面向烧结的数据采集应用

摘要：钢铁企业通过信息化系统建设来提高生产、管理效率，实现企业降本增效目标，数据采集介于信息化系统和基础自动化系统之间，起到承上启下的作用，成为信息化系统建设的基础。本文通过烧结的数据采集，实现MES系统和烧结基础自动化之间生产实绩和过程数据采集。

关键词：烧结、数据采集、MES系统、基础自动化系统

0 引言

烧结生产的烧结矿是钢铁公司炼铁的主要原料，通过烧结矿质量的控制和烧结矿成本的控制，可以提高铁水的指标和降低炼铁成本，各钢铁企业为了实现烧结优化配矿【1】、烧结生产的精细化管理要求，需要建设数据采集系统，通过数据采集系统及时收集生产实绩、停机实绩和运行实绩，根据采集的实绩信息计算生产统计指标，为优化配矿、组织优化生产提供数据支撑。

数据采集【2】是信息化系统建设的基础，它介于MES系统和基础自动化系统之间，负责生产实绩数据收集、运行数据采集及生产过程跟踪监视，并将采集到的数据按照MES系统的要求，实时发送给MES系统。同时，数据采集系统提供友好的人机界面，将从MES系统接收到的计划、命令等数据，以及从基础自动化系统实时采集到的数据进行加工处理，以直观的形式呈现给操作人员，指导烧结车间进行生产作业。

1 业务流程

数据采集实现烧结厂数据不落地的要求，实现数据自动采集，自动计算。通过相关的基础自动化系统联网及适应性改造，大幅提升烧结生产数据自动采集率，并对数据进行有效合理组织，从而为上层管理系统提供及时、可靠的数据。

烧结数据采集的主要流程是接收MES系统下发相关信息，从基础自动化系统采集生产实绩、运行实绩、停机实绩数据，将采集的数据发送给MES系统。

MES系统下发相关信息主要包含烧结配料计划、物料品名、物料配比信息，岗位人员在数据采集系统中确认各配料仓中计划信息、物料品名、物料配比信息与生产是否匹配，以保证采集的配料实绩与计划信息、品名信息、物料配比信息的准确匹配。

生产实绩的收集及上传，生产实绩主要包含烧结配料实绩和烧结矿产出实绩，数据采集系统从基础自动化系统收集烧结各料仓物料配料数据，按物料种类处理后把配料实绩上传给MES系统。数据采集系统从基础自动化系统采集烧结矿成品秤生成产出实绩，处理后把产出实绩上传给MES系统。

运行实绩的收集及上传，对温度、压力、流量等关键工艺数据按照固定采集频率自动采集处理后上传给MES系统，数据采集系统提供数据查询、曲线展示等功能。

停机实绩的收集及上传，根据烧结机的启停信号判断，自动采集记录停机开始、停机结束时间，实时上传给MES系统。

图1 烧结数采业务流程

2 功能设计

烧结生产工艺的过程是将矿粉、燃料和溶剂等，按一定的比例配料，混好的料由布料器铺到烧结机台车上点火烧结，产出烧结矿。烧结配料中各种原料及产出烧结矿的数据采集，可以及时计算出各种指标参数，对于指导烧结生产意义重大。实现烧结数据采集主要功能如下：

(1)配矿计划执行

接收从铁前MES的下达的计划信息，MES下达计划信息指令包含执行、撤销、完成，执行代表该计划允许执行，撤销代表该计划取消，完成代表该计划执行完成。计划信息主要包含计划编号、物料信息、配比信息、计划配料量、计划开始执行日期、物料库区信息。

配矿计划信息分自动执行和手工执行。如果系统切到自动执行模式，系统将根据计划开始执行日期自动切换当前配矿计划信息，切到手工执行模式，需要人工选择需要执行的配矿计划信息。

需要保证配矿计划信息正确执行，实现计划信息与实际生产匹配，保证采集的生产实绩与物料信息的准确匹配。

(2)生产实绩管理

生产实绩主要包含烧结配料实绩和烧结矿产出实绩。烧结配料实绩收集每种矿粉、燃料和溶剂的下料量、烧结矿产出实绩收集产出的烧结矿的产量。下料量通过采集配料仓配套的皮带秤采集，产量通过运输烧结矿的皮带秤采集。

采集的生产实绩数据包含定时截取数据、皮带秤清零触发截取的数据、自动或人工改变执行计划时生成的数据。

生成的生产实绩数据需要按照班次汇总发送给MES系统，烧结数采系统支持自动发送和人工发送。自动发送即生成就发送，这种方式数据基本实现实时发送MES系统，人工发送需要人工通过触发发送按钮，数据才会发送给MES系统。

生产实绩画面包含查询、修改、新增、删除、导出的等基本操作功能，通过权限控制实现对生产实绩的管理。

(3)运行实绩管理

运行实绩管理主要包含烧结生产过程中主要设备的工艺参数的采集，如：烧结机、主抽风机、布袋除尘、脱硫脱硝等数据采集。运行实绩采集通常每分钟读取一次实时数据存入数据库，每小时生成一条运行实绩数据，数据生成原则按照需求取当前值、一小时内平均值、一小时内最大值或最小值。

生成的运行实绩数据按照每小时生成后即发送给MES系统，运行实绩数据只支持实时发送MES系统。

运行实绩画面包含查询、修改、新增、删除、导出的等基本操作功能，通过权限控制实现对运行实绩的管理。

(4)停机实绩管理

停机实绩管理是对主要设备运行状态进行跟踪，收集重点设备的运行、停机信息，通过预设的判定规则形成启停实绩。

停机实绩生成的数据，需要现场作业人员维护停机原因后发送MES系统。支撑MES系统计算设备作业率等生产指标。

停机实绩画面包含查询、修改、新增、删除、导出的等基本操作功能，通过权限控制实现对停机实绩的管理。

3 功能实现

烧结数据采集系统通过采集中间件KEPServer【3】的驱动程序实现对基础自动化系统的仪表、传感器、阀门等信号读取，编写采集程序从KEPServer读取周期性数据或触发事件数据并进行处理，将程序处理的数据存到边缘节点的数据库，通过应用画面开发展示数据采集系统相关数据。

图2 烧结数采采集方式

(1)数据采集

目前国内烧结厂主要的基础自动化系统为西门子PLC，通过KEPServer支持的西门子驱动读取现场PLC数据，然后通过OPC数据采集技术实现数据采集，KEPServer将采集的数据通过OPC Server发布数据，烧结数据采集系统通过OPC Client读取数据。

(2)数据处理

烧结数据采集系统需要对读取的数据进行处理，通过C#编写的后台采集程序负责读取KEPServer的数据，对读取的数据按照不同触发模式、不同生成要求进行处理。

配料实绩数据和产出实绩数据需要按照要求每班截取重量，对于皮带秤累计量中间有清零事件时需要截取数据，停机信号采集点触发时，需要根据信号判断是停机开始还是停机结束信号触发，并记录触发时间作为停机开始时间和停机结束时间。运行实绩数据点需要每分钟读取一次并存入数据库，同一设备有多个监测点的需要同步判断出最大值、最小值、平均值并存入同一条记录中。

(3)数据存储

烧结数据采集系统采用的PostgreSQL数据库【4】进行数据存储，对于存储高频数据的数据表通过分区和数据压缩实现大量数据的存储。

(4)数据展示

烧结数据采集系统通过C#开发的数据采集框架实现数据画面展示和操作，框架采用的是C/S模式。主要画面有料仓管理画面、配料实绩画面、产出实绩画面、停机实绩画面、烧结机画面、主抽风机画面、布袋除尘画面、脱硫脱硝画面。可以通过画面自动刷新读取采集到的数据，画面支持人工维护作业实绩。

(5)数据传输

烧结数据采集生成的数据传输给MES系统采用自主研发的通信中间件IXCOM实现数据的收发。IXCOM是基于TCP/IP Socket的电文通信中间件，通过创建连接、绑定端口、监听连接、发送和接受信息，应用系统可以借助于它轻松地交换和处理消息。

配料实绩数据和产出实绩数据按照班次传输给MES系统，运行实绩数据按照小时传输给MES系统，停机实绩按照生成即传输给MES。

结语：

面向烧结的数据采集系统，实现烧结生产中基础自动化系统与MES系统数据贯通，在烧结信息系统中起到承上启下的作用，是烧结生产管理信息化、自动化的最佳桥梁。根据MES系统的各业务环节信息，烧结数据采集系统进行合理有效地执行计划，自动采集业务数据并将数据实时传输给MES系统，通过数据支撑MES系统合理、高效的组织生产，实现烧结生产管理提升、效率提升，为全面实现烧结生产数字化提供坚实的基础。

参考文献：

[1]郭淑贤.包钢复合烧结配加强磁精矿试验[J].包钢科技,2013,39(1):27-29.

[2]王维刚,韩雪飞,苏文杰,等.面向煤化工企业提质增效的循环冷却水数据采集系统研究[J].山东化工,2024,53(8):211-214,226.

[3]宋水根,杨凌志. 基于KepServer的电弧炉炼钢流程数据采集系统研究[J].辽宁科技学院学报,2021,23(6):3-7.

[4]徐新. 基于PostgreSQL数据库的大数据点云存储技术应用研究[J]. 信息与电脑,2017(13):128-129.