煉鋼廢鋼分類計(jì)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(tái)，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(jià)格影響轉(zhuǎn)爐冶煉的成本，所以廢鋼分類計(jì)量的準(zhǔn)確性十分重要，為此，對(duì)廢鋼分類計(jì)量進(jìn)行研究，創(chuàng)建了廢鋼分類計(jì)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(jì)，效率低，差錯(cuò)率高，其精準(zhǔn)度和實(shí)時(shí)性不能滿足模型自動(dòng)煉鋼和現(xiàn)代煉鋼企業(yè)生產(chǎn)組織需求[1]。系統(tǒng)實(shí)施前存在煉鋼生產(chǎn)物流計(jì)量數(shù)據(jù)處理方式簡單，量值傳遞精度差，無定位識(shí)別功能，不能形成完整的數(shù)據(jù)流，不具備復(fù)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(zhǔn)度和實(shí)效性[2]。同時(shí)基礎(chǔ)和過程自動(dòng)化系統(tǒng)只具備數(shù)據(jù)搜集功能，不能構(gòu)成精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)鏈，生產(chǎn)物流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析處于半手工狀態(tài)，制約工藝控制、能耗水平。于是對(duì)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(jì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)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(yùn)行的難題。

1 廢鋼計(jì)量方法創(chuàng)新思路

1）因?yàn)閷?duì)廢鋼庫位進(jìn)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(shù)實(shí)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(jìn)行分類計(jì)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(jì)算，自動(dòng)進(jìn)行廢鋼分類計(jì)量。

3）因?yàn)閯?chuàng)建廢鋼分類二級(jí)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(jí)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(jì)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(jìn)行定性分析，判斷廢鋼加料種類；利于廢鋼軌道衡系統(tǒng)進(jìn)行定量計(jì)量，實(shí)現(xiàn)廢鋼分類計(jì)量，并且建立廢鋼二級(jí)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廢鋼分類計(jì)量計(jì)量的準(zhǔn)確性和廢鋼操作管理系統(tǒng)。

2 廢銅計(jì)算方法實(shí)施方案

2.1 廢鋼分類計(jì)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(cè)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(biāo)識(shí)裝置、廢鋼定位識(shí)別裝置、廢鋼分類計(jì)量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、廢鋼分類計(jì)量二級(jí)服務(wù)器系統(tǒng)、廢鋼分類計(jì)量量客戶端系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)廢鋼儀表檢測(cè)、傳輸、計(jì)量和數(shù)據(jù)采集，最終通過服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器系統(tǒng)通訊將數(shù)據(jù)采集到廢鋼分類計(jì)量系統(tǒng)二級(jí)客戶端。

2.2 廢鋼分類計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集

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

2.3 廢鋼分類計(jì)量系統(tǒng)的實(shí)施

采用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通過創(chuàng)建相應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表、位置組表、位置組表、參數(shù)表、廢鋼報(bào)告表。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)稱量設(shè)備運(yùn)行的情況，定義相應(yīng)的廢鋼分類計(jì)量稱重參數(shù)，剔除不合理稱重?cái)?shù)據(jù)，保證稱重采集正常。

2.3.1 主要廢鋼分類計(jì)量稱重參數(shù)設(shè)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(jì)算推理的時(shí)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(jì)算推理的時(shí)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(jì)算推理的時(shí)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(jì)算推理的時(shí)候，廢鋼加入量下限的判斷。

5）最小采集平臺(tái)長度。最小采集平臺(tái)長度，當(dāng)判斷廢鋼二級(jí)系統(tǒng)發(fā)生上稱、下稱或者加二級(jí)廢鋼事件的時(shí)候，連續(xù)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)值的個(gè)數(shù)。

6）最小采集平臺(tái)差值。最小采集平臺(tái)差值，判斷連續(xù)穩(wěn)定平臺(tái)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(guān)鍵方法

例如1 號(hào)廢鋼車在2 號(hào)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(shí)候設(shè)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(jì)量程序在計(jì)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(tái)長度、廢鋼最小采集平臺(tái)差值等6 個(gè)參數(shù)之間的3 個(gè)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(shí)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(jì)算稱重值的時(shí)候，數(shù)據(jù)采集應(yīng)用滿足穩(wěn)定稱重?cái)?shù)據(jù)的采集，滿足最小采集平臺(tái)長度的要求，同時(shí)滿足最小采集平臺(tái)差值的要求，以保證稱重采集時(shí)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。

2.3.3 廢鋼分類計(jì)量過程

1）步驟1。1 號(hào)廢鋼車開到2 號(hào)軌道衡上，軌道衡由-30 t 顯示0，此時(shí)廢鋼分類計(jì)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(jìn)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(jì)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(shí)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(shí)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(hào)軌道衡位置，將吊起的T2廢鋼加入廢鋼斗內(nèi)。此時(shí)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(shí)，軌道衡稱重值由0 變?yōu)門1，定量計(jì)算，定義為軌道衡加入廢鋼T1。

5）步驟5。廢鋼分類計(jì)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(fù)步驟2 到步驟5 的過程，實(shí)現(xiàn)多次加廢鋼分類計(jì)量。

7）步驟7。1 號(hào)廢鋼車開離2 號(hào)軌道衡上，軌道衡由T2顯示0，此時(shí)廢鋼分類計(jì)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(shí)，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(yīng)該與每次質(zhì)量之和相等。

2.4 廢鋼二級(jí)系統(tǒng)軟件開發(fā)應(yīng)用

廢鋼二級(jí)通過廢鋼稱重儀表檢測(cè)系統(tǒng)和天車電磁定位檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行稱重和位置的采集，寫入到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)在采集器界面進(jìn)行顯示。通過推理機(jī)進(jìn)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(jìn)行顯示，同時(shí)實(shí)現(xiàn)和天車二級(jí)的通訊，實(shí)現(xiàn)廢鋼和軌道衡質(zhì)量的對(duì)應(yīng)。

2.4.1 廢鋼二級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

廢鋼二級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理過程：第一步，廢鋼采集器將現(xiàn)場(chǎng)儀表檢測(cè)信號(hào)采集到廢鋼數(shù)據(jù)庫scrapcal實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表中。第二步，廢鋼推理機(jī)將采集到數(shù)據(jù)庫中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)推理，產(chǎn)生廢鋼報(bào)告寫入數(shù)據(jù)庫scrapcal 的scrap_wgt 表中。第三步，廢鋼推理機(jī)同時(shí)執(zhí)行天車二級(jí)服務(wù)器1 數(shù)據(jù)庫hlwlnew 下的存儲(chǔ)過程insert_scrap，將廢鋼二級(jí)報(bào)告數(shù)據(jù)寫入到天車二級(jí)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(duì)數(shù)據(jù)庫scrapcal 的scrap_wgt 表進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢顯示，同時(shí)可以進(jìn)行導(dǎo)出報(bào)表操作。第五步，廢鋼天車加廢鋼完畢之后，將熔煉號(hào)回寫到表X_CRN_L25_SCRAP 中，廢鋼間軌道衡和廢鋼天車熔煉號(hào)對(duì)應(yīng)完畢。圖1 為數(shù)據(jù)流程圖。

2.4.2 廢鋼二級(jí)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括廢鋼二級(jí)采集器、廢鋼二級(jí)推理機(jī)和廢鋼二級(jí)瀏覽器，采集器完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中；推理機(jī)通過讀取采集器存放到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，進(jìn)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?cái)?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(shí)采用廢鋼軌道衡稱重?cái)?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(shí)際情況：廢鋼槽車上有散落廢鋼、軌道衡稱體波動(dòng)、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(dāng)廢鋼槽車載著廢鋼斗在軌道衡上的時(shí)候，軌道衡稱重?cái)?shù)據(jù)值顯示為廢鋼斗的皮重值，即軌道衡稱空載的時(shí)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(dāng)廢鋼車上稱的時(shí)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(dāng)滿足連續(xù)穩(wěn)定條件構(gòu)成一個(gè)平臺(tái)的時(shí)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(dāng)廢鋼車下稱的時(shí)，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(dāng)滿足連續(xù)穩(wěn)定條件構(gòu)成一個(gè)平臺(tái)的時(shí)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(shí)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(shí)間之內(nèi)，當(dāng)使用電磁吊進(jìn)行廢鋼加料時(shí)，當(dāng)軌道衡稱重值增加一定量時(shí)，例如增加Wfen，同時(shí)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(duì)應(yīng)的料種值作為該次廢鋼分組的料種值。條件5：廢鋼下稱時(shí)取得的毛重值與上稱時(shí)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(gè)種類進(jìn)行累加為各個(gè)分組分的凈值。

3 實(shí)施效果

開發(fā)了一種廢鋼分類計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法和廢鋼分類計(jì)量系統(tǒng)軟件，促進(jìn)了廢鋼的精準(zhǔn)計(jì)量和鋼鐵料消耗管理工作的加強(qiáng)，計(jì)量及時(shí)并準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)噸鋼鋼鐵料消耗降低0.10 kg/t，該技術(shù)處于國際先進(jìn)水平。

4 結(jié)論

實(shí)現(xiàn)廢鋼自動(dòng)判斷料種、自動(dòng)分類計(jì)量，為降低鋼鐵料消耗提供數(shù)據(jù)支撐，利于成本控制，實(shí)現(xiàn)廢鋼分類計(jì)量的準(zhǔn)確性。廢鋼計(jì)量的準(zhǔn)確性促進(jìn)提高鋼鐵料消耗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，降低鋼鐵料消耗，提高了技術(shù)和管理手段。同時(shí)促進(jìn)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。