水泥企業在線物料平衡管理系統的應用

馬純輝，李志丹，魏燦，張闖，趙華

1 前言

水泥企業的物料平衡管理主要是指對企業物料的采購、消耗及庫存管理，通過定期盤點物料情況，為企業生產經營管理提供數據支撐，指導企業分析生產狀態和經營效益。通過對多家水泥企業深入調研發現，各水泥企業多采用定期人工盤點的傳統方式對物料庫存進行盤點，不同點是各企業往往根據自身生產經驗確定盤點周期和物料密度。對于大堆物料，盤存人員往往使用米尺測量料堆的長、寬、高并記錄；對于粉體物料庫，多使用測量繩測量上空，反推物料的實際高度并記錄。因物料種類和堆放位置不同，企業盤點耗時存在很大差異。

采用定期人工盤點的方法盤點物料，不僅耗費人力，而且盤點周期長，一般為一月一次，滯后性較大，不能及時有效指導生產，甚至會導致虧庫問題。

2 在線物料平衡管理系統的功能

我公司設計開發的在線物料平衡管理系統可實現自動盤存物料功能，無需人工盤點，減少了工作量，縮短了盤點周期，數據時效性大幅提高。

2.1 在線物料平衡管理系統總覽頁面功能

在線物料平衡管理系統總覽頁面如圖1所示?？傆[頁面支持日/月查詢，可瀏覽查閱內容主要包括礦山破碎機每日臺時產量、原材料每日進廠、消耗、庫存；生料磨生產量、生料每日消耗、庫存；熟料生產量、熟料發運量、庫存變化等。

圖1 在線物料平衡管理系統總覽頁面

2.2 以正向和反向邏輯推算平衡料耗

在線物料平衡管理系統采集物料進廠歷史數據、消耗數據、庫存數據、生產數據等，通過滾動方式對各喂料秤的偏差系數進行計算；結合進廠原材料水分、喂料秤計量偏差系數，以正推方式準確計算物料消耗量和生產量；結合水泥工藝技術，推算生料料耗系數，準確計算熟料生產量，以反推方式計算生料消耗量；系統通過正向和反向兩種方式推算生料消耗平衡，實現從熟料、生料、原材料生產和消耗的平衡。

2.3 每日在線自動盤存物料并推送盤點報告

在線物料平衡管理系統將物料盤存方式從每月人工盤存轉變為每日系統在線自動盤存，時效性大大提高。在線物料平衡數據刷新時效以每日自動計算物料平衡為較佳的盤點周期，既能滿足實際生產需要，也能減少系統算力的消耗。根據物料平衡計算結果，系統每日自動輸出盤點報告，定時推送包括最大庫存、合理庫存、當前庫存等盤點報告內容，并對庫存高低限進行預警，當庫存量＞90%或＜20%時，系統自動報警。盤點報告還包括近期實物煤耗的變化和理論料耗的變化等，系統對工廠能源消耗中的原煤進行了盤點計算，盤點報告真實反饋了每天的實物煤耗數據、近7d 的實物煤耗數據（換堆周期為7d），以及每日窯系統理論料耗，為生產運營提供了數據支撐。2023年4月20 日在線物料平衡管理系統盤點報告如表1所示。

表1 在線物料平衡管理系統盤點報告（2023-04-20）

3 在線物料平衡管理系統在某水泥企業的應用

3.1 基礎數據準備

3.1.1 原燃材料最大儲量及庫倉容量

該水泥廠原燃材料包括石灰石、砂巖、頁巖、鐵粉、煙煤，原料配料站每臺秤僅稱重一種物料。原燃材料最大儲存量：石灰石58 000t、砂巖10 300t、頁巖10 300t、鐵粉11 000t、原煤15 000t、庫倉容量：均化庫17 200t、熟料庫100 000t、原煤倉150t。

3.1.2 原材料質量檢驗分析

原材料質量檢驗：石灰石每日檢測一次，其他原材料每批次檢驗一次；

生料化學分析：出磨生料和入窯生料每日分析一次；

入磨原煤工業分析：每日一次；

均化庫料位：最高52m，385t/m；

生料配料：中子在線分析儀實時配料（秒級）。

3.1.3 人工盤存精度

盤存周期：每月末早晨8：00進行盤存；

盤存精度：各種物料月度盤存精度達5%即可。

3.1.4 采集數據

一卡通數據：采集進廠原材料重量。

DCS 系統數據：采集生料磨生產量、各原材料消耗量、生料庫庫位、脫硫生料消耗量、入窯生料消耗量、熟料庫位、煤磨生產量、原煤倉倉重。

質量檢驗數據：采集進廠原材料檢驗數據、入窯生料成分檢測數據、煤工業分析數據、中子在線分析儀日平均配料比數據。

錄入數據：采集各原材料期初庫存、生料期初庫存、熟料期初庫存。

3.2 邏輯計算

采集DCS 系統數據，正向統計生料日消耗量；定產熟料，除去煤灰摻加量，反向推算生料日消耗量。按該企業長期人工盤存結果可知，日平均消耗生料量約15 000t，系統正向與反向推算生料消耗量差值±150t，可以滿足實際生產需要，其計算精度約為1%。反向推算時，通過生料日消耗量，結合均化庫料位變化情況，計算生料生產量；通過進廠原材料水分與中子在線分析儀日平均配料比，計算生料綜合水分；將干基生料折算濕基生料，反向推算各原材料日消耗量，進而獲取每日原材料庫存量。

3.2.1 正向邏輯計算

正向生料生產量（濕基）=石灰石（濕基）+砂巖（濕基）+頁巖（濕基）+鐵粉（濕基）；

正向修正生料生產量（濕基）=石灰石（濕基）×稱修正系數（濕基）+砂巖（濕基）×稱修正系數（濕基）+頁巖×稱修正系數（濕基）+鐵粉（濕基）×稱修正系數（濕基）；

石灰石（濕基）配比=石灰石（濕基）×稱修正系數（濕基）/正向修正DCS 生料生產量（濕基）×100%；

砂巖（濕基）配比=砂巖（濕基）×稱修正系數（濕基）/正向修正DCS生料生產量（濕基）×100%；

頁巖（濕基）配比=頁巖（濕基）×稱修正系數（濕基）/正向修正DCS生料生產量（濕基）×100%；

鐵粉（濕基）配比=鐵粉（濕基）×稱修正系數（濕基）/正向修正DCS生料生產量（濕基）×100%；

正向生料生產量（干基）=石灰石（濕基）×（100-水分）/100+砂巖（濕基）×（100-水分）/100+頁巖（濕基）×（100-水分）/100+鐵粉（濕基）×（100-水分）/100；

生料庫存變化量=（24 點料位-0 點料位）×385t/m（該廠經驗值）；

正向生料消耗量（干基）=正向生料生產量（干基）-生料庫存變化量+脫硫消耗量（10t）；

水分取最近一堆的原材料平均水分。

3.2.2 反向邏輯計算

通過入窯生料燒失量計算理論料耗。

定產熟料產量=入窯生料/報表料耗。

理論料耗=100/（100-生料燒失量）。

煤灰摻加量（干基）=原煤消耗量（干基）×原煤灰分；

反向推算生料消耗（干基）=（報表熟料產量-煤灰摻加量）×理論料耗；

反推生料生產量（干基）=反向推算生料消耗-生料均化庫庫位變化（庫位實際顯示為上空）；

反推生料生產量（濕基）=反推生料生產量（干基）×（100+原材料綜合水分）/100；

反推石灰石消耗量（濕基）=反推生料生產量（濕基）×石灰石（濕基）配比；

反推砂巖消耗量（濕基）=反推生料生產量（濕基）×砂巖（濕基）配比；

反推頁巖消耗量（濕基）=反推生料生產量（濕基）×頁巖（濕基）配比；

反推鐵粉消耗量（濕基）=反推生料生產量（濕基）×鐵粉（濕基）配比。

3.3 應用效果

在線物料平衡管理系統2023年2月運行數據見表2，正向反向推算生料消耗量偏差基本＜150t，實際運行偏差約1%。2022年11月13日，現場人工盤存與在線物料平衡管理系統盤存情況對比見表3。

表2 在線物料平衡管理系統運行狀態（2023年2月）

表3 現場人員盤存與在線物料平衡管理系統盤存情況對比（2022年11月13日）

4 結語

在線物料平衡管理系統基于水泥工藝理論知識建立，結合現場實際管理流程，充分利用信息化、數字化技術，整合多維度數據，實現了業務場景的深化，大幅提高了物料平衡管理的時效性、準確性，減輕了勞動強度。

在線物料平衡管理系統建設的前期調研工作非常重要，調研初期應對企業日常管理流程、核算方式、現場物料種類、堆料大小、原煤換堆時間、人工盤點庫存方法等做好記錄，以利于后期設計方案的準確性。在線物料平衡管理系統建設完成后，其數據的核對工作尤為重要，直接關系到系統的實際應用效果，需持續跟蹤系統運行數據與現場實際數據，并做好對比分析，偏差不宜＞3%。

若要進一步深化在線物料平衡管理系統功能，則需與業財一體化系統實現數據交互，以實現更深層次數據的應用價值。