铜冶炼中间物料计量数据采集系统的开发

蒯 英，步 辉，李郑刚

（云南铜业股份有限公司冶炼加工总厂，云南 昆明 650102）

铜冶炼中间物料计量数据采集系统的开发

蒯 英，步 辉，李郑刚

（云南铜业股份有限公司冶炼加工总厂，云南 昆明 650102）

利用已有的吊车电子秤并增设少量设施，自行开发了铜中间物料计量数据采集系统。本文介绍了系统的结构、功能及应用效果。

铜冶炼；中间物料；50 t吊车；电子秤；计量数据采集

1 存在的问题

随着公司信息化ERP项目的推进，底层数据采集（即MES关键数据采集）成为亟待解决的实际问题。受生产工艺和设备的限制，本厂很多生产统计数据仍依靠人工录入方式获取，遇到数据种类较多、组合多变且大量数据需要录入时，人工录入的准确性及可靠性无法保证。精炼分厂中间物料计量数据的采集就是根据吊车秤的称重数据，人工采集，人工录入，远远满足不了公司信息化建设的要求。因此，开发中间物料计量自动采集系统势在必行。

精炼分厂共有4台50 t吊车，分别安装有吊车电子秤，此秤由称重传感器、无线发射机、无线接收机（无线接收机提供RS-232串行通讯接口）三部分组成，用于铜艾萨炉熔炼、转炉吹炼、阳极炉精炼（包括2台电炉、5台转炉、2台回转式阳极炉及3台阳极炉）所产热冰铜、粗铜、转炉渣、精炼炉返渣以及电解铜残极、外购粗铜等十多种物料的吊运和计量。然而吊车还要进行物料及设备移位工作，称重传感器安装在吊车小车卷扬机轴承上，只要吊车运行即处于称重状态，而吊车秤不会筛选，故有大量的垃圾重量数据产生。

这些物料重量数据由调度员从调度室电子秤数据无线接收机上获取或从行车显示器上一一对应抄录并筛选，人为的因素较大。由于惯性的原因，吊运过程中吊车上电子秤无线接收机上的数据不断变化，而电子秤无线接收机安装在精炼调度室，调度员在调度室中不能直接看到吊车运行作业，只是根据经验随机在变化值中读取数据，然后将这些数据人工生成报表上报，再人工凭经验修正录入计算机进入公司信息化流程。在整个中间物料计量环节中，中间物料及冶炼炉关系较为复杂，而且人为判断因素较多，将此数据用于MES，基础数据的可靠性难以保障。

2 解决方案

经过调研并与操作人员沟通，根据现场工艺状况及现有条件，在不影响生产作业、操作人员易于实施的前提下制定了如下解决方案：

在精炼分厂调度室增加一台操作员站，用于采集吊车电子秤无线接收机上RS-232串行通讯接口输出的重量数据，以及吊车驾驶室内现场物料识别控制台发送的中间物料种类、来源等标识数据。

物料来源、物料种类及采集首次起吊毛重数据由吊车工判定，起吊前由吊车工目测后输入吊车驾驶室内的物料识别控制台。起吊作业完成并稳定后，吊车操作工在吊车驾驶室内的物料识别控制台上按下毛重确定按钮，将三条数据向调度室内操作员站传送，此信号经无线信号接收机接收并传输到精炼调度室操作员站。

调度室操作员站根据此信号，捕捉电子秤数据无线接收机上RS-232串行通讯接口输出的当前重量数据，并与物料来源、物料种类、行车号及起吊时间（行车号及起吊时间为按下确定按钮后自动生成）数据汇总记录到操作员站实时数据库中，经数据打包处理后，由物理网络将这些数据包以广播形式向转炉、阳极炉及反射炉MES终端发送。

当吊车将装料包送至冶炼炉时，冶炼炉炉工在冶炼炉操作室MES终端上输入行车号，此时终端自动记录冶炼炉目标炉号，将数据打包后返回调度室操作员站，用于数据汇总。一旦有一台冶炼炉发出确认指令，其他冶炼炉将不再能进行重复操作。此确认步骤非常关键，可过滤掉行车在进行非送料作业时吊车秤产生的非中间物料重量数据，没有经过冶炼炉MES终端确认的数据将不能进入调度操作员站数据库。

倒料作业结束，送料包子恢复到正常吊运位稳定后，吊车操作工在吊车驾驶室按下物料识别控制台上的皮重确定按钮，无线信号传输到精炼调度室操作员站，捕捉到电子秤数据无线接收机上RS-232串行通讯接口输出的当前皮重数据，同时在系统中自动生成行车投料结束时间记录。

以上步骤后，一个完整的投料流程便结束，一个包子在送料过程中的关键数据标签量全部生成。详细的操作流程见图1。

图1 操作流程图

以上数据在调度室操作员站汇集为一条完整数据加上一条读写标志位存入操作员站实时数据库，等待MES数据库服务器读取。MES数据库服务器读取前先判断读写记录标志位是否为未读数据，如果是未读数据，则将此条数据从操作员站实时数据库中提取，同时修改读写记录标志位为已读取状态，操作员站系统将把这条标志为已读取的数据从实时数据库转存到操作员站本地历史数据库，供精炼调度生产管理查询，并等待下一条实时数据生成。如果MES数据库服务器由于不明原因未能及时读取这条数据，操作员站将等待30 s后自动将此条数据在不改变读写标志位的情况下，从实时数据库取出并存入操作员站本地历史数据库，等待MES数据库服务器恢复正常后读取并提供精炼调度生产查询。

MES数据库服务器提取数据后，将进一步计算出投料净重，合并以上数据组合提供MES系统作为基础数据使用。

MES系统从操作员站数据采集流程见图2。

调度监控终端对物料来源、物料种类、毛重、吊车号、起吊时间、收料炉号、皮重、投料结束时间、净重数据进行识别，最终可确定行车所吊运物料的种类、真实重量、去向（到哪座转炉）、投收料时间，由此可对每台电炉、转炉、回转阳极炉、阳极炉之间流动物料的重量、种类准确采集，并且操作工能及时准确地了解进出物料的详细情况，从而实现更精确的计量，利于工艺控制，提高作业效率，并为金属平衡、技术经济指标的考核提供准确依据。

改造前后各项数据的采集方式如表1。这些数据采集流程均由系统自动完成，不需进行任何人为操作且可确保已采集的数据不丢失。

3 系统结构及功能

3.1 系统结构

系统由原有设备和新增设备两大部分构成。

原有设备包括重量数据传感器，重量数据发射机，重量数据接收机。原有设备的功能是采集行车的重量数据，并通过发射机和接收机把数据送到调度室。

图2 MES系统从操作员站采集数据流程

新增设备包括：操作终端，无线收发信机，调度室操作员站。新增设备的功能是确认吊装物料（除重量外）的其他属性，并通过收发信机把数据送入调度室操作员站，同时与原有设备建立通讯，自动采集物料重量进入操作员站，形成完整记录。

系统软件构成见表2。

系统硬件结构图见图3。

表1 改造前后各项数据的采集方式

表2 系统软件构成

图3 系统硬件结构图

3.2 软件组态及操作界面

由于采用西门子触摸屏作为现场物料识别控制台，所以软件组态利用西门子的编程组态软件开发，主要是考虑西门子编程组态软件及触摸屏的成熟及可靠性，出于节省开支及仅仅只是完成与现场物料识别控制台数据通讯，采用Win AC 4.0(软PLC系统)，直接安装于精炼调度操作员站内。

系统软件结构图见图4。

图4 系统软件结构图

系统编程主要由一副流程图及软件组态组成，软件组态主要完成根据吊车工发出信号对电子秤无线电接收机数据串口数据采集，及吊车工物料确认面板编程。

电子秤无线电接收机自带RS-232串行通讯接口，通讯方采用主从应答式，由上位机控制整个通讯链路，通讯时数据采用ASCⅡ码，波特率为2400Bit，每行发送接收数据为10位，1个起始位，7个数据位，1个偶效验位和1个停止位。编程主要根据串口编码方式及现场物料识别控制台发出无线电信号，完成正确重量数据捕捉及相关物料标示的记录，并对物料关联错误发出报警，例如行车操作工在录入数据时输入电炉后输入粗铜的关联错误。

系统生成数据报表，经筛选后制得每天吊车吊运每种物料总量统计报表。

此报表可根据精炼调度需求通过吊车号、物料种类、吊运时间等多种方式按查询意图任意组合，大大方便调度生产管理工作，提高了工作效率。

3.3 系统功能及特点

（1）操作简便，运行稳定，能准确及时地反映操作人员意图，投用后操作人员即能准确操作；

（2）准确及时记录中间物料每一条参数，包括：物料来源、物料类别、吊车号、起吊时间、目标炉号、收料时间、投料时间；

（3）具备提示功能，对每一条记录中遗漏和错误的内容在操作员站上进行提示；

（4）具备存储功能，将每一条完整记录的内容存入操作员站的本地数据库；

（5）监控软件能够反应设备状态，包括行车状态和通讯链路状态；

（6）为公司ERP/MES系统对中间物料计量数据的读取提供开放的数据库接口；

（7）供透明的无线传输路由。

4 结束语

结合现场实际情况和操作所开发的底层数据采集系统（MES），充分挖掘和利用现场已有设备的功能，在正常生产的情况下，以较短的时间、较少的投入即完成安装调试。系统人机界面易于操作识别，吊车工及冶炼炉（转炉、阳极炉）炉工经简单培训后即能准确无误的操作使用，运行一年多，数据采集流程清晰，操作程序严谨，吊车工、冶炼炉炉工及精炼分厂调度员分工合作，互相监督、制约即可完成计量数据的采集流程，所获得的精炼分厂中间物料计量数据准确，完全达到设计目的。

能够采集到艾萨炉经电炉产出的热冰铜的计量数据；各台转炉处理的热冰铜、冷料、返渣（阳极炉返渣）、灰渣铜等的计量数据及产出的粗铜、转炉渣的计量数据；各台阳极炉处理的粗铜、残极、块条铜的计量数据；以及相应的这些中间物料的上料时间、炉次、吊运吊车号、物料毛重、皮重、净重等关键数据。为精炼分厂班组考核、技经指标提升、标准化作业、优化生产方式提供准确依据。

另外，本系统通过精炼分厂50 t吊车电子秤将每班次所有中间物料（热冰铜、粗铜、残极、转炉渣、阳极炉渣及各种返料等）的计量统计数据准确无误地传送至总厂MES系统，结束了多年来人工统计、录入传递报表的历史。为总厂的生产调度、各专业技术的科学管理奠定了坚实的基础。

Abstract:The measuring data acquisition system of intermediate materials of copper smelting was developed based on using existed electronic weighting of hoist crane and adding a bit of facilities.The structure,function and application effect of the system were introduced in this paper.

Key words:copper smelting;intermediate materials;50t hoist crane;electronic weighting;measuring data acqui⁃sition

Development of measuring data acquisition system of intermediate materials of copper smelting

KUAI Ying,BU Hui,LI Zheng-gang

TF811.031.1；TF351

B

1672-6103（2011）02-0041-04

蒯 英（1973—），男，云南昆明人，大学本科学历，工程师，主要从事工业电气自动化控制工作。

2010-08-09