煉鋼廢鋼分類計量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集方法研究

郝勝濤

（河鋼張宣科技金屬材料公司，河北 宣化 075100）

0 引言

河鋼張宣科技金屬材料公司（以下簡稱金屬材料公司）廢鋼間的主要功能是將廢鋼放到廢鋼斗內(nèi)，通過天車將廢鋼斗吊至轉(zhuǎn)爐平臺，加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，供煉鋼生產(chǎn)。由于不同種類廢鋼的品質(zhì)、價格影響轉(zhuǎn)爐冶煉的成本，所以廢鋼分類計量的準確性十分重要，為此，對廢鋼分類計量進行研究，創(chuàng)建了廢鋼分類計量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集方法。

傳統(tǒng)的煉鋼物流信息采集方式依靠人工數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計，效率低，差錯率高，其精準度和實時性不能滿足模型自動煉鋼和現(xiàn)代煉鋼企業(yè)生產(chǎn)組織需求[1]。系統(tǒng)實施前存在煉鋼生產(chǎn)物流計量數(shù)據(jù)處理方式簡單，量值傳遞精度差，無定位識別功能，不能形成完整的數(shù)據(jù)流，不具備復雜的邏輯推理判斷功能，僅靠人工判別和取舍大量信息難以保證精準度和實效性[2]。同時基礎和過程自動化系統(tǒng)只具備數(shù)據(jù)搜集功能，不能構(gòu)成精準的數(shù)據(jù)鏈，生產(chǎn)物流數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析處于半手工狀態(tài)，制約工藝控制、能耗水平。于是對傳統(tǒng)的煉鋼物流信息采集方式依靠人工數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計關鍵技術進行了創(chuàng)新，解決了制約煉鋼生產(chǎn)物流信息系統(tǒng)良好運行的難題。

1 廢鋼計量方法創(chuàng)新思路

1）因為對廢鋼庫位進行定位，不利于廢鋼庫的分類管理，金屬材料公司可以利用天車定位技術實現(xiàn)廢鋼庫位的定位。

2）廢鋼分類采用發(fā)送料單的方式進行分類計量廢鋼，金屬材料公司可以利用電磁吊稱重系統(tǒng)和軌道衡稱重系統(tǒng)配合，電磁吊定性判斷，軌道衡定量計算，自動進行廢鋼分類計量。

3）因為創(chuàng)建廢鋼分類二級管理系統(tǒng)，只是將廢鋼分類采集的信息反饋到模型煉鋼，金屬材料公司可以建立廢鋼二級管理系統(tǒng)，提高廢鋼間操作管理的程度。

為此，提出一種新的廢鋼分類計量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集方法：采用廢鋼電磁吊稱重系統(tǒng)結(jié)合天車定位系統(tǒng)，進行定性分析，判斷廢鋼加料種類；利于廢鋼軌道衡系統(tǒng)進行定量計量，實現(xiàn)廢鋼分類計量，并且建立廢鋼二級管理系統(tǒng)，實現(xiàn)廢鋼分類計量計量的準確性和廢鋼操作管理系統(tǒng)。

2 廢銅計算方法實施方案

2.1 廢鋼分類計量系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括廢鋼車稱重（又稱為廢鋼軌道衡）、廢鋼電磁吊稱重檢測儀表、廢鋼電磁吊車發(fā)射裝置、廢鋼電磁吊接收裝置、廢鋼定位標識裝置、廢鋼定位識別裝置、廢鋼分類計量網(wǎng)絡系統(tǒng)、廢鋼分類計量二級服務器系統(tǒng)、廢鋼分類計量量客戶端系統(tǒng)。實現(xiàn)廢鋼儀表檢測、傳輸、計量和數(shù)據(jù)采集，最終通過服務器網(wǎng)絡和服務器系統(tǒng)通訊將數(shù)據(jù)采集到廢鋼分類計量系統(tǒng)二級客戶端。

2.2 廢鋼分類計量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集

通過射頻識別技術和無線傳輸技術采集廢鋼電磁吊和軌道衡的質(zhì)量以及電磁吊運行的位置數(shù)據(jù)[3]；通過串口通訊和以太網(wǎng)傳輸技術將數(shù)據(jù)采集到服務器中；通過編程軟件編程相應的采集器程序，將廢鋼運轉(zhuǎn)的實時數(shù)據(jù)采集到廢鋼數(shù)據(jù)庫中；通過編制相應的邏輯推理程序，產(chǎn)生相應的夾廢鋼分類時間和廢鋼平車上稱事件和下稱事件；通過利用電磁吊稱重數(shù)據(jù)變化結(jié)合電磁吊位置變化，進行料種判斷，實現(xiàn)定性分析料種；通過廢鋼平車稱重進行定量計量，將廢鋼關鍵數(shù)據(jù)和推理計算值存放到到數(shù)據(jù)庫中的廢鋼表中；通過編制相應的瀏覽器程序，實現(xiàn)廢鋼間關鍵數(shù)據(jù)的實時顯示和報表的查詢、打印功能。

2.3 廢鋼分類計量系統(tǒng)的實施

采用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通過創(chuàng)建相應的實時數(shù)據(jù)表、位置組表、位置組表、參數(shù)表、廢鋼報告表。根據(jù)現(xiàn)場稱量設備運行的情況，定義相應的廢鋼分類計量稱重參數(shù)，剔除不合理稱重數(shù)據(jù)，保證稱重采集正常。

2.3.1 主要廢鋼分類計量稱重參數(shù)設定方法

1）最小空斗質(zhì)量。最小空斗質(zhì)量值，廢鋼皮重的下限值，用于在廢鋼間軌道衡加入量計算推理的時候，采集皮重值和上稱的判斷。

2）最大空斗質(zhì)量。廢鋼皮重采集的上限值，用于在廢鋼間軌道衡加入量計算推理的時候，采集皮重值和上稱的判斷。

3）最大加入量。軌道衡的最大加入量值，每斗廢鋼加入量的上限值，用于在廢鋼間軌道衡加入量計算推理的時候，廢鋼加入量上限的判斷。

4）最小加入量。軌道衡的最小加入量值，每斗廢鋼加入量的下限值，用于在廢鋼間軌道衡加入量計算推理的時候，廢鋼加入量下限的判斷。

5）最小采集平臺長度。最小采集平臺長度，當判斷廢鋼二級系統(tǒng)發(fā)生上稱、下稱或者加二級廢鋼事件的時候，連續(xù)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)值的個數(shù)。

6）最小采集平臺差值。最小采集平臺差值，判斷連續(xù)穩(wěn)定平臺的最小誤差值。

2.3.2 廢鋼系統(tǒng)定性采集料種和定量采集質(zhì)量關鍵方法

例如1 號廢鋼車在2 號軌道衡加廢鋼20 t，料種1 加料4 t、料種2 加料9 t、料種3 加料7 t，軌道衡空稱的時候設定為-30 t，廢鋼車的質(zhì)量為30 t，廢鋼車+廢鋼斗上稱之后，顯示廢鋼斗質(zhì)量。

廢鋼計量程序在計算的過程中，稱重值必須滿足廢鋼最大空斗重量、廢鋼最小空斗重量、廢鋼最大加入量、廢鋼最小加入量、廢鋼最小采集平臺長度、廢鋼最小采集平臺差值等6 個參數(shù)之間的3 個約束條件。

1）廢鋼空斗質(zhì)量值必須在最大空斗質(zhì)量和最小空斗質(zhì)量之間才有效。

2）廢鋼最大加入量和最小加入量滿足實際情況，不能超過約束參數(shù)的最大加入量和最小加入量的范圍。

3）廢鋼定量計算稱重值的時候，數(shù)據(jù)采集應用滿足穩(wěn)定稱重數(shù)據(jù)的采集，滿足最小采集平臺長度的要求，同時滿足最小采集平臺差值的要求，以保證稱重采集時數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。

2.3.3 廢鋼分類計量過程

1）步驟1。1 號廢鋼車開到2 號軌道衡上，軌道衡由-30 t 顯示0，此時廢鋼分類計量程序判斷定義為廢鋼車上稱事件，顯示為空載值，記為T1，例如為0 t。

2）步驟2。電磁吊開始工作，進行加廢鋼操作，使用電磁吊定性分析判斷料種，使用廢鋼軌道衡稱重定量分析計量料種稱重質(zhì)量。

3）步驟3。電磁吊走到料種1 區(qū)域，吊起料種1廢鋼T2，例如為4 t，此時電磁吊稱重值由0 變化為T2，例如為4 t。

有質(zhì)量變化，定性判斷料種為料種1。此時定義為電磁吊起廢鋼事件，根據(jù)定位信息，記錄該次電磁吊吊廢鋼料種為料種1。

4）步驟4。電磁吊走到1 號軌道衡位置，將吊起的T2廢鋼加入廢鋼斗內(nèi)。此時電磁吊稱重值由T2變?yōu)?，定義為電磁吊加入廢鋼，由上一步驟3 可知，料種為料種1。在電磁吊質(zhì)量變化的同時，軌道衡稱重值由0 變?yōu)門1，定量計算，定義為軌道衡加入廢鋼T1。

5）步驟5。廢鋼分類計量程序綜合以上過程，采用電磁吊稱重變化結(jié)合定位信息，定性分析廢鋼料種為料種1，根據(jù)廢鋼軌道衡稱重系統(tǒng)判斷料種1 廢鋼加入量為T1。

6）步驟6。電磁吊加料種2，為9 t；加料種3，為7 t。依次重復步驟2 到步驟5 的過程，實現(xiàn)多次加廢鋼分類計量。

7）步驟7。1 號廢鋼車開離2 號軌道衡上，軌道衡由T2顯示0，此時廢鋼分類計量程序判斷定義：廢鋼車下稱事件，顯示為重載值，記為T2，例如為50 t。

8）步驟8。此時，廢鋼車下稱重載值和上稱空載值之差為廢鋼總加入量，即T=T2-T1。廢鋼分質(zhì)量依次為T1、T2、T3、...、Tn等，第n 次為Tn。每次分類加入廢鋼質(zhì)量之和為廢鋼總質(zhì)量，T=T1+T2+T3+…+Tn，理論上廢鋼總質(zhì)量應該與每次質(zhì)量之和相等。

2.4 廢鋼二級系統(tǒng)軟件開發(fā)應用

廢鋼二級通過廢鋼稱重儀表檢測系統(tǒng)和天車電磁定位檢測系統(tǒng)進行稱重和位置的采集，寫入到實時數(shù)據(jù)庫中，同時在采集器界面進行顯示。通過推理機進行系統(tǒng)推理，得到每斗廢鋼的加入總量和分量，將該數(shù)據(jù)在瀏覽器進行顯示，同時實現(xiàn)和天車二級的通訊，實現(xiàn)廢鋼和軌道衡質(zhì)量的對應。

2.4.1 廢鋼二級系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

廢鋼二級系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理過程：第一步，廢鋼采集器將現(xiàn)場儀表檢測信號采集到廢鋼數(shù)據(jù)庫scrapcal實時數(shù)據(jù)表中。第二步，廢鋼推理機將采集到數(shù)據(jù)庫中的實時數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)推理，產(chǎn)生廢鋼報告寫入數(shù)據(jù)庫scrapcal 的scrap_wgt 表中。第三步，廢鋼推理機同時執(zhí)行天車二級服務器1 數(shù)據(jù)庫hlwlnew 下的存儲過程insert_scrap，將廢鋼二級報告數(shù)據(jù)寫入到天車二級系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫cranel2 的廢鋼總量表X_CRN_L25_SCRAP和廢鋼分量表X_CRN_L25_SCRAP 中。第四步，廢鋼瀏覽器對數(shù)據(jù)庫scrapcal 的scrap_wgt 表進行數(shù)據(jù)查詢顯示，同時可以進行導出報表操作。第五步，廢鋼天車加廢鋼完畢之后，將熔煉號回寫到表X_CRN_L25_SCRAP 中，廢鋼間軌道衡和廢鋼天車熔煉號對應完畢。圖1 為數(shù)據(jù)流程圖。

2.4.2 廢鋼二級系統(tǒng)軟件系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括廢鋼二級采集器、廢鋼二級推理機和廢鋼二級瀏覽器，采集器完成數(shù)據(jù)的實時采集并將數(shù)據(jù)存儲到實時數(shù)據(jù)庫中；推理機通過讀取采集器存放到實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，進行推理，將中間過程、廢鋼的加入量寫入到數(shù)據(jù)庫SCRAP_WGT 表中；廢鋼瀏覽器用于監(jiān)視操作。

2.4.2.1 廢鋼數(shù)據(jù)推理規(guī)則

廢鋼數(shù)據(jù)推理規(guī)則基于事件判斷，采用電磁吊的稱重數(shù)據(jù)結(jié)合電磁吊位置變化情況，作為定性判斷加何種料種的依據(jù)；同時采用廢鋼軌道衡稱重數(shù)據(jù)變化情況，作為定量判斷加多少料的依據(jù)。理想條件：廢鋼槽車質(zhì)量固定、軌道衡稱性能良好、軌道衡稱體上邊無散落廢鋼料、廢鋼斗為空斗。實際情況：廢鋼槽車上有散落廢鋼、軌道衡稱體波動、軌道衡稱體上散落廢鋼、廢鋼斗內(nèi)有剩余廢鋼或者加的廢鋼渣子。

2.4.2.2 廢鋼采集推理滿足條件

條件1：當廢鋼槽車載著廢鋼斗在軌道衡上的時候，軌道衡稱重數(shù)據(jù)值顯示為廢鋼斗的皮重值，即軌道衡稱空載的時候顯示廢鋼槽車的相反數(shù)值。條件2：廢鋼車上稱取皮重，當廢鋼車上稱的時候，廢鋼軌道衡稱重值由空載值逐漸變化為廢鋼斗質(zhì)量+廢鋼槽車質(zhì)量，當滿足連續(xù)穩(wěn)定條件構(gòu)成一個平臺的時候，系統(tǒng)取軌道衡稱重值作為該斗廢鋼加料的皮重值Wpi。上稱的穩(wěn)定值必須介于最大空斗質(zhì)量和最小空斗質(zhì)量之間。條件3：廢鋼車下稱取毛，當廢鋼車下稱的時，廢鋼軌道衡稱重值由廢鋼斗質(zhì)量+廢鋼槽車+廢鋼間廢鋼量逐漸變化為軌道衡空載值，當滿足連續(xù)穩(wěn)定條件構(gòu)成一個平臺的時候，系統(tǒng)取軌道衡稱重值作為該斗廢鋼加料的皮重值Wmao。下稱的穩(wěn)定值必須介于最大空斗質(zhì)量+最大加入質(zhì)量之間，同時必須大于最小皮重值。條件4：廢鋼分組分質(zhì)量采集，在廢鋼車上稱到下稱之間的一段時間之內(nèi)，當使用電磁吊進行廢鋼加料時，當軌道衡稱重值增加一定量時，例如增加Wfen，同時電磁吊稱重值也減少與之相差一定范圍的量，則系統(tǒng)將記錄該次加廢鋼的分重量值，料種值取用電磁吊吊起該次廢鋼庫位所對應的料種值作為該次廢鋼分組的料種值。條件5：廢鋼下稱時取得的毛重值與上稱時取得的皮重值之差為廢鋼間廢鋼采集的總凈值值。條件6：廢鋼間每次采集的分組份廢鋼按照各個種類進行累加為各個分組分的凈值。

3 實施效果

開發(fā)了一種廢鋼分類計量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法和廢鋼分類計量系統(tǒng)軟件，促進了廢鋼的精準計量和鋼鐵料消耗管理工作的加強，計量及時并準確，實現(xiàn)噸鋼鋼鐵料消耗降低0.10 kg/t，該技術處于國際先進水平。

4 結(jié)論

實現(xiàn)廢鋼自動判斷料種、自動分類計量，為降低鋼鐵料消耗提供數(shù)據(jù)支撐，利于成本控制，實現(xiàn)廢鋼分類計量的準確性。廢鋼計量的準確性促進提高鋼鐵料消耗數(shù)據(jù)的準確性，降低鋼鐵料消耗，提高了技術和管理手段。同時促進了鋼鐵料消耗的降低，平均降低鋼鐵料消耗0.10 kg/t 鋼，年可獲節(jié)約成本54.19 萬元。