数据库技术在铁厂高炉自控系统中的应用

高宇琦

(山西省自动化研究所，山西 太原 030012)

高炉生产的化学过程非常复杂，数据报表的及时性及准确性对工艺生产有指导和决定性的作用，提供全面及时的高炉及设备运行状态数据(实时或历史数据)才能对高炉进行有效的生产指导。在未上自动报表系统前，安泰集团公司高炉工艺管理人员只能从高炉的操作日志进行事后分析，数据报表时间属于滞后型，给炼铁生产客观、全面、准确的评价和指导造成很大的误差。

结合高炉炼铁的特点，利用微软公司的.NET Framework平台下的Windows Forms(C#)技术以及甲骨文公司的Oracle数据库平台，我们开发了基于C/S 结构的高炉数据管理系统。它是信息化与生产自动化的有机结合，通过对高炉在运行过程中重要的工艺参数进行提取，整合，归档，处理，并长期保存，方便工艺人员或管理层随时查询。该系统成功运行使原料调度合理化，为高炉优化配料节省了成本，对实现工艺优化，实事求是地反映高炉的运行状况，以及科学分析高炉的运行状态提供了可靠依据。

1 系统配置

1.1 硬件组成

该数据库管理系统配置了1 台服务器和4 台客户端计算机，其中3 座高炉各配置1 台客户端计算机，总调度室配置1 台客户端计算机。要实现系统的功能，需要对采集的数据进行大量的计算和处理，对数据服务器的硬件配置要求较高。本系统选用Intel Xeon E5506 四核处理器，4GB 内存，1TB 硬盘6 块实现RAID 冗余，保证了数据存储的速度和安全，即使在个别硬盘损坏的情况下，软、硬件系统仍能够正常工作，不会丢失数据。同时考虑到服务器在系统运行中的重要性，为服务器配置了不间断电源(UPS)。

高炉自动控制系统采用西门子SIMATIC S7-400 系列PLC，配置工业以太网接口CP443-1。

1.2 软件组成

服务器运行SIMATIC NET OPC(OLE for Process Control)服务程序、Oracle 10 g 开发的数据处理程序、实时数据库和关系数据库程序。4 台客户端根据用途不同，分别运行功能和权限不同的查询和报表程序。

Windows Form 是以.Net Framework 为基础的应用程式新平台，它可以创建包括从简单的消息框到功能复杂的多文档界面的应用程序和显示用户界面。Windows Form 是用于生成利用公共语言运行库的Windows 客户端应用程序框架，可用公共语言运行支持任何语言编写Windows 窗体应用程序。

C#是在.Net Framework 环境下运行的开发语言，它从C和C++语言演化而来，是Microsoft 专门为使用.Net 平台而创建的。C#是一种现代的、面向对象的语言，它结合了C、C++和Visual C++的强大功能以及Visual Basic 的易用性。C#具有较强的数据处理能力，它的编译环境.Net Framework 具有跨应用平台的能力，因此其应用前景更为广泛［1］。

Oracle 是以高级结构化查询语言(SQL)为基础的大型关系数据库，通俗地讲它是用方便逻辑管理的语言操纵大量有规律数据的集合。是目前最流行的客户/服务器(CLIENT/SERVER)体系结构的数据库之一。Oracle 数据库是目前世界上使用最为广泛的数据库管理系统，作为一个通用的数据库系统，它具有完整的数据管理功能;作为一个关系数据库，它是一个完备关系的产品;作为分布式数据库它实现了分布式处理功能。

2 系统功能

软件系统按照功能划分主要包括系统管理、基础数据设置、参数数据录入、查询报表四大部分。

2.1 系统管理

系统管理包括:权限设置、用户设置、修改密码、部门设置、终端设置。本系统通过设置管理员的用户和密码，以及权限等级，来进行系统管理，防止料种参数的非法修改。当用户等级为“管理员”时，可以对系统料种参数进行设置和调整。当用户等级为“操作员”时，仅能对料种数据进行统计、汇总、生成报表［2］。

2.2 基础数据设置

基础数据设置包括:高炉设置、料仓设置、料秤设置、料大类设置、料小类设置、料仓当前料种设置等。例如:

1)料种设置:点击“基础信息”菜单中的“料小类设置”，出现“料种设置”界面。“料种设置”界面用来进行当前料种的“含水率”和“品位”设置，以及进行新增加料种的录入。

2)修改“含水率”和“品位”:点击以选中需要修改的料种，在画面编辑区域会显示当前所选中料种的相关参数。修改相应的“含水率”和“品位”例如需要修改“库兰块矿”的“含水率”为2%，则在含水率一栏中输入“0.02”，含水率为“0”，则输入“0”;品位的修改步骤同“含水率”。

3)新增料种:点击画面中的“新增”按钮，会出现如下界面。

图1 新增料种录入表界面

点击料大类后的下拉列表框，选择相应的料种类如新增的料种属于“球团”，则选择球团;输入新增料种编号，例如球团则输入“QT_03”，不和表中的其他料种编号重复即可;输入新增料种名称，如输入“澳洲块矿”;“含水率”和“品位”的输入同前面介绍的修改方法。

2.3 参数数据录入

参数数据录入包括:出铁量录入、含水率录入、焦理化指标、矿理化指标、风口状况录入、炉渣成份录入、高炉煤气分析、休风减风情况、焦炭定值调整等。

参数数据录入方法与“新增料种”操作方法类似。

2.4 查询报表

查询统计报表包括:上料记录表、上料明细查询、上料记录班报、上料记录日报、上料记录月报、上料记录年报、高炉监测记录表、高炉监测记录日报、高炉监测记录月报、出铁量记录表、含水率记录表、物料消耗表等。例如:

1)上料记录表

点击“查询报表”下的“上料记录表”显示出来上料记录表界面如下:

图2 上料记录表界面

选择需要查询的“高炉”、“批上料时间”，点击“查询”按钮，即可查询出符合条件的高炉和批上料时间的记录，若不选择高炉，则查询出所有高炉在该时间段内的上料记录。

若在“自动刷新”复选框上打上勾，则当有新的上料记录时，系统会自动在该界面上显示，显示出一条新记录或累加到对应的批次中。

“明细查询”可查询出每一个料仓的振料净重，抛水后重量，振料开始时间，振料结束时间。与“上料记录”相类似，除了可以设置“高炉”、“批上料时间”和“自动刷新”外，“明细查询”可以选择要查询的料种种类。

2)高炉监测表

可监测高炉的“风量”、“风温”、“风压”、“顶压”等运行参数，每一小时采集一次相关数据。监测表还提供日报表和月报表，其中月报表显示相应参数的每日平均值，日报表显示相应参数的每班平均值。

所有报表的数据查询方法相似。

3 软件开发

基于对整个数据采集系统能够实现有效运行软件环境的分析，该软件系统主要包括PLC 数据处理程序、数据采集软件、界面编程软件、存储过程及数据上传程序等软件部分。

3.1 PLC 数据处理

PLC 数据处理软件主要用于实现基础数据的存储、计算及处理等，为上一级的采集服务器提供准确，有效的数据。采用Step7 编程软件实现高炉槽下秤、喷煤系统等数据的合并、导入、计算等，并为组态软件提供寄存器地址［3］。

3.2 数据采集软件

数据采集软件要实现经PLC 数据处理软件处理后的基础数据的采集功能，并将称量、配比等数据存储到Oracle 数据库。针对数据采集软件所要实现的功能特点，选择使用西门子的Simatic Net 软件，对PLC 进行数据采集，然后以OPC服务器方式为采集程序提供数据。采集程序从OPC 服务器读取数据后进行处理，然后将处理后的数据送进数据库进行存储。客户端软件直接从服务器读取所需数据后进行显示。

3.3 报表编程软件

由于高炉入炉料结构复杂，种类繁多，PLC 无法根据电信号区分料种，PLC 程序也难以用源代码实现物料分类的功能，只能靠相关的岗位人员手工管理。为实现高炉入炉料按物料品种、按时间的数据自动采集，需要开发用于高炉变料管理的软件程序，完成高炉入炉料按种类的统计汇总功能。在充分了解炼铁变料管理工艺流程的基础上，根据C#编程软件的功能特点，选择使用C#开发槽下秤上料与高炉生产信息匹配的管理软件，该软件系统安装在各高炉主控室，由值班工长对每批次、每台称原始上料数据做批量或单次的变料维护和自动匹配;后台完成入炉料与质检项目的综合计算与管理。

3.4 数据库存储过程及数据上传

在Oracle 数据库下开发的数据存储过程，主要是完成高炉入炉料按高炉、种类、时间等的计算、汇总功能;应用C#编写的数据上传程序，用于实现数据的定时上传到计量数据库，同时确保数据上传的准确性、稳定性、可靠性。

高炉数据存储服务器存储了生产过程中的相关数据，应用客户端访问数据库获得应用程序画面所需数据并向用户显示，操作人员在客户机上通过画面选择报表，通过设定和启动打印管理，输出报表。

4 结束语

该系统投入运行至今，运行效果良好，经济效益显著。简捷的管理报表不仅满足了网络化、信息化、高效化管理的工作要求，而且成功搭建了炼铁生产投入信息的共享平台，很好地满足了炼铁投入、产出成本分析的需要，达到了生产决策者的最终目的。

［1］王红明，尹康银，彭思勇.C#语言与Oracle 数据库的接口［J］.信息通信，2009(3) ：36－39.

［2］路向荣.Oracle 数据库在高炉智能系统中的设计［J］.科技致富向导，2011(3) ：51－51.

［3］左娜.Oracle 数据库的性能优化［J］.天津冶金，2013(4) ：38－41.