水泥企業(yè)在線物料平衡管理系統(tǒng)的應(yīng)用

馬純輝，李志丹，魏燦，張闖，趙華

1 前言

水泥企業(yè)的物料平衡管理主要是指對企業(yè)物料的采購、消耗及庫存管理，通過定期盤點物料情況，為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理提供數(shù)據(jù)支撐，指導企業(yè)分析生產(chǎn)狀態(tài)和經(jīng)營效益。通過對多家水泥企業(yè)深入調(diào)研發(fā)現(xiàn)，各水泥企業(yè)多采用定期人工盤點的傳統(tǒng)方式對物料庫存進行盤點，不同點是各企業(yè)往往根據(jù)自身生產(chǎn)經(jīng)驗確定盤點周期和物料密度。對于大堆物料，盤存人員往往使用米尺測量料堆的長、寬、高并記錄；對于粉體物料庫，多使用測量繩測量上空，反推物料的實際高度并記錄。因物料種類和堆放位置不同，企業(yè)盤點耗時存在很大差異。

采用定期人工盤點的方法盤點物料，不僅耗費人力，而且盤點周期長，一般為一月一次，滯后性較大，不能及時有效指導生產(chǎn)，甚至會導致虧庫問題。

2 在線物料平衡管理系統(tǒng)的功能

我公司設(shè)計開發(fā)的在線物料平衡管理系統(tǒng)可實現(xiàn)自動盤存物料功能，無需人工盤點，減少了工作量，縮短了盤點周期，數(shù)據(jù)時效性大幅提高。

2.1 在線物料平衡管理系統(tǒng)總覽頁面功能

在線物料平衡管理系統(tǒng)總覽頁面如圖1所示。總覽頁面支持日/月查詢，可瀏覽查閱內(nèi)容主要包括礦山破碎機每日臺時產(chǎn)量、原材料每日進廠、消耗、庫存；生料磨生產(chǎn)量、生料每日消耗、庫存；熟料生產(chǎn)量、熟料發(fā)運量、庫存變化等。

圖1 在線物料平衡管理系統(tǒng)總覽頁面

2.2 以正向和反向邏輯推算平衡料耗

在線物料平衡管理系統(tǒng)采集物料進廠歷史數(shù)據(jù)、消耗數(shù)據(jù)、庫存數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，通過滾動方式對各喂料秤的偏差系數(shù)進行計算；結(jié)合進廠原材料水分、喂料秤計量偏差系數(shù)，以正推方式準確計算物料消耗量和生產(chǎn)量；結(jié)合水泥工藝技術(shù)，推算生料料耗系數(shù)，準確計算熟料生產(chǎn)量，以反推方式計算生料消耗量；系統(tǒng)通過正向和反向兩種方式推算生料消耗平衡，實現(xiàn)從熟料、生料、原材料生產(chǎn)和消耗的平衡。

2.3 每日在線自動盤存物料并推送盤點報告

在線物料平衡管理系統(tǒng)將物料盤存方式從每月人工盤存轉(zhuǎn)變?yōu)槊咳障到y(tǒng)在線自動盤存，時效性大大提高。在線物料平衡數(shù)據(jù)刷新時效以每日自動計算物料平衡為較佳的盤點周期，既能滿足實際生產(chǎn)需要，也能減少系統(tǒng)算力的消耗。根據(jù)物料平衡計算結(jié)果，系統(tǒng)每日自動輸出盤點報告，定時推送包括最大庫存、合理庫存、當前庫存等盤點報告內(nèi)容，并對庫存高低限進行預(yù)警，當庫存量＞90%或＜20%時，系統(tǒng)自動報警。盤點報告還包括近期實物煤耗的變化和理論料耗的變化等，系統(tǒng)對工廠能源消耗中的原煤進行了盤點計算，盤點報告真實反饋了每天的實物煤耗數(shù)據(jù)、近7d 的實物煤耗數(shù)據(jù)（換堆周期為7d），以及每日窯系統(tǒng)理論料耗，為生產(chǎn)運營提供了數(shù)據(jù)支撐。2023年4月20 日在線物料平衡管理系統(tǒng)盤點報告如表1所示。

表1 在線物料平衡管理系統(tǒng)盤點報告（2023-04-20）

3 在線物料平衡管理系統(tǒng)在某水泥企業(yè)的應(yīng)用

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準備

3.1.1 原燃材料最大儲量及庫倉容量

該水泥廠原燃材料包括石灰石、砂巖、頁巖、鐵粉、煙煤，原料配料站每臺秤僅稱重一種物料。原燃材料最大儲存量：石灰石58 000t、砂巖10 300t、頁巖10 300t、鐵粉11 000t、原煤15 000t、庫倉容量：均化庫17 200t、熟料庫100 000t、原煤倉150t。

3.1.2 原材料質(zhì)量檢驗分析

原材料質(zhì)量檢驗：石灰石每日檢測一次，其他原材料每批次檢驗一次；

生料化學分析：出磨生料和入窯生料每日分析一次；

入磨原煤工業(yè)分析：每日一次；

均化庫料位：最高52m，385t/m；

生料配料：中子在線分析儀實時配料（秒級）。

3.1.3 人工盤存精度

盤存周期：每月末早晨8：00進行盤存；

盤存精度：各種物料月度盤存精度達5%即可。

3.1.4 采集數(shù)據(jù)

一卡通數(shù)據(jù)：采集進廠原材料重量。

DCS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)：采集生料磨生產(chǎn)量、各原材料消耗量、生料庫庫位、脫硫生料消耗量、入窯生料消耗量、熟料庫位、煤磨生產(chǎn)量、原煤倉倉重。

質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)：采集進廠原材料檢驗數(shù)據(jù)、入窯生料成分檢測數(shù)據(jù)、煤工業(yè)分析數(shù)據(jù)、中子在線分析儀日平均配料比數(shù)據(jù)。

錄入數(shù)據(jù)：采集各原材料期初庫存、生料期初庫存、熟料期初庫存。

3.2 邏輯計算

采集DCS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)，正向統(tǒng)計生料日消耗量；定產(chǎn)熟料，除去煤灰摻加量，反向推算生料日消耗量。按該企業(yè)長期人工盤存結(jié)果可知，日平均消耗生料量約15 000t，系統(tǒng)正向與反向推算生料消耗量差值±150t，可以滿足實際生產(chǎn)需要，其計算精度約為1%。反向推算時，通過生料日消耗量，結(jié)合均化庫料位變化情況，計算生料生產(chǎn)量；通過進廠原材料水分與中子在線分析儀日平均配料比，計算生料綜合水分；將干基生料折算濕基生料，反向推算各原材料日消耗量，進而獲取每日原材料庫存量。

3.2.1 正向邏輯計算

正向生料生產(chǎn)量（濕基）=石灰石（濕基）+砂巖（濕基）+頁巖（濕基）+鐵粉（濕基）；

正向修正生料生產(chǎn)量（濕基）=石灰石（濕基）×稱修正系數(shù)（濕基）+砂巖（濕基）×稱修正系數(shù)（濕基）+頁巖×稱修正系數(shù)（濕基）+鐵粉（濕基）×稱修正系數(shù)（濕基）；

石灰石（濕基）配比=石灰石（濕基）×稱修正系數(shù)（濕基）/正向修正DCS 生料生產(chǎn)量（濕基）×100%；

砂巖（濕基）配比=砂巖（濕基）×稱修正系數(shù)（濕基）/正向修正DCS生料生產(chǎn)量（濕基）×100%；

頁巖（濕基）配比=頁巖（濕基）×稱修正系數(shù)（濕基）/正向修正DCS生料生產(chǎn)量（濕基）×100%；

鐵粉（濕基）配比=鐵粉（濕基）×稱修正系數(shù)（濕基）/正向修正DCS生料生產(chǎn)量（濕基）×100%；

正向生料生產(chǎn)量（干基）=石灰石（濕基）×（100-水分）/100+砂巖（濕基）×（100-水分）/100+頁巖（濕基）×（100-水分）/100+鐵粉（濕基）×（100-水分）/100；

生料庫存變化量=（24 點料位-0 點料位）×385t/m（該廠經(jīng)驗值）；

正向生料消耗量（干基）=正向生料生產(chǎn)量（干基）-生料庫存變化量+脫硫消耗量（10t）；

水分取最近一堆的原材料平均水分。

3.2.2 反向邏輯計算

通過入窯生料燒失量計算理論料耗。

定產(chǎn)熟料產(chǎn)量=入窯生料/報表料耗。

理論料耗=100/（100-生料燒失量）。

煤灰摻加量（干基）=原煤消耗量（干基）×原煤灰分；

反向推算生料消耗（干基）=（報表熟料產(chǎn)量-煤灰摻加量）×理論料耗；

反推生料生產(chǎn)量（干基）=反向推算生料消耗-生料均化庫庫位變化（庫位實際顯示為上空）；

反推生料生產(chǎn)量（濕基）=反推生料生產(chǎn)量（干基）×（100+原材料綜合水分）/100；

反推石灰石消耗量（濕基）=反推生料生產(chǎn)量（濕基）×石灰石（濕基）配比；

反推砂巖消耗量（濕基）=反推生料生產(chǎn)量（濕基）×砂巖（濕基）配比；

反推頁巖消耗量（濕基）=反推生料生產(chǎn)量（濕基）×頁巖（濕基）配比；

反推鐵粉消耗量（濕基）=反推生料生產(chǎn)量（濕基）×鐵粉（濕基）配比。

3.3 應(yīng)用效果

在線物料平衡管理系統(tǒng)2023年2月運行數(shù)據(jù)見表2，正向反向推算生料消耗量偏差基本＜150t，實際運行偏差約1%。2022年11月13日，現(xiàn)場人工盤存與在線物料平衡管理系統(tǒng)盤存情況對比見表3。

表2 在線物料平衡管理系統(tǒng)運行狀態(tài)（2023年2月）

表3 現(xiàn)場人員盤存與在線物料平衡管理系統(tǒng)盤存情況對比（2022年11月13日）

4 結(jié)語

在線物料平衡管理系統(tǒng)基于水泥工藝理論知識建立，結(jié)合現(xiàn)場實際管理流程，充分利用信息化、數(shù)字化技術(shù)，整合多維度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)場景的深化，大幅提高了物料平衡管理的時效性、準確性，減輕了勞動強度。

在線物料平衡管理系統(tǒng)建設(shè)的前期調(diào)研工作非常重要，調(diào)研初期應(yīng)對企業(yè)日常管理流程、核算方式、現(xiàn)場物料種類、堆料大小、原煤換堆時間、人工盤點庫存方法等做好記錄，以利于后期設(shè)計方案的準確性。在線物料平衡管理系統(tǒng)建設(shè)完成后，其數(shù)據(jù)的核對工作尤為重要，直接關(guān)系到系統(tǒng)的實際應(yīng)用效果，需持續(xù)跟蹤系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)與現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)，并做好對比分析，偏差不宜＞3%。

若要進一步深化在線物料平衡管理系統(tǒng)功能，則需與業(yè)財一體化系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，以實現(xiàn)更深層次數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值。