炼钢废钢分类计量系统和数据采集方法研究

郝胜涛

（河钢张宣科技金属材料公司，河北 宣化 075100）

0 引言

河钢张宣科技金属材料公司（以下简称金属材料公司）废钢间的主要功能是将废钢放到废钢斗内，通过天车将废钢斗吊至转炉平台，加入转炉内，供炼钢生产。由于不同种类废钢的品质、价格影响转炉冶炼的成本，所以废钢分类计量的准确性十分重要，为此，对废钢分类计量进行研究，创建了废钢分类计量系统和数据采集方法。

传统的炼钢物流信息采集方式依靠人工数据采集与统计，效率低，差错率高，其精准度和实时性不能满足模型自动炼钢和现代炼钢企业生产组织需求[1]。系统实施前存在炼钢生产物流计量数据处理方式简单，量值传递精度差，无定位识别功能，不能形成完整的数据流，不具备复杂的逻辑推理判断功能，仅靠人工判别和取舍大量信息难以保证精准度和实效性[2]。同时基础和过程自动化系统只具备数据搜集功能，不能构成精准的数据链，生产物流数据统计分析处于半手工状态，制约工艺控制、能耗水平。于是对传统的炼钢物流信息采集方式依靠人工数据采集与统计关键技术进行了创新，解决了制约炼钢生产物流信息系统良好运行的难题。

1 废钢计量方法创新思路

1）因为对废钢库位进行定位，不利于废钢库的分类管理，金属材料公司可以利用天车定位技术实现废钢库位的定位。

2）废钢分类采用发送料单的方式进行分类计量废钢，金属材料公司可以利用电磁吊称重系统和轨道衡称重系统配合，电磁吊定性判断，轨道衡定量计算，自动进行废钢分类计量。

3）因为创建废钢分类二级管理系统，只是将废钢分类采集的信息反馈到模型炼钢，金属材料公司可以建立废钢二级管理系统，提高废钢间操作管理的程度。

为此，提出一种新的废钢分类计量系统和数据采集方法：采用废钢电磁吊称重系统结合天车定位系统，进行定性分析，判断废钢加料种类；利于废钢轨道衡系统进行定量计量，实现废钢分类计量，并且建立废钢二级管理系统，实现废钢分类计量计量的准确性和废钢操作管理系统。

2 废铜计算方法实施方案

2.1 废钢分类计量系统

该系统包括废钢车称重（又称为废钢轨道衡）、废钢电磁吊称重检测仪表、废钢电磁吊车发射装置、废钢电磁吊接收装置、废钢定位标识装置、废钢定位识别装置、废钢分类计量网络系统、废钢分类计量二级服务器系统、废钢分类计量量客户端系统。实现废钢仪表检测、传输、计量和数据采集，最终通过服务器网络和服务器系统通讯将数据采集到废钢分类计量系统二级客户端。

2.2 废钢分类计量系统的数据采集

通过射频识别技术和无线传输技术采集废钢电磁吊和轨道衡的质量以及电磁吊运行的位置数据[3]；通过串口通讯和以太网传输技术将数据采集到服务器中；通过编程软件编程相应的采集器程序，将废钢运转的实时数据采集到废钢数据库中；通过编制相应的逻辑推理程序，产生相应的夹废钢分类时间和废钢平车上称事件和下称事件；通过利用电磁吊称重数据变化结合电磁吊位置变化，进行料种判断，实现定性分析料种；通过废钢平车称重进行定量计量，将废钢关键数据和推理计算值存放到到数据库中的废钢表中；通过编制相应的浏览器程序，实现废钢间关键数据的实时显示和报表的查询、打印功能。

2.3 废钢分类计量系统的实施

采用数据库系统，通过创建相应的实时数据表、位置组表、位置组表、参数表、废钢报告表。根据现场称量设备运行的情况，定义相应的废钢分类计量称重参数，剔除不合理称重数据，保证称重采集正常。

2.3.1 主要废钢分类计量称重参数设定方法

1）最小空斗质量。最小空斗质量值，废钢皮重的下限值，用于在废钢间轨道衡加入量计算推理的时候，采集皮重值和上称的判断。

2）最大空斗质量。废钢皮重采集的上限值，用于在废钢间轨道衡加入量计算推理的时候，采集皮重值和上称的判断。

3）最大加入量。轨道衡的最大加入量值，每斗废钢加入量的上限值，用于在废钢间轨道衡加入量计算推理的时候，废钢加入量上限的判断。

4）最小加入量。轨道衡的最小加入量值，每斗废钢加入量的下限值，用于在废钢间轨道衡加入量计算推理的时候，废钢加入量下限的判断。

5）最小采集平台长度。最小采集平台长度，当判断废钢二级系统发生上称、下称或者加二级废钢事件的时候，连续稳定的数据值的个数。

6）最小采集平台差值。最小采集平台差值，判断连续稳定平台的最小误差值。

2.3.2 废钢系统定性采集料种和定量采集质量关键方法

例如1 号废钢车在2 号轨道衡加废钢20 t，料种1 加料4 t、料种2 加料9 t、料种3 加料7 t，轨道衡空称的时候设定为-30 t，废钢车的质量为30 t，废钢车+废钢斗上称之后，显示废钢斗质量。

废钢计量程序在计算的过程中，称重值必须满足废钢最大空斗重量、废钢最小空斗重量、废钢最大加入量、废钢最小加入量、废钢最小采集平台长度、废钢最小采集平台差值等6 个参数之间的3 个约束条件。

1）废钢空斗质量值必须在最大空斗质量和最小空斗质量之间才有效。

2）废钢最大加入量和最小加入量满足实际情况，不能超过约束参数的最大加入量和最小加入量的范围。

3）废钢定量计算称重值的时候，数据采集应用满足稳定称重数据的采集，满足最小采集平台长度的要求，同时满足最小采集平台差值的要求，以保证称重采集时数据的稳定。

2.3.3 废钢分类计量过程

1）步骤1。1 号废钢车开到2 号轨道衡上，轨道衡由-30 t 显示0，此时废钢分类计量程序判断定义为废钢车上称事件，显示为空载值，记为T1，例如为0 t。

2）步骤2。电磁吊开始工作，进行加废钢操作，使用电磁吊定性分析判断料种，使用废钢轨道衡称重定量分析计量料种称重质量。

3）步骤3。电磁吊走到料种1 区域，吊起料种1废钢T2，例如为4 t，此时电磁吊称重值由0 变化为T2，例如为4 t。

有质量变化，定性判断料种为料种1。此时定义为电磁吊起废钢事件，根据定位信息，记录该次电磁吊吊废钢料种为料种1。

4）步骤4。电磁吊走到1 号轨道衡位置，将吊起的T2废钢加入废钢斗内。此时电磁吊称重值由T2变为0，定义为电磁吊加入废钢，由上一步骤3 可知，料种为料种1。在电磁吊质量变化的同时，轨道衡称重值由0 变为T1，定量计算，定义为轨道衡加入废钢T1。

5）步骤5。废钢分类计量程序综合以上过程，采用电磁吊称重变化结合定位信息，定性分析废钢料种为料种1，根据废钢轨道衡称重系统判断料种1 废钢加入量为T1。

6）步骤6。电磁吊加料种2，为9 t；加料种3，为7 t。依次重复步骤2 到步骤5 的过程，实现多次加废钢分类计量。

7）步骤7。1 号废钢车开离2 号轨道衡上，轨道衡由T2显示0，此时废钢分类计量程序判断定义：废钢车下称事件，显示为重载值，记为T2，例如为50 t。

8）步骤8。此时，废钢车下称重载值和上称空载值之差为废钢总加入量，即T=T2-T1。废钢分质量依次为T1、T2、T3、...、Tn等，第n 次为Tn。每次分类加入废钢质量之和为废钢总质量，T=T1+T2+T3+…+Tn，理论上废钢总质量应该与每次质量之和相等。

2.4 废钢二级系统软件开发应用

废钢二级通过废钢称重仪表检测系统和天车电磁定位检测系统进行称重和位置的采集，写入到实时数据库中，同时在采集器界面进行显示。通过推理机进行系统推理，得到每斗废钢的加入总量和分量，将该数据在浏览器进行显示，同时实现和天车二级的通讯，实现废钢和轨道衡质量的对应。

2.4.1 废钢二级系统数据流程

废钢二级系统数据处理过程：第一步，废钢采集器将现场仪表检测信号采集到废钢数据库scrapcal实时数据表中。第二步，废钢推理机将采集到数据库中的实时数据进行数据推理，产生废钢报告写入数据库scrapcal 的scrap_wgt 表中。第三步，废钢推理机同时执行天车二级服务器1 数据库hlwlnew 下的存储过程insert_scrap，将废钢二级报告数据写入到天车二级系统数据库cranel2 的废钢总量表X_CRN_L25_SCRAP和废钢分量表X_CRN_L25_SCRAP 中。第四步，废钢浏览器对数据库scrapcal 的scrap_wgt 表进行数据查询显示，同时可以进行导出报表操作。第五步，废钢天车加废钢完毕之后，将熔炼号回写到表X_CRN_L25_SCRAP 中，废钢间轨道衡和废钢天车熔炼号对应完毕。图1 为数据流程图。

2.4.2 废钢二级系统软件系统

该系统包括废钢二级采集器、废钢二级推理机和废钢二级浏览器，采集器完成数据的实时采集并将数据存储到实时数据库中；推理机通过读取采集器存放到实时数据库中的数据，进行推理，将中间过程、废钢的加入量写入到数据库SCRAP_WGT 表中；废钢浏览器用于监视操作。

2.4.2.1 废钢数据推理规则

废钢数据推理规则基于事件判断，采用电磁吊的称重数据结合电磁吊位置变化情况，作为定性判断加何种料种的依据；同时采用废钢轨道衡称重数据变化情况，作为定量判断加多少料的依据。理想条件：废钢槽车质量固定、轨道衡称性能良好、轨道衡称体上边无散落废钢料、废钢斗为空斗。实际情况：废钢槽车上有散落废钢、轨道衡称体波动、轨道衡称体上散落废钢、废钢斗内有剩余废钢或者加的废钢渣子。

2.4.2.2 废钢采集推理满足条件

条件1：当废钢槽车载着废钢斗在轨道衡上的时候，轨道衡称重数据值显示为废钢斗的皮重值，即轨道衡称空载的时候显示废钢槽车的相反数值。条件2：废钢车上称取皮重，当废钢车上称的时候，废钢轨道衡称重值由空载值逐渐变化为废钢斗质量+废钢槽车质量，当满足连续稳定条件构成一个平台的时候，系统取轨道衡称重值作为该斗废钢加料的皮重值Wpi。上称的稳定值必须介于最大空斗质量和最小空斗质量之间。条件3：废钢车下称取毛，当废钢车下称的时，废钢轨道衡称重值由废钢斗质量+废钢槽车+废钢间废钢量逐渐变化为轨道衡空载值，当满足连续稳定条件构成一个平台的时候，系统取轨道衡称重值作为该斗废钢加料的皮重值Wmao。下称的稳定值必须介于最大空斗质量+最大加入质量之间，同时必须大于最小皮重值。条件4：废钢分组分质量采集，在废钢车上称到下称之间的一段时间之内，当使用电磁吊进行废钢加料时，当轨道衡称重值增加一定量时，例如增加Wfen，同时电磁吊称重值也减少与之相差一定范围的量，则系统将记录该次加废钢的分重量值，料种值取用电磁吊吊起该次废钢库位所对应的料种值作为该次废钢分组的料种值。条件5：废钢下称时取得的毛重值与上称时取得的皮重值之差为废钢间废钢采集的总净值值。条件6：废钢间每次采集的分组份废钢按照各个种类进行累加为各个分组分的净值。

3 实施效果

开发了一种废钢分类计量系统的数据采集方法和废钢分类计量系统软件，促进了废钢的精准计量和钢铁料消耗管理工作的加强，计量及时并准确，实现吨钢钢铁料消耗降低0.10 kg/t，该技术处于国际先进水平。

4 结论

实现废钢自动判断料种、自动分类计量，为降低钢铁料消耗提供数据支撑，利于成本控制，实现废钢分类计量的准确性。废钢计量的准确性促进提高钢铁料消耗数据的准确性，降低钢铁料消耗，提高了技术和管理手段。同时促进了钢铁料消耗的降低，平均降低钢铁料消耗0.10 kg/t 钢，年可获节约成本54.19 万元。