高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)挖掘及管理功能優(yōu)化

吳改枝 張仲瀛 （天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠，天津 300301)

高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)挖掘及管理功能優(yōu)化

吳改枝 張仲瀛 （天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠，天津 300301)

天鋼集團(tuán)煉鐵廠3 200 m3高爐報(bào)表系統(tǒng)不能適應(yīng)其冶煉強(qiáng)度和操作控制水平的提高及傳輸量的增大，造成報(bào)表服務(wù)器收不上來數(shù)據(jù)，影響高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)的連續(xù)性。根據(jù)此情況提出改變高爐報(bào)表系統(tǒng)整個(gè)通訊架構(gòu)，增加OPL通訊軟件的方案，實(shí)施系統(tǒng)優(yōu)化后可為高爐進(jìn)一步增產(chǎn)降耗提供有力的數(shù)據(jù)支持。

高爐 報(bào)表 系統(tǒng) 功能 優(yōu)化 數(shù)據(jù)庫 服務(wù)器

1 前言

天鋼3 200 m3高爐2006年投產(chǎn)至今，報(bào)表系統(tǒng)應(yīng)用比較穩(wěn)定、高效。但是，隨著高爐冶煉強(qiáng)度和出鐵產(chǎn)量的提高，報(bào)表系統(tǒng)原來的設(shè)計(jì)功能已經(jīng)不能滿足需求，如報(bào)表系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)、高爐專家系統(tǒng)之間的通訊時(shí)有中斷，服務(wù)器和采集器的應(yīng)用軟件的淘汰等問題，已經(jīng)嚴(yán)重束縛了高爐報(bào)表系統(tǒng)的穩(wěn)定和高效應(yīng)用。所以本文提出了報(bào)表系統(tǒng)的優(yōu)化改造方案。

3 200 m3高爐報(bào)表系統(tǒng)主界面編程語言采用Microsoft visual studio.net 2003，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫采用Oracle結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫軟件，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫采用iHistorian 3.0。硬件設(shè)計(jì)由1臺(tái)惠普主服務(wù)器，1臺(tái)數(shù)據(jù)采集器和2臺(tái)客戶端組成。主服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和水晶報(bào)表數(shù)據(jù)的生成。主服務(wù)器操作系統(tǒng)采用微軟Windows server 2003英文操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工具Oracle安裝在主服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理并且進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。主服務(wù)器上安裝的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫iHistorian 3.0負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)，并且將處理后的數(shù)據(jù)與Oracle數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)采集器負(fù)責(zé)從一級(jí)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)報(bào)表需要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過ifix軟件自帶的過程數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)格式和數(shù)量級(jí)別的處理后，通過以太網(wǎng)傳送給主服務(wù)器。兩臺(tái)客戶端放置在高爐中央控制室，操作員可使用客戶端進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的查詢。

2 報(bào)表系統(tǒng)的總體組成和操作功能

2.1 用戶管理

2.1.1 用戶管理界面功能包括登錄本報(bào)表系統(tǒng)的不同權(quán)限用戶對(duì)報(bào)表系統(tǒng)使用權(quán)限的管理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有3 種用戶權(quán)限，分別為 administrator（管理員)、Processor（程序員)和Operator（操作員)。報(bào)表系統(tǒng)的用戶管理功能工具可以根據(jù)登陸用戶的身份不同而賦予用戶不同的權(quán)限。Administrator具有最高的管理權(quán)限，可以添加、刪除用戶，可以使用程序的所有模塊。Processor可以進(jìn)行日常的生產(chǎn)管理、高爐配料計(jì)算、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的查詢、數(shù)據(jù)庫的備份、打印生產(chǎn)報(bào)表等操作。Operator僅僅可以進(jìn)行日常的生產(chǎn)管理、報(bào)表的打印。

2.1.2 不同身份的用戶通過登錄界面進(jìn)行登錄，登錄時(shí)通過用戶名和相應(yīng)的登錄密碼進(jìn)行用戶身份驗(yàn)證。當(dāng)用戶輸入密碼錯(cuò)誤達(dá)到3次以上時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)退出。用戶登錄界面如圖1所示。

圖1 報(bào)表系統(tǒng)用戶登錄界面

2.1.3 用戶通過身份驗(yàn)證進(jìn)入報(bào)表系統(tǒng)主界面，主界面中最左邊一列圖標(biāo)分別為報(bào)表系統(tǒng)的總體操作功能菜單，用鼠標(biāo)雙擊相應(yīng)的圖標(biāo)，系統(tǒng)彈出相應(yīng)功能的操作菜單。例如右邊的計(jì)算機(jī)用戶管理樹形結(jié)構(gòu)。用戶管理包括增加用戶、更改密碼和刪除用戶三項(xiàng)子菜單。只有管理員才有權(quán)限對(duì)這三項(xiàng)功能進(jìn)行操作。如圖2所示。

圖2 報(bào)表系統(tǒng)主界面

2.2 生產(chǎn)管理

生產(chǎn)管理菜單模塊主要包括各種原料、燃料的成分管理、風(fēng)口面積的計(jì)算、出渣出鐵記錄的手工輸入，爐頂煤氣成分的記錄以及爐喉CO2分布記錄及曲線圖。菜單展開樹形結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 報(bào)表操作菜單展開樹形結(jié)構(gòu)圖

2.3 高爐的配料計(jì)算

根據(jù)高爐工藝要求，將操作員給定的原料燃料條件和冶煉參數(shù)通過報(bào)表系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，確定單位生鐵的原燃料消耗、冶煉產(chǎn)品的成分和數(shù)量、風(fēng)量以及煤氣量和煤氣成分，為生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供成本核算依據(jù)。操作員通過配料計(jì)算界面輸入礦種及其成分、溶劑及其成分、燃料配比、鼓風(fēng)參數(shù)和工藝參數(shù)，報(bào)表系統(tǒng)經(jīng)過計(jì)算生成一張配料計(jì)算表。表中顯示了配料計(jì)算的結(jié)果，該結(jié)果是在當(dāng)前的礦種配比下冶煉1 t鐵需要的原料重量以及對(duì)鐵水、爐渣、爐頂煤氣以及需要的風(fēng)量作出了預(yù)測(cè)。計(jì)算結(jié)果可以輸出為EXCEL文件打印，作為生產(chǎn)配料以及成本核算的重要指導(dǎo)。

2.4 IH數(shù)據(jù)庫的查詢

該模塊可以對(duì)IH實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢，查詢分為瞬時(shí)查詢和歷史查詢2個(gè)界面。瞬時(shí)查詢是對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的瞬時(shí)值進(jìn)行查詢。歷史查詢可以根據(jù)raw by number（按制定數(shù)量查詢)、raw by time（按起止時(shí)間時(shí)間)、calculated（按計(jì)算模式)3種模式對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。計(jì)算模式下可以根據(jù)指定的時(shí)間間隔對(duì)各節(jié)點(diǎn)的最小值、最大值、平均值進(jìn)行查詢。

2.5 報(bào)表的打印

報(bào)表打印模塊有2個(gè)子模塊，生產(chǎn)日?qǐng)?bào)管理和生產(chǎn)月報(bào)管理。子菜單下分別有11級(jí)和5級(jí)子功能。主要的報(bào)表分為生產(chǎn)日?qǐng)?bào)和生產(chǎn)月報(bào)。其中日?qǐng)?bào)表包括熱風(fēng)爐日?qǐng)?bào)、高爐上料日?qǐng)?bào)、爐頂裝料日?qǐng)?bào)、爐頂檢測(cè)日?qǐng)?bào)、十字測(cè)溫日?qǐng)?bào)、冷卻壁測(cè)溫日?qǐng)?bào)、爐襯測(cè)溫日?qǐng)?bào)、爐體功輔數(shù)據(jù)日?qǐng)?bào)、噴煤日?qǐng)?bào)、出鐵渣日?qǐng)?bào)、高爐原料實(shí)績(jī)?nèi)請(qǐng)?bào)。月報(bào)表包括十字測(cè)溫月報(bào)、冷卻壁測(cè)溫月報(bào)、爐襯測(cè)溫月報(bào)、爐體公輔數(shù)據(jù)月報(bào)、高爐原料實(shí)績(jī)?cè)聢?bào)。樹形結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 報(bào)表打印菜單展開圖

2.6 數(shù)據(jù)庫的備份

本模塊提供2種備份模式，一種是完全數(shù)據(jù)庫的備份，另一種是用戶模式的數(shù)據(jù)庫的備份。數(shù)據(jù)備份的作用是為日后對(duì)高爐歷史生產(chǎn)狀況、高爐壽命、生產(chǎn)成本以及數(shù)據(jù)庫恢復(fù)做準(zhǔn)備。

2.7 接口數(shù)據(jù)瀏覽

該模塊主要顯示本系統(tǒng)和高爐專家系統(tǒng)、其它L2系統(tǒng)以及L3系統(tǒng)所交換的數(shù)據(jù)信息向高爐專家系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。該模塊的功能沒有集成在應(yīng)用程序中，而是在數(shù)據(jù)庫中通過觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。它和L1的通訊主要是通過Simitac Net OPC Server和IH數(shù)據(jù)庫的OPC collector實(shí)現(xiàn)。OPC的采集器能夠自動(dòng)檢索L1級(jí)PLC上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)設(shè)定的采樣周期將需要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到IH數(shù)據(jù)庫中。

山西省聞喜縣已圓滿完成了水利普查第一階段的清查工作，12類普查對(duì)象空間數(shù)據(jù)采集與標(biāo)繪工作已全部完成，并順利完成普查靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的預(yù)審與錄入工作。兩年的普查工作中遇到了許多問題，在處理中也得到一些啟示。

2.8 退出系統(tǒng)

該模塊主要用于用戶間的切換、系統(tǒng)維護(hù)、數(shù)據(jù)備份，系統(tǒng)故障時(shí)是需要退出系統(tǒng)進(jìn)行重新登錄。

3 報(bào)表系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及存在的問題分析

3 200 m3高爐報(bào)表系統(tǒng)目前的運(yùn)行狀況比較穩(wěn)定，基本滿足高爐生產(chǎn)操作和能耗、成本核算的要求。隨著冶煉強(qiáng)度和操作控制水平的提高，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量增大，系統(tǒng)偶爾會(huì)出現(xiàn)通訊聯(lián)接中斷，報(bào)表服務(wù)器無法上收數(shù)據(jù)的問題，我們初步分析問題原因如下。

3.1 由于采購(gòu)的iHistorian 3.0點(diǎn)數(shù)為5000點(diǎn)，支持的最大并發(fā)連接數(shù)為30個(gè)，而高爐二級(jí)系統(tǒng)正常工作時(shí)需要的最大工作連接為17～18個(gè)。

3.2 在3 200 m3高爐投產(chǎn)后接著又運(yùn)行了高爐專家系統(tǒng)，而且專家系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)都從iHistorian數(shù)據(jù)庫中獲取，微軟的Visual Studio.Net采用的斷開式數(shù)據(jù)互聯(lián)訪問造成很多新建的iHistorian數(shù)據(jù)連接在使用后來不及銷毀，使iHistorian數(shù)據(jù)庫的最大并發(fā)連接在高峰時(shí)超過30個(gè)，因而造成數(shù)據(jù)連接的偶爾中斷。為了維持生產(chǎn)，當(dāng)時(shí)我們?cè)诟郀t服務(wù)器上設(shè)置定時(shí)清空iHistorian連接緩存的批處理程序，但是此問題沒有得到根本的解決。

3.3 3 200 m3高爐的組態(tài)軟件、編程軟件以及硬件設(shè)備相對(duì)比較陳舊，而且同型號(hào)的硬件和軟件目前基本已經(jīng)退市。

4 報(bào)表系統(tǒng)的改造方案

圖5 優(yōu)化后的報(bào)表管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.1 為了滿足高爐生產(chǎn)的操作、原材料成本核算和操作水平的要求，本文提出對(duì)高爐報(bào)表系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造優(yōu)化方案。對(duì)于3 200 m3高爐存在的問題，為了從根本上將其解決，考慮改變3 200 m3高爐報(bào)表系統(tǒng)的整個(gè)通訊架構(gòu)。增加OPC通訊軟件RSSQL，通過在RSSQL軟件設(shè)定歸檔周期，在Oracle數(shù)據(jù)庫內(nèi)編制存儲(chǔ)過程，RSSQL軟件可以根據(jù)設(shè)定的歸檔周期自動(dòng)將數(shù)據(jù)歸檔到報(bào)表服務(wù)器和專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中去，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能將大大增加，從而可以解決系統(tǒng)通訊中斷問題。優(yōu)化過程中涉及到高爐參數(shù)平均值、最大值計(jì)算的，可以采用在數(shù)據(jù)庫中建立臨時(shí)表的方式，然后用SQL語句進(jìn)行處理。系統(tǒng)優(yōu)化后為3 200 m3高爐進(jìn)一步增產(chǎn)降耗提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

優(yōu)化后的系統(tǒng)通訊和數(shù)據(jù)傳輸框架如圖5所示。

4.1.1 L2系統(tǒng)的通訊工作站安裝的通訊組態(tài)軟件

（1) iFix 3.0：負(fù)責(zé)和上料、爐頂、本體、熱風(fēng)爐PLC通訊以及數(shù)據(jù)采集工作。

（2) Simentic Net：負(fù)責(zé)和噴煤PLC通訊以及數(shù)據(jù)采集工作。

（3) iFix Collector：此組件為IHistorian數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)采集組件，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)向iH數(shù)據(jù)庫歸檔。

4.1.2 3 200 m3高爐改造優(yōu)化后采用的系統(tǒng)架構(gòu)

（1) 高爐報(bào)表工作程序：負(fù)責(zé)高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表的顯示、瀏覽、打印輸出等。

（2) 高爐專家系統(tǒng)通訊程序：負(fù)責(zé)高爐專家系統(tǒng)和報(bào)表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊接口。

（3) 高爐數(shù)據(jù)報(bào)表通訊程序：負(fù)責(zé)從iHistorian實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中取出數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算加工后，按照高爐報(bào)表需要的格式保存在Oracle數(shù)據(jù)庫中，以便于報(bào)表系統(tǒng)客戶端對(duì)高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)查詢、打印。

3 200 m3高爐報(bào)表系統(tǒng)界面的應(yīng)用程序采用Microsoft Visual Studio 2010編制替代原來的Microsoft Visual Studio 2003。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用Oracle 10.0數(shù)據(jù)庫替代原來的Oracle 9.0，報(bào)表編制采用VS自帶的水晶報(bào)表。

5 結(jié)論

針對(duì)3 200 m3高爐報(bào)表系統(tǒng)存在的數(shù)據(jù)通訊中斷問題，結(jié)合天鋼工藝和生產(chǎn)的實(shí)際狀況，通過改造和優(yōu)化報(bào)表系統(tǒng)構(gòu)架和軟件接口方式來解決這一技術(shù)問題，本方案已經(jīng)得到公司領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)可與支持，于2011年4月投入生產(chǎn)試運(yùn)行。經(jīng)過三個(gè)多月的調(diào)試與完善，本方案在生產(chǎn)試運(yùn)行階段幾乎沒有出現(xiàn)過通訊中斷或數(shù)據(jù)丟失的故障，基本達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期效果，這對(duì)高爐生產(chǎn)操作、成本核算和歷史數(shù)據(jù)查詢的效率起著重要的作用。

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BF Production Data Investigation and Management Function Optimization

Wu Gaizhi,Zhang Zhongying

The reporting system of 3 200 m3BF at TISCO Iron-making Plant,failing to adapt to new smelting strength and the improvement and transmission growth of operation and control system,affected the production data continuity because the reporting server could not collect data timely.In this respect,the authors suggest changing the whole communication architecture of BF reporting system and adding OPL communication software to execute system optimization,in order to provide powerful data support for the blast furnace to further increase production and reduce energy consumption.

BF,report,system,function,optimization,database,server

（收稿 2011－07－13 責(zé)編 崔建華)

吳改枝，女，2002年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)計(jì)算數(shù)學(xué)及其應(yīng)用軟件專業(yè)，工程師，現(xiàn)在天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠檢修作業(yè)區(qū)從事高爐PLC系統(tǒng)、高爐報(bào)表系統(tǒng)和專家系統(tǒng)維護(hù)工作，同時(shí)就讀于東北大學(xué)信息學(xué)院控制工程專業(yè)工程碩士。