可追溯的軋鋼遠程計量系統(tǒng)的設計

黃重春　汪小麗　丁緒星　孫宇

摘要：該文針對軋鋼產(chǎn)品打捆計量下線的工序，分析了原有打捆計量工作流程及存在的問題，設計了新的工作流程，開發(fā)了一種新的軋鋼遠程計量系統(tǒng)。新系統(tǒng)實現(xiàn)了打捆計量質(zhì)量控制的完全可追溯，減少了計量人員工作量，節(jié)約了人力成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟和社會效益。

關鍵詞：打捆計量；質(zhì)量控制；追溯

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）07-0245-04

AnHui Normal University， Wuhu 241000， China）

Abstract： Based on the analysis of the original work procedure in bundling measurement of steel rolling， a new work procedure was designed and a new remote metering system of steel rolling was set up in this paper. Complete quality tracking has been realized in this new system.The results has been proved that the new remote metering system can reduce the workload of gaugers，saved manpower cost and improved the enterprise economic and social benefits.

Key words： bundling measurement； quality control； traceablity

在鋼鐵企業(yè)的軋鋼生產(chǎn)過程中的最后一道工序是打捆計量。打捆計量，即按照一定的標準，將若干支成品鋼材打捆后傳輸?shù)胶馄魃线M行稱重，并通過重量判定該捆產(chǎn)品是否合格，并打印和懸掛產(chǎn)品信息銘牌。

成品鋼材下線打捆時需要精確而快捷的稱重計量，并據(jù)此判定成品鋼材是否合格，為日后的產(chǎn)品質(zhì)量追蹤提供依據(jù)。因此嚴格精確的打捆計量，是銷售合格產(chǎn)品、避免產(chǎn)品質(zhì)量異議的關鍵性保障。

隨著計算機技術和計量技術的不斷發(fā)展，已有諸多方案實現(xiàn)了無人值守的自動計量[1-3]。但這些方案沒有體現(xiàn)質(zhì)量管理信息化需求，存在工作量繁重、計量記錄混亂、不能有效防止計量作弊、銘牌信息與計量數(shù)據(jù)無法對應，無法實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量控制和追蹤。因此設計一套高效、數(shù)據(jù)客觀真實、可實現(xiàn)質(zhì)量追溯的遠程計量系統(tǒng)成為降低企業(yè)人力成本、保證產(chǎn)品合格率和提高企業(yè)經(jīng)濟效益的迫切需求。

1 打捆計量工作流程及問題分析

成品鋼材，經(jīng)過自動打捆機打捆包扎后，傳輸至衡器上進行自動稱重計量，現(xiàn)場操作工人錄入產(chǎn)品信息后，按照一定的標準（國標或定制標準）對捆鋼重量進行負差判斷。如果沒有負差報警，打印包含產(chǎn)品名稱、重量、鋼材支數(shù)、生產(chǎn)班組等相關產(chǎn)品信息的產(chǎn)品銘牌并懸掛到捆鋼上，該捆鋼即可進入鋼材產(chǎn)品倉庫；如果進行負差判斷時存在負差報警，該捆鋼則需要進行一些處理才能入庫：如果是因為缺支或多支因素導致，則進行添支或減支處理后重新進行稱重計量；如果不是，則判定該捆鋼為不合格廢鋼。實際操作中，具體工作流程如圖1所示。

在該流程中，捆鋼上磅后的計量數(shù)據(jù)是由計量工部的計量人員實行遠程監(jiān)督，但在實際操作中經(jīng)常會出現(xiàn)一些無效的計量數(shù)據(jù)，而現(xiàn)場操作工人與計量人員難以及時有效的進行溝通處理，從而無法確認每條計量記錄所對應的捆鋼編號，以至遠程監(jiān)督基本上形同虛設。

（1）產(chǎn)量數(shù)據(jù)嚴重依賴現(xiàn)在操作工人上報數(shù)據(jù)，可靠性不能得到充分保障。工作中工人的工資績效在一定的程度取決于生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量，因此存在一定的質(zhì)量作弊的風險；而且生產(chǎn)數(shù)據(jù)的人工處理和上報，也容易出現(xiàn)失誤，而缺乏有效的監(jiān)管手段。

（2）無法對產(chǎn)品質(zhì)量進行追蹤定位。生產(chǎn)數(shù)據(jù)依賴現(xiàn)場操作工人手工填報數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)本身通常都是沒有質(zhì)量問題的。因此產(chǎn)品銷售出去后，當客戶提出產(chǎn)品質(zhì)量異議后，對產(chǎn)品質(zhì)量進行追蹤就難以進行，通常只能定位到某個生產(chǎn)部門，而無法定位到生產(chǎn)部門的具體生產(chǎn)工段，更無法定位到具體生產(chǎn)的班組。

（3）產(chǎn)生質(zhì)量異議時無法確定是人為因素還是計量設備因素。稱重計量高度依賴計量的衡器的準確性，如果計量衡器出現(xiàn)故障而現(xiàn)場操作工人沒有發(fā)現(xiàn)，將必然影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

2 新流程設計及分析

為了解決原打捆計量流程所存在的弊端，本文重新設計了新的打捆計量工作流程，如圖2所示。新流程主要有以下特征：

（1）自動計量且獨立于現(xiàn)場操作人員和遠程計量人員，保證計量數(shù)據(jù)的真實性和可靠性。在流程要求現(xiàn)場操作工人控制捆鋼在衡器上穩(wěn)定2秒鐘以上，重量數(shù)據(jù)自動計量，自動生成捆鋼的唯一標識，同時抓拍計量現(xiàn)場圖片。在捆鋼移出衡器前，不再采集變化后的重量，可以有效防止現(xiàn)場操作工人通過懸掛小重物增加不合格捆鋼的重量使其達到合格的計量數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場操作工人不允許修改捆鋼計量數(shù)據(jù)：若因操作或其他因素導致無效數(shù)據(jù)，可進行無效數(shù)據(jù)的刪除申請；計量人員依據(jù)計量圖片、視頻監(jiān)控刪除審批，并保存刪除日志。

（2）自動合格判斷并提示?，F(xiàn)場操作工人根據(jù)實際情況錄入捆鋼的相關生產(chǎn)信息，如鋼水的爐號、批號、鋼號、長度等，系統(tǒng)將匹配相關執(zhí)行標準進行負差上限和負差下限判斷，并給出提示。

（3）計量人員遠程監(jiān)控。計量人員的遠程監(jiān)控主要包括兩方面：遠程視頻監(jiān)控和遠程儀表讀數(shù)監(jiān)控，防止作弊行為發(fā)生并可對異常申請進行審核。

3 系統(tǒng)整體設計及系統(tǒng)開發(fā)

結合上述設計打捆計量新流程和企業(yè)的質(zhì)量控制追蹤的軟件需求，設計了軋鋼遠程計量系統(tǒng)。如圖3所示，該遠程計量系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)（部分）構成：數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、現(xiàn)場操作子系統(tǒng)和遠程計量子系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)硬件由兩臺衡器、兩臺8142 Pro+稱重顯示儀表、一臺HK DS9108硬盤錄像機、兩臺球機、1臺數(shù)據(jù)采集計算機構成。通過數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)捆鋼上磅后自動稱重，自動稱重同時自動抓拍稱重時稱重現(xiàn)場圖片，所有采集數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，供現(xiàn)場操作子系統(tǒng)和遠程計量子系統(tǒng)調(diào)用處理。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)完全自動運行，無人值守。

現(xiàn)場操作系統(tǒng)硬件由一臺計算機、1臺攝像頭構成?，F(xiàn)場操作工人錄入捆鋼的產(chǎn)品信息，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品信息自動進行合格判定并提示。同時現(xiàn)場操作端子系統(tǒng)還完成對批次捆鋼信息的提交、修改、刪除申請和交庫單的拍照上傳等功能。

遠程計量子系統(tǒng)可由接入該系統(tǒng)網(wǎng)絡的任一臺計算機組成，由計量員（司磅員）操作，主要完成對衡器現(xiàn)場的視頻、稱重儀表的監(jiān)控及對現(xiàn)場操作員提交的相關申請進行審批，最終核對交庫單無誤后生成、打印磅單。

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境采用基于.net框架的vs2010 c#，數(shù)據(jù)庫采用sqlserver 2008。為防止網(wǎng)絡故障導致正常生產(chǎn)的中斷，需要設計斷網(wǎng)計量功能，即所有操作都能在數(shù)據(jù)采集端系統(tǒng)上完成。數(shù)據(jù)庫部署在數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)上，當網(wǎng)絡發(fā)生故障時，現(xiàn)場操作工人可以轉到數(shù)據(jù)采集計算機上進行生產(chǎn)操作直到網(wǎng)絡恢復正常。系統(tǒng)截圖如圖4～圖6所示。

3.1 重量數(shù)據(jù)采集

8142 Pro+ 是梅特勒-托利多（常州）稱重設備系統(tǒng)有限公司推出的，與計量衡配套使用的稱重顯示儀表，可驅(qū)動8個350歐模擬式傳感器，支持多種精度設置、動態(tài)檢測、串口輸出、遠程指令清零等一系列功能[4]。在本系統(tǒng)中，南北兩個稱重衡器分別與兩臺8142pro顯示儀表，儀表通過串口與數(shù)據(jù)采集端計算機相連。其串口連續(xù)輸出數(shù)據(jù)格式如表1所示：

第一部分STX是1字節(jié)長度的開始起始符02H；第二部分狀態(tài)字ABC是3字節(jié)長度的狀態(tài)字，不同的數(shù)據(jù)位組合標識不同的數(shù)據(jù)精度、正負號、超載、數(shù)據(jù)動態(tài)；第三部分毛（凈）重是6字節(jié)的毛重（或者凈重，具體由儀表的參數(shù)設置決定）；第四部分皮重是6個字節(jié)的皮重；第六部分CR是固定的0DH字符；最后CKS是校驗和。計算機采集重量數(shù)據(jù)即從串口讀取的儀表連續(xù)發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后依據(jù)上述數(shù)據(jù)格式進行解析即可。

在編程實現(xiàn)上，可以使用.net 提供的serialport控件[5]，設置好PortName串口號、BaudRate波特率、Parity校驗位、DataBits數(shù)據(jù)位、ReadTimeout讀取操作超時時間和BytesToRead緩沖區(qū)接收字節(jié)數(shù)后即可進行打開串口操作。按照儀表廠家提供的參數(shù)設置ReadTimeout時間間隔來讀取固定的字節(jié)長度（此處是18個字節(jié)）的數(shù)據(jù)，然后按照表1的格式進行數(shù)據(jù)解析即可。在編程處理中，按照固定時間間隔讀取的數(shù)據(jù)都能讀取固定長度的數(shù)據(jù)，長度或者格式不正確的的數(shù)據(jù)直接丟棄等待下一幀數(shù)據(jù)。

3.2 遠程視頻監(jiān)控

計量現(xiàn)場安裝有兩臺球形攝像機、工人操作臺現(xiàn)場安裝有1臺攝像機，球形攝像機用于實時監(jiān)控衡器稱量現(xiàn)場，臺式攝像機用于遠程傳遞紙質(zhì)交庫單圖片。球機和臺式攝像機都連接到HK DS-9108網(wǎng)絡硬盤錄像機。硬盤錄像機、采集端計算機、操作端計算機和遠程計量端計算機同時接入計量專用的計算機網(wǎng)絡。每個子系統(tǒng)通過調(diào)用?？礢DK訪問硬盤錄像機進行實時監(jiān)控和圖像抓拍。

軋鋼生產(chǎn)線是24小時不間斷的連續(xù)生產(chǎn)線，計量抓拍的圖片量是非常大，因此圖片不直接存入數(shù)據(jù)庫。計量圖片以捆鋼記錄的唯一標識號作為名稱，按照日期和生產(chǎn)班組分類存入了專門的圖片服務器中，在數(shù)據(jù)庫中僅存放抓拍圖片的路徑。

3.3 遠程實時顯示及控制

實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控的最好途徑，就是對整個計量過程的遠程實時監(jiān)控：不僅能實時監(jiān)控現(xiàn)場的操作畫面，還能實時監(jiān)控到稱重儀表的讀數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)儀表異常并遠程控制操作。故各子系統(tǒng)間需要實時雙向傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)使用TCP sockets實現(xiàn)實時顯示及控制。

在TCP/IP協(xié)議中，傳輸層主要有TCP和UDP兩個協(xié)議[6]。TCP是面向連接的可靠的傳輸層協(xié)議；UDP是面向無連接的傳輸層協(xié)議。在系統(tǒng)實際運行中，隨時檢查網(wǎng)絡的連通性，一旦發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中斷，立即提醒相關操作人員，可根據(jù)實際情況決定是否立即啟用斷網(wǎng)計量模式，以免影響生產(chǎn)。因此在編程中采用TCP Sockets通信：如果TCP連接發(fā)生了錯誤，則表明系統(tǒng)或網(wǎng)絡出現(xiàn)故障，如系統(tǒng)重啟后不能排除故障，則立即啟用斷網(wǎng)計量模式，直到故障修復后返回正常計量模式。

4 系統(tǒng)測試及效果

軋鋼遠程計量經(jīng)過數(shù)個月的運行測試，運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了預期目標：

（1）捆鋼自動計量。當捆鋼到達衡器并穩(wěn)定后，系統(tǒng)自動采集重量數(shù)據(jù)。

（2）一次靜態(tài)數(shù)據(jù)防作弊。每次系統(tǒng)只自動采集第一次穩(wěn)定的重量，不再采集此后變化的重量數(shù)據(jù)，直到捆鋼被完全從衡器移開，從而防止懸掛小重物進行重量作弊。

（3）重量記錄只讀性，防止計量數(shù)據(jù)的人為修改。每次采集的數(shù)據(jù)記錄都有唯一標識，現(xiàn)場操作工人和遠程計量人員都不能修改數(shù)據(jù)記錄，只能輸入相匹配的產(chǎn)品信息或者申請/審核數(shù)據(jù)記錄作廢。

（4）計量現(xiàn)場全監(jiān)控，計量瞬間抓圖片。對軋鋼操作現(xiàn)場全天24小時進行視頻錄像，捆鋼計量瞬間抓拍照片保存到計量信息中。

（5）儀表遠程清零。現(xiàn)場操作端工人或遠程計量人員可遠程監(jiān)控儀表的工作情況，發(fā)現(xiàn)捆鋼已下稱臺，儀表還有讀數(shù)時，可以遠程實現(xiàn)儀表的清零操作。

（6）捆鋼信息的完全標識可查詢。每條記錄保存有計量時刻的現(xiàn)場照片、捆鋼詳細信息、現(xiàn)場操作班組的操作記錄、遠程計量人員的審核信息等全部信息，并和捆鋼銘牌信息唯一對應，可以由捆鋼銘牌追查所有相關生產(chǎn)信息。

系統(tǒng)的投入運行，降低了現(xiàn)場工人和遠程計量人員的工作量，產(chǎn)品質(zhì)量得到進一步提高，根據(jù)捆鋼上的銘牌信息，可追溯軋鋼打捆計量的整個過程細節(jié)。系統(tǒng)投入運行后，降低了在鋼材產(chǎn)品銷售出廠計量中的誤差報警率，銷售的鋼材產(chǎn)品合格率得到有效保證，售后質(zhì)量異議明顯減少。

參考文獻：

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