济钢高炉入炉料精确数据采集及监控系统开发

[摘要]  开发出一套高炉入炉料精确数据采集及监控系统，综合应用力控组态软件、Delphi可视化编程软件、Oracle关系数据库和串口联网设备等成熟技术，成功地组合各项技术接口。这对以后实施的各种通信采集和数据处理方案起到思维启发和技术引领的作用，具有很大的技术推广价值。

关键词  入炉料 数据采集 精确 实时监控 机电工程论文

0 引言

目前，钢铁市场竞争日益激烈，炼铁降成本工作显得至关重要。如何合理地评价高炉投入与产出间的能效关系，如何准确地计算高炉操作技术指标，如何准确地评价炼铁成本经济指标，成为各级管理部门关注的重点。为此，炼铁厂高炉入炉料精确采集和实时监控系统项目的开发实施就势在必行。
 

1 系统简介

济钢炼铁厂有6座350高炉和3座1750高炉。高炉入炉料包括焦炭（干熄焦、湿焦）、煤粉、烧结矿、落地矿、巴西矿、澳矿、球团矿等，高炉槽下共有140多台秤和18台喷煤秤，槽下秤属静态秤，计量准确，适宜精准配料。长期以来，铁前成本核算和生产统计用数据均以理论入炉量作为统计基础，各高炉的投料系统中有每批投料的称量数据，但没有合理存储，也未与相应的物料名称匹配，造成大量的数据资源被浪费。

炼铁厂原有的入炉料结算考核体系是以毛入炉料量来计算铁前产量的，即以皮带秤作为自产烧结矿、球团矿、焦炭的计量交割点。但皮带秤周围的外界影响因素较多，造成计量不稳定和实效性差，这是钢铁行业公认的检测难题，且多座高炉共用一条皮带秤，难以从皮带秤上细分各高炉的实际入炉量。这种方式不利于炼铁成本的核算和经济技术指标的统计。

高炉入炉料精确采集和实时监控系统通过对入炉料数据进行在线精确采集，提供上料实时计量数据，引导炼铁工序关注有效入炉量，从而精准计算炼铁成本，提升炼铁槽下秤计量管理整体水平，适用于单座高炉精确成本考核与管理。

2 系统解决方案

要实现数据的精确采集和监控，就必须创建一个能与PLC称重部分进行实时通信采集、数据存储与管理，并能提供完整高炉生产投料信息的数据处理系统，使之成为净入炉料结算体系的数据源，以及提高生产管理水平和工作效率的技术支撑。

2.1 精确数据采集方案

（1）精确数据采集方案按“实时采集每批料每台秤的净重”原则实施。所采数据的上料批次清晰透明，无需任何处理，真实可信，便于铁前区域在线监管和数据共享，使对异常数据的处理有规律可循。（2）与上料自动系统同步。上料系统每台槽下秤以设定值为基准进行备料，备料程序根据设定值自动给予补偿，以平衡每批上料的料批值，备料完毕后得到料满值（毛重）；放料时，以槽下秤放空料后的秤底作为料空值（皮重）；再用料满值减去料空值就可得到本批次入炉料的净重值。

小高炉槽下秤放料时，闸门下有料车受料。料车启动上行2～3s后，开始向组态软件提供各料斗闸门的开关量采集信号，开关量信号可一直保持到料车在炉顶放完料后回到原位，约为30～40s，从而为读取净重值提供足够的采集时间，体现了采集的时序性和数据的有效性。

大高炉系统没有受料斗，可直接采集每台秤的净重值，料满值为料满信号延时15s后的称量值（保证稳态取值），料空值为料空且闸门关到位延时5s后的称量值，由此计算出每台秤的净重值；当本批料上到主皮带后，向组态软件发送上传信号，数据库存储本批实际上料值和料批数。采集值对应料批值，体现了数据的真实性。
 

2.2 B/S网络架构及传输

B/S网络架构及传输方案：综合利用总公司现有的办公网资源，通过配置串口服务器的设备联网功能，将工控网内PLC称量数据传送至办公网；将网络接入点延伸到各炉座PLC的RTU串口前，从而使各设备采集节点与采集服务器形成一个统一的星型采集网络系统；将槽下采集系统从整体架构上分为设备层、采集层、监控层、管理层，建成一个高度集成化、分布式的办公网络与采集数据处理系统。

（1）设备层基于高炉自动上料系统，利用Concept2.6开发工具改造增加了以下功能：将每批料的净重数据实时存入PLC寄存器地址中；清空该地址，存入下批料的净重，存放期限设定在下批数据进入之前。

（2）采集层应用MOXA串口服务器性能，自动转换通信协议及硬件通信模式，有效避开了“串行通信15m的距离限制”，实现了远程通信与采集，以及多个分布式采集点向服务器集中传送的功能。

（3）监控层以开发应用力控组态软件为主，完成对投料过程的实时采集与在线监测，是本采集系统的“神经中枢”，将采集的数据存放在数据库中。它对下与各采集点的串口服务器进行通信；对内集中管理各通信设备的参数设置，完成数据库组态、脚本功能语句的编写；对上连接管理层，提供生产管理监控的界面。总之，监控层起着承上启下的作用，是本采集系统的重要组成部分。

（4）管理层以安装在采集服务器上的Oracle数据库为数据源，这种新型的管控一体化组合方式将工控网内的实时称量数据经协议转换→远程读取（按秒级周期）→采集存储→计算汇总→自动上传，完成工控网内生产数据的多层次、有步骤的处理过程，实现了工控网向主干网计质量系统传送数据的功能，保障了工控网内数据和设备的安全；应用了串口服务器设备立即联网的特性，这是消除信息化“孤岛”现象的关键设备，充分实现了生产在线数据与管理层信息链的沟通；进行了串口服务器测试、力控组态采集、脚本编写、Oracle数据库服务器创建、用Delphi编写变料管理程序、工长培训、与计质量系统的接口开发，打通了所有的技术路线，首次建立了技术开发与生产管理相结合的数据采集和处理模型。

（5）入炉料的变料管理。济钢炉料结构复杂，分为烧结、球团、焦炭、杂矿四大类，包括外购、自产、干焦、湿焦这些不同来源、不同特性的原料。在炼铁投料工序中，在哪台秤上料、何时变料、实时投料数据和物料名称的匹配等变料管理详情，只有高炉工长岗位最清楚。为此，大胆设计了变料管理的程序功能、岗位职能和工作秩序，以重点解决槽下实时入炉料与实际物料名的匹配问题，最佳地解决了长期制约本项目的“瓶颈”问题。该服务器通过存储过程为计质量系统定时上传数据，对内为工长岗位提供变料管理服务，以实现投料数据与物料名称的匹配；对外与计质量系统无缝衔接，以满足生产数据的管理、统计和查询要求。

3 结束语

高炉入炉料精确采集和实时监控系统完全达到管控一体化的设计目标：遵循“实时采集每座高炉每台秤每批料的实际净重”的采集原则，所采投料计量数据透明清晰、实时性好，便于铁前各工序在线监管；按设定的工作流程，由高炉工长手工完成实际入炉料与实时采集数据物料名称的匹配；系统自动快捷、安全完备地存储在线采集的称量记录，数据处理结果正确；系统按日按高炉按物料分类计算汇总后的数据自动正点地传入计质量系统。该系统的投运，改变了铁前区域的计量结算方式，以及炼铁厂内部的技术管理和数据统计方式，为高炉净入炉料结算体系提供了强大的数据支撑，满足了各管理层和生产技术部门对精准计量数据的需求。