1.前言

鐵前工序的成本和能耗占整個(gè)鋼鐵聯(lián)合工序高達(dá)70%以上。但是由于其主反應(yīng)器高爐是高溫、高壓、密閉、連續(xù)生產(chǎn)的巨型“黑箱”，所涉及的冶煉操作參數(shù)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也很繁多，目前仍缺乏對(duì)整個(gè)煉鐵大數(shù)據(jù)的精細(xì)梳理和深度挖掘。鐵前系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化水平相比鋼、軋產(chǎn)線偏低，仍以人工經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷操作為主。生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)存在波動(dòng)性，鐵前系統(tǒng)的降本增效空間巨大。

目前，國(guó)內(nèi)唐鋼、馬鋼、興澄等鋼廠均已構(gòu)建了相對(duì)完備的鐵前大數(shù)據(jù)平臺(tái)，在鐵前整體經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于漣鋼。2012年，漣鋼鋼后完成了全流程質(zhì)量分析系統(tǒng)的建設(shè)，而鐵前區(qū)域生產(chǎn)管理系統(tǒng)自成體系，因其分散，相互之間很難協(xié)同工作，形成了“信息孤島”。各區(qū)域的生產(chǎn)實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)也被封閉在這些“孤島”內(nèi)，整個(gè)鐵前缺乏統(tǒng)一的、完整的、企業(yè)級(jí)鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)信息平臺(tái)，以支持越來(lái)越多的數(shù)據(jù)應(yīng)用。高爐在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中承上啟下，其順行程度的好壞直接影響企業(yè)運(yùn)行效益。漣鋼鐵前生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)、影響因素眾多、過(guò)程參數(shù)追溯性較差等，導(dǎo)致生產(chǎn)操作隨意性大，過(guò)程參數(shù)的可控性不理想。因此，針對(duì)漣鋼大鐵前系統(tǒng)的問(wèn)題，構(gòu)建漣鋼鐵前大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的想法應(yīng)運(yùn)而生。

2.項(xiàng)目研究的必要性

2.1 建立科學(xué)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化的煉鐵生產(chǎn)操作管理體系

在大數(shù)據(jù)采集與分析平臺(tái)的指導(dǎo)下，通過(guò)對(duì)相關(guān)作業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)判別，自動(dòng)進(jìn)行異常檢測(cè)，用以對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷原因，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)警。自動(dòng)生成各種定期報(bào)表，結(jié)合相關(guān)的應(yīng)用軟件，對(duì)某一時(shí)間段的某一數(shù)據(jù)或大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如標(biāo)準(zhǔn)差分析、正態(tài)性檢定、等方差檢驗(yàn)、相關(guān)、回歸等分析，生成相關(guān)矩陣、回歸公式、控制圖、散點(diǎn)圖等相應(yīng)的數(shù)據(jù)或圖表；自動(dòng)采集某些特定數(shù)據(jù)或人工輸入一定數(shù)據(jù)按特定的計(jì)算公式，進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算或處理后，輸出特定的數(shù)據(jù)或圖表，以建立相應(yīng)的過(guò)程數(shù)學(xué)模型，為爐況的長(zhǎng)期順?lè)€(wěn)提供支撐。

2.2 分級(jí)、分類建立大數(shù)據(jù)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)鐵前焦化、燒結(jié)、高爐三道工序及不同產(chǎn)線，特別是3座不同容積、結(jié)構(gòu)、耐材、爐況、爐齡的高爐，結(jié)合爐況、爐缸爐底安全、設(shè)備故障、參數(shù)異常建立報(bào)警和預(yù)警機(jī)制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理出現(xiàn)的問(wèn)題。同時(shí)全面監(jiān)測(cè)高爐運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)以及外圍參數(shù)變化，結(jié)合關(guān)聯(lián)性模型等數(shù)據(jù)處理模型，提供給高爐操作者相應(yīng)的預(yù)警和預(yù)測(cè)信息，以促其及時(shí)采取相應(yīng)的措施，避免爐況波動(dòng)，消除不穩(wěn)定因素，提高高爐的穩(wěn)定性，降低成本。

2.3 通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控，提供正常運(yùn)行的信息

通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)平臺(tái)、基礎(chǔ)作業(yè)數(shù)據(jù)平臺(tái)及加工處理數(shù)據(jù)平臺(tái)的建立和正常運(yùn)行，提供給鐵前技術(shù)人員更加全面、及時(shí)、準(zhǔn)確的信息，并提供相應(yīng)的模擬軟件，利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的監(jiān)控冶煉流程。此外，通過(guò)精細(xì)化平臺(tái)的開發(fā)還將使各部門、各工段、各工序的協(xié)同和管理由粗放型向精細(xì)化轉(zhuǎn)變。

2.4 通過(guò)統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行改進(jìn)

通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建立，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)和軟件平臺(tái)上集中開發(fā)相應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用軟件，并反饋給工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和無(wú)線連接，為鐵前管理人員、技術(shù)人員搭建便捷的溝通與管理平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控鐵前生產(chǎn)的方方面面，保證高爐的長(zhǎng)期穩(wěn)定順行。同時(shí)，能夠促進(jìn)整個(gè)鐵前不同工廠與產(chǎn)線之間人員與技術(shù)的高度融合，為整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的改善創(chuàng)造條件。

3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

3.1 統(tǒng)一系統(tǒng)數(shù)據(jù)

從大數(shù)據(jù)融合層面，對(duì)鐵前MES生產(chǎn)監(jiān)視系統(tǒng)、煉鐵廠MES系統(tǒng)、LIMS系統(tǒng)、SAP系統(tǒng)、鐵前各生產(chǎn)線的二級(jí)系統(tǒng)、鐵前各生產(chǎn)廠三級(jí)系統(tǒng)等目前分散的信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)一采集、濾波、存儲(chǔ)、管控、分析、挖掘及利用，提升鐵前系統(tǒng)生產(chǎn)、技術(shù)與管理的整體數(shù)字化、科學(xué)化、智能化水平。

3.2 漣鋼鐵前大數(shù)據(jù)智能互聯(lián)平臺(tái)

充分利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，打破地域限制和信息孤島，建立漣鋼鐵前大數(shù)據(jù)智能互聯(lián)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)漣鋼內(nèi)部鐵前生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和統(tǒng)計(jì)分析。預(yù)留和行業(yè)同類型先進(jìn)煉鐵大數(shù)據(jù)平臺(tái)通訊接口，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)操作制度方法的數(shù)據(jù)流的“引進(jìn)來(lái)”和“走出去”。

3.3 預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)和管理機(jī)制

針對(duì)高爐設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、操作特點(diǎn)的多樣化，從傳熱學(xué)、煉鐵學(xué)、冶金物理化學(xué)等機(jī)理層面建立合理的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)和管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)漣鋼各高爐的安全、長(zhǎng)壽、高效生產(chǎn)。

3.4 大數(shù)據(jù)資產(chǎn)及數(shù)字化

建立和積累漣鋼鐵前大數(shù)據(jù)資產(chǎn)及數(shù)字化技術(shù)體系和人才培養(yǎng)機(jī)制，提升企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。

3.5 提高煉鐵水平，降低冶煉成本

最終提高煉鐵水平，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低冶煉成本，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化煉鐵、精細(xì)化煉鐵和經(jīng)濟(jì)化煉鐵的目標(biāo)，提高漣源鋼鐵公司的競(jìng)爭(zhēng)力。

4.系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

4.1 漣鋼鐵前大數(shù)據(jù)平臺(tái)整體架構(gòu)圖，見圖1。

圖1 漣鋼鐵前大數(shù)據(jù)平臺(tái)整體架構(gòu)圖

4.2 整體平臺(tái)功能架構(gòu)

整個(gè)平臺(tái)從數(shù)據(jù)采集、濾波、治理、存儲(chǔ)、管控、展現(xiàn)、應(yīng)用的技術(shù)功能鏈路角度，分為四大子平臺(tái)：大數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)平臺(tái)；大數(shù)據(jù)監(jiān)控子平臺(tái)；大數(shù)據(jù)加工處理分析平臺(tái)；Web發(fā)布平臺(tái)。

4.2.1 大數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)平臺(tái)

該平臺(tái)主要是解決數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，總體包括兩大部分，一部分是數(shù)據(jù)采集，該部分包括一級(jí)PLC數(shù)據(jù)采集、L2系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、L3系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集以及第三方關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)采集。

（1）數(shù)據(jù)采集部分：包括一級(jí)PLC數(shù)據(jù)采集、L2系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、L3系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集以及第三方關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)采集。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分：根據(jù)實(shí)際的業(yè)務(wù)需求將數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存、暫存以及大數(shù)據(jù)歸檔存儲(chǔ)。

4.2.2 大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)

大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控和基礎(chǔ)作業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)控兩方面，實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)是指生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)具有監(jiān)控儀表進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)，如流量、溫度、壓力、重量、料位、速度、電壓、電流等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集周期可以達(dá)到秒級(jí)的數(shù)據(jù)?；A(chǔ)作業(yè)數(shù)據(jù)是指非實(shí)時(shí)自動(dòng)采集，但有相對(duì)固定的周期作業(yè)產(chǎn)生并不斷上傳至相關(guān)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，如各種原料及中間產(chǎn)品、產(chǎn)品與各有關(guān)作業(yè)的檢驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)等。

4.3.2.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控畫面，主要是挑選各重點(diǎn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)控畫面和數(shù)據(jù)，匯總到各區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)總覽畫面，如焦化、煤化、燒結(jié)、高爐等。

數(shù)據(jù)輸出模式選擇有以下三種：

（1）畫面模式：適應(yīng)于對(duì)主要生產(chǎn)系統(tǒng)的直觀觀察，包含焦化、燒結(jié)、高爐等各作業(yè)單元的重要生產(chǎn)工序，不僅能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)，還支持往前快速遞推檢索功能，在各個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面點(diǎn)擊某個(gè)具體的設(shè)備參數(shù)能夠快速查看其歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)。

（2）曲線模式：適應(yīng)于少量數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單分析，基于監(jiān)控畫面選擇相關(guān)參數(shù)的變化曲線，讓平臺(tái)操作人員在監(jiān)控畫面上點(diǎn)擊某參數(shù)附近按鈕即可顯示該參數(shù)的變化曲線。

（3）EXCEL表格模式：適應(yīng)于數(shù)據(jù)的分析與深加工處理，如進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)、回歸、等方差檢驗(yàn)等分析。

該項(xiàng)內(nèi)容原則上要求在現(xiàn)有PLC一級(jí)機(jī)上，在主要監(jiān)控畫面上納入了監(jiān)視范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，均應(yīng)予以長(zhǎng)期保存。同時(shí)需各單位對(duì)現(xiàn)有實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行篩選，找出具有長(zhǎng)期監(jiān)控意義、需要長(zhǎng)久保持的數(shù)據(jù)點(diǎn)，剔除僅有瞬時(shí)觀察意義的實(shí)時(shí)觀察數(shù)據(jù)。

4.2.3 大數(shù)據(jù)加工處理分析平臺(tái)

針對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行工序產(chǎn)線劃分，給用戶提供自定義分析工具、數(shù)據(jù)檢索工具以及報(bào)表分析工具，方便用戶對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。加工處理數(shù)據(jù)是根據(jù)特定需要，對(duì)相關(guān)的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與基礎(chǔ)作業(yè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行加工處理后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如各種車間級(jí)及廠級(jí)的生產(chǎn)作業(yè)日?qǐng)?bào)報(bào)表，各種作業(yè)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差分析、等方差分析、相關(guān)及回歸分析等。加工處理數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)具備并實(shí)現(xiàn)以下菜單功能：

（1）數(shù)據(jù)采集周期選擇：全數(shù)據(jù)、日平均、周平均、月平均、年平均（單選）。

（2）數(shù)據(jù)采集時(shí)段選擇：從某年某月某日至某年某月某日。

（3）工序選擇：原料場(chǎng)、焦化/煤化、燒結(jié)、煉鐵（多選）。

（4）產(chǎn)線選擇：如煉鐵中分6、7、8號(hào)三座高爐及噴煤等產(chǎn)線。燒結(jié)分130、180、280、360四臺(tái)燒結(jié)機(jī)及中和場(chǎng)、原料場(chǎng)等產(chǎn)線（多選）。

（5）數(shù)據(jù)大類選擇：原料數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)（多選）。

（6）數(shù)據(jù)小類選擇：如高爐原料數(shù)據(jù)可分為焦炭檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、燒結(jié)礦檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、塊礦檢驗(yàn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行分類，高爐產(chǎn)品數(shù)據(jù)可按鐵水?dāng)?shù)據(jù)（重量及成分等）、爐渣、煤氣等進(jìn)行分類（多選）。

（7）具體數(shù)據(jù)選擇：如高爐所用焦炭的冷熱強(qiáng)度、高爐鐵水的各種成分等（多選）。

（8）數(shù)據(jù)加工處理方式選擇（分步進(jìn)行）：

①數(shù)據(jù)判別：對(duì)平臺(tái)系統(tǒng)中的所有量化數(shù)據(jù)可以設(shè)定其正常工作范圍或控制標(biāo)準(zhǔn)線，以對(duì)數(shù)據(jù)的有效性與可控性自動(dòng)進(jìn)行篩選與甄別，可以自動(dòng)剔除那些顯著異常的數(shù)據(jù)，便于管理部門進(jìn)行監(jiān)控和及時(shí)處理。

②生成報(bào)表：按以上選擇要求自動(dòng)生成各單位現(xiàn)有的各種定期常用報(bào)表，如：日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表等電子報(bào)表，以及具備自編輯功能可按特定需要自行設(shè)計(jì)并增加特定報(bào)表。

③數(shù)據(jù)分析：按以上選擇要求調(diào)用數(shù)據(jù)后，結(jié)合相關(guān)的應(yīng)用軟件對(duì)某一時(shí)間段的某一數(shù)據(jù)或大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析如標(biāo)準(zhǔn)差分析、正態(tài)性檢定、等方差檢驗(yàn)、相關(guān)、回歸等分析，生成相關(guān)矩陣、回歸公式、控制圖、散點(diǎn)圖等相應(yīng)的數(shù)據(jù)或圖表。

4.2.4 Web發(fā)布平臺(tái)

為了實(shí)現(xiàn)漣鋼整個(gè)鐵前大數(shù)據(jù)的移動(dòng)互聯(lián)和云端診斷，特開發(fā)Web發(fā)布及云端交互子平臺(tái)。該子平臺(tái)的通訊鏈路主要采用端口映射的方式，使用本廠的有線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量和速率有保障，可以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步與上傳。

Web發(fā)布平臺(tái)主要包括Web前臺(tái)和服務(wù)端兩個(gè)部。服務(wù)端提供各種通用數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口與Web前臺(tái)頁(yè)面實(shí)際業(yè)務(wù)進(jìn)行交互，而Web前臺(tái)則是根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求進(jìn)行頁(yè)面展示和人機(jī)交互。

通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的在線業(yè)務(wù)服務(wù)，可以提供更好的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)服務(wù)。在漣鋼內(nèi)網(wǎng)，不同訪問(wèn)權(quán)限等級(jí)的用戶，可以通過(guò)登陸電腦網(wǎng)頁(yè)，支持在線查看鐵前大數(shù)據(jù)的曲線、數(shù)據(jù)查詢、生產(chǎn)報(bào)表等。

5.平臺(tái)應(yīng)用效果

平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了焦化、燒結(jié)、高爐工序重點(diǎn)參數(shù)的在線監(jiān)控與自動(dòng)采集，同時(shí)自動(dòng)生成部分報(bào)表，總體實(shí)現(xiàn)了各工序過(guò)程控制參數(shù)透明化，為工況的分析、判斷提供了準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。崗位規(guī)程就像十字路口的紅綠燈，而當(dāng)前大數(shù)據(jù)平臺(tái)就像攝像機(jī)，共同促進(jìn)各崗位規(guī)范操作，才能提升各工序控制能力。

2018年至今，漣鋼公司焦炭、燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)中有升，三座高爐保持長(zhǎng)期高效順行，日均產(chǎn)鐵量超過(guò)21000噸。當(dāng)前，鐵前大數(shù)據(jù)平臺(tái)總體實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)真實(shí)獲取，后續(xù)待進(jìn)一步開發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)分析及爐況等預(yù)測(cè)。

通過(guò)該大數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)和使用，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)化煉鐵、數(shù)字化煉鐵、精細(xì)化煉鐵和經(jīng)濟(jì)化煉鐵的目標(biāo)，提高鐵前整體技術(shù)水平，降低冶煉成本。