焦爐排產計劃管理系統研究與開發*

郭志剛

(太原重工股份有限公司 技術中心，山西 太原 030024)

0 引言

焦炭是冶金產業很重要的原料，而焦炭品質的好壞直接影響到冶金產品的質量，焦炭的生產作為冶煉生產過程的重要一環，一直以來都受到了國內外冶煉企業的普遍重視。由于國內很多焦爐作業計劃的編制還停留在人工編制的水平上，焦爐設備的裝煤、平煤和推焦等生產設備數據以及生產過程數據的采集、記錄和統計報表等基本由人工完成，人為因素多，導致在數據可靠性、數據保存和數據查閱等方面存在諸多問題。由于這些問題的存在，嚴重阻礙了企業經濟效益的提升。所以，實現焦爐作業計劃的科學合理和自動編制，并能對作業計劃及時修正，成為有效提高焦炭產量、保證焦炭品質的關鍵之一，對于企業競爭力的增強也具有重要意義。

本文針對某焦炭企業新建的焦爐生產線設計了自動化焦爐排產計劃管理系統，并投入了應用，保證了焦爐生產的穩定，降低了工人的勞動強度。

1 煉焦工藝簡介

煉焦是指煤在焦爐設備的炭化室內高溫干餾形成焦炭的過程，煉焦的工藝過程主要分為裝煤、平煤、推焦、熄焦等。正常生產的焦爐設備每孔炭化室都應該按一定的時間周期進行煤的干餾煉焦和出爐等操作，由于焦爐設備只能逐孔地進行推焦、攔焦、裝煤和熄焦等工藝動作，因此必須依據一定的推焦、裝煤等順序制定合理的推焦計劃。

1.1 基本工藝過程

各爐室裝煤后開始煉焦，達到標準后，爐口門打開，推焦車將焦炭推出，導焦車即攔焦車開始工作，導入焦罐進行熄焦，同時該爐號推焦車收回，爐門關閉后又開始裝煤、平煤、煉焦。此次項目未明確檢修時間，實際檢修根據具體生產情況穿插進行。

1.2 推焦計劃概念解釋

(1)炭化室號(爐號)：炭化室編號，依據編號進行排序。

(2)爐孔數：焦爐炭化室總數。

(3)推焦串序：正常生產時的推焦、裝煤(包括平煤)順序。常用的串序有9-2串序、5-2串序、2-1串序。5-2串序中5表示推完一孔炭化室，再推其后第五個炭化室；2表示推完一個串序后，再推時，從上次串序號后兩個炭化室推起。下面以130爐5-2串序舉例：

9-2串序、2-1串序的計算邏輯與此類似。

(5)結焦時間：炭化室高溫干餾時間，等于推焦時間與裝煤時間之差。

(6)操作時間：連續兩爐推焦的間隔時間。

2 焦爐排產計劃管理系統架構設計

本文研究的焦爐排產計劃管理系統架構分為三層，即顯示層、服務層和數據庫層。顯示層主要完成生產計劃管理和附屬數據維護，顯示層部分功能通過Socket與服務層通訊交互指令等；服務層負責與OPC服務通訊，即下發和采集數據，開發成Windows服務進程；數據庫層為MySQL。

顯示層、服務層都可直接讀寫數據庫。整個系統采用C#開發，采用了面向對象編程的開發思想。根據焦爐煉焦生產的具體工藝過程自動編制焦爐排產計劃表，因為每座焦爐的炭化室數量、推焦順序、結焦時間等因素不同，所以排產計劃的編制非常復雜和繁瑣。本文將優化調度的思想與焦爐的生產工藝相結合，針對焦炭企業的煉焦生產過程，提出了相應的焦爐排產計劃的編制方法，從而實現了作業計劃的自動編制。系統按照排產計劃向四大車(推焦車、裝煤車、導焦車和熄焦車)發送指令，指揮和控制裝煤車、推焦車、熄焦車等設備的運行和操作。并且，實時采集四大車等設備的狀態和動作信息并進行存儲，為后期整理、打印各種生產信息報表等奠定基礎，系統的整體邏輯架構如圖1所示。

圖1 焦爐排產計劃管理系統整體邏輯架構

3 系統功能實現

3.1 系統管理

系統管理包括用戶管理和日志管理。

用戶管理對系統用戶的賬戶名稱、密碼、真實姓名等信息進行維護，且用戶密碼采用密文存儲。

日志管理是指系統自動記錄用戶的所有針對軟件的操作痕跡，包括登錄、打開頁面、點擊按鈕等行為，并提供日志的查詢功能。日志設置保留期限，超過期限系統自動進行清理。

3.2 基礎參數設置

基礎參數設置主要包括以下方面的內容：

(1)爐區信息維護：提供對爐區信息的增刪改查功能，信息內容包括：爐區編號、爐區名稱、串序、通信地址、端口號等；提供對爐孔信息的增刪改查功能，內容包括序號、爐號、工藝序號等；提供爐區與爐號的對應關系編輯功能。

(2)推焦車信息維護：即維護推焦車主數據，包括推焦車編碼、名稱、通信地址等。

(3)班組信息維護：提供對班組信息的增刪改查功能，內容包括班組名稱、開始時間、結束時間。

3.3 工藝參數設置

工藝參數設置包括以下方面的內容：

(1)周轉參數：提供周轉時間、推焦間隔時間設置功能，參數與爐區綁定。

(2)排程參數：提供一個焦爐產線可同時編制的計劃數，以及可按間隔時間、周轉時間和手動生成等方式生成排產計劃的設置功能，所有參數可與爐區綁定。

3.4 生產計劃

生產計劃的生成有自動生成和手工編制兩種方式，可在排程參數中進行配置。

自動生成是基于軟件排程算法，按照生產日歷、排程參數設置、爐區及爐孔信息(基礎配置)及當前狀態(數據采集)、串序規則，周期性地自動生成生產計劃。對于自動生成的計劃，在計劃經確認后，系統根據參數配置，自動逐條下發或批量下達到PLC中。

在下達到PLC之前，可再編輯計劃。修改選中計劃的生產時間之后，系統按照排程參數等基礎配置信息自動更新后續計劃。

具有記錄查詢功能，提供按日期時間、班組、爐區等查詢條件，可對歷史數據進行查詢，并支持Excel格式的導出功能。

3.5 生產監視

系統提供比較形象的爐區模擬圖，根據實時通信數據，動態顯示各爐孔結焦等生產情況，以直觀醒目的顏色、數字、文字進行顯示。

3.6 報警管理

(1)報警參數配置：針對網絡通信的各數據節點，可設置上下限值，并可設置不同數據節點報警所通知的用戶。

(2)自動報警：系統支持以界面元素閃爍的形式報警，也提供自動發送短信的方式進行報警。

3.7 統計分析

系統提供多種維度的統計方式，以及表格、餅圖、柱形圖、曲線圖等展現方式。

(1)按時間周期統計：系統可按日期、時間統計各爐區的生產情況，統計結果以表格形式展現。統計的數據項包括焦爐數、計劃推焦爐數、實際推焦爐數、平均結焦時間、最大推焦電流、最小推焦電流、平均推焦電流、計劃系數K1、執行系數K2和總系數K3。統計結果支持Excel導出功能。

(2)按爐區統計：用戶選擇日期區間和爐區以及統計對象，系統可統計該爐區在不同日期的生產情況，統計結果以表格形式展現，并提供柱形圖對比功能。統計對象包括焦爐數、計劃推焦爐數、實際推焦爐數、平均結焦時間、最大推焦電流、最小推焦電流、平均推焦電流、計劃系數K1、執行系數K2和總系數K3。統計結果支持Excel格式的導出功能。

系統應用效果如圖2所示。

圖2 系統應用示例

4 結束語

基于系統編制的作業計劃表，能夠及時準確地指導焦爐現場操作人員的工作。該系統使焦化生產管理進一步規范化和科學化，對于提高焦炭質量、節約成本等都起到了良好的監督和促進作用。