高爐數據分析系統的設計與應用

嚴曉東 宋智偉

（新余鋼鐵集團有限公司 自動化部，江西 新余 338001）

1 概述

高爐數據分析系統是以實時生產數據為支撐，通過數據采集、計算、分析與數據統計來反映高爐的生產情況。

2 設計開發背景

目前,高爐爐況分析數據主要來自于生產監控畫面的實時數據、歷史趨勢和每天的人工報表數據。由于監控畫面顯示和歷史趨勢的數據源存在實時性和局部性，不能反應出高爐冶煉整體情況的完整性。雖然每天的報表數據能解決這一問題，但是要從這些大量的紙質報表中進行數據提煉、分析，效率低下，且這種傳統的依靠操作工日復一日的手動抄錄數據存在較多缺點。

2.1 手工抄錄數據易出現差錯。

2.2 數據出差錯后追溯難度大。

2.3 不便于對歷史數據進行查詢。

2.4 不便于管理人員對高爐現場的生產情況進行實時跟蹤。

2.5 與公司推行的無紙化辦公理念相違背。

2.6 無法滿足當前公司的信息化發展需求，更無法為今后的大數據分析提供可靠的數據來源。

高爐數據分析系統正是為了解決上述問題而設計開發的，該系統操作便捷、數據來源可靠、計算分析準確，系統穩定運行，整體上提高了二鐵廠的工作效率。

3 高爐數據分析系統簡介

3.1 系統架構

二鐵高爐數據分析系統的主要系統流程為：

（1）架設KEPWare EX OPC 服務器，通過其內置驅動與不同品牌PLC 進行連接，再由自定義開發的數據采集程序，將OPC 服務器內相關設備的有效數據讀取出來保存到服務端數據庫的實時表中，并實時同步更新。同時可利用KEPWare EX OPC 服務器平臺自帶的客戶端應用界面，能夠直觀的進行管理、監視和控制不同的自動化設備和軟件應用程序。KEPWare EX OPC 自帶了多種函數、支持加減乘除運算和邏輯運算，可對數據進行處理后形成新的數據源，供后續使用。

（2）通過數據處理中間件程序將數據庫中的實時值進行處理和計算后，通過定時器按小時寫入歷史表中。

（3）前臺頁面調用后臺方法將數據展示在前端頁面中，供用戶參考、操作。

系統主要流程如圖1 所示。

圖1 系統流程圖

3.2 系統主要模塊介紹

3.2.1 登錄模塊及首頁

高爐數據分析系統的登錄模塊主要有兩大權限：高爐操作工權限和管理員權限，其中每個賬戶只能查看對應高爐的數據，管理員權限可以訪問4 座高爐的所有數據和調度日志模塊，但不能對數據進行任何操作。進入系統后，頁面左邊是目錄樹形式，展示所有高爐的功能操作。系統頁面中右以圖形化形式展示了四座高爐的利用系數、每日產量以及槽下料倉的實時配料情況。

3.2.2 高爐報表模塊

每個高爐的報表分為八大部分：

（1）高爐作業數據：分為高爐作業情況（圖2）和出鐵情況（圖3）兩部分。高爐作業情況展示高爐操作及爐狀的關鍵數據，其中探尺料線反映是整點前15 分鐘內的最大料線，送風風溫是整點一個小時內的平均風溫，這些運算通過OPC 內置函數經運算得出。出鐵情況展示高爐的出鐵情況，如爐次、出鐵時間、鐵量、鐵水溫度、檢化驗數據等。

圖2 高爐作業數據

圖3 高爐出鐵數據

（2）爐頂數據：每小時記錄一次，顯示高爐爐頂設備料罐、閥箱、氣密箱等數據。

（3）爐體溫度數據：每小時取值一次，展示高爐爐體各標高內外環和中心的溫度數據,并通過運算得出當天高爐爐體各標高內外環和中心的溫度平均值。

（5）能源消耗數據：每小時取值，顯示高爐風、水、電、氣等能源每小時的消耗量和累計消耗量。同時實時顯示風、水、電、氣等能源點的瞬時流量。

（6）槽下上料數據：記錄并顯示每一批料對應槽下料倉各料種重量，爐頂布料參數等，如圖4。

圖4 槽下上料數據

（7）操作日志：為高爐操作工提供手動錄入界面，對高爐風量變更、休風、配料情況、槽下外排、記事等情況進行記錄。

（8）經濟技術指標：根據二鐵廠提供的公式對高爐各項經濟技術指標進行每日統計，同時也可查詢以往的歷史技術指標。其中發電量與入爐煤量需操作人員手動輸入，輸入完成后再進行相關的計算。其系統畫面如圖5 所示。

圖5 經濟技術指標

3.2.3 調度日志模塊

調度日志分為調度日志、鐵水磅記錄，根據二鐵調度現有紙質報表，開發出格式相同的電子報表。然后將各種不同的數據源整合成一條完整的符合要求的數據并填入報表模板中。報表中一部分數據來源于其它的信息化系統，如鐵前MES 系統，產銷MES(一鋼檢化驗部分)，另一部分數據則來源于系統中的高爐報表模塊。

4 技術創新

4.1 帆軟報表

村里也有水井，一條巷子走到岔道就有一口，井水是專用來吃的。有了自來水后，井口就封上了。井口太淺，怕孩子追逐玩耍時落進去。

傳統的報表開發技術很難滿足高爐數據分析系統中復雜的調度日志報表和生產報表，這些報表往往是樣式不太規則，數據來自多個不同的地方，并且可能需要對數據在報表中進行一些相對復雜的處理。最終經過研究發現帆軟報表設計器可根本解決這一問題。

帆軟報表設計器是一款集數據展示(報表)和數據錄入(表單)功能于一身，用于快速構建企業信息系統的Java 報表軟件。

其主要優勢如下：

（1）報表三層架構設計。FineRepor 報表軟件采用主流的三層架構模式進行設計，只需要在開發人員的電腦上安裝設計器，設計完后，將工程部署到服務器上即可，其他用戶可通過瀏覽器直接訪問，提高了開發效率。

（2）多源數據關聯。由于高爐生產的復雜性，需要眾多數據來為高爐生產情況的分析提供支撐，而這些數據的來源繁多，用傳統的B/S 開發模式很難實現相對應的功能，尤其是動態數據的處理。

FineReport 報表軟件提供了異構數據源模型、Excel+綁定數據列的報表設計模型等，使得行列對稱；同一張報表的數據可同時來自多個數據表，多個不同的數據庫，或者多個不同的用戶自定義數據視圖，然后在報表中可直接相互運算形成最終的報表。

（3）支持多種數據庫連接。FineReport 報表支持多維數據庫，支持多種數據庫數據源，如Oracle、DB2、SQLServer、MySQL、Sybase、Informix 等主流的關系型數據庫；支持通過JDBC的方式直接連接數據庫，或通過JNDI的方式與應用服務器共享數據連接。

4.2 vue 框架的使用

Vue 框架是近幾年興起的一種輕量級軟件框架。Vue 框架的使用大大提高了開發人員的開發效率，且其集成了很多第三方UI 庫，開發者可直接使用。另外使用vue 框架還能大大提高頁面的訪問速度，且高爐數據分析系統采用的是前后端分離的開發模式，這不僅提高了系統開發效率，也減輕了后期系統維護帶來的壓力。

5 系統運行效果

5.1 二鐵高爐數據分析系統的投用后，原本需要大量人工操作和手動記錄的各類高爐生產數據現在都會自動記錄和保存，歷史記錄可隨時追溯，極大地減少了高爐操作人員的人工操作，提升了工作效率，真正實現無紙化辦公。

5.2 在任何一臺客戶端電腦上，都可以方便的訪問服務器的數據，客戶端可以進行在線數據的查詢，高爐的管理人員和調度人員能更方便的觀察數據以分析高爐生產情況，更快作出決策。

5.3 由于高爐生產數據可自動記錄并計算相關技術指標，相比于人工操作更準確快捷，各類實時數據、歷史數據、統計數據一應俱全，保證了生產數據的完整性和準確性。為二鐵廠貫徹落實優崗減員，降本創效政策提供了有力支持。

6 結論

二鐵數據分析系統自2020 年5 月在第二煉鐵廠全面投運至今，系統運行穩定。系統的上線使用極大的提高了二鐵廠的工作效率，也使其管理精度和管理水平上到了新的臺階。側面的還減少了紙張等耗材的使用，降低了辦公成本，這也與公司提倡的“降本創效”，“無紙化辦公”相吻合。為公司“升級改造 沖千億”目標助力，更為新鋼公司未來信息化、智能化發展打下堅實的基礎。