高宇琦

(山西省自動(dòng)化研究所，山西 太原 030012)

高爐生產(chǎn)的化學(xué)過程非常復(fù)雜，數(shù)據(jù)報(bào)表的及時(shí)性及準(zhǔn)確性對(duì)工藝生產(chǎn)有指導(dǎo)和決定性的作用，提供全面及時(shí)的高爐及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)(實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù))才能對(duì)高爐進(jìn)行有效的生產(chǎn)指導(dǎo)。在未上自動(dòng)報(bào)表系統(tǒng)前，安泰集團(tuán)公司高爐工藝管理人員只能從高爐的操作日志進(jìn)行事后分析，數(shù)據(jù)報(bào)表時(shí)間屬于滯后型，給煉鐵生產(chǎn)客觀、全面、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)和指導(dǎo)造成很大的誤差。

結(jié)合高爐煉鐵的特點(diǎn)，利用微軟公司的.NET Framework平臺(tái)下的Windows Forms(C#)技術(shù)以及甲骨文公司的Oracle數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，我們開發(fā)了基于C/S 結(jié)構(gòu)的高爐數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。它是信息化與生產(chǎn)自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合，通過對(duì)高爐在運(yùn)行過程中重要的工藝參數(shù)進(jìn)行提取，整合，歸檔，處理，并長期保存，方便工藝人員或管理層隨時(shí)查詢。該系統(tǒng)成功運(yùn)行使原料調(diào)度合理化，為高爐優(yōu)化配料節(jié)省了成本，對(duì)實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化，實(shí)事求是地反映高爐的運(yùn)行狀況，以及科學(xué)分析高爐的運(yùn)行狀態(tài)提供了可靠依據(jù)。

1 系統(tǒng)配置

1.1 硬件組成

該數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)配置了1 臺(tái)服務(wù)器和4 臺(tái)客戶端計(jì)算機(jī)，其中3 座高爐各配置1 臺(tái)客戶端計(jì)算機(jī)，總調(diào)度室配置1 臺(tái)客戶端計(jì)算機(jī)。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，需要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的計(jì)算和處理，對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器的硬件配置要求較高。本系統(tǒng)選用Intel Xeon E5506 四核處理器，4GB 內(nèi)存，1TB 硬盤6 塊實(shí)現(xiàn)RAID 冗余，保證了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的速度和安全，即使在個(gè)別硬盤損壞的情況下，軟、硬件系統(tǒng)仍能夠正常工作，不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。同時(shí)考慮到服務(wù)器在系統(tǒng)運(yùn)行中的重要性，為服務(wù)器配置了不間斷電源(UPS)。

高爐自動(dòng)控制系統(tǒng)采用西門子SIMATIC S7-400 系列PLC，配置工業(yè)以太網(wǎng)接口CP443-1。

1.2 軟件組成

服務(wù)器運(yùn)行SIMATIC NET OPC(OLE for Process Control)服務(wù)程序、Oracle 10 g 開發(fā)的數(shù)據(jù)處理程序、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫程序。4 臺(tái)客戶端根據(jù)用途不同，分別運(yùn)行功能和權(quán)限不同的查詢和報(bào)表程序。

Windows Form 是以.Net Framework 為基礎(chǔ)的應(yīng)用程式新平臺(tái)，它可以創(chuàng)建包括從簡單的消息框到功能復(fù)雜的多文檔界面的應(yīng)用程序和顯示用戶界面。Windows Form 是用于生成利用公共語言運(yùn)行庫的Windows 客戶端應(yīng)用程序框架，可用公共語言運(yùn)行支持任何語言編寫Windows 窗體應(yīng)用程序。

C#是在.Net Framework 環(huán)境下運(yùn)行的開發(fā)語言，它從C和C++語言演化而來，是Microsoft 專門為使用.Net 平臺(tái)而創(chuàng)建的。C#是一種現(xiàn)代的、面向?qū)ο蟮恼Z言，它結(jié)合了C、C++和Visual C++的強(qiáng)大功能以及Visual Basic 的易用性。C#具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，它的編譯環(huán)境.Net Framework 具有跨應(yīng)用平臺(tái)的能力，因此其應(yīng)用前景更為廣泛［1］。

Oracle 是以高級(jí)結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)為基礎(chǔ)的大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫，通俗地講它是用方便邏輯管理的語言操縱大量有規(guī)律數(shù)據(jù)的集合。是目前最流行的客戶/服務(wù)器(CLIENT/SERVER)體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫之一。Oracle 數(shù)據(jù)庫是目前世界上使用最為廣泛的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，作為一個(gè)通用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它具有完整的數(shù)據(jù)管理功能;作為一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫，它是一個(gè)完備關(guān)系的產(chǎn)品;作為分布式數(shù)據(jù)庫它實(shí)現(xiàn)了分布式處理功能。

2 系統(tǒng)功能

軟件系統(tǒng)按照功能劃分主要包括系統(tǒng)管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置、參數(shù)數(shù)據(jù)錄入、查詢報(bào)表四大部分。

2.1 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理包括:權(quán)限設(shè)置、用戶設(shè)置、修改密碼、部門設(shè)置、終端設(shè)置。本系統(tǒng)通過設(shè)置管理員的用戶和密碼，以及權(quán)限等級(jí)，來進(jìn)行系統(tǒng)管理，防止料種參數(shù)的非法修改。當(dāng)用戶等級(jí)為“管理員”時(shí)，可以對(duì)系統(tǒng)料種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整。當(dāng)用戶等級(jí)為“操作員”時(shí)，僅能對(duì)料種數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、匯總、生成報(bào)表［2］。

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置包括:高爐設(shè)置、料倉設(shè)置、料秤設(shè)置、料大類設(shè)置、料小類設(shè)置、料倉當(dāng)前料種設(shè)置等。例如:

1)料種設(shè)置:點(diǎn)擊“基礎(chǔ)信息”菜單中的“料小類設(shè)置”，出現(xiàn)“料種設(shè)置”界面?！傲戏N設(shè)置”界面用來進(jìn)行當(dāng)前料種的“含水率”和“品位”設(shè)置，以及進(jìn)行新增加料種的錄入。

2)修改“含水率”和“品位”:點(diǎn)擊以選中需要修改的料種，在畫面編輯區(qū)域會(huì)顯示當(dāng)前所選中料種的相關(guān)參數(shù)。修改相應(yīng)的“含水率”和“品位”例如需要修改“庫蘭塊礦”的“含水率”為2%，則在含水率一欄中輸入“0.02”，含水率為“0”，則輸入“0”;品位的修改步驟同“含水率”。

3)新增料種:點(diǎn)擊畫面中的“新增”按鈕，會(huì)出現(xiàn)如下界面。

圖1 新增料種錄入表界面

點(diǎn)擊料大類后的下拉列表框，選擇相應(yīng)的料種類如新增的料種屬于“球團(tuán)”，則選擇球團(tuán);輸入新增料種編號(hào)，例如球團(tuán)則輸入“QT_03”，不和表中的其他料種編號(hào)重復(fù)即可;輸入新增料種名稱，如輸入“澳洲塊礦”;“含水率”和“品位”的輸入同前面介紹的修改方法。

2.3 參數(shù)數(shù)據(jù)錄入

參數(shù)數(shù)據(jù)錄入包括:出鐵量錄入、含水率錄入、焦理化指標(biāo)、礦理化指標(biāo)、風(fēng)口狀況錄入、爐渣成份錄入、高爐煤氣分析、休風(fēng)減風(fēng)情況、焦炭定值調(diào)整等。

參數(shù)數(shù)據(jù)錄入方法與“新增料種”操作方法類似。

2.4 查詢報(bào)表

查詢統(tǒng)計(jì)報(bào)表包括:上料記錄表、上料明細(xì)查詢、上料記錄班報(bào)、上料記錄日?qǐng)?bào)、上料記錄月報(bào)、上料記錄年報(bào)、高爐監(jiān)測記錄表、高爐監(jiān)測記錄日?qǐng)?bào)、高爐監(jiān)測記錄月報(bào)、出鐵量記錄表、含水率記錄表、物料消耗表等。例如:

1)上料記錄表

點(diǎn)擊“查詢報(bào)表”下的“上料記錄表”顯示出來上料記錄表界面如下:

圖2 上料記錄表界面

選擇需要查詢的“高爐”、“批上料時(shí)間”，點(diǎn)擊“查詢”按鈕，即可查詢出符合條件的高爐和批上料時(shí)間的記錄，若不選擇高爐，則查詢出所有高爐在該時(shí)間段內(nèi)的上料記錄。

若在“自動(dòng)刷新”復(fù)選框上打上勾，則當(dāng)有新的上料記錄時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在該界面上顯示，顯示出一條新記錄或累加到對(duì)應(yīng)的批次中。

“明細(xì)查詢”可查詢出每一個(gè)料倉的振料凈重，拋水后重量，振料開始時(shí)間，振料結(jié)束時(shí)間。與“上料記錄”相類似，除了可以設(shè)置“高爐”、“批上料時(shí)間”和“自動(dòng)刷新”外，“明細(xì)查詢”可以選擇要查詢的料種種類。

2)高爐監(jiān)測表

可監(jiān)測高爐的“風(fēng)量”、“風(fēng)溫”、“風(fēng)壓”、“頂壓”等運(yùn)行參數(shù)，每一小時(shí)采集一次相關(guān)數(shù)據(jù)。監(jiān)測表還提供日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表，其中月報(bào)表顯示相應(yīng)參數(shù)的每日平均值，日?qǐng)?bào)表顯示相應(yīng)參數(shù)的每班平均值。

所有報(bào)表的數(shù)據(jù)查詢方法相似。

3 軟件開發(fā)

基于對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)有效運(yùn)行軟件環(huán)境的分析，該軟件系統(tǒng)主要包括PLC 數(shù)據(jù)處理程序、數(shù)據(jù)采集軟件、界面編程軟件、存儲(chǔ)過程及數(shù)據(jù)上傳程序等軟件部分。

3.1 PLC 數(shù)據(jù)處理

PLC 數(shù)據(jù)處理軟件主要用于實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算及處理等，為上一級(jí)的采集服務(wù)器提供準(zhǔn)確，有效的數(shù)據(jù)。采用Step7 編程軟件實(shí)現(xiàn)高爐槽下秤、噴煤系統(tǒng)等數(shù)據(jù)的合并、導(dǎo)入、計(jì)算等，并為組態(tài)軟件提供寄存器地址［3］。

3.2 數(shù)據(jù)采集軟件

數(shù)據(jù)采集軟件要實(shí)現(xiàn)經(jīng)PLC 數(shù)據(jù)處理軟件處理后的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集功能，并將稱量、配比等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Oracle 數(shù)據(jù)庫。針對(duì)數(shù)據(jù)采集軟件所要實(shí)現(xiàn)的功能特點(diǎn)，選擇使用西門子的Simatic Net 軟件，對(duì)PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后以O(shè)PC服務(wù)器方式為采集程序提供數(shù)據(jù)。采集程序從OPC 服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)送進(jìn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)?？蛻舳塑浖苯訌姆?wù)器讀取所需數(shù)據(jù)后進(jìn)行顯示。

3.3 報(bào)表編程軟件

由于高爐入爐料結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種類繁多，PLC 無法根據(jù)電信號(hào)區(qū)分料種，PLC 程序也難以用源代碼實(shí)現(xiàn)物料分類的功能，只能靠相關(guān)的崗位人員手工管理。為實(shí)現(xiàn)高爐入爐料按物料品種、按時(shí)間的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，需要開發(fā)用于高爐變料管理的軟件程序，完成高爐入爐料按種類的統(tǒng)計(jì)匯總功能。在充分了解煉鐵變料管理工藝流程的基礎(chǔ)上，根據(jù)C#編程軟件的功能特點(diǎn)，選擇使用C#開發(fā)槽下秤上料與高爐生產(chǎn)信息匹配的管理軟件，該軟件系統(tǒng)安裝在各高爐主控室，由值班工長對(duì)每批次、每臺(tái)稱原始上料數(shù)據(jù)做批量或單次的變料維護(hù)和自動(dòng)匹配;后臺(tái)完成入爐料與質(zhì)檢項(xiàng)目的綜合計(jì)算與管理。

3.4 數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)過程及數(shù)據(jù)上傳

在Oracle 數(shù)據(jù)庫下開發(fā)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程，主要是完成高爐入爐料按高爐、種類、時(shí)間等的計(jì)算、匯總功能;應(yīng)用C#編寫的數(shù)據(jù)上傳程序，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的定時(shí)上傳到計(jì)量數(shù)據(jù)庫，同時(shí)確保數(shù)據(jù)上傳的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、可靠性。

高爐數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器存儲(chǔ)了生產(chǎn)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，應(yīng)用客戶端訪問數(shù)據(jù)庫獲得應(yīng)用程序畫面所需數(shù)據(jù)并向用戶顯示，操作人員在客戶機(jī)上通過畫面選擇報(bào)表，通過設(shè)定和啟動(dòng)打印管理，輸出報(bào)表。

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)投入運(yùn)行至今，運(yùn)行效果良好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。簡捷的管理報(bào)表不僅滿足了網(wǎng)絡(luò)化、信息化、高效化管理的工作要求，而且成功搭建了煉鐵生產(chǎn)投入信息的共享平臺(tái)，很好地滿足了煉鐵投入、產(chǎn)出成本分析的需要，達(dá)到了生產(chǎn)決策者的最終目的。

［1］王紅明，尹康銀，彭思勇.C#語言與Oracle 數(shù)據(jù)庫的接口［J］.信息通信，2009(3) ：36－39.

［2］路向榮.Oracle 數(shù)據(jù)庫在高爐智能系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)［J］.科技致富向?qū)В?011(3) ：51－51.

［3］左娜.Oracle 數(shù)據(jù)庫的性能優(yōu)化［J］.天津冶金，2013(4) ：38－41.