高爐物料消耗計量數據自動認證系統的設計與實現

摘要:以某鋼鐵企業為背景，針對手工認證方式實時性差#65380;精確度低的特點，設計并實現了一套計量數據自動認證系統#65377;該系統通過分析計量數據異常的類型，建立計量數據分析處理智能模型，實現了對計量數據按班進行差錯分析和自動認證的功能，認證結果可以自動報送ERP系統#65377;自動認證系統基于Oracle 9i數據庫和PowerBuilder 8.0前臺開發軟件實現，具備自動認證和報表統計功能，是鋼鐵企業信息管理系統的重要組成部分#65377;

關鍵詞:計量數據;自動認證;企業資源規劃;Oracle;PowerBuilder

中圖分類號:TP312文獻標志碼:A

文章編號:1001-3695(2007)04-0270-03

在鋼鐵企業中，高爐物料消耗實時計量數據不僅是指導高爐生產#65380;計算生產指標的重要依據，也是企業成本核算和能耗管理的重要組成部分^[1]，對公司的生產#65380;經營#65380;決策起著有力的支撐作用#65377;

高爐物料消耗數據主要包括焦炭(含焦丁#65380;焦粉)和礦石(含燒結礦#65380;塊礦#65380;球團礦)兩大類#65377;為了保證計量數據的準確性，大多數鋼鐵企業采用了手工認證的方式，即由認證員每天讀取前一天的計量數據，然后憑借個人經驗和計量規范分析計量數據是否異常，并對其中的異常數據進行人工修正#65377;這種方式人為因素成分較重，導致認證結果不及時#65380;不精確#65377;尤其是隨著企業ERP系統的實施，計量數據要求按班進行認證，原有的手工認證方式完全不能滿足ERP系統對計量數據的實時性要求#65377;

針對這種情況，本文以某鋼鐵企業為背景，設計并實現了一套高爐槽下物料消耗計量數據自動認證系統#65377;該系統分為三個部分，即自動認證模塊#65380;報表統計模塊和數據查詢模塊#65377;其中，自動認證模塊通過計量數據分析處理智能算法，按班對計量數據的異常情況進行識別和修正，并將結果下發各二級廠和上報ERP系統;報表統計模塊按照計量規范要求，通過統計算法，自動計算累計消耗量#65380;礦比#65380;焦比#65380;干重#65380;綜合品位等生產指標;數據查詢模塊編譯成了一個獨立的客戶端軟件，具備原始數據#65380;認證數據#65380;平衡數據#65380;日報#65380;月報以及消耗指標等的查詢功能，作為各二級廠監控生產指標#65380;指導高爐生產的輔助工具使用#65377;

該系統功能全面，以精確的數學模型計算取代了人工經驗估算，提高了認證效率，保證了鐵前生產報表的及時性，完全適應了ERP系統的需要#65377;

1系統結構設計與數據流程

本系統由位于1~6#高爐槽下低料倉的可編程邏輯控制器(PLC)采集高爐物料消耗數據，由位于計控廠的ifix 2.6 數據采集服務器(Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA)進行數據實時監測^[2]，然后將計量數據上傳至位于煉鐵廠的Oracle 9i數據庫服務器保存，以供各用戶調用#65377;自動認證系統在L3服務器上運行，每天三班定時啟動，對計量數據的異常情況進行識別和修正#65377;數據查詢系統在位于各二級廠的查詢終端上運行#65377;系統總體結構如圖1所示#65377;

圖1中，六個高爐的物料消耗量由L1層(基礎自動化)的PLC采集到L2層(過程控制系統)的ifix過程數據庫，L2層的服務器匯總物料消耗量#65380;鐵水產量#65380;焦炭水分等生產數據后，按約定的格式上報到L3層(生產控制系統)的數據庫服務器中#65377;其中，主要的計量數據包括:料批號#65380;上料時間#65380;上料班別#65380;料批制度#65380;焦批重#65380;料批重#65380;鐵水產量#65380;焦炭消耗#65380;礦石消耗#65380;焦炭#65380;焦丁#65380;焦粉#65380;燒結礦#65380;豎爐球#65380;瑩石#65380;進口球#65380;湖北豎球#65380;釩鈦礦#65380;印度球#65380;南非礦#65380;燒結返礦#65380;委內瑞拉礦#65380;清遠礦#65380;海南礦#65380;澳礦#65380;智利礦#65380;印度礦#65380;MAC礦#65380;平海礦#65380;鄂城礦#65380;靈鄉礦#65380;焦炭水分#65380;礦石品位#65380;噴煤量#65377;系統的數據流程如圖2所示#65377;

2功能分析與數據模型設計

根據用戶需求，自動認證系統主要分為如下五個功能模塊:

(1)自動認證模塊#65377;它包括自動識別#65380;自動修正和認證日志三個子模塊#65377;自動識別模塊能夠識別整班料批丟失#65380;部分料批丟失#65380;料批數據異常等情況;自動修正模塊能對所識別的異常情況進行自動分析，并修正異常的數據;認證日志記錄所出現的數據異常情況以及自動認證的分析與處理結果#65377;自動認證模塊根據用戶所設定的認證時間，在后臺定時運行，每班運行一次，并將認證結果插入到認證資料表中#65377;同時，系統自動調用存儲過程，將認證結果發送給ERP系統#65377;

(2)數據報表模塊#65377;該模塊可以讀取數據庫中的原始計量數據，結合焦炭水分值以及鐵水產量，自動統計生成消耗統計表#65380;消耗指標表#65380;每日礦焦干重表#65380;礦焦消耗日報#65380;礦焦消耗月報等生產報表#65377;

(3)數據查詢模塊#65377;通過該模塊用戶可以查詢高爐槽下物料消耗計量的原始數據#65380;認證數據#65380;平衡數據#65380;原始—認證—平衡對比數據#65380;噴煤數據#65380;水分數據#65380;礦石品位#65380;鐵水產量和料名編碼等多種相關數據#65377;該模塊編譯成單獨的應用軟件供二級廠使用#65377;

(4)參數設置模塊#65377;通過該模塊，用戶可以修改自動認證的啟動時間(包括白班#65380;中班和晚班);可以修改啟用金屬量平衡方法的條件與計算參數，包括最大料批丟失數#65380;鐵水系數;可以修改礦石品位，包括球團礦平均品位#65380;塊礦平均品位;還可以修改跨班時間#65380;晚班首部遺留料批數等自動認證的相關參數#65377;參數設置完成后保存在數據庫中，供自動認證模塊啟動時調用#65377;

(5)數據導出與打印模塊#65377;數據導出子模塊能夠將系統用戶界面上所顯示的數據以所見即所得的方式導出為Excel格式的文件，方便了用戶使用;打印模塊可以設置打印參數，具備預覽功能，方便用戶打印相關計量數據#65377;

以上五大功能的核心是自動認證模塊#65377;該模塊按班讀取原始計量數據，并依據金屬量平衡原理#65380;數量關系以及計量要求分析識別其中的異常情況，并進行修正#65377;

計量數據的異常情況主要分為料批丟失和料批數據異常兩大類#65377;其中，料批丟失又分為整班丟失和部分丟失，這兩種情況的處理方法根據丟失數量的多少而有所不同;料批數據異常又可分為兩類，即關鍵物料消耗量為零和不合料批制度#65377;例如焦炭是煉鐵生產中必需的還原劑，其消耗量不可能為零#65377;當布料制度不是單焦布料時，作為主要原料的燒結礦消耗量也不可能為零;而單焦布料時，所有礦石消耗量應該為零#65377;下面以料批丟失的識別和補償為例進行說明#65377;

①系統在認證時段讀取數據并對其進行丟失情況的識別#65377;若發現本班工作時間范圍內沒有料批，而其鐵水產量又不為零，則可判斷整班料批丟失;否則，系統識別為高爐休風(正常情況)，不作處理#65377;若本班有料批記錄，則要根據料批號的連貫性#65380;上料時間以及鐵水請檢時間判斷本班的料批丟失總數#65377;

②系統根據不同情況進行補償#65377;其核心思想是依據煉鐵生產過程中的金屬量平衡原理推算本班礦石消耗總量#65377;整班丟失時，該計算值即為補償值;部分料批丟失時，該計算值扣除本班已有消耗量即為補償值#65377;計量經驗證明該方法在準確獲取礦石品位#65380;焦礦水分以及鐵水產量的基礎上是可行的#65377;

本班礦石消耗補償量的主要計算過程如下:

其中，mfnet為前一班礦石消耗的總干量;mfall為前一班礦石消耗的總濕量;β為礦石含水量;σfi為前一班各分礦總的消耗比例;mfi為前一班各分礦總消耗量;pfi為前一班各分礦的總品位;pfave為前一班的礦石綜合品位;mcFe為本班鐵水產量;α為鐵水扣渣系數(經驗值為0.95);mcall為本班礦石消耗總量;mci為本班各分礦總的消耗量#65377;

3系統實現

自動認證系統基于Windows XP/2000操作系統開發，數據庫為Oracle 9i^[4]，網絡通信采用TCP/IP#65380;Net8協議，應用程序開發采用PowerBuilder 8.0語言^[3，5]，數據庫調試工具主要采用PLSQL Developer和Oracle自帶的SQL Plus#65377;

根據系統需求和功能分析，本系統分為兩部分進行設計#65377;其中，服務器端主要完成數據采集#65380;異常識別#65380;自動補償功能;客戶端主要完成數據查詢#65380;參數設置#65380;計量報表等功能#65377;軟件結構如圖3所示#65377;其中，服務器端的三大功能構成自動認證系統的核心#65377;參數設置部分方便認證員根據計量規范的變化調整自動認證規則#65377;計量報表部分主要用于自動生成日#65380;月礦焦消耗報表，供各二級廠平衡生產指標#65380;指導生產，也是分廠之間資金結算的重要依據#65377;

服務器端24 h運行的自動認證程序，實時判斷系統時間是否到達參數設置模塊設定的時間，若是，則開始自動認證流程，主要包括讀取原始數據#65380;異常識別#65380;計算補償值#65380;插入認證結果#65380;記錄認證日志#65380;修改檢驗標志#65380;上報ERP系統等過程#65377;其主要流程如圖4所示#65377;

根據自動認證的功能要求，系統需要在Oracle 數據庫創建多個數據表#65380;視圖以及存儲過程，其名稱和功能如表1所示#65377;使用PLSQL Developer工具可以很方便地進行數據庫元素的創建和調試#65377;

4結束語

本文提出了一種計量數據自動認證模型，并針對Oracle 9i數據庫，采用PowerBuiler 8.0開發工具設計了一套高爐槽下物料消耗計量數據自動認證系統#65377;該系統已在某鋼鐵企業技術中心運行，認證結果準確，大大減輕了計量認證人員的工作量#65377;同時，本系統對計量數據按班進行認證，完全滿足了企業ERP系統的需要，提高了該企業的信息化建設水平#65377;

本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。