高爐生產數據挖掘及管理功能優化

吳改枝 張仲瀛 （天津鋼鐵集團有限公司煉鐵廠，天津 300301)

高爐生產數據挖掘及管理功能優化

吳改枝 張仲瀛 （天津鋼鐵集團有限公司煉鐵廠，天津 300301)

天鋼集團煉鐵廠3 200 m3高爐報表系統不能適應其冶煉強度和操作控制水平的提高及傳輸量的增大，造成報表服務器收不上來數據，影響高爐生產數據的連續性。根據此情況提出改變高爐報表系統整個通訊架構，增加OPL通訊軟件的方案，實施系統優化后可為高爐進一步增產降耗提供有力的數據支持。

高爐 報表 系統 功能 優化 數據庫 服務器

1 前言

天鋼3 200 m3高爐2006年投產至今，報表系統應用比較穩定、高效。但是，隨著高爐冶煉強度和出鐵產量的提高，報表系統原來的設計功能已經不能滿足需求，如報表系統與PLC系統、高爐專家系統之間的通訊時有中斷，服務器和采集器的應用軟件的淘汰等問題，已經嚴重束縛了高爐報表系統的穩定和高效應用。所以本文提出了報表系統的優化改造方案。

3 200 m3高爐報表系統主界面編程語言采用Microsoft visual studio.net 2003，生產數據的存儲數據庫采用Oracle結構數據庫軟件，實時數據庫采用iHistorian 3.0。硬件設計由1臺惠普主服務器，1臺數據采集器和2臺客戶端組成。主服務器負責數據的存儲和水晶報表數據的生成。主服務器操作系統采用微軟Windows server 2003英文操作系統，數據存儲工具Oracle安裝在主服務器上，實現數據處理并且進行數據交換。主服務器上安裝的實時數據庫iHistorian 3.0負責實時數據的處理和存儲，并且將處理后的數據與Oracle數據庫進行數據交換。數據采集器負責從一級系統采集數據報表需要的生產數據，得到的數據經過ifix軟件自帶的過程數據庫進行數據類型、數據格式和數量級別的處理后，通過以太網傳送給主服務器。兩臺客戶端放置在高爐中央控制室，操作員可使用客戶端進行生產實時和歷史數據的查詢。

2 報表系統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表系統的不同權限用戶對報表系統使用權限的管理。系統設計有3 種用戶權限，分別為 administrator（管理員)、Processor（程序員)和Operator（操作員)。報表系統的用戶管理功能工具可以根據登陸用戶的身份不同而賦予用戶不同的權限。Administrator具有最高的管理權限，可以添加、刪除用戶，可以使用程序的所有模塊。Processor可以進行日常的生產管理、高爐配料計算、實時數據庫的查詢、數據庫的備份、打印生產報表等操作。Operator僅僅可以進行日常的生產管理、報表的打印。

2.1.2 不同身份的用戶通過登錄界面進行登錄，登錄時通過用戶名和相應的登錄密碼進行用戶身份驗證。當用戶輸入密碼錯誤達到3次以上時，系統自動退出。用戶登錄界面如圖1所示。

圖1 報表系統用戶登錄界面

2.1.3 用戶通過身份驗證進入報表系統主界面，主界面中最左邊一列圖標分別為報表系統的總體操作功能菜單，用鼠標雙擊相應的圖標，系統彈出相應功能的操作菜單。例如右邊的計算機用戶管理樹形結構。用戶管理包括增加用戶、更改密碼和刪除用戶三項子菜單。只有管理員才有權限對這三項功能進行操作。如圖2所示。

圖2 報表系統主界面

2.2 生產管理

生產管理菜單模塊主要包括各種原料、燃料的成分管理、風口面積的計算、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。菜單展開樹形結構如圖3所示。

圖3 報表操作菜單展開樹形結構圖

2.3 高爐的配料計算

根據高爐工藝要求，將操作員給定的原料燃料條件和冶煉參數通過報表系統進行計算，確定單位生鐵的原燃料消耗、冶煉產品的成分和數量、風量以及煤氣量和煤氣成分，為生產設計提供成本核算依據。操作員通過配料計算界面輸入礦種及其成分、溶劑及其成分、燃料配比、鼓風參數和工藝參數，報表系統經過計算生成一張配料計算表。表中顯示了配料計算的結果，該結果是在當前的礦種配比下冶煉1 t鐵需要的原料重量以及對鐵水、爐渣、爐頂煤氣以及需要的風量作出了預測。計算結果可以輸出為EXCEL文件打印，作為生產配料以及成本核算的重要指導。

2.4 IH數據庫的查詢

該模塊可以對IH實時和歷史數據庫進行查詢，查詢分為瞬時查詢和歷史查詢2個界面。瞬時查詢是對各個節點的瞬時值進行查詢。歷史查詢可以根據raw by number（按制定數量查詢)、raw by time（按起止時間時間)、calculated（按計算模式)3種模式對歷史數據進行查詢。計算模式下可以根據指定的時間間隔對各節點的最小值、最大值、平均值進行查詢。

2.5 報表的打印

報表打印模塊有2個子模塊，生產日報管理和生產月報管理。子菜單下分別有11級和5級子功能。主要的報表分為生產日報和生產月報。其中日報表包括熱風爐日報、高爐上料日報、爐頂裝料日報、爐頂檢測日報、十字測溫日報、冷卻壁測溫日報、爐襯測溫日報、爐體功輔數據日報、噴煤日報、出鐵渣日報、高爐原料實績日報。月報表包括十字測溫月報、冷卻壁測溫月報、爐襯測溫月報、爐體公輔數據月報、高爐原料實績月報。樹形結構如圖4所示。

圖4 報表打印菜單展開圖

2.6 數據庫的備份

本模塊提供2種備份模式，一種是完全數據庫的備份，另一種是用戶模式的數據庫的備份。數據備份的作用是為日后對高爐歷史生產狀況、高爐壽命、生產成本以及數據庫恢復做準備。

2.7 接口數據瀏覽

該模塊主要顯示本系統和高爐專家系統、其它L2系統以及L3系統所交換的數據信息向高爐專家系統提供實時生產數據。該模塊的功能沒有集成在應用程序中，而是在數據庫中通過觸發器實現。它和L1的通訊主要是通過Simitac Net OPC Server和IH數據庫的OPC collector實現。OPC的采集器能夠自動檢索L1級PLC上的各個節點，根據設定的采樣周期將需要的數據存儲到IH數據庫中。

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類普查對象空間數據采集與標繪工作已全部完成，并順利完成普查靜態數據和動態數據的預審與錄入工作。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

該模塊主要用于用戶間的切換、系統維護、數據備份，系統故障時是需要退出系統進行重新登錄。

3 報表系統的運行狀況及存在的問題分析

3 200 m3高爐報表系統目前的運行狀況比較穩定，基本滿足高爐生產操作和能耗、成本核算的要求。隨著冶煉強度和操作控制水平的提高，傳輸的數據量增大，系統偶爾會出現通訊聯接中斷，報表服務器無法上收數據的問題，我們初步分析問題原因如下。

3.1 由于采購的iHistorian 3.0點數為5000點，支持的最大并發連接數為30個，而高爐二級系統正常工作時需要的最大工作連接為17～18個。

3.2 在3 200 m3高爐投產后接著又運行了高爐專家系統，而且專家系統需要的數據都從iHistorian數據庫中獲取，微軟的Visual Studio.Net采用的斷開式數據互聯訪問造成很多新建的iHistorian數據連接在使用后來不及銷毀，使iHistorian數據庫的最大并發連接在高峰時超過30個，因而造成數據連接的偶爾中斷。為了維持生產，當時我們在高爐服務器上設置定時清空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高爐的組態軟件、編程軟件以及硬件設備相對比較陳舊，而且同型號的硬件和軟件目前基本已經退市。

4 報表系統的改造方案

圖5 優化后的報表管理系統結構圖

4.1 為了滿足高爐生產的操作、原材料成本核算和操作水平的要求，本文提出對高爐報表系統進行升級改造優化方案。對于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高爐報表系統的整個通訊架構。增加OPC通訊軟件RSSQL，通過在RSSQL軟件設定歸檔周期，在Oracle數據庫內編制存儲過程，RSSQL軟件可以根據設定的歸檔周期自動將數據歸檔到報表服務器和專家系統的數據庫中去，系統的穩定性能將大大增加，從而可以解決系統通訊中斷問題。優化過程中涉及到高爐參數平均值、最大值計算的，可以采用在數據庫中建立臨時表的方式，然后用SQL語句進行處理。系統優化后為3 200 m3高爐進一步增產降耗提供了有力的數據支持。

優化后的系統通訊和數據傳輸框架如圖5所示。

4.1.1 L2系統的通訊工作站安裝的通訊組態軟件

（1) iFix 3.0：負責和上料、爐頂、本體、熱風爐PLC通訊以及數據采集工作。

（2) Simentic Net：負責和噴煤PLC通訊以及數據采集工作。

（3) iFix Collector：此組件為IHistorian數據庫的數據采集組件，負責實時向iH數據庫歸檔。

4.1.2 3 200 m3高爐改造優化后采用的系統架構

（1) 高爐報表工作程序：負責高爐生產數據報表的顯示、瀏覽、打印輸出等。

（2) 高爐專家系統通訊程序：負責高爐專家系統和報表系統的數據通訊接口。

（3) 高爐數據報表通訊程序：負責從iHistorian實時數據庫中取出數據，經過計算加工后，按照高爐報表需要的格式保存在Oracle數據庫中，以便于報表系統客戶端對高爐生產數據進行實時和歷史數據查詢、打印。

3 200 m3高爐報表系統界面的應用程序采用Microsoft Visual Studio 2010編制替代原來的Microsoft Visual Studio 2003。數據庫系統采用Oracle 10.0數據庫替代原來的Oracle 9.0，報表編制采用VS自帶的水晶報表。

5 結論

針對3 200 m3高爐報表系統存在的數據通訊中斷問題，結合天鋼工藝和生產的實際狀況，通過改造和優化報表系統構架和軟件接口方式來解決這一技術問題，本方案已經得到公司領導的認可與支持，于2011年4月投入生產試運行。經過三個多月的調試與完善，本方案在生產試運行階段幾乎沒有出現過通訊中斷或數據丟失的故障，基本達到設計的預期效果，這對高爐生產操作、成本核算和歷史數據查詢的效率起著重要的作用。

[1]畢學工.高爐過程數學模型及計算機控制[M].北京：冶金工業出版社，1996:2.

[2]羅積玉，邢瑛.經濟統計分析方法及預測[M].北京:清華大學出版社，1987.

[3]侯金奎.淺談人機界面設計[J].濰坊學院學報，2002，2（2):69-71.

[4]馬竹梧.高爐熱風爐全自動控制專家系統[J].控制工程，2002，9（4)：57-62.

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 責編 崔建華)

吳改枝，女，2002年畢業于遼寧科技大學計算數學及其應用軟件專業，工程師，現在天津鋼鐵集團有限公司煉鐵廠檢修作業區從事高爐PLC系統、高爐報表系統和專家系統維護工作，同時就讀于東北大學信息學院控制工程專業工程碩士。