基于ORACLE的煉鋼廠能耗綜合優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模型的建立

李 楊

遼寧廣播電視大學(xué)（110034）

基于最佳工藝溫度的煉鋼—轉(zhuǎn)爐流程能耗綜合優(yōu)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包括：靜態(tài)表，生產(chǎn)實(shí)績表，生產(chǎn)狀態(tài)表和綜合信息表4種數(shù)據(jù)表。其中，根據(jù)生產(chǎn)指示標(biāo)準(zhǔn)建立靜態(tài)表；根據(jù)生產(chǎn)工序流程，分別對計劃指示環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)爐環(huán)節(jié)，精煉環(huán)節(jié)，連鑄環(huán)節(jié)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，建立生產(chǎn)實(shí)績表和生產(chǎn)狀態(tài)表；綜合信息表則是提取各工序的相同的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行重新存儲，便于子系統(tǒng)使用。

1 靜態(tài)表的設(shè)計

靜態(tài)表以鋼種為主鍵，主要包括標(biāo)準(zhǔn)成分信息，內(nèi)控成分信息，推薦工藝路徑，各工序標(biāo)準(zhǔn)時間，以及標(biāo)志性時間點(diǎn)的溫度等要求。主要用于在生產(chǎn)計劃下達(dá)以后，對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行指示。以ML08AL為例，進(jìn)行說明。

(1)生產(chǎn)組織路線模式

鐵水、廢鋼組織—鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐冶煉—出鋼、氬站—精煉—鋼水軟吹—連鑄澆注—鑄坯管理—輥道熱送。

(2)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)周期控制

40±2 min，開吹時間控制在連鑄開澆0—5 min，當(dāng)組第四爐轉(zhuǎn)爐爐前應(yīng)在鋼水上回轉(zhuǎn)臺后方可冶煉，避免連鑄開機(jī)失敗造成精煉爐鋼水積壓過多的被動局面。

(3)轉(zhuǎn)爐鋼水溫度控制

出鋼溫度≥1640 ℃，并根據(jù)出鋼口、包況、生產(chǎn)節(jié)奏等酌情調(diào)整，確保氬后溫度≥1570 ℃。

(4)轉(zhuǎn)爐鋼水成份控制

控制出鋼 C：0.05—0.07%、P≤0.015% ；精煉前成份控制在 C ≤0.07%、Si ≤0.02%、Mn：0.25—0.33%、P≤0.018%的范圍內(nèi)。

(5)精煉周期控制

精煉周期≥35 min，軟吹時間≥15 min；第一次開機(jī)爐次可適當(dāng)延長精煉周期和軟吹時間，確保鋼水溫度的均勻穩(wěn)定。

(6)精煉鋼水出站時間控制

連鑄澆注10—15 min時出站軟吹，確保待澆時間3—10 min。現(xiàn)場調(diào)度應(yīng)控制好開機(jī)爐次鋼水的出站時間，避免出現(xiàn)精煉鋼水長時間等待連鑄的現(xiàn)象。

(7)精煉鋼水軟吹后溫度控制

開機(jī)1615—1620℃、第二包1600—1605℃、第三包1595—1600℃、連澆1595±5℃。現(xiàn)場調(diào)度應(yīng)根據(jù)連鑄澆注情況調(diào)整溫度，確保連澆時過熱度控制在15—40℃。

(8)正常情況，連鑄接受開機(jī)鋼水后，應(yīng)迅速組織開機(jī)（要求在8 min內(nèi)開澆）；特殊情況，調(diào)度長可根據(jù)鋼水溫度及轉(zhuǎn)爐、精煉生產(chǎn)節(jié)奏控制開澆時間（不得超過15 min）。

根據(jù)以上鋼種的指示信息，本系統(tǒng)建立鋼種信息表。

2 生產(chǎn)實(shí)績表和生產(chǎn)狀態(tài)表的設(shè)計

鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)是一個非常復(fù)雜的制造過程，其生產(chǎn)工藝流程長、環(huán)節(jié)多、工藝復(fù)雜、物料處理量大。從工藝流程上看，鋼鐵企業(yè)屬于典型的混合型的生產(chǎn)類型制造企業(yè)，在煉鋼和連鑄環(huán)節(jié)以鋼水的化學(xué)成分為約束條件，屬于典型的流程型生產(chǎn)方式，強(qiáng)調(diào)時間上和操作上的連續(xù)性，在開坯、軋制等加工環(huán)節(jié)，又逐漸轉(zhuǎn)為類似于機(jī)加工行業(yè)的離散型生產(chǎn)方式。

因此，信息平臺根據(jù)三鋼的工藝流程如圖1所示，建立生產(chǎn)實(shí)績表和生產(chǎn)狀態(tài)表。

三鋼的生產(chǎn)流程分成：生產(chǎn)計劃環(huán)節(jié)、鐵水預(yù)處理環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)爐環(huán)節(jié)、氬站環(huán)節(jié)、精煉環(huán)節(jié)和連鑄環(huán)節(jié)6部分。下面以生產(chǎn)計劃環(huán)節(jié)和轉(zhuǎn)爐環(huán)節(jié)為例說明此部分?jǐn)?shù)據(jù)庫建立方案。

由于轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)非常復(fù)雜，包括了轉(zhuǎn)爐本體、氧槍系統(tǒng)、氧氣系統(tǒng)、底吹氣體系統(tǒng)、散裝料及鐵合金控制系統(tǒng)、溫度和重量檢測系統(tǒng)，以及化驗(yàn)室數(shù)據(jù)等，那么多的數(shù)據(jù)，如果是使用自底向上的策略容易抓不住模型的核心，所以在此使用自頂向下的設(shè)計策略。

圖1 三鋼生產(chǎn)流程圖

從整個轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)來看，可以把轉(zhuǎn)爐本體數(shù)據(jù)、氧槍數(shù)據(jù)、氧氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)、底吹氣體數(shù)據(jù)等轉(zhuǎn)爐檢測數(shù)據(jù)全部抽象為一個轉(zhuǎn)爐冶煉過程的屬性，那么就把這些與轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)相關(guān)的系統(tǒng)抽象為一個“轉(zhuǎn)爐”實(shí)體。把轉(zhuǎn)爐相關(guān)的實(shí)時數(shù)據(jù)抽象為“轉(zhuǎn)爐”實(shí)體的一個屬性，即實(shí)時數(shù)據(jù)；把轉(zhuǎn)爐相關(guān)的離線數(shù)據(jù)抽象為“轉(zhuǎn)爐”實(shí)體的一個屬性，即離線數(shù)據(jù)。把所有的轉(zhuǎn)爐煉鋼的各種原料抽象出來，得到“原料”實(shí)體。原料的屬性包括原料名、原料成分等。除了“轉(zhuǎn)爐”和“原料”實(shí)體以外，轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)還包括操作人員實(shí)體，以及冶煉的結(jié)果，即鋼水實(shí)體。鋼水實(shí)體包括鋼水溫度以及其各種化學(xué)成分含量等。在轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)中，二級爐號是確定一個轉(zhuǎn)爐冶煉過程的唯一“身份”標(biāo)識，所以選擇二級爐號作為“轉(zhuǎn)爐”實(shí)體的標(biāo)識符（用下劃線表示）。因此可以將整個轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)抽象出四個實(shí)體，實(shí)體及實(shí)體屬性簡化定義如下：

(1)轉(zhuǎn)爐（二級爐號，爐座，爐齡，實(shí)時數(shù)據(jù)，離線數(shù)據(jù)）

(2)原料（原料編號，原料名，成分）

(3)鋼水（鋼水溫度，C含量，Si含量，Mn含量，S含量，P含量）

(4)操作人員（員工編號，姓名，工種，性別，工齡）

這4個實(shí)體之間有如下的聯(lián)系。

(1)一個轉(zhuǎn)爐煉鋼過程可以加入多個原料實(shí)體，而一個原料實(shí)體只能加入到一個轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，所以轉(zhuǎn)爐與原料的聯(lián)系是一對多；

(2)一個轉(zhuǎn)爐煉鋼過程只能冶煉出一個鋼水實(shí)體，而一個鋼水實(shí)體也只對應(yīng)一個轉(zhuǎn)爐煉鋼過程，所以轉(zhuǎn)爐與鋼水的聯(lián)系是一對一；

(3)一個轉(zhuǎn)爐煉鋼過程要有多個操作人員煉鋼，而一個操作人員在某一時刻只能工作與一個轉(zhuǎn)爐煉鋼過程，所以轉(zhuǎn)爐與操作人員的聯(lián)系是一對多。因此得到簡化實(shí)體-聯(lián)系圖，如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)爐數(shù)據(jù)庫E-R圖

根據(jù)以上分析，建立轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實(shí)績表。其它部分?jǐn)?shù)據(jù)模型的設(shè)計和轉(zhuǎn)爐煉鋼部分相似。

3 實(shí)時數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫的通信

歷史數(shù)據(jù)由實(shí)時數(shù)據(jù)得來，同時，歷史數(shù)據(jù)又影響實(shí)時數(shù)據(jù)，所以，在這一步，需要分析清楚他們的關(guān)系，并實(shí)現(xiàn)他們之間的通信，做到不需人工干預(yù)，實(shí)時保持?jǐn)?shù)據(jù)庫的完備。對此，提出如下數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型，如圖3所示。

實(shí)時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)通過SQL保持通信，在數(shù)據(jù)交換的過程中加入任務(wù)管理和訪問控制。

4 綜合信息表的建立

綜合信息表主要是提取各工序的相同的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行重新存儲，便于各子系統(tǒng)的使用。主要包括：鋼包實(shí)績信息表，主輔料使用實(shí)績表，鋼水成分信息表和異常統(tǒng)計表等。

下面以主輔料使用實(shí)績表為例進(jìn)行說明，在三鋼整個生產(chǎn)流程中，在預(yù)處理環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)爐環(huán)節(jié)，氬站環(huán)節(jié)和精煉環(huán)節(jié)需要有新物料的加入，那么將這四個生產(chǎn)實(shí)績環(huán)節(jié)中的物料使用信息進(jìn)行提取，存入到主輔料信息表中。

圖3 數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型

5 結(jié)論

根據(jù)三鋼的實(shí)際需求，分別根據(jù)生產(chǎn)指示標(biāo)準(zhǔn)建立靜態(tài)表；根據(jù)生產(chǎn)工序流程，分別對計劃指示環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)爐環(huán)節(jié)，精煉環(huán)節(jié)，連鑄環(huán)節(jié)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，建立生產(chǎn)實(shí)績表和生產(chǎn)狀態(tài)表；提取各工序的相同的數(shù)據(jù)信息，建立綜合信息表。實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立，為整個信息平臺的實(shí)現(xiàn)打下良好基礎(chǔ)。

[1]趙麗寧,李一凡等.數(shù)字海洋空間數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建.大連海事大學(xué)學(xué)報,2002.10(1).

[2]楊麗霞.基于ORACLE數(shù)據(jù)融合的一卡通系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).天津工業(yè)大學(xué),2006.

[3]王小亮.MES特鋼企業(yè)物料管理系統(tǒng)的研究及優(yōu)化.大大連理工大學(xué),2007.