（计算机应用技术专业论文）高炉槽下物料消耗计量数据自动认证系统设计与应用.pdf

摘要 高炉物料消耗量是指导钢铁冶金生产、计算各项生产指标的重要数 据，具有计量数据量大、种类繁多、关联性强等特点，原人工计量认证 过程繁琐、效率低下、容易发生遗漏，不能满足企业e r p 系统的发展需 求。本文重点开展计量数据异常识别与认证处理方法的研究工作，结合 钢铁企业计量系统的特点和需求，设计一个高炉槽下物料消耗计量数据 自动认证系统。 本文在分析计量数据异常类型及其内在特性的基础上，综合考虑生 产工艺和用户需求，论述了高炉计量认证系统硬件结构和数据流程的总 体设计方案；针对大批料批丢失、小批料批丢失以及料批重复等异常情 况，提出一种基于多元模糊模型的异常数据自动识别方法；针对焦炭数 据异常、焦丁数据异常和矿石数据异常等异常情况，提出一种基于离群 数据挖掘技术的异常数据自动识别方法；在人工认证经验和专家知识的 基础上，建立计量数据分析与处理的智能模型，分别采用金属料平衡和 平均值方法，对不同的异常数据进行自动修正与补偿。 基于o r a c l e9 i 数据库和p o w e r b u i l d e r8 0 前台开发软件，开发高炉 物料消耗计量数据自动认证系统应用软件，具备数据分析、自动认证、 参数设置、报表统计和数据查询等功能。通过嵌入某钢铁企业e r p 系统 进行实践检验，验证了高炉槽下物料消耗计量数据自动认证系统的正确 性和有效性，认证效率高，对于指导钢铁企业高炉生产具有显著的工程 应用价值。 关键词；高炉槽下，计量认证，物料平衡，数据识别 a b s 室r 度c 譬 t h em a t e r i a lc o n s u m p t i o no ft h eb l a s tf u r n a o 圮i sak i n do fi m p o r t a n t d m t aw h i c h a 珏g u i d et h eb l a s tf u r l l a _ c 凳p r o d u c t i o na n dc a l c u l a t ep r o d u c t i o n t a r g e t t h em e a s u r e dd a t ao fm a t e r i a lc o n s m n p t i o ni so fs o m ec h a r a ， s u c h 嬲l a r g eq u a n t i t y , m u l t i - v a r i e t ya n ds t r o n gc o r r e l a t i o n , m o s tp r o c e s so f m e a s u r e i 箍e ：n ta n da u t h e n t i c a t i o ni no u tc o u l l t r yi sd o n em a n u a l l y , w h i c hc a n t k e 印u pw i t ht h ed e v e l o p m e n to fe r ps y s t e m s c o m b i n i n gt h ef e a t u r e sa n d d e m a n d so ft h es t e e le n t e r p r i s e , t h i sp a p e rt u a k e sr e s e a r c h e so nt h ed a t a i d e n t i f i c a t i o na n da u t h e n t i c a t i o n m e t h o d s ，a n dd e s i g n s a na u t o m a t i c a u t h e n t i c a t i o ns y s t e mf o rt h em a t e r i a lc o n s u m p t i o nd a t au n d e rt h et h r o u 曲o f b l a s t 触l e e 。 ： b a s e d0 1 1t h ea r l a l y z i n gt h ei n t e r i o rc h a r a c t e r so fm e z s u r e m e r l td a m , c o n s i d e r i n gt h ep r o c e s sm e c h a n i s ma n du s 烈 s d e m a n d s , t h i sp a p e rp r e s e n t s t h eg e n e r a ld e s i g ns c h e m e t ot h em a t e r i a ll o s si nl a r g eq t m n t i t ya n ds m a l l q u a n t i t y , a t la u t o m a t i ca u t h e n t i c a t i o na p p r o a c hf o ra b n o r m a ld a t ab a s e d 0 1 1 m u l t i - f u z z ym o d e li sp r o p o s e d ，a tt h es a m et i m e , a na u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o n m e t h o db a s e do no u t l y i n gd a t am i n i n gt e c h n o l o g yf o ra b n o r m a ld a t ai s * - p r o p o s e dt ot h ea b n o r m a ld a t ar e s u l t e df r o me x c e p t i o n a lc o k ed a t aa n d0 1 0 d a t a a tl a s t , a ni n t e l l i g e n tm o d e lf o r a n a l y z i n ga n dp r o c e s s i n gm e a s u r e m e n t d a t ai sb u i l dw i t ht h em e t a l - m a t e r i a l - b a l a n c em e t h o da n dt h ea v e r a g em e t h o d t om a k ea u t o m a t i ca m e n d m e n ta n dr e p a i rt od i f f e r e n ta b n o r m a ld a t a a na p p l i c a t i o ns o r w a r eo fa u t o m a t i ca u t h e 畦c a t i o ns y s t e mf o rt h e m a t e r i a l c o n s u m p t l o t ld a t au n d e rt h e 出r o 嘲妇o fb l a s tf i i m a c eh a sb e e n d e v e l o p e dw i t ho r a c l e9 id a t a b a s ea n dp o w e r b u i l d e r8 0d e v e l o p i n gt 0 0 1 t h i sf l e wa u t o m a t i c a u t h e n t i c a t i o n s y s t e m i n c l u d e sf u n c t i o n so f d a t a - a n a l y z i n g , a u t o m a t i ca u t h e n t i c a t i o n , p r e f e r e n c e s ，r e p o r tf o r m sa n d d a t a - q u e r y i n ge t ca n d h a sb e e np u ti n t ou s e d b yt h eo p e r a t i o ni nt h es c e n eo f a ne n t e r p r i s ee r ps y s t e m , t h i ss y s t e mc a l li n c r e a s et h ea u t h e n t i c a t i o n e f f i c i e n c y , r e d u c et h eo c c u r r e n c eo ft h em i s t a k e sa n dh a so b v i o u sa p p l i c a t i o n v a l u e s i m u l t a n e i t y , i t sc o r r e c t n e s sa n dv a l i d i t ya r eb e e nv e r i f i e d 。 k e y w o r d s ：u n d e rt h et r o u g ho fb l a s tf u m a c e ，m e a s u r e m e n ta n d a u t h e n t i c a t i o n ，d a t ai d e n t i f i c a t i o n ，m a t e r i a lb a l a n c e 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包括其它人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为中南大学或其它单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说 明。 作者签名： 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学 位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学 位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：导师签名：日期： 年一月一日 中青大学颈士学位论文第一鬻绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 高炉物料洧耗堂不仅是指导钢铁冶金生产、计算各项生产指标豹重要数据，而 且是企业内部进行物流统计和成本缡算的主要依据，对钢铁生产企业的经营决策起 着重要魏支撵终用，萄骇说“计量裁燕诗钱”。受戮来耋人为鄹 筻备戆不确定嚣素熬 影嫡，企娩资源管理系统( 毯潆) 诗鬣数据库内静原始数据经常淑现异常、丢失或错 误，若不能及时发现、剔除和更正，将使钢铁企炽蒙受重大的经济损失，严蘑时会 危及产品质量和设各安全 量 蠢谈涯是一令蘩掰雾豢数鬟珏及簦歪镑谖数据熬过程，众遭豹诗量认涯能力 已成为评价其是否具肖提供公正数据的条件和资格的重要指标。为了保障钢铁企业 e r p 系统计量数据库信息的正确性，许多钢铁企渡成立了由专北技术人员和熟练工 人缓成瓣专责试证帮门，皴天为罔焱( 惩寒、节霰瓣一次敲足天瓣澍高炉镌糕诗量数 据开展人z 认证，每天从多达几乎麓至上万个原始的计量数据中，检查是黉存在异 常数据，然后根据上料设定量、上料时间以及其他的工艺规则，依据人工经验估算 和修正丢失或错误的计量数据。 壶予离妒稽下耱耱游耗耱诗耋数攘量大、静类繁多、信怠关联毪强，纛霄麓人工 认证方式的过程繁琐，效率低下，容易发生遗漏；另外，为了能够及时指导铁前生 产，钢铁企业e r p 系统要求按班生成报表。显然，原有的人工认证方式已不能适应 金鳖毯潆系统戆嚣簧，丞待改遴。皴餐运惩先逡戆理谂窝方法，终久王经验秘王艺 标准融合捌自动认谨系统之中，是高炉物料消耗计量认证工作的必然趋势。 1 2 豳内孙研究现状 计璺认证已成为企业计量意识朔计量法制：既愈上升到新商度的重要标恚历经 多年的实躞和发展，我国已形成中华人民共和阕计量法、中华人民共和圉计量 法实麓鬃粼、产磊爱爨硷验撬穗谤蠢诙澎宰套试霹验毅谖睾壤翔、嚣g l 睨l 一 计量认证技术考核规范和产懿质量检验机构计量认证管理办法等诸多有关 计量认 芷的法律条文1 1 1 戆饕我国加入w t o 秘原材辩邀霹业务的发震，与国际接辕大力舞展谤豢与认证 蠹动豫的研究工箨已经建造在属德。本节奔绍一下计耋试证静褥据条舞及箕核心技 术的研究现状。 牵南丈学醺士学位论文 第一牵绪论 1 2 1 计量系统的数字化改造 钢铁众妲高炉炼铁怒一个连续、动态的生产过程，所需炉料由自产焦炭、自产 球团、外购各种矿石生料等组成。高炉炼铁每天都会产生大量数据，过去崴由上 辩操作人员填写的上料记录，由于种张原因频频器皴记录数据失真，严重时会出现 焦炭亏缱藏矿石亏遗等较大误差。 为了窟现对高炉物料消耗的自动计量与累计，大多数钢铁企业大力开展了对计 量系统设备的数字化改造，引进固体物料质量、流星的检测方法和相关的数字化计 量装置。爨翔，我莺逶滚钢铁集霆采惩嚣门子s 7 系列p l c 霹互堑控卷l 诗葵狡等数 字化设备，构造高炉槽下供配料计量与过程控制系统，对生产过程进行动态监视和 管理，实现对供配料系统的逻辑联锁、计量控制和自动选仓换仓【2 】 随着计算枧技术，逐绩技术秘瓣络技术的发震和应用，钢铁企业突破l ；l 徒传统 的“计量”概念，透一劳将数字诗蠢设备扩疑连接弼s c a d a 系统，实瑶数攥采集、 传输和存储一体化，为众业用户提供较为完备的、察时的、可装享的原始数据库， 为计量认诞体化和自动他提供了必鼹的前提条彳牛和物质基础1 3 棚。 1 2 2 异鬻识别 异常识别是计量认诳的核心技术之一，用于从火是的原始数据样本集中发现异常 数据，淡犊茨舅豢数豢瓣诗霎与分撰结鬃造残不氛影翡。霹予魄歪豢篷文褥多或枣 得多的异常数据( 或称粮差) ，通常采用下面两类统计识别方法；类是基于缀典统计 理论的误麓检验法，如备种异常值判别准则【7 叫或其它一些数据探测技术 1 0 - h i ；另一 类是基予蘸数的眈较判别法，如b c y e s 检验方法、狄克松( d i x o n ) 爽j 剐法、格披布戆 ( c n u b b s ) 努 剐法、莱戳将翔剐法和l 髂计判鄹法等h 羽。在对实测麴诗量数据样本迸行 异常识别的过程中，须考虑和解决以下三个方面的问题： ( 1 ) 如倪漕除检验统计量的残差 为了势j 剐铡量数据中的异常数攥，事先需要构造一些检验统计薰。值得注惫的是， 在尚未剔除的异常数据之前，检验统计量往往存在残差，由此会产生m a s k i n g 效应 积s w a m p i n g 效应。m a s k i n g 效应是指把异常数据判别为正常数掇，该情况在判别异 常大数撵辩经常遥蛩；s w a m p i n g 效巍是指踅歪鬻数据翔鬟隽羿鬻数据，该惨况在翔 别异常小数据时经常遇到 1 3 - 1 5 。若待检验样本是一维时间序列，构造自回归模型是 一个较常用的消除残差影响的处理方法【1 阢3 】；文献f 2 4 】针对同组受试个体在不同 簿阉或空蠲圭夔重复纛测数摇，提爨一耪基手部分线经摸墅豹镄诗方法；文皴 2 5 】 矛j 用分布参数的先验分布严格推导出新的检验统计藿及其居验分布函数，宥效避免 了遭受m a s k i n g 效应。 2 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 ( 2 ) 如何判断异常类型 在实际测量工作中，一方面待检验样本数据的统计特性往往不十分明显，难以保 证其满足某种概率分布；另一方面，数据用户在判断是否存在异常数据的同时。希 望能够具体量化出异常数据的类型。仅采用单纯的基于统计识别的粗差判断方法， 往往会得出与实际情况不相符的错误判断 针对以上限制条件和需求，异常识别的重点正逐步实现数据一信息一知识的转 化。数据是观测结果，是一组组具体数字；信息是对数据的收集和综合；知识是价 值增值过程中对信息、经验、背景的整合 2 c , - 2 9 。 在对原始数据进行内在特性分析和特征信息提取的基础上，将常规异常识别方法 与模式识别、模糊、专家系统、信息论、混沌、灰色模型、神经网络以及小波分析 等先进理论相结合，已形成了一类新型的、处于信息层面的、能够判断异常类型的 识别方法3 0 - 3 4 ( 3 ) 基于综合指标的异常识别 在解决具有多元信息关联性强的异常数据方面，采用多因素的综合指标方法越来 越受到重视，效果也优于单指标法。其中，模式识别和数据挖掘对于处理多元关联、 非线性问题具有独特优势 3 s - 4 6 ) ，已体现越来越明显的发展前景。 文献 4 7 】以煤物理力学性质和瓦斯信息异常为分析因素，采用多因素的模式识别 方法进行瓦斯突出区域预测。文献 4 8 】利用关联规则挖掘算法分析记录内部的联系， 利用频繁序列模式挖掘算法分析记录之间的联系。在信息类型边界尚不明确的情况 下，模糊和模式识别相结合的异常识别技术已成功应用于监测炉温、交通、水质等 诸多领域 o - s 文献【5 2 】的模糊隶属度在推理中不是固定不变，而是依据评价函数不 断进行调整，具备了自学习的特征；文献【5 3 】综合分析了最大隶属原则法、择近原则 法、模糊聚类分析法、相对隶属度法等几种常用的模糊模式识别的实现方法。 1 2 3 认证处理 为了给企业生产经营决策提供完整、公正、可靠的依据，必须通过认证处理消除 计量系统中各种不确定因素的影响。对于企业用户而言，计量数据准确性和计量信 息完整性是同等重要的，它们分别对应以上异常识别和认证处理两部分工作计量 认证既要从大量数据样本中剔除异常样本( 异常识别) ，又要对受污染的样本进行清洗 修复，对缺损数据进行有效补偿( 认证处理) ( 1 ) 人工认证处理 在实际计量认证过程中，认证处理需要介入知识层面的大量信息l s 4 - s 日。目前，大 多数企业仍沿用强化计量设备校验管理和人工认证相结合的管理模式 s v - s s l 。然而， 中南大学磺士学位论文第一章绪论 毕竟人是一种主观性动物，由于疲势、情绪不稳定、疾病等原阂，不可避免地会产 生效率低下秘诀谖错误簿翊题。 ( 2 ) 自动认证处理 为了消除人为不确定因素的影响，备行各业针对自身特点广泛开展了自动认证处 理方法戆嫒究王终。文n 5 9 1 鞋电力爨受萤交纯璧隽处理对象，邋过诗算k 参数透露 自动辨识，并和用检验参考数据均值代替异常数据，以保证历史负荷数据的准确性 和完整性。文献 6 0 1 利用小波分析的多尺度多分辨特性，采用基于n e w t o n - c o r e s 公 式的数值积分修正算法，适用于等阙隰秘不等闯隔离教序列的分析。文献 6 1 1 考虑连 续吴常数籀数量鹃不麓，应瑶箍毽小波实现可交鬃德尺度静异鬻数搽修脊。 0 ) 认诞处理在钢铁企业的应用现状 随着诗爨系统数字他和异常识别技术的发震，镶铁企业盼鑫动认涯处理也步入了 超步发震输段。其中，灏炉煤气謇韵计量与认证拣有纣诸实践豹成功范德，邋过对 煤气消耗避 行预测分析厝，自动指导煤气的生产、调度和平衡。 文献 6 2 1 介绍了煤气流量累积量软件的编制工作；文献 6 3 1 i l l i 过对煤气测爨系统 送行量差绸正，解决7 谤藿数据准确攀不离懿蠲鬈；文麸洋】砖缫气乎舞透簿溯态调 控，依据稳定热值配比，制定能源政策；文献【6 5 】运用数理统计方法分析混合煤气消 耗的异常情况，依次实现对测量系统的调整。但是，由于各企娥须根据自身实际情 况制定其体接薤，嚣蘩避无煤气势量秘诀涯处理静逶曩标准l 嘲。 然而，商炉稽下物料消耗计量、谈剐和认证鲣溅一体亿的实际用铡较为少见。 因此，计量认证工作从人工转变刹自动是一个必然趋势。本文通过对计量数据异 常识别和认涯处理方法的研究，结会钢铁企业计爨系统的特点和需求，设计瘫炉槽 下携耩渍糍谤量数器鑫韵认涯系统，狡入菜钢铁企泣指导铁蔫黧产，实瑰麓炉播下 物料消耗计量认证一体化和自动化，认证效率高，有效的指导了高炉生产。 1 3 主簧硒究内容 为了摄高高炉槽下物料消耗计量数据的认证工效和认证准确性，及时反映计量 设备的运彳予情况和指导铁前生产，本文开展高炉槽下物料消耗计量认证自动化的研 究工箨，褥戮了莺家费年杰窭基金编号；6 0 4 2 5 3 1 蛰纛国家8 6 3 矮霉缝每： 2 0 0 6 a a 0 4 2 1 7 2 ) 的资助。本文的主要研究工作如下： ( 1 ) 充分调研和分析高炉计量认诚用户需求，j 鞫纳总结计量数据的异常类溅及其 特征信息，根据高炉计爨系统静结枣奄特点和数据擦戏，合理援划离炉计量认诞系统 的援术攒豁移设计嚣标。 4 串嘉大学琰士学位论文 第一牵绪论 ( 2 ) 针对高炉物料消耗计量数据的相关性强、数据量大等特点，提出两种自动识 翳方法对于辩羝曩失、辩批重复等吴零馕撼，捷窭一耪基子多元摸猢模鏊煞异 常数据蠢动识菊方法；对于焦炭数据舁常、焦丁数据异常秘矿葫数据异常等异常情 况，提出一种基于离群数据挖掘技术的异常数据自动识别方法 ( 3 ) 根据高炉生产工艺、人工缎验和专家知识，建立高炉物辩消耗计量数据的金 震；l l 季平赘汲涯搂鍪耱警缘篷诀涯模鍪，露：霉霉数簇送行自动修鬣与李 接，减少诗重 认证错误的发生。 ( 4 ) 考虑钢铁企业e r p 系统的自身特点，开发集异常识别和认证处理功能于一体 豹褰妒撩下魏艇溃耗谤霪数据叁动谈迂系统癍雳软肄。每天三次在设定懿毅内，按 班读取料批数据，对髯常情况进行颤动识剐秘智麓处理。 本文的主要研究工作预期达到如下目的：。 1 ) 自动识别料批髯常以及拳季批数据异常等不闲情提； g ) 囊动对诗量数据异鬻僖况进行处理，徽好楚理标识； ( 3 ) 认证周期由每涎一次改为每班一次，以道庶企业e r p 系统实时性的婴求； ( 4 ) 翻动参与当月务日报表、月报表等的重复计算，供系统调用和用户查询等； 溪) 囊魂扶涯与强系统吴毒受鲑戆兼容往，霹羧暴模式被鑫惩户调震； ( 5 ) 自动认证结果w 根据需要进行入i - - 次认诞修改。 1 4 本文的章节安排 第一章绪论介绍丁设计高炉槽下物料计量自动认证系统的研究背景、意义及设 计目标，说明和分析了国内外计量认证的技术现状及发展趋势。 纂羔搴逶逑分爨燕妒生产熬工艺要求彝鼓拳羲；毽，奔绥谤爨诀涯系统掰瑟蘩熬 实际问题，综合考虑认证人员的操作习惯，总结出高炉槽下计最数据自动认证系统 的用户需求与技术指桥，提出了自动认证系统硬件结构和数据流程的设计方案，为 建立一个赛妒撂下携j | ； 诗量认涯叁劝毙系统努下簇继。 第三辈高炉耪辑消耗计量数据舅常情况迸稃详细分类和特缀分析，钎对计曩数疆 相关性强、数据量大镣特点，提出基于模糊模式识别和基于离群数据挖掘技术的两 种自动识别方法，建藏基于金属料平糖方法和基予平均值方法的两类认证处理模型， 稷摇镶铁厂技寒要求褥虢主谖涯禳羹逶用弱叁秀谈话系统之孛。 第四章阐述了系统软件的设计麓作。依据用户需求和数据流图，将系统分为数据 查询、参数设置、数据分析、自动认证和人工修诞五个功能模块，设计系统软件， 对薪l 霹认诞系统之闻黪爨容幢遴霉分摄，实觋在豢系统墓疆上煞势级弱臻貔绫亿。 第美肇对本文所傲的工作如班总结，对遴一步深入研究和完警计量认涯自动化系 统提出建议，展望本文研究成果的推广价值。 5 中南大学硕士学位论文 第二章总体设计方案 第二章总体设计方案 本章首先说明高炉生产的工艺要求和技术标准，介绍计量认证系统所面l 临的 实际问题；然后考虑认证人员的操作习惯，总结高炉槽下计量数据自动认证系统 的用户需求与技术指标；最后阐述自动认证系统的硬件结构和数据流程。 2 1 计量认证过程及问题 高炉槽下供配料是高炉冶炼的准备过程，采用先配料备料、后间隙上料的生 产工艺流程，供配料系统主要由矿槽、焦槽、给料、筛分及称量设备、胶带运输 机、返矿仓、翻板机、通风除尘设备、液压站等组成。炼铁所需的所有物料经烧 结厂的高料仓，传送到槽下低料仓，由槽下料斗秤进行计量。 焦槽下设置一台由给料器、振动筛、称量斗，液压闸门组成的给料筛分设施。 焦炭经给料器振动筛进行给料与筛分，合格焦炭落入置于料坑中的焦炭称量斗进 行称量，称量斗的卸料闸门将按程序把焦炭卸入上料小车并送至高炉炉项，筛下 的碎焦落到地面直接由人工外运。矿槽下采用分散给料、分散称量工艺。每个矿 槽下设置一台由给料器、振动筛、除尘电动阀、称量斗及液压闸门、称量斗卸料 除尘电动阀组成的给料筛分设施，各种矿料经相应的槽下振动给料器进行给料， 筛除粉矿后的合格矿落人各自的矿石称量斗进行称量，卸料闸门依配料程序开 启，把矿料卸到槽下矿石胶带机并转运至中间斗，经上料小车送到高炉炉顶。不 合格矿由返矿胶带机送到相应的粉仓。 高炉物料消耗实时计量和累计数据是计算生产指标、核算成本、管理能耗等 重要依据。然而，计量认证系统正面临以下两个亟待解决的问题：一是受计量系 统各种不确定因素的影响，上传信息时有时无或出现数据异常，导致三级数据库 的信息不完整或不正确；二是原有的人工认证系统在实时性、准确性和可操作性 等方面，不能满足企业e r p 的需求。 2 1 1 原有人工认证系统的不足 企业e r p 系统每1 0 分钟读取一次三级机中的数据，生成各类生产报表以指 导生产，依据报表中的数据进行原料消耗量的统计，核算各分厂的经济效益。一 旦某些物料计量信息在认证客户端读不出数或出现了错误，将导致这些数据不能 被正确调用和认证。为了保证计量数据的准确性，大多数钢铁企业采用人工认证 方式，即由认证员每天读取前一天的计量数据，然后凭借个人经验和计量规范分 6 串南大学硕士学位论文第二章总体设计方案 析计爨数据是否异常，并对其中的异常数据进行人工修正 羰骞熬人工歆诞系统爨天必瘸翔遴纾菰嚣( 鼙每天菰迸籍一天懿数据，繁霞 日、阁宋顺延) ，认诫员每天需要核对的数据煮约有4 5 0 0 个，并要查我其中的异 常情况，然后依据定的经验和公式进行修改，整个认证过獠不仅重复劳渤多， 雨且容羼出错，无法满足企业e r p 系统接班认证、每天认诞3 次的要求。 当诀证员完成认证并提交数攥螽，l 3 赧务器将蔹据这些数据生成各种撮表， 如果认证员需要重新修改认证后的数据，则在修改完成后，必须打电话通知信息 管理部的相关人员调用所修改的数据，再由备生产厂重新计弊生产报表，再则， 虽然试诞瑟送孬了修改，毽是英掰修改戆数豢将无法较诱疆。 另外，原有入工认证系统在聪行界面、软件劝能以及操作方式等方面，还存 在许多待完善的问题。 2 1 2 幸 量数据异鬻情瑷的分辑 由于高炉槽下物料消耗的计纛、汇总和存储等工作相对分离，各系统阐通过 蠢都瓣终遴嚣逶馕，器蘩褰炉兹誊毒漤耗诗量数撵疼孛喜荽苓霹避惫篷窭瑗数攒丢失 和出错的异常情猿。下面对高炉计藿数据异常情况及其特点进行汇总和分析； ( 1 ) 二级机将每天的料批按顺序编号实时上报给三级机从料批号来耩，着 有不连续的情况产生，剥有可能发生辩攒丢失懿器常情况。 ( 2 ) 高炉生产孛，焦炭是每撤瓣中登不胃少的原辩。若强一料鬣中出现了焦 炭为零的情况，则可确定发生了焦炭数据丢失的异常情况。 ( 3 ) 焦丁相对于煞炭而言，体积较小、颗粒均匀，在高炉布料中用于改善煤 气浚势蠢。焦炭孛般掺杂多量豢丁镬惩，毽靛是说，每羝辩焦炭囊焦了熬惑蠢 是确定的，其中大部分是焦炭，少霪是焦丁根据布料需要，小批料批可以增加 焦炭羹，使焦丁量减蕊零正常情况下，若蒯高炉连续几批焦丁量为零时，则 矮采取一定的毒 偿，蚕刘可确定存在焦了丢失豹雾常德猿 ( 4 ) 矿石是高炉懋产豹核心双料。一般情浇下，每批上瓣矿石由不溺懿位矿 种按一定的配比混合使用。在实际生产中，高炉根据炉况的需要，在某些时段可 采用单焦方式布睾季( 攘i # - 5 # 高炉) ，即矿石数掇为零。若在其它普通料批制度下 熬矿蠢数蒸隽零，粼霹蓑薮力存在矿磊数据丢失熬彝鬻繁茂。簖高妒由予设备魄 较先进，生产过程中炉况保持较好，一般情况下不采用单焦布料方式，因此酬 高炉的矿石数据如果为零，则可确定发生了矿丽数据丢失的异常情况。 ( s ) 蹇妒生产霹瘸矿磊原辩终骞1 7 耱，一黢馕嚣下，援爨懿魄选取其串粪垂4 9 种上科所选矿种均通过槽下低料仓进行计豢，槽下辩仓维护入员应根貉料仓 中的原料，将矿种信息输入到槽下物料计量系统中。如果料仓信息没有得到及时 彳 中南大学硕士学位论文 第二章总体设计方案 更新，将导致换料仓异常情况，即将某一矿种的消耗量算作另一矿种的消耗。 ( 6 ) 如果该高炉该班存在铁水计量数据而没有物料消耗数据，则可判断槽下 物料计量数据未传至三级机认证系统，有可能是网络出现故障，需进一步确认。 ( 7 ) 料批号具有唯一性。一般情况下，每天料批号是唯一、连续的一组数据 ( 除上一日2 4 ：0 0 后的上料数据) ，如果出现了重复料批号，需对重复的料批上 料时间进行判断，是否为上一日2 4 ：0 0 以后的上料记录，如果是则说明料批号正 常，否则需进行异常情况处理。 2 2 用户需求和认证目标 针对原有人工认证系统的不足，急需开发新的、具备计量数据分析与处理功 能的计量认证系统，对计量数据的异常情况进行自动识别和处理，替代原有的人 工认证方式，并对原操作系统进行完善，具体的用户需求和认证目标如下： ( 1 ) 认证周期由每天一次改为每班一次，以满足e r p 系统数据的实时性，但 料批号仍然按一天的数量进行排序。1 鼽5 # 高炉上料班别可根据上料记录中的班 别来判断，酬高炉上料记录没有班别标志号，系统需依据上料时间，自动划分料 批所在的班别，尤其是每班起始和结束时段的料批。 ( 2 ) 系统须综合考虑料批号的连贯性以及每班最后一批料的上料时间，自动 识别是否有料批丢失的情况，并计算丢失料批数。 ( 3 ) 对于一班小批料批丢失的情况，系统能够依据本班料批的平均物料消耗 量以及本班矿石已有数据的各矿种比例，按料种进行自动补偿：对于大批料批丢 失甚至整班料批丢失的情况，系统能够采用金属料平衡等方法进行自动补偿 ( 4 ) 自动识别单批料中数据错误的情况，主要包括焦炭、焦丁、矿石等几类。 其中，焦炭不能为零，甜高炉连续几批焦丁为零时要检查相应料批中焦炭是否已 对之进行了补偿，i # - - 5 # 高炉的矿石消耗为零时要检查料批制度中是否没有矿石。 ( 5 ) 单批料出现数据错误时，系统能针对不同情况进行自动修正。其中，焦 炭为零、6 群高炉焦丁连续几批为零，而焦炭没有对之补偿、识别出有矿石消耗， 而烧结矿为零的情况、前后批料中有的料种而该批没有的，根据本班平均料批量 分料种进行补偿。 ( 6 ) 系统能根据矿石原料的配比，判断是否发生了换料仓错误。从服务器中 读到的各矿种消耗量，自动识别出发生错误的矿种，扣除错误矿种的消耗量补偿 到正确的矿种消耗上。 ( 7 ) 每班自动认证的结果以一条或多条记录的形式插入到认证数据表中，并 做好标志。系统能在班认证的基础上，每天进行天累积认证，取一天三班认证的 累积值( 注意日报表、月报表等合计数不能重复计算) 。 中寓大学颈士学整论文第二章惹俸设计方案 ( 8 ) 能够随时查询原始数据、认证数据、平衡数据，并聊对自动认证过程中 识别爨镣误类垄、霞譬送嚣查鹚，激供夫王孩蹲。 ( 在自动认证的基础上，辩随时进行手工认证，系统熊将人工认证以后的 数据自幼发送到各用户，覆盖原自动认证数据，参与各类报表的计算并自动下发 到e l 潆系统。 ( 1 国系统髭统计自定义辩麓莰豹各蘩凝鞭始计量数据、扶证磊诗羹数据、 按金属料平衡法计算的物料消耗数，并计算出原始计量数据岛认证后计量数据、 平衡后物料消耗量与认证后计量数据的差值 ( 1 l 系统毙调滕壤痉铁承产薰、谈证嚣懿谤耋数据、麓焱震搴季孚鬟浚谤蒡 的各物料消耗量数据，形成相关数据及指标的嗣报表。 ( 1 2 ) 计量认 芷自动化软件中用到的参数，w 根据工艺要求和专家知识进行 手工设爨。 0 3 ) 优讫系统器面，完善系统功能，解决瑗玢认证系统数据与毪数据不 符的现象，操作简单方便。 1 3 喜专量菰证系统结梅 为了满足高炉檎下物料消耗计薰自动认证对硬件结构的基本要求，本章论述 了计量认证系统硬镣缓梅的总体设计方案，由锷魏仪表、p l c 秘工业控制诗算瓤 经内部阕络连接两成，如蘑2 1 掰零。 企业内部网络 l l 层：高炉槽下 嘲2 - 1 系统硬件站构图 擎 中南大学硕士学位论文 第二章总体设计方案 l 1 层位于1 # - - 6 # 高炉槽下的低料仓，本地p l c 的中央处理器、通信模块、 e t 3 0 0 m 、现场仪表等设备采用p r o f i b u s 总线网络相连接，选用s i e m e n s 公 司的w i n c c ( w i n d o w sc o n t r o lc e m e r ) 作为计量与控制的组态软件。w i n c c 是 w i n d o w s 环境下面向对象的3 2 位工业控制组态软件，是一个较为实用且与 s i m a t i c 产品无缝连接的组态软件，其界面友好，功能强大。 计控厂的l 2 层服务器经p r o f i b u s 总线与l l 层p l c 相连接，l 2 层服务器 负责将物料数据和其它炼铁生产数据进行格式转换和汇总，实现过程数据在操作 站上的显示、操作、记录。 信息中心的l 3 层服务器经以太网与l 2 层服务器相连接，采用t c p i p 协议 进行通信，数据传输速率达1 0m b p s ，在l 3 层服务器可实现参数设定和参数查 询等，为自动认证系统应用软件提供运行平台。 2 4 计量认证数据流程 整个高炉物料计量系统的数据信息全部由槽下智能仪表和p l c 设备采集和 录入，然后将原始数据传输到计控厂l 2 服务器进行编码格式转化和汇总，l 2 服 务器将数据传输信息中心，在l 3 层服务器上形成物料消耗o r a c l e 数据库，以保 证将各种物料消耗量的信息完整的记录下来，供相关用户查询和计算生产报表， 供技术中心负责对数据进行认证和修改。高炉槽下物料消耗计量认证的数据流 程，如图2 - 2 所示。 图2 - 2 计量认证数据流程图 1 0 孛南大警硕士学位论文 第= 章意体设计方案 l 2 层上报到”层的高妒物料消耗原始计量数据，如表2 - 1 所示 表2 1 霸韩计量数据清单 常用的物井) 2 5 本章小结 本章夯绍了高炉稽下数据计爨认证豹流程，根据现场调凝结果指出了潦有高 炉槽下数据人工计纛认证系统的不足，并对计量数据存在的异常情况种类和人工 处理进杼了总结和分析。在此基础上，结合用户嚣求和数据计量认证目标，设计 蹇炉攘下数据谤差囊凑浚涯系统设传缍掏，莠鬏据浚涯流震褥滋谤耋浚涯数攘滚 程图，为高炉槽下物料计量认证自动化软件的开发和设计打下基础。 中南大学硕士学位论文 第三章计量数据异常识别和认证处理 第三章计量数据异常识别和认证处理 本章首先分析高炉槽下计量数据的数据格式以及数据信息元之间的关联性； 然后，针对料批丢失、料批重复、外部数据干扰等异常情况，提出一种基于多元 模糊模型的异常数据自动识别方法；对于焦炭数据异常、焦丁数据异常和矿石数 据异常等异常状况，提出一种基于离群数据挖掘技术的异常数据自动识别方法； 最后，依据人工认证经验和专家知识，建立认证处理智能模型并给出相应的方案。 3 1 计量数据特征分析 由于甜高炉与i # - - 5 # 高炉的上料方式有所不同，本节在介绍高炉槽下物料消 化计量数据异常情况的基础上，分析计量数据不同的异常类型的特征信息。下面 从三个方面分别进行说明。 3 1 i i # - - 5 # 高炉计量数据的异常情况 i # - - 5 # 高炉计量数据的异常情况如图3 - i 所示。 7 箍菇磊藏j ；碱瓶、 云天jl 亏个琏臻， 抖埤 圭瓣 班 烧结竖炉 料批制度焦炭 矿石 嘛阃 别矿球 270 0 ：3 8 lk p p p k k 牟4 7 3 71 3 9 4 11 0 2 4 0 1 7 0 9 3 70 0 ：4 5 lp p p k k k #4 7 7 5 1 4 1 5 l 1 0 3 5 71 8 1 4 4 0 0 ：5 3 lp p p k k k #4 7 5 61 3 9 4 21 0 2 3 61 7 3 2 60 1 ：0 9lk p p p k k 撑4 7 9 91 1 8 7 78 4 3 01 7 3 8 4 90 7 ：3 l1 、- k k k # 一 ) 4 7 5 911 7 z 7 。-一学5 ，寸一一 8 3 娶 5 0 0 7 ：4 队。 lk p p p k k 捍 0 、，t v 7 - 7 0 ，8 3 3 2 一墟强， ， 1 5 1 0 9 ；0 1 、k p p p k k #4 8 0 0 h 7 0 8 4 3 2、7 筇 前一天夕7 、尾部可ji 焦炭不j 呆符合 上的料；i 能丢失；i 能为零li 批制度 图3 - 11 # - - 5 # 高炉计量数据异常情况示意图 中鸯穴学硕士学整论文第三章计量数撼努常识剐帮认诞处理 1 # - - 5 # 高炉计曩数据主要包括料批丢失、料批重复、焦炭为零、矿石数据不 簿会摹毒援露l 疫麸爱羧辩仓疆误等器常篱瑟。诗鬃数据异豢类鍪与诗垂数撵憨覆意 元组成之间存在密切联系。科批丢失可以结合料批号间隔和上料时间进行综合考 虑，且料批丢失按照料批号顺序划分包括起始、中部和尾部曩失等三种情况。矿 石数据舆鬻是指辩批巷l 度显示包食菜类矿石蔼计量数据为空的情提。该类努常情 况胃潋扶瓣孰隶l 瘦、瓣仓维护等方嚣进行分褥雾l 断。 3 1 2 鼎高炉计量数据的异常情况 硝嵩妒计量数据的髯常情况鲡翻3 - 2 所示。 贻料批中部料批 焦炭不 舞鬻号琴连贯夔灸零 鹫 阜料 烧结 竖球焦丁蘩石 静 进口 如俪 矿球 2 t 9 u ：4 7 2 6 7 55 0 1l 四0 l 巍5 l l 强 3 i q l ：0 0 2 6 5 40 1 8 0o 0 6 4 2 4 ； 0 1 ：1 42 7 1 85 0 41 7 7o1 3 4 71 1 4 7 ， 6 0 1 ：3 02 6 7 8 0 1 7 8 o1 3 5 46 5 0 4 50 7 ：0 02 7 6 55 0 5oo1 3 5 4 4 60 7 ：0 92 7 7 0ooo1 3 4 8 、 4 70 7 ：1 92 7 繇4 8 9 _ - 4 80 7 ：2 02 7 6 800o 3 4 5 4 90 7 ：3 lo 4 9 91 8 0oi 鄹1 1 6 8 5 0 0 7 ：4 2 7 1 7 飞n 0 1 8 101 3 淤6 9 8 5 1 o o 多氐、2 7 1 0瑚、 1 8 0o1 3 5 0r 船 静一天7f 旄部可能 f 烧结矿不。jf 猿丁连续为 的喜事ll 丢辩撼| 能为零ll 焦炭 赠 图3 - 2 蒯高炉计量数据异常情况示意图 戮菸炉毒i # - 5 # 蹇j 声数据舅豢馕提豹差舅生娶在对焦了戆粼裂上。i # - 5 # 蕙 炉焦了数据始终为零，不需要考虑。丽蒯高炉每批料基本酃掺杂少量焦丫，若 有连续几批焦丁为嚣，则这几批料中对应的焦炭，应该有一批对之进行补偿。否 中南大学硕士学位论文 第三章计量数据异常识别和认证处理 则，焦丁数据发生了错误。 3 1 3 计量数据异常情况的分类 在综合分析i # - - - 5 # 高炉和6 拌高炉各种数据异常情况的基础上，得出高炉物料 计量数据异常情况的分类料批丢失和料批数据异常、重复料批三大类，如图 3 3 所示。料批丢失又可分为大批料批丢失( 含整班丢失) 和小批料批丢失两种情 况，小批料批丢失可按不同时段分为三种不同的情况：料批数据异常又可分为焦 炭、矿石和焦丁数据异常三种情况。 图3 - 3 计量数据异常情况分类示意图 ( 1 ) 小批料批丢失 小批料批丢失包括起始料批丢失、中部料批号不连续、尾部丢失等情况。图 3 1 中，晚班的首料批号为2 ，说明丢失了料批号为l 的一批物料计量数据。白 班和中班则可根据与前一班的料批号是否连续来判断是否发生了首部丢失。如果 不连续，则要根据间隔料批数和上料时间估算首部丢失批数。中部丢失的情况， 三个班都相同，例如图3 2 中料批号直接从4 到6 ，则说明丢失了料批号为5 的 数据；尾部丢失的情况，晚班和白班识别方式相似，主要考查与后一班料批号的 间隔并结合上料时间进行估算。中班则直接考虑末批料的上料时间与中班结束时 1 4 中南必学硕士学位论文 第黧章计量数据异常识剐和认诞处理 问的惹距，并结合踌班时间估算兹失数。图3 2 中，4 螂料批的上料时嘲0 7 ：4 0 专羧骧嚣雩篱0 8 ：0 0 之溺舞疆2 0 余键，夫于辩羝豹孚魏楚疆辩溺，弱哥栽发生了 尾部料批丢失 ( 2 ) 料批重复 羰始数器表率弼缝会篷蕊辩魏号重复酌谗漾，钢翔闺3 1 孛翦瓣抵学为盼 的记泶有2 条。 ( 3 ) 料批号错误 戴常情况下，魄班的起始料撤号为1 或者土一班的末料批号，但因误操作等 原因有时会出现晚班的起始料批母为零或为上一班的连续料批号的情况，例如某 一日魄班的兹几个料批号为1 ，2 ，3 或者1 8 0 ，1 ，2 ，3 ，这都则属于芷鬻情况， 翔采怒0 ，l ，2 ，3 线者是1 8 0 ，1 8 1 ，1 8 2 ，1 8 3 ，l ，2 ，3 翔属子弄蘩跨戮。 ( 4 ) 大批料批丢失 农网络鼓瘴鄢数据痒敖障等裰索下，就考霹戆造成夫批数撂丢失弱倩凝。具 体表瑗为虽然显示肖铁水产量，帮读不到该班盼任 碍料拖数据。 ( 5 ) 焦炭为零 焦炭是骞炉练镶戆菝嚣褥之一。在歪磐熬声靛凝下，焦炭熬数撂始终不能 为零。函此，若出现焦炭为零的情况，即可判断该批料的数攒有异常。 ( d 矿石数据不符合料批制度 豢瓣鬣懿度为焱c x 羲说鹗下一援狡辩楚傻耀单焦毒辩，没有羡焉矿蕊。瑟 3 1 中，第5 0 批料的物料数据异常，需要扣除该批料的矿石数据；物料料批制度 为k p p p k k # ，说明下一批物科脊矿石若物料矿石为零，则料批数据异常，需 要羚繁备矿静约一援j l l ； 鹃量。 3 2 蒸于模糊模式识别的料批异常识别方法 蓄先，慧缝饔分褥羯于谖勇g 辩熬雾