)時(shí)監(jiān)控 機(jī)電工程論文

0 引言

目前，鋼鐵市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，煉鐵降成本工作顯得至關(guān)重要。如何合理地評(píng)價(jià)高爐投入與產(chǎn)出間的能效關(guān)系，如何準(zhǔn)確地計(jì)算高爐操作技術(shù)指標(biāo)，如何準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)煉鐵成本經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，成為各級(jí)管理部門(mén)關(guān)注的重點(diǎn)。為此，煉鐵廠高爐入爐料精確采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)實(shí)施就勢(shì)在必行。
 

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

濟(jì)鋼煉鐵廠有6座350高爐和3座1750高爐。高爐入爐料包括焦炭（干熄焦、濕焦）、煤粉、燒結(jié)礦、落地礦、巴西礦、澳礦、球團(tuán)礦等，高爐槽下共有140多臺(tái)秤和18臺(tái)噴煤秤，槽下秤屬靜態(tài)秤，計(jì)量準(zhǔn)確，適宜精準(zhǔn)配料。長(zhǎng)期以來(lái)，鐵前成本核算和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)用數(shù)據(jù)均以理論入爐量作為統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)，各高爐的投料系統(tǒng)中有每批投料的稱(chēng)量數(shù)據(jù)，但沒(méi)有合理存儲(chǔ)，也未與相應(yīng)的物料名稱(chēng)匹配，造成大量的數(shù)據(jù)資源被浪費(fèi)。

煉鐵廠原有的入爐料結(jié)算考核體系是以毛入爐料量來(lái)計(jì)算鐵前產(chǎn)量的，即以皮帶秤作為自產(chǎn)燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、焦炭的計(jì)量交割點(diǎn)。但皮帶秤周?chē)�的外界影響因素較多，造成計(jì)量不穩(wěn)定和實(shí)效性差，這是鋼鐵行業(yè)公認(rèn)的檢測(cè)難題，且多座高爐共用一條皮帶秤，難以從皮帶秤上細(xì)分各高爐的實(shí)際入爐量。這種方式不利于煉鐵成本的核算和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)。

高爐入爐料精確采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)入爐料數(shù)據(jù)進(jìn)行在線(xiàn)精確采集，提供上料實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)，引導(dǎo)煉鐵工序關(guān)注有效入爐量，從而精準(zhǔn)計(jì)算煉鐵成本，提升煉鐵槽下秤計(jì)量管理整體水平，適用于單座高爐精確成本考核與管理。

2 系統(tǒng)解決方案

要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精確采集和監(jiān)控，就必須創(chuàng)建一個(gè)能與PLC稱(chēng)重部分進(jìn)行實(shí)時(shí)通信采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理，并能提供完整高爐生產(chǎn)投料信息的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，使之成為凈入爐料結(jié)算體系的數(shù)據(jù)源，以及提高生產(chǎn)管理水平和工作效率的技術(shù)支撐。

2.1 精確數(shù)據(jù)采集方案

（1）精確數(shù)據(jù)采集方案按“實(shí)時(shí)采集每批料每臺(tái)秤的凈重”原則實(shí)施。所采數(shù)據(jù)的上料批次清晰透明，無(wú)需任何處理，真實(shí)可信，便于鐵前區(qū)域在線(xiàn)監(jiān)管和數(shù)據(jù)共享，使對(duì)異常數(shù)據(jù)的處理有規(guī)律可循。（2）與上料自動(dòng)系統(tǒng)同步。上料系統(tǒng)每臺(tái)槽下秤以設(shè)定值為基準(zhǔn)進(jìn)行備料，備料程序根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)給予補(bǔ)償，以平衡每批上料的料批值，備料完畢后得到料滿(mǎn)值（毛重）；放料時(shí)，以槽下秤放空料后的秤底作為料空值（皮重）；再用料滿(mǎn)值減去料空值就可得到本批次入爐料的凈重值。

小高爐槽下秤放料時(shí)，閘門(mén)下有料車(chē)受料。料車(chē)啟動(dòng)上行2～3s后，開(kāi)始向組態(tài)軟件提供各料斗閘門(mén)的開(kāi)關(guān)量采集信號(hào)，開(kāi)關(guān)量信號(hào)可一直保持到料車(chē)在爐頂放完料后回到原位，約為30～40s，從而為讀取凈重值提供足夠的采集時(shí)間，體現(xiàn)了采集的時(shí)序性和數(shù)據(jù)的有效性。

大高爐系統(tǒng)沒(méi)有受料斗，可直接采集每臺(tái)秤的凈重值，料滿(mǎn)值為料滿(mǎn)信號(hào)延時(shí)15s后的稱(chēng)量值（保證穩(wěn)態(tài)取值），料空值為料空且閘門(mén)關(guān)到位延時(shí)5s后的稱(chēng)量值，由此計(jì)算出每臺(tái)秤的凈重值；當(dāng)本批料上到主皮帶后，向組態(tài)軟件發(fā)送上傳信號(hào)，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)本批實(shí)際上料值和料批數(shù)。采集值對(duì)應(yīng)料批值，體現(xiàn)了數(shù)據(jù)的真實(shí)性。
 

2.2 B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及傳輸

B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及傳輸方案：綜合利用總公司現(xiàn)有的辦公網(wǎng)資源，通過(guò)配置串口服務(wù)器的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能，將工控網(wǎng)內(nèi)PLC稱(chēng)量數(shù)據(jù)傳送至辦公網(wǎng)；將網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)延伸到各爐座PLC的RTU串口前，從而使各設(shè)備采集節(jié)點(diǎn)與采集服務(wù)器形成一個(gè)統(tǒng)一的星型采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；將槽下采集系統(tǒng)從整體架構(gòu)上分為設(shè)備層、采集層、監(jiān)控層、管理層，建成一個(gè)高度集成化、分布式的辦公網(wǎng)絡(luò)與采集數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

（1）設(shè)備層基于高爐自動(dòng)上料系統(tǒng)，利用Concept2.6開(kāi)發(fā)工具改造增加了以下功能：將每批料的凈重?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)存入PLC寄存器地址中；清空該地址，存入下批料的凈重，存放期限設(shè)定在下批數(shù)據(jù)進(jìn)入之前。

（2）采集層應(yīng)用MOXA串口服務(wù)器性能，自動(dòng)轉(zhuǎn)換通信協(xié)議及硬件通信模式，有效避開(kāi)了“串行通信15m的距離限制”，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程通信與采集，以及多個(gè)分布式采集點(diǎn)向服務(wù)器集中傳送的功能。

（3）監(jiān)控層以開(kāi)發(fā)應(yīng)用力控組態(tài)軟件為主，完成對(duì)投料過(guò)程的實(shí)時(shí)采集與在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，是本采集系統(tǒng)的“神經(jīng)中樞”，將采集的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中。它對(duì)下與各采集點(diǎn)的串口服務(wù)器進(jìn)行通信；對(duì)內(nèi)集中管理各通信設(shè)備的參數(shù)設(shè)置，完成數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、腳本功能語(yǔ)句的編寫(xiě)；對(duì)上連接管理層，提供生產(chǎn)管理監(jiān)控的界面�？傊�，監(jiān)控層起著承上啟下的作用，是本采集系統(tǒng)的重要組成部分。

（4）管理層以安裝在采集服務(wù)器上的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)源，這種新型的管控一體化組合方式將工控網(wǎng)內(nèi)的實(shí)時(shí)稱(chēng)量數(shù)據(jù)經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換→遠(yuǎn)程讀取（按秒級(jí)周期）→采集存儲(chǔ)→計(jì)算匯總→自動(dòng)上傳，完成工控網(wǎng)內(nèi)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的多層次、有步驟的處理過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了工控網(wǎng)向主干網(wǎng)計(jì)質(zhì)量系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)的功能，保障了工控網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)和設(shè)備的安全；應(yīng)用了串口服務(wù)器設(shè)備立即聯(lián)網(wǎng)的特性，這是消除信息化“孤島”現(xiàn)象的關(guān)鍵設(shè)備，充分實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)在線(xiàn)數(shù)據(jù)與管理層信息鏈的溝通；進(jìn)行了串口服務(wù)器測(cè)試、力控組態(tài)采集、腳本編寫(xiě)、Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器創(chuàng)建、用Delphi編寫(xiě)變料管理程序、工長(zhǎng)培訓(xùn)、與計(jì)質(zhì)量系統(tǒng)的接口開(kāi)發(fā)，打通了所有的技術(shù)路線(xiàn)，首次建立了技術(shù)開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)管理相結(jié)合的數(shù)據(jù)采集和處理模型。

（5）入爐料的變料管理。濟(jì)鋼爐料結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分為燒結(jié)、球團(tuán)、焦炭、雜礦四大類(lèi)，包括外購(gòu)、自產(chǎn)、干焦、濕焦這些不同來(lái)源、不同特性的原料。在煉鐵投料工序中，在哪臺(tái)秤上料、何時(shí)變料、實(shí)時(shí)投料數(shù)據(jù)和物料名稱(chēng)的匹配等變料管理詳情，只有高爐工長(zhǎng)崗位最清楚。為此，大膽設(shè)計(jì)了變料管理的程序功能、崗位職能和工作秩序，以重點(diǎn)解決槽下實(shí)時(shí)入爐料與實(shí)際物料名的匹配問(wèn)題，最佳地解決了長(zhǎng)期制約本項(xiàng)目的“瓶頸”問(wèn)題。該服務(wù)器通過(guò)存儲(chǔ)過(guò)程為計(jì)質(zhì)量系統(tǒng)定時(shí)上傳數(shù)據(jù)，對(duì)內(nèi)為工長(zhǎng)崗位提供變料管理服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)投料數(shù)據(jù)與物料名稱(chēng)的匹配；對(duì)外與計(jì)質(zhì)量系統(tǒng)無(wú)縫銜接，以滿(mǎn)足生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理、統(tǒng)計(jì)和查詢(xún)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

高爐入爐料精確采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)完全達(dá)到管控一體化的設(shè)計(jì)目標(biāo)：遵循“實(shí)時(shí)采集每座高爐每臺(tái)秤每批料的實(shí)際凈重”的采集原則，所采投料計(jì)量數(shù)據(jù)透明清晰、實(shí)時(shí)性好，便于鐵前各工序在線(xiàn)監(jiān)管；按設(shè)定的工作流程，由高爐工長(zhǎng)手工完成實(shí)際入爐料與實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)物料名稱(chēng)的匹配；系統(tǒng)自動(dòng)快捷、安全完備地存儲(chǔ)在線(xiàn)采集的稱(chēng)量記錄，數(shù)據(jù)處理結(jié)果正確；系統(tǒng)按日按高爐按物料分類(lèi)計(jì)算匯總后的數(shù)據(jù)自動(dòng)正點(diǎn)地傳入計(jì)質(zhì)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)的投運(yùn)，改變了鐵前區(qū)域的計(jì)量結(jié)算方式，以及煉鐵廠內(nèi)部的技術(shù)管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方式，為高爐凈入爐料結(jié)算體系提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐，滿(mǎn)足了各管理層和生產(chǎn)技術(shù)部門(mén)對(duì)精準(zhǔn)計(jì)量數(shù)據(jù)的需求。