焦化厂炼焦过程执行分析系统的设计与实现

第２Ｏ卷　第２０期　Ｖ０１．２０　Ｎｏ．２０　电子设计工程　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１２年１０月　０ｃｔ．２０１２　焦化厂炼焦过程执行分析系统的设计与实现　范桂龄，龚尚福　（西安科技大学计算机科学与技术学院，陕西西安７１００５４）　摘要：工矿企业原材料焦炭冶炼生产过程的”管控一体化”对于提高生产效率和生产安全十分重要。研究与开发炼焦　过程执行分析系统，操作工可以按照自控执行系统的操作规程，通过计算机即可完成整个生产过程的自动化监控…。　基于炼焦过程执行分析系统的需求，采用组态软件方法设计与实现，通过炼焦的运行表计划过程、运行表执行过程、　运行结果统计分析和运行表查询与整理的研究试验，将大大提高焦炭冶炼生产过程的信息自动化水平、生产效率和　安全保障。　关键词：焦化厂；炼焦；执行分析；记录与统计；过程分析　中图分类号：ＴＦ３０　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—６２３６（２０１２）２０—００７１—０３　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｃｏｋｉｎｇ　ｐｌａｎｔ　ＦＡＮ　Ｇｕｉ—ｌｉｎｇ，ＧＯＮＧ　Ｓｈａｎｇ—ｆｕ　（　ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ｎ　ａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｆＳｃｉｏｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ｎ　７１００５４，Ｃｈｉａｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ａｎｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ　ｏｆ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｃｏｋｅ　ｓｍｅｌｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ“ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ”ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｓｅｃｕｒｉｆｔｙ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｏｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，ｏｐｅｒａｔｏｒｓ　ｃａｎ　ｐｅｒｆｏｒｍ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｃａｎ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｔｈｅ　ｅｎｔｉｒｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｍａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ，　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃｏｋｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｔａｂｌｅ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｔａｂｌｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｔａｂｌｅ　ｑｕｅｒｙ　ａｎｄ　ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，　ｗｉｌｌ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｃｏｋｅ　ｓｍｅｌｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｓｅｃｕｒｉｔｆｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｋｉｎｇ　ｐｌａｎｔ；ｃｏｋｉｎｇ；ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｒｅｃｏｒｄｓ　ａｎｄ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ；ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　目前，国内大部分焦化厂的炼焦生产计划与操作执行记　实时数据库，也可满足操作执行的记录分析系统开发条件，　将实时数据按条件转存至关系数据库（Ａｃｃｅｓｓ）中，再根据查　询方式通过报表与曲线体现出来。　录都是以纸制的表格为主，根据班次、炉号来填写其执行参　数，参数包括推焦计划时间、结焦计划时间、装煤时间、实际　推焦时间、实际结焦时间作为每１炉焦炭生产的操作记录；　每个班次下班前还要通过计算器得出本班次的平均结焦计　划时间、平均实际结焦时间、Ｋ１（规定指标）、Ｋ２（计划指标）、　Ｋ３（指标乘积）等关键指标。手工填写虽然较为简单，但用计　算器计算的过程较为繁琐，容易出错。因此将这些数据作为　一其次，对软件系统进行整体规划，先建立关系数据库表ｔａｂ，　组态软件中也有相对应的数据绑定表ｄａｔ与之做数据交换，表　结构如表ｌ所示。表１组态软件数据绑定表的数据结构。　表１数据结构　Ｔａｂ．１　Ｄａｔａ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　个需求进行分析与开发，让计划的填写、记录的生成、指标　的生成、炼焦过程查询／打印等工作都由计算机软件来完成，　将大大提高焦炭冶炼生产过程的信息自动化水平、生产效率　和安全保障。　１　系统需求分析与数据结构设计　首先，需要确定软件系统体系结构，采用成熟的工业组　态软件作为开发平台，支持专家报表、曲线分析、设备驱动采　集、面向对象脚本运算及关系数据库链接等主要功能　。既　可将ＰＬＣ（逻辑可编程控制器）类设备的数据采集至自身的　收稿日期：２０１２—０６—０８　稿件编号：２０１２０６０６４　在组态软件中建立专家报表，共２页，一页为运行表，一页　为查询表，格式如表２所示，表２为组态软件专家报表结构。　作者简介：范桂龄（１９８０一）女，河北张家口人，硕士研究生，讲师。　研究方向：计算机信息系统管理。　一７ｌ一　《电子设计工程）２０１２年第２０期　表２报表结构　Ｔａｂ．２　Ｒｅｐｏｒｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　２过程执行系统的设计与实现　２．１运行表计划过程　运行表炉数与炉号为固化的序列，共５４行记录，３个班　次在执行计划填写时，推焦计划时间是必须要填写的，以１２　小时（８：００—２０：００或２０：００一次日８：００）工作周期，按时间顺序　填写“推焦计划时间”列．并以填写某炉号的“推焦计划时间”　与该炉号上一次“装煤时间”（需要通过ＳＱＬ数据查询得到）　相减得出本次“结焦计划时间”。依次类推，整个表的推焦与　结焦的计划时间就得出了．再将填写与计算的内容按炉号与　当前日期向关系数据表ｔａｂ中各插入记录，本过程的３个关　键步骤如下：　１）计算结焦计划　在画面巾设计按钮ｂｕｔｔｏｎ１，标签内容为“结焦计划”。当　填写完推焦计划后，由该按钮左键动作来完成计算过程，脚　本需要先链接（ＳＱＬＣＯＮＥＣＴ）数据库表ｔａｂ，建立循环ＦＯＲ语　句．每一次循环都要执行ＳＱＬＳＥＬＥＣＴ函数查询符合昨天或　前天（结焦时间为小于４８小时的范同）１个炉号的“装煤时　间”，经过数据类型的转换与报表中所填写的计划时间进行　相减得出该炉号结焦的计划时间，并利用报表的脚本函数将　此值写至专家报表的结焦计划时间里，执行完毕后断开　（ＳＱＬＤＩＳＣＯＮＥＣＴ）关系库的链接。本过程关键公式如下：　结焦计划时间＝推焦计划时间一上次装煤时间　２）执行计划过程　在画面中设计按钮ｂｕｔｔｏｎ２，标签内容为“执行计划”。检　杏第１步无误后．由该按钮左键动作来完成录入数据表ｔａｂ　记录的过程，脚本也是需要先链接关系库表ｔａｂ，建立ＦＯＲ语　－７２－　句，每一次循环需要判断该炉号所填写的推焦时间小为ｌａ．ＵＩＩ．　然后执行ＳＱＬＩＮＳＥＲＴ语句向数据库表ｔａｂ中插入一个炉号　的“炉号”、“当前日期”、“推焦计划时间”、“结焦计划时间”．　共产生本班次所填写的推焦计划时间不为ｎｕｌｌ的记录数量．　这样就先在数据库表中存储了推焦与结焦的计划，执行完脚　本后断天数据库链接。　３）清除计划　在画面中设计按钮ｂｕｔｔｏｎ３，标签为“清除计划”。由于第　一次填写计划时或有错误的装煤时间记录时，整个“结焦计　划时间”列是需要人工纠正的．因此当填写错误或计算错误　时需要对单元格进行手ｌ丁录入处理．脚本中就必须将“结焦　计划时间”报表列单元格的值设置为ｎｕｌｌ。　２。２运行表执行过程记录　以上为操作工人的计划填写、执行、清除的过程，那么最　终的重点是执行实际操作情况内容，因此在计划的执行过程　中又需要３个记录过程，即记录实际推焦／结焦时问、推焦电　流、装煤时间。　１）实际推焦／结焦时间的记录　本过程由组态软件的“条件动作ｌ”触发实现．条件是由　下位机ＰＬＣ（逻辑可编程控制器）程序判断产生当前炉号值　与推焦信号，上位机通过实时数据库变量与之链接，由实时　数据库变量判断条件成立后执行一次脚本动作。此时，实际　已经由条件触发获得了“推焦实际时间”为当前时间，根据¨ⅢｌＩ　艺设计的“结焦实际时间”也由此而产生，链接关系库表ｔａｂ，　先要用ＳＱＬＳＥＬＥＣＴ函数查询到当前炉号的上一次“装煤时　间”（昨天或前天），然后由“推焦实际时间”减去上一次“装煤　时间”就得出“结焦实际时间”，运算至此再将实际推焦与结　焦时间用ＳＱＬＵＰＤＡＴＥ函数更新至符合条件（以当前炉号　当前日期为关键字）的记录中去，同时将该值写入至运行表　的单元格中，执行完脚本断开关系库。本过程关键公式如下：　结焦实际时间＝推焦实际时间一上次装煤时问　２）推焦电流的记录　推焦电流的采集也是一个触发的信号，南ＰＬＣ程序判断　保持一定时间后产生稳定的电流值，并同时触发一个电流采　集的开关信号．上位机通过实时数据库变量获取到该信号时，　通过“条件动作２”将电流值用ＳＱＬＵＰＤＡＴＥ语句更新至符合　条件的记录中，同时将该值也写入至运行表的单元格巾，。　３）装煤时间的记录　本过程也是由组态软件的“条件动作３”触发实现，条件　是由下位机ＰＬＣ程序判断产生当前炉号值与装煤信号，也由　实时数据库变量的条件成立执行一次脚本动作。通过　ＳＱＬＵＰＤＡＴＥ语句更新至符合条件的记录中，同时将该值也　写入至运行表的单元格中。　２．３运行表的结果计算　“计划出炉数”Ｄ５９单元格由操作工人录人。　“实际出炉数”由电流不为Ｏ的炉号数量统计，需要对报　表中所有炉号的电流值进行判断后统计，报表统计列单元格　范桂龄，等　焦化厂炼焦过程执行分析系统的设计与实现　（隐藏）脚本Ｑ５＝ＶＡＬＵＥ（ｉｆ（Ｈ５＞０，”１”，”０”）），针对每一炉都　进行统计，然后得出总和单元格Ｄ６０＝ｓｕｍ（Ｑ５：Ｑ５８）．　“结焦时间”为“结焦实际时间”的平均数，先将所有的　通过数据绑定表ｄａｔ将数据提取至一组数据库变量中，然后　通过对报表单元格进行逐一写操作实现查询的目的，与运行　表共用导出、打印功能。　２．５数据库整理　“结焦实际时间”单元格通过隐藏的统计列单元格转换为分　钟值Ｉ５＝ｖａｌｕｅ（ＬＥＦｒ（Ｇ５，２））＊６０＋ｖａｌｕｅ（ＲＩＧＨＴ（Ｇ５，２）），然后　求和运算再除以“实际出炉数”Ｊ５９＝ｓｕｍ（Ｉ５：Ｉ５８）／Ｄ６０，６０，即可　得出“小时．分钟”值，单元格Ｄ６１＝ｌｅｆｔ（Ｊ５９，２）＋”：”＋ｌｅｆｔ　随着软件系统运行时间的增长，数据库的容量也随之增　大．因此必须考虑数据库整理事件　．需要在组态软件中建立　“条件动作４”，以每天的２３：５９：５５为触发条件，删除小于１８０　（ＳＴＲＩＮＧ（ＶＡＬＵＥ（ＲＩＧＨＴ（Ｊ５９，２））／１００＂６０），２）经过字符串　转换后得出“小时：分钟”的格式。　“结焦最长与最短时间”利用Ｊ６０＝ＭＡＸ（Ｉ５：Ｉ５８）／６０与　Ｊ６１＝Ｍｉｎ（Ｉ５：Ｉ５８）／６０得出“小时．分钟”值，与平均结焦时间运　算方式一样，将单元格Ｄ６２、Ｄ６３通过对Ｊ６０与Ｊ６１转换为　“小时：分钟”的格式。　“推焦电流”为电流值的平均数Ｄ６４＝ＳＵＭ（Ｉ５：Ｉ５８）／Ｄ６０，　Ｇ６４＝最大值ＭＡＸ（Ｈ５：Ｈ５８）。　“平均操作时间”是按“推焦计划时间”与“推焦实际时　间”的绝对值差的平均时间值．每列统计值为Ｎ５＝ＡＢＳ（Ｌ５一　Ｍ５），平均操作时间Ｇ５９＝ＴＩＭＥＳＴＲ（ｓｕｍ（Ｎ５：Ｎ５８）／Ｄ６０，２）。　“规定炉数”为生产调度部分所规定要执行的生产炉数　量，Ｇ６０通过录入可变，用途主要为规定结焦时间做运算依　据，规定结焦时间＝（１０４＂２４）／９０，１０４为总炉数，２４为２４小　时，９０为“规定炉数”。　“系数Ｋ１”：计划结焦时间小于规定结焦时间＋１０分钟的　炉数／计划推焦炉数，报表中先要得出“规定结焦时间”Ｊ６２＝　１０４．２４／Ｇ６０．６０，然后通过所有统计列（隐藏）与之比较，Ｒ５＝　ＶＡＬＵＥ（ｉｆ（ａｂｓ（Ｆ５一Ｊ６２）＜１０，“１”，”０”）），最后通过求和得出计　划结焦时间小于规定结焦时间－＋１０分钟的炉数，Ｋｌ单元格　Ｇ６１＝ＳＵＭ（Ｒ５：Ｒ５７）／Ｄ５９。　“系数Ｋ２”＝实际结焦时间小于计划结焦时间＋１０分钟的　炉数／实际推焦炉数，报表中通过所有统计列（隐藏）进行统　计，公式为Ｐ５＝ＶＡＬＵＥ（ｉｆ（ａｂｓ（Ｆ５一Ｇ５）＜１０，”１”，”０”）），对整列　进行求和得出实际结焦时间小于计划结焦时间＋１０分钟的炉　数“系数Ｋ２”的单元格Ｇ６２＝ＳＵＭ（Ｐ５：Ｐ５８）／Ｄ６０。　“系数Ｋ３”＝系数ＫＩ＊系数Ｋ２，本指标重点为Ｋ１与Ｋ２　指标的乘积，值为越接近１时，生产计划的执行效果最佳，由　此可得出生产过程中计划与实际生产的执行过程分析的关　键指标结果。　运行表的打印与输出，当运行表按照班次的工作时间完　成后即可直接打印或输出，打印与输出按钮脚本分别为　ＰｒｉｎｔＳｈｅｅｔ（一１，１）、Ｅｘｐ０ｒｔＥｘｃｅｌＦｉｌｅ（一１，１，…’）。　２．４查询表的处理　查询表的格式是以运行表做为基础模板的．画面中建立　Ｄａｔｅｔｉｍｅ日期控件及“查询”按钮，先选择日期控件后触发“查　询”按钮表格内才会有原始数据，数据都是根据日期与炉号　为条件在关系库表ｔａｂ中查询到这一天所有生产记录信息，　天以前的数据记录，这样就可做到数据库的记录整理功能，　避免由于长期运行而造成访问效率的降低。　最后，系统运行后根据每１张运行表即可得出当前班组　的生产运行执行情况．根据查询表即可随时得出某一天的生　产运行执行情况，对整个焦煤生产操作过程做到了记录分析　的过程。　３结束语　系统的设计来自于焦化厂生产管理过程的需求，上述内　容以系统实现过程为重点。在系统运行后的不同阶段必定还　有更详细的需求，如计划快速导入、数据补传、错误数据纠　正、时钟同步、用户管理等针对性能与功能的更多需求也会　逐步完善，最终实现人性化需求　１。使工人用的更方便更快　捷，使监管层对工人的绩效考核提供原始依据，做到方便、可　靠、稳定、高效的系统特性。　参考文献：　【１】王晓琴．炼焦工艺［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０１０．　［２】邵裕森，巴筱云．过程控制系统及仪表［Ｍ］．北京：机械工业　出版社．２００５．　【３】马国华．监控组态软件应用一从基础到实践［Ｍ］．北京：中国　电力出版社．２０１１．　［４］全新顺．生产与运作管理［ＭＪ．南京：南京大学出版社，２００７．　『５１　Ｋｕｒｉｎａ　Ａｓｕｔｉ　Ｌ　Ｄ，Ｈｏｗｅ　Ｌ　Ｃ．Ｆｉｅｌｄｂｕｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｄ］．Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ：Ｎａｎｙａｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００１．　［６］Ｄｉｅｒｋｓ　Ｈ．ＰＬＣ—ａｕｔｏｍａｔａ：ａ　ｎｅｗ　ｃｌａｓｓ　ｏｆ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｂｌｅ　ｒｅａｌ—　ｔｉｍｅ　ａｕｔｏｍａｔｅ［Ｍ］．Ｔｈｅｏｔｅｔｉｃａｌ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｃｉｅｎｃｅ，２００１．　【７】Ｊｏｈｎｓｏｎ　Ｄ　Ｇ．Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ　ｆｏｒ　ｆａｃｔｏｒｙ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ　ａｎｄ　Ｂａｓｅｌ：Ｍａｒｃｅｌ　Ｄｅｋｋｅｒ　Ｉｎｃ，１９８７．　［８］Ｓａｙｇｉｎ　Ｃ，Ｋａｈｒａｍａｎ　Ｆ．Ａ　ｗｅｂ—ｂａｓｅｄ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｆｏｒ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　［Ｊ］．Ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，２４（７）：５９０－５９８．　【９】王继峰，秦亚军，牛彦锋．供电企业农电安全生产管理的　实践与探讨ｆＪ］．陕西电力，２０１０（８）：５３—５６．　ＷＡＮＧ　Ｊｉ—ｆｅｎｇ，ＱＩＮ　Ｙａ￣ｕｎ，ＮＩＵ　Ｙａｎ—ｆｅｎｇ．Ｐｒｏｂｅ　ｉｎｔｏ　ｒｕｒａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｓａｆｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ＆ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｎｒｔｅｒｐｒｉｓｅ［Ｊ］．Ｓｈａａｎｘｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ，２０１０（８）：５３—５６．　－７３－