焦化廠煉焦過程執行分析系統的設計與實現

范桂齡，龔尚福

（西安科技大學 計算機科學與技術學院，陜西 西安 710054）

目前，國內大部分焦化廠的煉焦生產計劃與操作執行記錄都是以紙制的表格為主，根據班次、爐號來填寫其執行參數，參數包括推焦計劃時間、結焦計劃時間、裝煤時間、實際推焦時間、實際結焦時間作為每1爐焦炭生產的操作記錄；每個班次下班前還要通過計算器得出本班次的平均結焦計劃時間、平均實際結焦時間、K1（規定指標）、K2（計劃指標）、K3（指標乘積）等關鍵指標。手工填寫雖然較為簡單，但用計算器計算的過程較為繁瑣，容易出錯。因此將這些數據作為一個需求進行分析與開發，讓計劃的填寫、記錄的生成、指標的生成、煉焦過程查詢/打印等工作都由計算機軟件來完成，將大大提高焦炭冶煉生產過程的信息自動化水平、生產效率和安全保障。

1 系統需求分析與數據結構設計

首先，需要確定軟件系統體系結構，采用成熟的工業組態軟件作為開發平臺，支持專家報表、曲線分析、設備驅動采集、面向對象腳本運算及關系數據庫鏈接等主要功能[2-3]。既可將PLC（邏輯可編程控制器）類設備的數據采集至自身的實時數據庫，也可滿足操作執行的記錄分析系統開發條件，將實時數據按條件轉存至關系數據庫（Access）中，再根據查詢方式通過報表與曲線體現出來。

其次，對軟件系統進行整體規劃，先建立關系數據庫表tab，組態軟件中也有相對應的數據綁定表dat與之做數據交換，表結構如表1所示。表1組態軟件數據綁定表的數據結構。

表1 數據結構Tab.1 Data structure

在組態軟件中建立專家報表，共2頁，一頁為運行表，一頁為查詢表，格式如表2所示，表2為組態軟件專家報表結構。

表2 報表結構Tab.2 Report structure

2 過程執行系統的設計與實現

2.1 運行表計劃過程

運行表爐數與爐號為固化的序列，共54行記錄，3個班次在執行計劃填寫時，推焦計劃時間是必須要填寫的，以12小時（8:00-20:00或20:00-次日8:00）工作周期，按時間順序填寫“推焦計劃時間”列，并以填寫某爐號的“推焦計劃時間”與該爐號上一次 “裝煤時間”（需要通過SQL數據查詢得到）相減得出本次“結焦計劃時間”。依次類推，整個表的推焦與結焦的計劃時間就得出了，再將填寫與計算的內容按爐號與當前日期向關系數據表tab中各插入記錄，本過程的3個關鍵步驟如下：

1）計算結焦計劃

在畫面中設計按鈕button1，標簽內容為“結焦計劃”。當填寫完推焦計劃后，由該按鈕左鍵動作來完成計算過程，腳本需要先鏈接（SQLCONECT）數據庫表tab，建立循環FOR語句，每一次循環都要執行SQLSELECT函數查詢符合昨天或前天 （結焦時間為小于48小時的范圍）1個爐號的 “裝煤時間”，經過數據類型的轉換與報表中所填寫的計劃時間進行相減得出該爐號結焦的計劃時間，并利用報表的腳本函數將此值寫至專家報表的結焦計劃時間里，執行完畢后斷開（SQLDISCONECT）關系庫的鏈接。本過程關鍵公式如下：

結焦計劃時間=推焦計劃時間－上次裝煤時間

2）執行計劃過程

在畫面中設計按鈕button2，標簽內容為“執行計劃”。檢查第1步無誤后，由該按鈕左鍵動作來完成錄入數據表tab記錄的過程，腳本也是需要先鏈接關系庫表tab，建立FOR語句，每一次循環需要判斷該爐號所填寫的推焦時間不為null，然后執行SQLINSERT語句向數據庫表tab中插入一個爐號的 “爐號”、“當前日期”、“推焦計劃時間”、“結焦計劃時間”，共產生本班次所填寫的推焦計劃時間不為null的記錄數量，這樣就先在數據庫表中存儲了推焦與結焦的計劃，執行完腳本后斷天數據庫鏈接。

3）清除計劃

在畫面中設計按鈕button3，標簽為“清除計劃”。由于第一次填寫計劃時或有錯誤的裝煤時間記錄時，整個“結焦計劃時間”列是需要人工糾正的，因此當填寫錯誤或計算錯誤時需要對單元格進行手工錄入處理，腳本中就必須將“結焦計劃時間”報表列單元格的值設置為null。

2.2 運行表執行過程記錄

以上為操作工人的計劃填寫、執行、清除的過程，那么最終的重點是執行實際操作情況內容，因此在計劃的執行過程中又需要3個記錄過程，即記錄實際推焦/結焦時間、推焦電流、裝煤時間。

1）實際推焦/結焦時間的記錄

本過程由組態軟件的“條件動作1”觸發實現，條件是由下位機PLC（邏輯可編程控制器）程序判斷產生當前爐號值與推焦信號，上位機通過實時數據庫變量與之鏈接，由實時數據庫變量判斷條件成立后執行一次腳本動作。此時，實際已經由條件觸發獲得了“推焦實際時間”為當前時間，根據工藝設計的“結焦實際時間”也由此而產生，鏈接關系庫表tab，先要用SQLSELECT函數查詢到當前爐號的上一次 “裝煤時間”（昨天或前天），然后由“推焦實際時間”減去上一次“裝煤時間”就得出“結焦實際時間”，運算至此再將實際推焦與結焦時間用SQLUPDATE函數更新至符合條件 （以當前爐號與當前日期為關鍵字）的記錄中去，同時將該值寫入至運行表的單元格中，執行完腳本斷開關系庫。本過程關鍵公式如下：

結焦實際時間=推焦實際時間－上次裝煤時間

2）推焦電流的記錄

推焦電流的采集也是一個觸發的信號，由PLC程序判斷保持一定時間后產生穩定的電流值，并同時觸發一個電流采集的開關信號，上位機通過實時數據庫變量獲取到該信號時，通過“條件動作2”將電流值用SQLUPDATE語句更新至符合條件的記錄中，同時將該值也寫入至運行表的單元格中，。

3）裝煤時間的記錄

本過程也是由組態軟件的“條件動作3”觸發實現，條件是由下位機PLC程序判斷產生當前爐號值與裝煤信號，也由實時數據庫變量的條件成立執行一次腳本動作。通過SQLUPDATE語句更新至符合條件的記錄中，同時將該值也寫入至運行表的單元格中。

2.3 運行表的結果計算

“計劃出爐數”D59單元格由操作工人錄入。

“實際出爐數”由電流不為0的爐號數量統計，需要對報表中所有爐號的電流值進行判斷后統計，報表統計列單元格（隱藏）腳本 Q5=VALUE（if（H5＞0，"1"，"0"）），針對每一爐都進行統計，然后得出總和單元格D60=sum（Q5:Q58）.

“結焦時間”為“結焦實際時間”的平均數，先將所有的“結焦實際時間”單元格通過隱藏的統計列單元格轉換為分鐘值 I5=value（LEFT（G5，2））*60+value（RIGHT（G5，2）），然后求和運算再除以“實際出爐數”J59=sum（I5:I58）/D60/60，即可得出 “小時.分鐘” 值， 單元格 D61=left（J59，2）+":"+left（STRING（VALUE（RIGHT（J59，2））/100*60），2）經過 字 符串轉換后得出“小時:分鐘”的格式。

“結焦最長與最短時間”利用J60=MAX （I5:I58）/60與J61=Min（I5:I58）/60 得出“小時.分鐘”值，與平均結焦時間運算方式一樣，將單元格D62、D63通過對J60與J61轉換為“小時:分鐘”的格式。

“推焦電流”為電流值的平均數D64=SUM（I5:I58）/D60，G64=最大值 MAX（H5:H58）。

“平均操作時間”是按“推焦計劃時間”與“推焦實際時間”的絕對值差的平均時間值，每列統計值為N5=ABS（L5－M5），平均操作時間 G59=TIMESTR（sum（N5:N58）/D60，2）。

“規定爐數”為生產調度部分所規定要執行的生產爐數量，G60通過錄入可變，用途主要為規定結焦時間做運算依據，規定結焦時間 =（104*24）/90，104為總爐數，24為 24小時，90為“規定爐數”。

“系數K1”=計劃結焦時間小于規定結焦時間±10分鐘的爐數/計劃推焦爐數，報表中先要得出 “規定結焦時間”J62=104*24/G60*60，然后通過所有統計列（隱藏）與之比較，R5=VALUE（if（abs（F5－J62）＜10，"1"，"0"）），最后通過求和得出計劃結焦時間小于規定結焦時間±10分鐘的爐數，K1單元格G61=SUM（R5:R57）/D59。

“系數K2”=實際結焦時間小于計劃結焦時間±10分鐘的爐數/實際推焦爐數，報表中通過所有統計列（隱藏）進行統計，公式為 P5=VALUE（if（abs（F5－G5）＜10，"1"，"0"）），對整列進行求和得出實際結焦時間小于計劃結焦時間±10分鐘的爐數“系數 K2”的單元格 G62=SUM（P5:P58）/D60。

“系數K3”=系數K1*系數K2，本指標重點為 K1與K2指標的乘積，值為越接近1時，生產計劃的執行效果最佳，由此可得出生產過程中計劃與實際生產的執行過程分析的關鍵指標結果。

運行表的打印與輸出，當運行表按照班次的工作時間完成后即可直接打印或輸出，打印與輸出按鈕腳本分別為PrintSheet（－1，1）、ExportExcelFile（－1，1，""）。

2.4 查詢表的處理

查詢表的格式是以運行表做為基礎模板的，畫面中建立Datetime日期控件及“查詢”按鈕，先選擇日期控件后觸發“查詢”按鈕表格內才會有原始數據，數據都是根據日期與爐號為條件在關系庫表tab中查詢到這一天所有生產記錄信息，通過數據綁定表dat將數據提取至一組數據庫變量中，然后通過對報表單元格進行逐一寫操作實現查詢的目的，與運行表共用導出、打印功能。

2.5 數據庫整理

隨著軟件系統運行時間的增長，數據庫的容量也隨之增大，因此必須考慮數據庫整理事件[4]，需要在組態軟件中建立“條件動作4”，以每天的23:59:55為觸發條件，刪除小于180天以前的數據記錄，這樣就可做到數據庫的記錄整理功能，避免由于長期運行而造成訪問效率的降低。

最后，系統運行后根據每1張運行表即可得出當前班組的生產運行執行情況，根據查詢表即可隨時得出某一天的生產運行執行情況，對整個焦煤生產操作過程做到了記錄分析的過程。

3 結束語

系統的設計來自于焦化廠生產管理過程的需求，上述內容以系統實現過程為重點。在系統運行后的不同階段必定還有更詳細的需求，如計劃快速導入、數據補傳、錯誤數據糾正、時鐘同步、用戶管理等針對性能與功能的更多需求也會逐步完善，最終實現人性化需求[5－8]。使工人用的更方便更快捷，使監管層對工人的績效考核提供原始依據，做到方便、可靠、穩定、高效的系統特性。

[1]王曉琴.煉焦工藝[M].北京：化學工業出版社，2010.

[2]邵裕森，巴筱云.過程控制系統及儀表[M].北京：機械工業出版社，2005.

[3]馬國華.監控組態軟件應用－從基礎到實踐[M].北京：中國電力出版社，2011.

[4]仝新順.生產與運作管理[M].南京：南京大學出版社，2007.

[5]Kurina Asuti L D，Howe L C.Fieldbus network control of industrial process[D]. Singapore：Nanyang Technological University，2001.

[6]Dierks H.PLC-automata:a new class of implementable realtime automate[M].Theotetical computer science，2001.

[7]Johnson D G.Programmable controllers for factory automation[M].New York and Basel:Marcel Dekker Inc，1987.

[8]Saygin C，Kahraman F.A web-based programmable logic controller laboratory for manufacturing engineering education[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2004，24（7）:590－598.

[9]王繼峰，秦亞軍，牛彥鋒.供電企業農電安全生產管理的實踐與探討[J].陜西電力，2010（8）:53－56.WANG Ji-feng，QIN Ya-jun，NIU Yan-feng.Probe into rural power safe production& management in power supply rnterprise[J].Shaanxi Electric Power，2010（8）:53－56.