中厚板產(chǎn)線物流跟蹤系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

路銀北 胡玉法 王冰 張愛芳 宋瑜

(安陽鋼鐵股份有限公司)

中厚板產(chǎn)線物流跟蹤系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

路銀北 胡玉法 王冰 張愛芳 宋瑜

(安陽鋼鐵股份有限公司)

闡述了物流跟蹤系統(tǒng)在安鋼第二軋鋼廠實施的背景、目的和意義，介紹了系統(tǒng)的整體架構(gòu)、主要功能、采用的關(guān)鍵技術(shù)，以及系統(tǒng)應(yīng)用后的運行效果。

MES ERP 物流跟蹤 自動控制

0 引言

隨著全國工業(yè)技術(shù)水平的不斷發(fā)展和提高，鋼鐵市場競爭的日益激烈，節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本已成為企業(yè)重要的指標(biāo)，采用新的技術(shù)降本被眾多企業(yè)認同［1］。隨著其他同類企業(yè)的技術(shù)裝備的不斷提升，安鋼第二軋鋼廠2800mm四輥單機架生產(chǎn)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化的生產(chǎn)要求，如何有效解決縮短交貨期，協(xié)調(diào)工序間運作、及時傳遞生產(chǎn)信息、優(yōu)化生產(chǎn)過程等問題，并提高設(shè)備作業(yè)率和鋼材的成品質(zhì)量，促進2800mm四輥中板軋機的快速超產(chǎn)、高效運行，是安鋼發(fā)展戰(zhàn)略的重要問題之一。

目前安鋼已經(jīng)在全公司順利實現(xiàn)了信息化一期建設(shè)，采用 ERP(Enterprise Resource Planning)和MES(Manufacturing Execution System)相結(jié)合的管理模式，并針對不同產(chǎn)線，分別實現(xiàn)了面向庫存和面向訂單的生產(chǎn)模式。為了實現(xiàn)公司精細化管理目標(biāo)，信息化系統(tǒng)有待進一步繼續(xù)深化和完善。

1 存在的問題

第二軋鋼廠物流信息管理以前主要靠人工交流，效率低、勞動重復(fù)、信息容易發(fā)生錯誤，同時造成煉鋼→軋鋼→質(zhì)量檢驗等流程的信息無法互通，對生產(chǎn)、物料、質(zhì)量等信息不能及時有效的共享，無法實現(xiàn)科學(xué)安排生產(chǎn)、及時掌握生產(chǎn)情況，不能對產(chǎn)品質(zhì)量快速、長期、有效地分析，無法實現(xiàn)與其他生產(chǎn)廠乃至公司信息系統(tǒng)的集成。雖然安鋼信息化一期建設(shè)實現(xiàn)了ERP系統(tǒng)和MES系統(tǒng)的基本功能，但在生產(chǎn)過程中還存在如下問題:

1)在物流跟蹤上MES已經(jīng)實現(xiàn)了生產(chǎn)計劃的下達、實績數(shù)據(jù)的收集、部分數(shù)據(jù)的手動錄入和收集等批次跟蹤，但未實現(xiàn)物料的件次跟蹤，同批次物料中子板所對應(yīng)的母版的原始尺寸和加工歷程都有較大的差異，批次跟蹤限制了質(zhì)量管理和成本控制水平的進一步提高。

2)MES與ERP系統(tǒng)雖然已經(jīng)運行，但由于大量的過程自動化和基礎(chǔ)自動化的實時數(shù)據(jù)未能收集上來，計劃的制訂缺乏足夠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計劃執(zhí)行的具體情況也不能得到及時的反饋，限制了MES和ERP系統(tǒng)的運行質(zhì)量。

3)生產(chǎn)組織和生產(chǎn)調(diào)度人員不能實時獲得鋼板在生產(chǎn)線上的具體位置和生產(chǎn)狀態(tài)，不能及時獲得全面的板坯數(shù)據(jù)，事后無法對質(zhì)量異議進行深入詳細的比較分析，事中也無法實現(xiàn)生產(chǎn)計劃的實時修改。

安鋼ERP已基本上線運行，但全線生產(chǎn)協(xié)調(diào)控制與計劃調(diào)度是人工完成，信息傳遞靠人工報表，效率低，規(guī)范性差，制約了生產(chǎn)效率的發(fā)揮提高。鑒于上述實際情況，有必要開發(fā)中厚板生產(chǎn)線物流跟蹤系統(tǒng)，實現(xiàn)全線的物流跟蹤、信息共享及進一步優(yōu)化全線生產(chǎn)效率，實現(xiàn)ERP與生產(chǎn)系統(tǒng)有機連接，從而實現(xiàn)管控一體化。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計

系統(tǒng)采用層次結(jié)構(gòu)，自頂向下由兩臺高檔網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及其終端和打印機構(gòu)成物流跟蹤計算機系統(tǒng);由工業(yè)PC機構(gòu)成操作站級;由PLC和通用控制器組成基礎(chǔ)自動化級。物流跟蹤系統(tǒng)編程軟件采用SIMATIC PSC7V60版本，硬件采用SIEMENS公司的S7－400系統(tǒng)，遠程I/O采用分布式ET200，網(wǎng)絡(luò)采用星型拓撲結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)部分以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)，采用光纖以太網(wǎng)通訊，與其它在線已使用的過程控制級、基礎(chǔ)自動化級、傳動系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，通過Profibus－DP網(wǎng)連接各個區(qū)域的工業(yè)級的PLC及ET200遠程站等控制系統(tǒng)，使得PLC之間可以快速交換數(shù)據(jù)?；A(chǔ)自動化級采用獨立的PLC控制系統(tǒng)，在不更改現(xiàn)有控制系統(tǒng)功能，根據(jù)物流跟蹤需求數(shù)據(jù)，增加部分現(xiàn)場檢測元件，新增檢測元件通過分布式控制結(jié)構(gòu)ET200 系統(tǒng)接入主控制器［2］。

在具體的物理實現(xiàn)上，物流跟蹤系統(tǒng)的設(shè)備選型與配置除了必須能夠滿足系統(tǒng)的功能要求以外，還考慮到設(shè)備的性能價格比、設(shè)備的安裝環(huán)境與布線、用戶使用操作等諸多因素。物流跟蹤系統(tǒng)在縱向分為基礎(chǔ)自動化級L1和過程自動化級L2兩個層次，在橫向劃分為加熱爐區(qū)、粗軋區(qū)、精軋區(qū)、矯直區(qū)、冷床區(qū)、剪切區(qū)、收集區(qū)。

按照中厚板生產(chǎn)線的工藝流程，并考慮與現(xiàn)有MES系統(tǒng)以及過程自動化及基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的銜接和配合，以及物流跟蹤系統(tǒng)功能實現(xiàn)的需要，將物流跟蹤系統(tǒng)進行如下的功能區(qū)域劃分:①上料區(qū)。從MES系統(tǒng)接收坯料的計劃信息;②加熱爐區(qū)。實現(xiàn)爐內(nèi)位置跟蹤及加熱歷程數(shù)據(jù)記錄;③軋機區(qū)。通過與現(xiàn)有軋機AGC連接，采集其中的跟蹤數(shù)據(jù)，實現(xiàn)軋區(qū)鋼坯位置跟蹤及軋制過程數(shù)據(jù);④矯直機區(qū)。實現(xiàn)矯直機區(qū)的鋼板位置跟蹤及矯直過程一級數(shù)據(jù)記錄;⑤冷床區(qū)。實現(xiàn)鋼板在冷床上的動態(tài)分布記錄;⑥剪切區(qū)。為操作員提供鋼板長度寬度參考和記錄剪切過程一級數(shù)據(jù);⑦收集臺區(qū)域。操作工最后確認和修改信息［3］。

2.2 系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)

物流跟蹤不參與過程控制，僅是物的跟蹤，是實時的對物料和物料信息進行準(zhǔn)確自動跟蹤的系統(tǒng)，每塊母或及子板都有一條信息與其對應(yīng)，物料到達或離開某一區(qū)域時，對應(yīng)的物料信息也必須保證在界面上到達或離開該對應(yīng)區(qū)域。系統(tǒng)在實施過程中采用的關(guān)鍵技術(shù)有如下幾方面:

1)物流跟蹤系統(tǒng)采用SIEMENS S7－400 PLC，系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與其它現(xiàn)有的控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)及現(xiàn)場的ET200站采用光纖以太網(wǎng)通訊或者通過Profibus－DP網(wǎng)絡(luò)連接。

2)服務(wù)器處理接收到的L1事件，并按要求將數(shù)據(jù)上傳至MES系統(tǒng)。與MES通訊采用DB－Link方式，與L1通訊采用TCP－SOCKET電文方式。

3)物流跟蹤通過MES與丹麥的自動噴印機、側(cè)標(biāo)打印機的對接，自動完成噴印信息的傳輸和打印，主要信息有產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、厚度、寬度、長度、牌號、批次號、特殊標(biāo)識等。

3 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

物流跟蹤系統(tǒng)主要實現(xiàn)了第二軋鋼廠與生產(chǎn)相關(guān)的功能、全過程物流跟蹤功能、接口管理功能及用戶、角色、計算機等管理功能，以下對主要功能做簡要介紹。

3.1 生產(chǎn)相關(guān)功能

1)生產(chǎn)基礎(chǔ)信息管理。信息主要包括鋼種、物料名稱，坯料規(guī)格及成品規(guī)格等，是為了滿足生產(chǎn)和物流跟蹤所需，可以通過界面進行維護，也可以通過MES的接口進行下達，并作為實際產(chǎn)品的規(guī)格及具體參數(shù)的參照。

2)生產(chǎn)規(guī)程管理。這是對主體設(shè)備生產(chǎn)加工進行指導(dǎo)的設(shè)定數(shù)據(jù)，系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)要求和物料、計劃跟蹤信息將規(guī)程數(shù)據(jù)下傳到生產(chǎn)設(shè)備。每種物料下傳一次，同一個計劃或者鋼種等信息關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)規(guī)程將根據(jù)計劃跟蹤情況下傳。

3)生產(chǎn)計劃管理。計劃管理從MES接收到生產(chǎn)計劃開始，對每一個生產(chǎn)計劃進行管理，跟蹤每一個計劃的完成情況，直到一個計劃的生命周期終止時結(jié)束。計劃跟蹤建立在物料跟蹤的基礎(chǔ)之上，當(dāng)一個就緒計劃的第一根物料上到爐前輥道時該計劃開始執(zhí)行，根據(jù)就緒計劃的排序可預(yù)報加熱區(qū)下一個要執(zhí)行的計劃。

對任一個計劃跟蹤區(qū)，可以跟蹤該區(qū)域正在執(zhí)行計劃的信息，如計劃總塊數(shù)、總噸數(shù)、當(dāng)前執(zhí)行塊數(shù)、鋼種等，同時可以預(yù)報下一個進入該區(qū)域計劃的相關(guān)信息。當(dāng)一個計劃執(zhí)行完成，所有物料入庫后，計劃跟蹤結(jié)束，并形成整個計劃的生產(chǎn)情況，如開始時間、結(jié)束時間、執(zhí)行周期等信息。計劃跟蹤實時反映生產(chǎn)計劃的執(zhí)行情況，并收集一個計劃在生命期間的有關(guān)信息，為工廠按生產(chǎn)計劃組織生產(chǎn)提供參考信息。

4)實績管理與信息統(tǒng)計。在物料經(jīng)過主體設(shè)備加工后或經(jīng)過關(guān)鍵工序檢查后產(chǎn)生的生產(chǎn)實績，將根據(jù)物流跟蹤進行收集，并與物料關(guān)聯(lián)。生產(chǎn)實績以自動收集為主，人工錄入為輔，并提供界面進行瀏覽、修正和補漏。生產(chǎn)實績包括生產(chǎn)產(chǎn)生的實際結(jié)果、訂單信息、判定信息和質(zhì)量信息等，并根據(jù)需要可向MES系統(tǒng)上傳，可以自動上傳，也可人工上傳。生產(chǎn)信息的統(tǒng)計包括作業(yè)統(tǒng)計、生產(chǎn)統(tǒng)計、質(zhì)量統(tǒng)計等幾個方面。具體的統(tǒng)計項、指標(biāo)、計算公式等在基本設(shè)計階段時進行確定。

3.2 物流跟蹤功能

1)加熱爐區(qū)域。由爐前爐后滾道熱檢信號、冷檢信號及軌道動作方向信號，產(chǎn)生坯料在滾道上運行事件，由此給出坯料定位信息;由爐前冷檢與推鋼機動作，產(chǎn)生坯料入爐事件，由出爐軌道熱檢與出鋼機動作，產(chǎn)生出爐事件，由高壓水除磷前熱檢和除磷命令，產(chǎn)生坯料除磷事件，同時向L2傳輸高壓水水壓信息。

2)軋機區(qū)域。在粗軋機前后增加兩個熱檢，由機前熱檢信號及滾道動作方向信號，產(chǎn)生軋機定位信息，由坯料到達粗軋機前熱檢及高溫計信號，產(chǎn)生坯料到位事件，向L2發(fā)送開軋溫度信息，由軋機主傳動力矩及運動方向信號，產(chǎn)生軋機各道次軋制事件，同時向L2發(fā)送各道純軋時間，道次號，各道壓下量信息，由首道次，末道次主傳動動力據(jù)信號產(chǎn)生軋制事件，向L2發(fā)送純軋制時間信息。

3)矯直區(qū)域。在矯直機前增加一個熱檢、矯直機后增加一個紅外測溫儀，根據(jù)矯前熱檢及矯直機動作信號，產(chǎn)生軋件到矯前及軋件矯直事件，同時向L2發(fā)送軋件開矯溫度、終矯溫度、矯直時間信息;針對矯直機往復(fù)矯直情況，按照軋機控制模式實現(xiàn)矯直道次跟蹤。

4)精軋區(qū)域。根據(jù)橫剪前后輥道光柵信號及輥道動作方向信號，產(chǎn)生軋件在輥道上運行事件，由此給出軋件定位信息;根據(jù)收集臺架前輥道光柵及收集臺車動作信號，產(chǎn)生板坯上收集臺架信息;根據(jù)收集臺架噴印機前限位開關(guān)動作信號，產(chǎn)生噴印事件，由L2系統(tǒng)向噴印機發(fā)送噴印信息;根據(jù)收集臺架出口端限位開關(guān)信號，產(chǎn)生下收集臺架事件，物料號由收集臺架下線。

3.3 與MES的集成應(yīng)用

利用MES的生產(chǎn)計劃模塊，在排產(chǎn)之前將銷售訂單轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)合同，在編碼體系、冶金規(guī)范、訂單類型的支持下，根據(jù)銷售訂單的牌號、規(guī)格、交貨狀態(tài)、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等信息，通過質(zhì)量設(shè)計和質(zhì)量匹配，轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)訂單后組織生產(chǎn)。板坯裝入上料輥道時，相關(guān)數(shù)據(jù)和信息(原料數(shù)據(jù)、成品數(shù)據(jù)、化學(xué)成分、加熱工藝參數(shù)、軋制工藝參數(shù)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等)發(fā)送到物流跟蹤系統(tǒng)，系統(tǒng)執(zhí)行過程控制和物料跟蹤，采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，將生產(chǎn)實績上傳到MES系統(tǒng)中。物流跟蹤系統(tǒng)傳給MES系統(tǒng)的主要信息有:板坯裝爐、出爐實績、下線、軋制實績、冷床實績、質(zhì)檢實績、甩鋼上料、噴印等信息。

4 效果

該項目自2009年上線以來，一直運行良好，現(xiàn)場提供指導(dǎo)生產(chǎn)的信息。系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)了物料的全過程自動跟蹤與自動收集生產(chǎn)實績及質(zhì)量數(shù)據(jù)，并按件或按計劃上傳數(shù)據(jù)到上層系統(tǒng);通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與現(xiàn)場的多個設(shè)備的控制系統(tǒng)相連接，實時采集系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)，保持數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性和及時性;真實的反映出現(xiàn)場生產(chǎn)的實際情況，并為生產(chǎn)組織提供有效的分析。

物流跟蹤系統(tǒng)操作機界面良好，直觀，實績數(shù)據(jù)及實物跟蹤及時準(zhǔn)確，避免了因信息流不暢造成了誤操作，滿足了軋鋼生產(chǎn)過程中對信息的要求，通過MES與PCS系統(tǒng)的集成應(yīng)用，產(chǎn)量與產(chǎn)品質(zhì)量得到大幅提高，交貨期大為縮短，合同兌現(xiàn)率顯著提高，并開發(fā)了大量高等級、高附加值的產(chǎn)品，品種板、專用板比例居國內(nèi)同行前列，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

5 結(jié)語

物流跟蹤系統(tǒng)適應(yīng)信息化建設(shè)的需要，是信息化建設(shè)的一部分，它的間接效益遠大于直接效益。通過與MES之間的數(shù)據(jù)傳遞實現(xiàn)訂單、作業(yè)計劃、發(fā)貨以及質(zhì)量跟蹤，實現(xiàn)了信息流和物流的同步，保證了生產(chǎn)經(jīng)營過程中的信息及時性、準(zhǔn)確性，對減少庫存、降低成本、實行按訂單組織生產(chǎn)起了重要作用，有助于加快產(chǎn)品和技術(shù)創(chuàng)新，促進企業(yè)管理，增強市場競爭力。

系統(tǒng)有著很好的示范、推廣應(yīng)用價值。系統(tǒng)完成后，不僅提高了設(shè)備作業(yè)率，對四輥軋機的高效運行起到了極為重要的作用，而且縮短了交貨期，優(yōu)化了軋批計劃的編制，提高了鋼材的成品質(zhì)量，促進了2800mm四輥中板軋機的快速超產(chǎn)。

［1］何永剛，黃麗華.我國鋼鐵企業(yè)信息系統(tǒng)應(yīng)用研究［J］.情報雜志，2007，26(7):1－4.

［2］臺方.可編程序控制器應(yīng)用教程［M］.北京:中國水利水電出版社，2008:46－56.

［3］仉楊.物流跟蹤系統(tǒng)在中厚板軋線上的應(yīng)用［J］.科技風(fēng)，2011(7):127－128.

DEVELOPMENT AND APPLICATION OF LOGISTICS TRACKING SYSTEM OF HEAVY PLATE PRODUCTION LINE

Lu YinbeiHu Yufa Wang Bing Zhang Aifang Song Yu
(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

The article describes the background，purpose and meaning of logistics tracking system in No2 rolling plant，states integral structure，main functions of the system and the key technologies as well as running effect after system application.

MES ERP logistics tracking automatic control

聯(lián)系人:路銀北，高級工程師，碩士，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司計量控制處;

2012—4—25