高爐數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)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(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是以實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)為支撐，通過數(shù)據(jù)采集、計算、分析與數(shù)據(jù)統(tǒng)計來反映高爐的生產(chǎn)情況。

2 設計開發(fā)背景

目前,高爐爐況分析數(shù)據(jù)主要來自于生產(chǎn)監(jiān)控畫面的實時數(shù)據(jù)、歷史趨勢和每天的人工報表數(shù)據(jù)。由于監(jiān)控畫面顯示和歷史趨勢的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)能解決這一問題，但是要從這些大量的紙質(zhì)報表中進行數(shù)據(jù)提煉、分析，效率低下，且這種傳統(tǒng)的依靠操作工日復一日的手動抄錄數(shù)據(jù)存在較多缺點。

2.1 手工抄錄數(shù)據(jù)易出現(xiàn)差錯。

2.2 數(shù)據(jù)出差錯后追溯難度大。

2.3 不便于對歷史數(shù)據(jù)進行查詢。

2.4 不便于管理人員對高爐現(xiàn)場的生產(chǎn)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(fā)展需求，更無法為今后的大數(shù)據(jù)分析提供可靠的數(shù)據(jù)來源。

高爐數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)正是為了解決上述問題而設計開發(fā)的，該系統(tǒng)操作便捷、數(shù)據(jù)來源可靠、計算分析準確，系統(tǒng)穩(wěn)定運行，整體上提高了二鐵廠的工作效率。

3 高爐數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)簡介

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

二鐵高爐數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的主要系統(tǒng)流程為：

（1）架設KEPWare EX OPC 服務器，通過其內(nèi)置驅(qū)動與不同品牌PLC 進行連接，再由自定義開發(fā)的數(shù)據(jù)采集程序，將OPC 服務器內(nèi)相關(guān)設備的有效數(shù)據(jù)讀取出來保存到服務端數(shù)據(jù)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(jiān)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(shù)、支持加減乘除運算和邏輯運算，可對數(shù)據(jù)進行處理后形成新的數(shù)據(jù)源，供后續(xù)使用。

（2）通過數(shù)據(jù)處理中間件程序?qū)?shù)據(jù)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(diào)用后臺方法將數(shù)據(jù)展示在前端頁面中，供用戶參考、操作。

系統(tǒng)主要流程如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

3.2 系統(tǒng)主要模塊介紹

3.2.1 登錄模塊及首頁

高爐數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的登錄模塊主要有兩大權(quán)限：高爐操作工權(quán)限和管理員權(quán)限，其中每個賬戶只能查看對應高爐的數(shù)據(jù)，管理員權(quán)限可以訪問4 座高爐的所有數(shù)據(jù)和調(diào)度日志模塊，但不能對數(shù)據(jù)進行任何操作。進入系統(tǒng)后，頁面左邊是目錄樹形式，展示所有高爐的功能操作。系統(tǒng)頁面中右以圖形化形式展示了四座高爐的利用系數(shù)、每日產(chǎn)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(yè)數(shù)據(jù)：分為高爐作業(yè)情況（圖2）和出鐵情況（圖3）兩部分。高爐作業(yè)情況展示高爐操作及爐狀的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，其中探尺料線反映是整點前15 分鐘內(nèi)的最大料線，送風風溫是整點一個小時內(nèi)的平均風溫，這些運算通過OPC 內(nèi)置函數(shù)經(jīng)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(shù)據(jù)等。

圖2 高爐作業(yè)數(shù)據(jù)

圖3 高爐出鐵數(shù)據(jù)

（2）爐頂數(shù)據(jù)：每小時記錄一次，顯示高爐爐頂設備料罐、閥箱、氣密箱等數(shù)據(jù)。

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

（5）能源消耗數(shù)據(jù)：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(shù)據(jù)：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(shù)等，如圖4。

圖4 槽下上料數(shù)據(jù)

（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(jīng)濟技術(shù)指標：根據(jù)二鐵廠提供的公式對高爐各項經(jīng)濟技術(shù)指標進行每日統(tǒng)計，同時也可查詢以往的歷史技術(shù)指標。其中發(fā)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(guān)的計算。其系統(tǒng)畫面如圖5 所示。

圖5 經(jīng)濟技術(shù)指標

3.2.3 調(diào)度日志模塊

調(diào)度日志分為調(diào)度日志、鐵水磅記錄，根據(jù)二鐵調(diào)度現(xiàn)有紙質(zhì)報表，開發(fā)出格式相同的電子報表。然后將各種不同的數(shù)據(jù)源整合成一條完整的符合要求的數(shù)據(jù)并填入報表模板中。報表中一部分數(shù)據(jù)來源于其它的信息化系統(tǒng)，如鐵前MES 系統(tǒng)，產(chǎn)銷MES(一鋼檢化驗部分)，另一部分數(shù)據(jù)則來源于系統(tǒng)中的高爐報表模塊。

4 技術(shù)創(chuàng)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(tǒng)的報表開發(fā)技術(shù)很難滿足高爐數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中復雜的調(diào)度日志報表和生產(chǎn)報表，這些報表往往是樣式不太規(guī)則，數(shù)據(jù)來自多個不同的地方，并且可能需要對數(shù)據(jù)在報表中進行一些相對復雜的處理。最終經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)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(shù)據(jù)展示(報表)和數(shù)據(jù)錄入(表單)功能于一身，用于快速構(gòu)建企業(yè)信息系統(tǒng)的Java 報表軟件。

其主要優(yōu)勢如下：

（1）報表三層架構(gòu)設計。FineRepor 報表軟件采用主流的三層架構(gòu)模式進行設計，只需要在開發(fā)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(fā)效率。

（2）多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。由于高爐生產(chǎn)的復雜性，需要眾多數(shù)據(jù)來為高爐生產(chǎn)情況的分析提供支撐，而這些數(shù)據(jù)的來源繁多，用傳統(tǒng)的B/S 開發(fā)模式很難實現(xiàn)相對應的功能，尤其是動態(tài)數(shù)據(jù)的處理。

FineReport 報表軟件提供了異構(gòu)數(shù)據(jù)源模型、Excel+綁定數(shù)據(jù)列的報表設計模型等，使得行列對稱；同一張報表的數(shù)據(jù)可同時來自多個數(shù)據(jù)表，多個不同的數(shù)據(jù)庫，或者多個不同的用戶自定義數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫連接。FineReport 報表支持多維數(shù)據(jù)庫，支持多種數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)源，如Oracle、DB2、SQLServer、MySQL、Sybase、Informix 等主流的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫；支持通過JDBC的方式直接連接數(shù)據(jù)庫，或通過JNDI的方式與應用服務器共享數(shù)據(jù)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(fā)人員的開發(fā)效率，且其集成了很多第三方UI 庫，開發(fā)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(shù)據(jù)分析系統(tǒng)采用的是前后端分離的開發(fā)模式，這不僅提高了系統(tǒng)開發(fā)效率，也減輕了后期系統(tǒng)維護帶來的壓力。

5 系統(tǒng)運行效果

5.1 二鐵高爐數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)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(chǎn)數(shù)據(jù)現(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)，客戶端可以進行在線數(shù)據(jù)的查詢，高爐的管理人員和調(diào)度人員能更方便的觀察數(shù)據(jù)以分析高爐生產(chǎn)情況，更快作出決策。

5.3 由于高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)可自動記錄并計算相關(guān)技術(shù)指標，相比于人工操作更準確快捷，各類實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)一應俱全，保證了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的完整性和準確性。為二鐵廠貫徹落實優(yōu)崗減員，降本創(chuàng)效政策提供了有力支持。

6 結(jié)論

二鐵數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)自2020 年5 月在第二煉鐵廠全面投運至今，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。系統(tǒng)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(cè)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(chuàng)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(fā)展打下堅實的基礎。