Web SCADA系統(tǒng)在水泥企業(yè)物料統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用

SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是利用遠(yuǎn)程通信技術(shù)將地理位置分散的遠(yuǎn)程測(cè)控站點(diǎn)集中監(jiān)控?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)以Web為中心，采用TCP/IP技術(shù)，以HTTP為傳輸協(xié)議，客戶端通過(guò)Browser訪問(wèn)Web以及與Web相連的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，即B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器）模式。B/S模式為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、跨平臺(tái)、廣域網(wǎng)應(yīng)用提供良好的運(yùn)行模式，對(duì)采用了B/S結(jié)構(gòu)的SCADA系統(tǒng)稱為WebSCADA系統(tǒng)[1]。目前，WebSCADA系統(tǒng)在電力、石油和化工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。在水泥企業(yè)集團(tuán)化后，水泥工廠地理位置分散，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元多，可以使用WebSCADA系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)基地的物料集中監(jiān)控，助力水泥企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。水泥企業(yè)物料統(tǒng)計(jì)采用WebSCADA系統(tǒng)必須具備基礎(chǔ)條件：一是軟硬件系統(tǒng)配置齊全，包括DCS、智能物流系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、OPC系統(tǒng)等；二是衡器計(jì)量準(zhǔn)確，包括汽車衡、轉(zhuǎn)子秤、定量給料機(jī)、皮帶秤等。

1、物料統(tǒng)計(jì)建模本文水泥物料主要對(duì)象是半成品與成品、原燃材料等。1.1用戶界面物料統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的用戶界面層主要涉及界面基礎(chǔ)配置、生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)看板三個(gè)模塊。1）界面基礎(chǔ)配置搭建工廠建模、產(chǎn)品物料、KPI指標(biāo)、子流程等菜單。“工廠建?！卑庸尽a(chǎn)線與工序等組織結(jié)構(gòu)?！爱a(chǎn)品物料”包含產(chǎn)品物料檔案列表、產(chǎn)品物料檔案樹(shù)?！癒PI指標(biāo)”包含天級(jí)數(shù)據(jù)與基于天級(jí)數(shù)據(jù)計(jì)算指標(biāo)的配置，有指標(biāo)名稱、指標(biāo)類型（集團(tuán)級(jí)/公司級(jí)/產(chǎn)線級(jí)）、時(shí)間粒度（日/月/年，時(shí)間顆粒度指的是一個(gè)人管理時(shí)間的基本單位）、關(guān)聯(lián)產(chǎn)線、關(guān)聯(lián)工序（包括礦山、生料、燃料、熟料、水泥五個(gè)工序）、計(jì)量名稱、物料名稱、計(jì)算公式（SQL取數(shù)/公式/年月匯總）等?！白恿鞒獭卑虚g數(shù)據(jù)庫(kù)，與KPI指標(biāo)結(jié)果關(guān)聯(lián)。2）生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為查詢報(bào)表系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括集團(tuán)數(shù)據(jù)、子公司數(shù)據(jù)及生產(chǎn)管理菜單。集團(tuán)數(shù)據(jù)包括日?qǐng)?bào)簡(jiǎn)表、匯總表、臺(tái)賬、月報(bào)匯總表、平衡消耗表等；子公司數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)運(yùn)行報(bào)表、生產(chǎn)臺(tái)賬、原料臺(tái)賬、銷售臺(tái)賬等；生產(chǎn)管理菜單包括子流程、流程監(jiān)控、計(jì)量物料綁定等。3）生產(chǎn)看板為可視化結(jié)果顯示，包含集團(tuán)和子公司運(yùn)營(yíng)概覽。1.2業(yè)務(wù)邏輯定義產(chǎn)品物料，按統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系將不同數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)采集匯總，建立KPI指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)。KPI指標(biāo)的顆粒度是1天，流量秤的顆粒度是5分鐘增量，停機(jī)時(shí)間的顆粒度是1小時(shí)。天級(jí)數(shù)據(jù)由小時(shí)級(jí)數(shù)據(jù)計(jì)算，小時(shí)級(jí)數(shù)據(jù)是每5分鐘的增量計(jì)算。1）指標(biāo)體系建立六類物料統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系，分別表示為：庫(kù)存I，生產(chǎn)M，采購(gòu)P，銷售S，消耗C，內(nèi)轉(zhuǎn)T。見(jiàn)表1。表1物料統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系及來(lái)源2）公式定義庫(kù)存為天級(jí)數(shù)據(jù)，每日滾動(dòng)計(jì)算，且不能修改。廠區(qū)有兩條或以上生產(chǎn)線的公司，半成品與成品庫(kù)存按生產(chǎn)線分別計(jì)算。原燃材料庫(kù)存合并計(jì)算，原燃材料消耗按生產(chǎn)線分別計(jì)算后合并。半成品與成品庫(kù)存公式：I期末=M-S-C+I前存+T轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出以熟料為例，I3月20日零點(diǎn)=M3月19日-S3月19日-C3月19日+I3月19日零點(diǎn)+T3月19日原燃材料庫(kù)存公式：I期末=P-C+I前存以煤炭為例，I3月20日零點(diǎn)=P3月19日-C3月19日+I3月19日零點(diǎn)生產(chǎn)M類熟料產(chǎn)量計(jì)算需配置系數(shù)公式，且要求長(zhǎng)期固定。其他非庫(kù)存I類指標(biāo)均由直接數(shù)據(jù)匯總計(jì)算，無(wú)須系數(shù)公式。3）物料判定系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中涉及兩類信息判定，一是流量信息，二是水泥種類信息。（1）流量信息，流量開(kāi)始計(jì)算是依據(jù)主機(jī)設(shè)備的開(kāi)機(jī)信號(hào)，停止計(jì)算則是停機(jī)信號(hào)。如：生料消耗取窯主傳電機(jī)與固體流量計(jì)的組合信號(hào)起止，當(dāng)窯主傳電機(jī)有電流信號(hào)且固體流量計(jì)數(shù)字信號(hào)為1（表示開(kāi)啟）時(shí)，生料消耗以固體流量計(jì)的累計(jì)值算每5min增量累計(jì)，當(dāng)窯主傳電機(jī)無(wú)電流信號(hào)或沖板流量計(jì)數(shù)字信號(hào)為0（表示關(guān)閉）時(shí)，生料消耗為0，熟料產(chǎn)量為生料消耗除以料耗系數(shù)；熟料（混合材及石膏）消耗取水泥磨主電機(jī)信號(hào)起止，當(dāng)水泥磨主電機(jī)有電流信號(hào)時(shí)，熟料（混合材及石膏）消耗以定量給料機(jī)的累計(jì)值算每5min增量累計(jì)，當(dāng)水泥磨主電機(jī)無(wú)電流信號(hào)時(shí)，熟料（混合材及石膏）消耗為0。原輔材消耗及煤磨消耗分別取生料磨及煤磨的主電機(jī)電流信號(hào)起止，但原煤消耗根據(jù)窯頭窯尾轉(zhuǎn)子秤信號(hào)判定。（2）水泥產(chǎn)品類，不同品種水泥產(chǎn)量間的計(jì)算轉(zhuǎn)換由操作員點(diǎn)擊控制畫面的產(chǎn)品切換信號(hào)。在中控DCS畫面水泥磨模塊，開(kāi)發(fā)一群DP點(diǎn)，比如當(dāng)生產(chǎn)P·O42.5水泥時(shí)，操作員點(diǎn)擊P·O42.5標(biāo)識(shí)，此時(shí)判別熟料（混合材及石膏）消耗歸集到P·O42.5水泥產(chǎn)量；當(dāng)連續(xù)生產(chǎn)轉(zhuǎn)為P·C42.5水泥時(shí)，操作員再點(diǎn)擊P·C42.5標(biāo)識(shí)，此時(shí)判定熟料（混合材及石膏）消耗歸集到P·C42.5水泥產(chǎn)量，見(jiàn)圖1。該項(xiàng)判定正在完善，利用水泥庫(kù)的入庫(kù)擋板信號(hào)判別，例如當(dāng)1號(hào)水泥庫(kù)（裝有P·O42.5水泥）的入庫(kù)氣動(dòng)推桿電機(jī)有運(yùn)行信號(hào)，此時(shí)判定熟料（混合材及石膏）消耗歸集到P·O42.5水泥產(chǎn)量。圖1分品種水泥切換信號(hào)4）子流程子流程是一張表單，框架是水泥工藝五個(gè)工序的半成品與成品“產(chǎn)銷存”、原燃材料“進(jìn)銷存”，內(nèi)容是產(chǎn)量、時(shí)間、進(jìn)廠量、消耗量（電量）、銷售額等直接數(shù)據(jù)，間接數(shù)據(jù)根據(jù)直接數(shù)據(jù)由公式計(jì)算得到。子流程與數(shù)據(jù)庫(kù)KPI指標(biāo)結(jié)果關(guān)聯(lián)，并作為數(shù)據(jù)中間庫(kù)，聯(lián)通數(shù)據(jù)庫(kù)與結(jié)果顯示，同時(shí)是元數(shù)據(jù)橋梁。月度累計(jì)指標(biāo)異常時(shí)，用子流程修正。要求旬調(diào)整月度累計(jì)指標(biāo)，且固定旬調(diào)整時(shí)間區(qū)間，上旬當(dāng)月9日至18日，中旬當(dāng)月19日至28日，下旬次月1日至8日，見(jiàn)表2。表2設(shè)計(jì)子流程作用1.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用OPC前置機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)秒級(jí)傳輸，并存儲(chǔ)在本部服務(wù)器。元數(shù)據(jù)為每5min在本部服務(wù)器進(jìn)行增量計(jì)算，5min匯總小時(shí)級(jí)，小時(shí)級(jí)匯總天級(jí)，并存儲(chǔ)。按業(yè)務(wù)邏輯涉及的KPI指標(biāo)在本部服務(wù)器計(jì)算后再存儲(chǔ)，計(jì)算后的數(shù)據(jù)可隨時(shí)調(diào)用。

2、物料統(tǒng)計(jì)顯示統(tǒng)計(jì)結(jié)果主要通過(guò)表單與圖形化顯示。2.1表單表單包含小時(shí)報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)查詢類別，可根據(jù)菜單根據(jù)公司、產(chǎn)線、日期篩選。小時(shí)報(bào)主要是查詢單個(gè)計(jì)量器具的用量明細(xì)、中控報(bào)表等；日?qǐng)?bào)是子流程直接關(guān)聯(lián)的各生產(chǎn)線簡(jiǎn)表、匯總表、時(shí)序臺(tái)賬（1至31日+上中下旬）等；月報(bào)有各單位匯總表、時(shí)序臺(tái)賬（1至12月）、各生產(chǎn)線平衡表、各生產(chǎn)線技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表等。KPI指標(biāo)為“天”級(jí)數(shù)據(jù)，統(tǒng)一存儲(chǔ)在指定服務(wù)器中，主要通過(guò)PC端瀏覽器訪問(wèn)，也可在移動(dòng)端APP查詢。2.2圖形化生產(chǎn)看板中的實(shí)時(shí)曲線為計(jì)量秤的動(dòng)態(tài)曲線顯示，“天”級(jí)KPI指標(biāo)有生產(chǎn)、采購(gòu)、銷售等菜單的柱形圖、餅圖、曲線等圖形化顯示。特定菜單表單與圖形化可相互驗(yàn)證，比如庫(kù)存可根據(jù)KPI結(jié)果與料位計(jì)對(duì)比數(shù)值，見(jiàn)圖2、圖3。圖2庫(kù)存情況對(duì)比圖3生產(chǎn)線KPI示意

3、物料統(tǒng)計(jì)應(yīng)用反饋在系統(tǒng)應(yīng)用期間主要有通訊和計(jì)量?jī)煞矫鏁?huì)影響物料統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。3.1通訊中斷（1）生產(chǎn)基地OPC系統(tǒng)前置機(jī)與生產(chǎn)線DCS等軟件服務(wù)器中斷，導(dǎo)致實(shí)時(shí)庫(kù)無(wú)法采集數(shù)據(jù)。解決辦法：通過(guò)子流程人工干預(yù)。（2）生產(chǎn)基地OPC系統(tǒng)前置機(jī)和本部服務(wù)器中斷，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法同步到關(guān)系庫(kù)計(jì)算。解決辦法：等通訊恢復(fù)后人工執(zhí)行重算。3.2軟件物料數(shù)據(jù)源計(jì)量問(wèn)題（1）計(jì)量秤不準(zhǔn)確，導(dǎo)致數(shù)據(jù)存在差異，有負(fù)庫(kù)存的結(jié)果。解決辦法：加強(qiáng)計(jì)量秤維護(hù)管理，適時(shí)旬調(diào)整數(shù)據(jù)。（2）物料綁定不能及時(shí)切換，導(dǎo)致物料消耗數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。解決辦法：在系統(tǒng)中及時(shí)更改物料綁定關(guān)系。（3）ERP系統(tǒng)新增物料名稱，系統(tǒng)未維護(hù)物料檔案，導(dǎo)致延時(shí)采集進(jìn)出廠數(shù)據(jù)。解決辦法：同步更新系統(tǒng)新增物料檔案。（4）DCS水泥品種切換不及時(shí)，導(dǎo)致水泥品種產(chǎn)量差異較大。解決辦法：操作員及時(shí)點(diǎn)擊品種產(chǎn)量切換按鈕。（5）DCS點(diǎn)位調(diào)整，導(dǎo)致實(shí)時(shí)庫(kù)無(wú)法采集數(shù)據(jù)。解決辦法：生產(chǎn)線調(diào)整DCS點(diǎn)位后及時(shí)在系統(tǒng)維護(hù)。

4、結(jié)束語(yǔ)將WebSCADA系統(tǒng)應(yīng)用于物料統(tǒng)計(jì)建模領(lǐng)域，打通了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制層與企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理層間的聯(lián)系，并取得了以下成果：（1）保