刘玉富，张忠军

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司型钢炼铁厂，山东 济南 271104）

钢铁烧结生产原料供应调度是钢铁生产加工工序中的重要一环，如果生产原料供应不及时，将对烧结生产效率造成严重影响。因此，近年来，随着我国制造加工行业自动化、智能化水平的不断提升，MES 信息化管理系统迅速在钢铁制造行业得到推广应用。该系统的实际应用，使得烧结生产原料供应调度系统的各项功能得到优化和改善，同时，也开辟了人机交互、智能操控的先河，对提高生产效率，促进钢铁企业健康可持续发展具有重要的现实意义。

1 钢铁烧结生产工艺流程概述

烧结主要是将各种粉状含铁原料按照一定的配合比，添加一定剂量的烧结熔剂与燃料，借助于烧结设备，使混合原料发生一系列物理、化学反应，将松散的混合料黏结成块。目前，铁矿粉是钢铁烧结过程中的主要原料，烧结燃料一般选择含碳量高、硫化物含量低、成分相对稳定的煤粉或者焦粉，其中粒径小于3mm 的燃料比率应达到95%以上。烧结熔剂一般选择氧化钙含量高、杂质少、成分相对稳定的白云石或者生石灰，其中粒径小于3mm 的溶剂比率应达到90%以上。

在烧结生产开始之前，需要对各种原料、熔剂用水进行充分混合，并将混合料制成球体，混合流程分为一次混合与二次混合，一次混合主要是确保混合料均匀，混合时间以50s 为宜。二次混合是为了改善烧结料层的透气性，混合时间不得少于2.5 分钟。由于一次混合的造球质量差，烧结料层的透气性无法满足生产需要，因此，在钢铁烧结生产中，通常采用二次混合的方法[1]。

进入烧结工序后，首先在烧结机台车上铺置底料与混合料，铺置层底料选择粒径在10mm～25mm 之间，厚度介于20mm～25mm 之间的小块烧结矿，这样，能够有效延长风机转子的使用寿命。底料铺设完毕，沿着台车的纵横方向均匀布料，并保证混合料表面平整。点火温度控制在1250±50℃，点火时间介于40s～60s 之间，真空压力值介于4kpa～6kpa 之间，点火深度约为10mm～20mm。在烧结生产时，应当合理控制好烧结风量，一般情况下，每吨烧结矿的需风量为3200m3，烧结料层厚度介于250mm～500mm 之间。混合料在烧结炉中自上至下熔融灼烧，当燃烧至机尾时自由落下，在单辊的作用力下，烧结料被击碎，最后，成品烧结矿进入到高炉当中。钢铁烧结生产工艺流程示意图如图1 所示。

图1 钢铁烧结生产工艺流程示意图

2 面向MES的钢铁烧结生产原料供应调度系统设计要点

2.1 遵循的原则

与其它软件系统类似，在设计钢铁烧结生产原料供应调度系统时，首先考虑的是实用性与安全可靠性，保证原料供应调度管理井然有序，同时使烧结矿质量能够满足行业标准要求。其次考虑的是通用性与专用性，通用性是设计出的调度系统能够在整个钢铁烧结领域得到推广应用，专用性是避免同行业技术研发人员的重复开发与设计，做到同一系统，行业共享。最后要考虑系统的集成性与可扩展性，一旦系统出现运行故障，能够在短时间内予以修复。

2.2 系统构造原理

该系统的运行环境只适用于钢铁烧结厂的生产调度指挥室内，出于多方面、多角度考虑，在设计系统时，采用C/S 结构，这样更利于建立数学模型，以体现系统的功能价值，系统开发设计使用的程序语言为C 语言，并采用微软开发平台。该系统属于MES 系统的子系统，开发设计的主要目的是为了提高烧结生产效率。内部结构模块结构主要包括配料优化模块、动态调度模块、静态调度模块、人机交互计划调整模块以及生产原料供应皮带调度模块。

2.3 功能模块介绍

2.3.1 配料优化模块

配料是烧结生产的第一道工序，生产原料的配合比与烧结矿质量有着直接关联，因此，这一模块在所有系统模块当中发挥着不可替代的决定性作用。配料优化模块中建立了一个标准化的数学模型，能够对烧结生产的各项技术参数进行准确识别、分析、计算，同时，为了保证计算精准度，这一模块采用了两种算法，系统可以根据现场生产的实际情况合理选择算法，另外，为了增强系统的安全可靠性，模块自带数据运算结果验算程序，这一程序可以对计算结果进行验证，使结果的精准度更高[2]。

2.3.2 静态调度模块

这一模块主要从ERP 系统中获取各种生产技术参数，在PCS 系统中获取实际生产数据，在配料优化模块当中获取烧结生产所需原料的配合比信息，然后通过数学模型与算法程序编制出调度预计划，输出的甘特图能够显示在人机交互界面，终端操作人员可以及时了解到各种生产技术参数。

2.3.3 动态调度模块

动态调度模块相当于一个流动的监测站，该模块可以对烧结生产过程中出现的干扰信息进行识别处理。尤其在烧结生产由于内因或外因而中断时，动态调度模块能够快速收集造成生产过程中断的原因，并准确判断出干扰类型。

2.3.4 原料供应皮带调度模块

当静态调度模块编制出生产原料供应调度预计划后，原料供应皮带调度模块可以根据计划内容，结合实际生产情况，编制出执行生产流程的调度计划，该模块通过接收PCS 层的原料供应信息，利用启发式算法编制出原料输送皮带调度计划。当该计划传输到ERP 系统后，以指令的形式迅速传导至PCS 层，使生产原料供应调度工作能够顺利完成。

2.3.5 人机交互计划调整模块

这一模块是专门为终端技术人员设计的智能化应用模式，在系统执行调度计划时，由于生产指令临时更改或者生产过程出现意外状况，而影响正常的生产流程时，技术人员可以借助于该模块对相关的生产技术参数进行调整，使调度计划与实际生产流程相吻合。这一智能化平台的搭建，不仅给终端技术人员提供了一个人机互动的操作平台，同时，也为整个烧结生产流程提供了坚实的技术保障。

2.4 系统工作流程

首先，系统根据各项生产技术参数，借助于配料优化模块计算烧结生产原料的配合比，当配合比确定后，静态调度模块可以结合配合比信息与通过ERP 系统输入的计划信息，编制出清晰的生产原料供应调度预计划，系统自动编制的预计划传入到人机交互模块后，技术人员可以对不符合生产实际的技术参数进行调整，比如原料配合比失衡，可以及时调整各种生产原料的比例，进而编制出用于实际生产的原料供应调度计划。当计划内容确认后，相关数据信息被传输至生产原料运输皮带调度模块当中，系统根据计划口令为烧结工序供应生产原料。如果在执行计划阶段受到外界因素或者人为因素干扰，导致调度指令失效时，PCS 层将第一时间将相关数据信息反馈给动态调度模块，系统ERP 操作终端根据反馈数据，对生产调度过程进行调整和优化，以保障正常的生产进度不受影响。面向MES 的钢铁烧结生产原料供应调度系统工作流程示意图如图2 所示。

2.5 调度计划编制方法

面向MES 的钢铁烧结生产原料供应调度系统最为显著的一个功效是编制调度计划功能，智能化的编制流程不仅节省了大量的人力资源成本，而且也增强了调度计划的可行性。系统在编制调度计划时，通常采用的方法是利用人机交互与启发式算法相结合的方式。比如假设烧结生产原料有m 种，盛装原料的料仓有n 个，系统根据启发式算法构建一个清晰的数学模型，模型中涉及的各项参数如下：下标i 代表烧结配料车间中存储生产原料料仓的编号，编号以阿拉伯数字代替。j 代表烧结生产中所需的生产原料种类，用阿拉伯数字代替。t 则代表生产原料料仓的供料序号，用阿拉伯数字代替。

图2 面向MES 的钢铁烧结生产原料供应调度系统工作流程示意图

各项参数所代表的含义如下：TB时间内烧结生产所需的原料总量用Wout表示，TW 代表物料供应理想使用时间，bj 代表物料的供应速度，cij代表第i 号料仓中装有的物料j 的使用速度；Pij代表料仓i 对物料j 的承重上限；Tj，j*代表第j 种物料和第j*种物料相邻供料时的切换时间；xij (t) 代表被安排在第t 个开始， 装有物料j 的i 号料仓的物料初始值，其中xij(t)、Yij(t)、Zjt，j*(t+1)属于变量。在构建数学模型时，每一个料仓当中存储的物类种类属于已知量，同时，需要忽略设备计划维修情况。根据上述设定的参数值，系统能够快速建立生产原料供应调度计划数学模型，通过对数学模型进行求解运算，使调度计划更具可行性。

3 面向MES的钢铁烧结生产原料供应调度系统的实际应用效果

以国内某钢铁生产企业为例，对供应调度系统在实际生产中的应用效果进行阐述，为了体现该系统的先进性与实效性，将现场人工调度方案与其进行比对分析，分析结果如下：应用供应调度系统的经济指标是274.866 元/100kg，时间指标是135.0分钟，综合评定指标为0.9574。现场人工调度方案的经济指标测试结果为274.830 元/100kg，时间指标是120.3 分钟，综合而评定指标为0.9273。通过上述比对结果可以看出，无论是时间指标还是经济指标，应用供应调度系统的测试结果都优于现场人工调度方案。因此，可以得出结论，面向MES 的钢铁烧结生产原料供应调度系统不仅提高了钢铁烧结生产效率，而且也为企业创造了更多的经济效益。

4 结束语

将基于MES 的钢铁烧结生产原料供应调度系统引入到烧结生产流程当中，既提升了烧结生产的自动化水平，同时，也提升了企业的经济效益。随着钢铁企业生产规模的不断扩大，烧结生产原料供应调度工作的重要性也日渐突显，在这种形势之下，智能化调度系统开启了钢铁烧结生产的崭新格局，对促进我国钢铁工业的健康长远发展起到了推波助澜的作用。