蒯 英，步 輝，李鄭剛

（云南銅業(yè)股份有限公司冶煉加工總廠，云南 昆明 650102）

銅冶煉中間物料計量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)

蒯 英，步 輝，李鄭剛

（云南銅業(yè)股份有限公司冶煉加工總廠，云南 昆明 650102）

利用已有的吊車電子秤并增設少量設施，自行開發(fā)了銅中間物料計量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本文介紹了系統(tǒng)的結構、功能及應用效果。

銅冶煉；中間物料；50 t吊車；電子秤；計量數(shù)據(jù)采集

1 存在的問題

隨著公司信息化ERP項目的推進，底層數(shù)據(jù)采集（即MES關鍵數(shù)據(jù)采集）成為亟待解決的實際問題。受生產(chǎn)工藝和設備的限制，本廠很多生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)仍依靠人工錄入方式獲取，遇到數(shù)據(jù)種類較多、組合多變且大量數(shù)據(jù)需要錄入時，人工錄入的準確性及可靠性無法保證。精煉分廠中間物料計量數(shù)據(jù)的采集就是根據(jù)吊車秤的稱重數(shù)據(jù)，人工采集，人工錄入，遠遠滿足不了公司信息化建設的要求。因此，開發(fā)中間物料計量自動采集系統(tǒng)勢在必行。

精煉分廠共有4臺50 t吊車，分別安裝有吊車電子秤，此秤由稱重傳感器、無線發(fā)射機、無線接收機（無線接收機提供RS-232串行通訊接口）三部分組成，用于銅艾薩爐熔煉、轉爐吹煉、陽極爐精煉（包括2臺電爐、5臺轉爐、2臺回轉式陽極爐及3臺陽極爐）所產(chǎn)熱冰銅、粗銅、轉爐渣、精煉爐返渣以及電解銅殘極、外購粗銅等十多種物料的吊運和計量。然而吊車還要進行物料及設備移位工作，稱重傳感器安裝在吊車小車卷揚機軸承上，只要吊車運行即處于稱重狀態(tài)，而吊車秤不會篩選，故有大量的垃圾重量數(shù)據(jù)產(chǎn)生。

這些物料重量數(shù)據(jù)由調(diào)度員從調(diào)度室電子秤數(shù)據(jù)無線接收機上獲取或從行車顯示器上一一對應抄錄并篩選，人為的因素較大。由于慣性的原因，吊運過程中吊車上電子秤無線接收機上的數(shù)據(jù)不斷變化，而電子秤無線接收機安裝在精煉調(diào)度室，調(diào)度員在調(diào)度室中不能直接看到吊車運行作業(yè)，只是根據(jù)經(jīng)驗隨機在變化值中讀取數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)人工生成報表上報，再人工憑經(jīng)驗修正錄入計算機進入公司信息化流程。在整個中間物料計量環(huán)節(jié)中，中間物料及冶煉爐關系較為復雜，而且人為判斷因素較多，將此數(shù)據(jù)用于MES，基礎數(shù)據(jù)的可靠性難以保障。

2 解決方案

經(jīng)過調(diào)研并與操作人員溝通，根據(jù)現(xiàn)場工藝狀況及現(xiàn)有條件，在不影響生產(chǎn)作業(yè)、操作人員易于實施的前提下制定了如下解決方案：

在精煉分廠調(diào)度室增加一臺操作員站，用于采集吊車電子秤無線接收機上RS-232串行通訊接口輸出的重量數(shù)據(jù)，以及吊車駕駛室內(nèi)現(xiàn)場物料識別控制臺發(fā)送的中間物料種類、來源等標識數(shù)據(jù)。

物料來源、物料種類及采集首次起吊毛重數(shù)據(jù)由吊車工判定，起吊前由吊車工目測后輸入吊車駕駛室內(nèi)的物料識別控制臺。起吊作業(yè)完成并穩(wěn)定后，吊車操作工在吊車駕駛室內(nèi)的物料識別控制臺上按下毛重確定按鈕，將三條數(shù)據(jù)向調(diào)度室內(nèi)操作員站傳送，此信號經(jīng)無線信號接收機接收并傳輸?shù)骄珶捳{(diào)度室操作員站。

調(diào)度室操作員站根據(jù)此信號，捕捉電子秤數(shù)據(jù)無線接收機上RS-232串行通訊接口輸出的當前重量數(shù)據(jù)，并與物料來源、物料種類、行車號及起吊時間（行車號及起吊時間為按下確定按鈕后自動生成）數(shù)據(jù)匯總記錄到操作員站實時數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)數(shù)據(jù)打包處理后，由物理網(wǎng)絡將這些數(shù)據(jù)包以廣播形式向轉爐、陽極爐及反射爐MES終端發(fā)送。

當?shù)踯噷⒀b料包送至冶煉爐時，冶煉爐爐工在冶煉爐操作室MES終端上輸入行車號，此時終端自動記錄冶煉爐目標爐號，將數(shù)據(jù)打包后返回調(diào)度室操作員站，用于數(shù)據(jù)匯總。一旦有一臺冶煉爐發(fā)出確認指令，其他冶煉爐將不再能進行重復操作。此確認步驟非常關鍵，可過濾掉行車在進行非送料作業(yè)時吊車秤產(chǎn)生的非中間物料重量數(shù)據(jù)，沒有經(jīng)過冶煉爐MES終端確認的數(shù)據(jù)將不能進入調(diào)度操作員站數(shù)據(jù)庫。

倒料作業(yè)結束，送料包子恢復到正常吊運位穩(wěn)定后，吊車操作工在吊車駕駛室按下物料識別控制臺上的皮重確定按鈕，無線信號傳輸?shù)骄珶捳{(diào)度室操作員站，捕捉到電子秤數(shù)據(jù)無線接收機上RS-232串行通訊接口輸出的當前皮重數(shù)據(jù)，同時在系統(tǒng)中自動生成行車投料結束時間記錄。

以上步驟后，一個完整的投料流程便結束，一個包子在送料過程中的關鍵數(shù)據(jù)標簽量全部生成。詳細的操作流程見圖1。

圖1 操作流程圖

以上數(shù)據(jù)在調(diào)度室操作員站匯集為一條完整數(shù)據(jù)加上一條讀寫標志位存入操作員站實時數(shù)據(jù)庫，等待MES數(shù)據(jù)庫服務器讀取。MES數(shù)據(jù)庫服務器讀取前先判斷讀寫記錄標志位是否為未讀數(shù)據(jù)，如果是未讀數(shù)據(jù)，則將此條數(shù)據(jù)從操作員站實時數(shù)據(jù)庫中提取，同時修改讀寫記錄標志位為已讀取狀態(tài)，操作員站系統(tǒng)將把這條標志為已讀取的數(shù)據(jù)從實時數(shù)據(jù)庫轉存到操作員站本地歷史數(shù)據(jù)庫，供精煉調(diào)度生產(chǎn)管理查詢，并等待下一條實時數(shù)據(jù)生成。如果MES數(shù)據(jù)庫服務器由于不明原因未能及時讀取這條數(shù)據(jù)，操作員站將等待30 s后自動將此條數(shù)據(jù)在不改變讀寫標志位的情況下，從實時數(shù)據(jù)庫取出并存入操作員站本地歷史數(shù)據(jù)庫，等待MES數(shù)據(jù)庫服務器恢復正常后讀取并提供精煉調(diào)度生產(chǎn)查詢。

MES數(shù)據(jù)庫服務器提取數(shù)據(jù)后，將進一步計算出投料凈重，合并以上數(shù)據(jù)組合提供MES系統(tǒng)作為基礎數(shù)據(jù)使用。

MES系統(tǒng)從操作員站數(shù)據(jù)采集流程見圖2。

調(diào)度監(jiān)控終端對物料來源、物料種類、毛重、吊車號、起吊時間、收料爐號、皮重、投料結束時間、凈重數(shù)據(jù)進行識別，最終可確定行車所吊運物料的種類、真實重量、去向（到哪座轉爐）、投收料時間，由此可對每臺電爐、轉爐、回轉陽極爐、陽極爐之間流動物料的重量、種類準確采集，并且操作工能及時準確地了解進出物料的詳細情況，從而實現(xiàn)更精確的計量，利于工藝控制，提高作業(yè)效率，并為金屬平衡、技術經(jīng)濟指標的考核提供準確依據(jù)。

改造前后各項數(shù)據(jù)的采集方式如表1。這些數(shù)據(jù)采集流程均由系統(tǒng)自動完成，不需進行任何人為操作且可確保已采集的數(shù)據(jù)不丟失。

3 系統(tǒng)結構及功能

3.1 系統(tǒng)結構

系統(tǒng)由原有設備和新增設備兩大部分構成。

原有設備包括重量數(shù)據(jù)傳感器，重量數(shù)據(jù)發(fā)射機，重量數(shù)據(jù)接收機。原有設備的功能是采集行車的重量數(shù)據(jù)，并通過發(fā)射機和接收機把數(shù)據(jù)送到調(diào)度室。

圖2 MES系統(tǒng)從操作員站采集數(shù)據(jù)流程

新增設備包括：操作終端，無線收發(fā)信機，調(diào)度室操作員站。新增設備的功能是確認吊裝物料（除重量外）的其他屬性，并通過收發(fā)信機把數(shù)據(jù)送入調(diào)度室操作員站，同時與原有設備建立通訊，自動采集物料重量進入操作員站，形成完整記錄。

系統(tǒng)軟件構成見表2。

系統(tǒng)硬件結構圖見圖3。

表1 改造前后各項數(shù)據(jù)的采集方式

表2 系統(tǒng)軟件構成

圖3 系統(tǒng)硬件結構圖

3.2 軟件組態(tài)及操作界面

由于采用西門子觸摸屏作為現(xiàn)場物料識別控制臺，所以軟件組態(tài)利用西門子的編程組態(tài)軟件開發(fā)，主要是考慮西門子編程組態(tài)軟件及觸摸屏的成熟及可靠性，出于節(jié)省開支及僅僅只是完成與現(xiàn)場物料識別控制臺數(shù)據(jù)通訊，采用Win AC 4.0(軟PLC系統(tǒng))，直接安裝于精煉調(diào)度操作員站內(nèi)。

系統(tǒng)軟件結構圖見圖4。

圖4 系統(tǒng)軟件結構圖

系統(tǒng)編程主要由一副流程圖及軟件組態(tài)組成，軟件組態(tài)主要完成根據(jù)吊車工發(fā)出信號對電子秤無線電接收機數(shù)據(jù)串口數(shù)據(jù)采集，及吊車工物料確認面板編程。

電子秤無線電接收機自帶RS-232串行通訊接口，通訊方采用主從應答式，由上位機控制整個通訊鏈路，通訊時數(shù)據(jù)采用ASCⅡ碼，波特率為2400Bit，每行發(fā)送接收數(shù)據(jù)為10位，1個起始位，7個數(shù)據(jù)位，1個偶效驗位和1個停止位。編程主要根據(jù)串口編碼方式及現(xiàn)場物料識別控制臺發(fā)出無線電信號，完成正確重量數(shù)據(jù)捕捉及相關物料標示的記錄，并對物料關聯(lián)錯誤發(fā)出報警，例如行車操作工在錄入數(shù)據(jù)時輸入電爐后輸入粗銅的關聯(lián)錯誤。

系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)報表，經(jīng)篩選后制得每天吊車吊運每種物料總量統(tǒng)計報表。

此報表可根據(jù)精煉調(diào)度需求通過吊車號、物料種類、吊運時間等多種方式按查詢意圖任意組合，大大方便調(diào)度生產(chǎn)管理工作，提高了工作效率。

3.3 系統(tǒng)功能及特點

（1）操作簡便，運行穩(wěn)定，能準確及時地反映操作人員意圖，投用后操作人員即能準確操作；

（2）準確及時記錄中間物料每一條參數(shù)，包括：物料來源、物料類別、吊車號、起吊時間、目標爐號、收料時間、投料時間；

（3）具備提示功能，對每一條記錄中遺漏和錯誤的內(nèi)容在操作員站上進行提示；

（4）具備存儲功能，將每一條完整記錄的內(nèi)容存入操作員站的本地數(shù)據(jù)庫；

（5）監(jiān)控軟件能夠反應設備狀態(tài)，包括行車狀態(tài)和通訊鏈路狀態(tài)；

（6）為公司ERP/MES系統(tǒng)對中間物料計量數(shù)據(jù)的讀取提供開放的數(shù)據(jù)庫接口；

（7）供透明的無線傳輸路由。

4 結束語

結合現(xiàn)場實際情況和操作所開發(fā)的底層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（MES），充分挖掘和利用現(xiàn)場已有設備的功能，在正常生產(chǎn)的情況下，以較短的時間、較少的投入即完成安裝調(diào)試。系統(tǒng)人機界面易于操作識別，吊車工及冶煉爐（轉爐、陽極爐）爐工經(jīng)簡單培訓后即能準確無誤的操作使用，運行一年多，數(shù)據(jù)采集流程清晰，操作程序嚴謹，吊車工、冶煉爐爐工及精煉分廠調(diào)度員分工合作，互相監(jiān)督、制約即可完成計量數(shù)據(jù)的采集流程，所獲得的精煉分廠中間物料計量數(shù)據(jù)準確，完全達到設計目的。

能夠采集到艾薩爐經(jīng)電爐產(chǎn)出的熱冰銅的計量數(shù)據(jù)；各臺轉爐處理的熱冰銅、冷料、返渣（陽極爐返渣）、灰渣銅等的計量數(shù)據(jù)及產(chǎn)出的粗銅、轉爐渣的計量數(shù)據(jù)；各臺陽極爐處理的粗銅、殘極、塊條銅的計量數(shù)據(jù)；以及相應的這些中間物料的上料時間、爐次、吊運吊車號、物料毛重、皮重、凈重等關鍵數(shù)據(jù)。為精煉分廠班組考核、技經(jīng)指標提升、標準化作業(yè)、優(yōu)化生產(chǎn)方式提供準確依據(jù)。

另外，本系統(tǒng)通過精煉分廠50 t吊車電子秤將每班次所有中間物料（熱冰銅、粗銅、殘極、轉爐渣、陽極爐渣及各種返料等）的計量統(tǒng)計數(shù)據(jù)準確無誤地傳送至總廠MES系統(tǒng)，結束了多年來人工統(tǒng)計、錄入傳遞報表的歷史。為總廠的生產(chǎn)調(diào)度、各專業(yè)技術的科學管理奠定了堅實的基礎。

Abstract:The measuring data acquisition system of intermediate materials of copper smelting was developed based on using existed electronic weighting of hoist crane and adding a bit of facilities.The structure,function and application effect of the system were introduced in this paper.

Key words:copper smelting;intermediate materials;50t hoist crane;electronic weighting;measuring data acqui?sition

Development of measuring data acquisition system of intermediate materials of copper smelting

KUAI Ying,BU Hui,LI Zheng-gang

TF811.031.1；TF351

B

1672-6103（2011）02-0041-04

蒯 英（1973—），男，云南昆明人，大學本科學歷，工程師，主要從事工業(yè)電氣自動化控制工作。

2010-08-09