唐鋼不銹鋼煉鋼物流跟蹤及智能調度管理系統(tǒng)設計

河鋼集團唐鋼信息自動化部 劉勝利

0 前言

煉鋼物流跟蹤及智能調度管理系統(tǒng)[1,2]是一個集物流跟蹤和智能化調度為一體的綜合性系統(tǒng)，系統(tǒng)主要專注于接收來自煉鋼ERP/MES系統(tǒng)的各道工序的煉鋼作業(yè)計劃，利用成熟的OPC技術獲取現(xiàn)場設備實時狀態(tài)信息，結合煉鋼工藝制度，采用一種基于人工智能的狀態(tài)空間搜索[3]和工藝約束及規(guī)則的啟發(fā)式搜索算法[4]對煉鋼作業(yè)過程各工序相關資源進行智能化生產(chǎn)調度，并記錄各工序設備作業(yè)過程的物料消耗和最終成品結果數(shù)據(jù)，實現(xiàn)廠區(qū)天車、地面生產(chǎn)設備作業(yè)的安全有序，實現(xiàn)煉鋼生產(chǎn)過程各工序作業(yè)過程中各種資源合理調配，提高煉鋼生產(chǎn)作業(yè)效率，降低能耗的同時實現(xiàn)企業(yè)資源最大程度轉換成產(chǎn)品，并通過對現(xiàn)場傳感器數(shù)據(jù)的收集為改進煉鋼工藝制度、設備生命周期管理、作業(yè)人員績效以及最終實現(xiàn)智慧工廠建立真實有效的實時數(shù)據(jù)平臺。

1 系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)組成

煉鋼物流跟蹤及智能調度管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)中心、天車定位及通信部分和地面臺車定位及數(shù)據(jù)采集部分構成。數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集和處理，并據(jù)此繪制煉鋼生產(chǎn)過程全局監(jiān)控動畫；天車定位及通信部分實現(xiàn)對天車實時位置檢測及物重采集，并將數(shù)據(jù)實時傳送至數(shù)據(jù)中心；地面臺車定位及數(shù)據(jù)采集部分實現(xiàn)對臺車實時位置檢測及生產(chǎn)設備狀態(tài)信息采集，并將數(shù)據(jù)實時傳送至數(shù)據(jù)中心。系統(tǒng)所涉及的主要硬件包括服務器、客戶端、PLC、天車位置檢測及通信設備、天車稱重傳感器、天車車載終端、地面臺車定位設備、PDA、無線網(wǎng)絡模塊等。系統(tǒng)硬件構成圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)硬件構成圖

1.2 系統(tǒng)軟件功能設計

(1)全局監(jiān)控動畫

根據(jù)系統(tǒng)自動采集的天車/臺車位置和狀態(tài)信息、地面各生產(chǎn)工藝設備狀態(tài)信息繪制整個煉鋼車間的全局動畫，直觀展示實際生產(chǎn)狀況，輔助調度人員指導生產(chǎn)，可提供歷史回放功能，有利于事故追溯。

(2)鋼鐵包管理

鋼鐵包管理子系統(tǒng)實時監(jiān)控系統(tǒng)所有鋼鐵包的實時狀態(tài)信息（包齡、材質、修理類型等），記錄生產(chǎn)過程中鋼鐵包的實時生產(chǎn)信息化。

(3)智能調度

①計劃編排，煉鋼計劃編排是在保證場內各工序不間斷作業(yè)的前提下，計算各爐次在生產(chǎn)過程中各工序的作業(yè)設備的開始、結束時間，保證工廠內各資源有效利用。

②底層設備狀態(tài)判斷，通過OPC技術，直接讀取煉鋼各工序涉及的作業(yè)設備實時狀態(tài)，并根據(jù)預先定義的報警信息，實時顯示設備狀態(tài)，煉鋼各工藝工序涉及的設備有：脫硫（撈渣）站設備、轉爐設備、廢鋼槽設備、精煉站設備、連鑄機設備、烤包位設備、熱修位及容器等。

③天車任務選擇，根據(jù)廠區(qū)天車分布及實時天車作業(yè)負荷，作業(yè)任務的輕重緩急，合理選擇作業(yè)天車，最大程度減少天車無謂作業(yè)。

(4)報表

報表能夠直觀的表現(xiàn)生產(chǎn)實際。系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實際要求生成各種報表，主要記錄生產(chǎn)過程中各爐次的鐵水量、廢鋼量、鋼水量、兌鐵作業(yè)時間、兌鐵作業(yè)天車、出鋼作業(yè)時間、出鋼作業(yè)天車等信息。

2 關鍵技術

2.1 天車位置檢測

在本系統(tǒng)中，天車位置分為天車本體大車位置和天車小車位置，他們均采用編碼器電纜來檢測，它的基本原理為電磁感應。編碼器電纜采用無線電磁感應技術，由終端中央控制器、天車車載感應天線箱、共用編碼電纜等部分組成。編碼器電纜檢測天車位置具有工作穩(wěn)定、抗干擾性強、環(huán)境要求低等優(yōu)點。

2.2 吊物智能識別

系統(tǒng)檢測到天車物重變化和天車吊鉤運動情況，自動判斷當前天車吊物狀態(tài)，無需人工干預，同時保存吊物數(shù)據(jù)供上位機讀取。

2.3 智能調度

唐鋼不銹鋼煉鋼物流智能調度是以煉鋼各工序生產(chǎn)合理排程和作業(yè)設備有序調度為最終目的，采用智能物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)煉鋼全流程生產(chǎn)數(shù)據(jù)與設備狀態(tài)實時共享，并深度應用數(shù)據(jù)挖掘技術實現(xiàn)全廠煉鋼各工序資源調度的緊湊、有序。

煉鋼智能調度從功能模塊上主要可以分為兩大部分：涉及上層爐次計劃下達的煉鋼計劃編排和底層車間設備（工藝設備、運輸設備、容器設備等）資源調度。爐次計劃編排主要由生產(chǎn)計劃科根據(jù)訂單情況，將客戶訂單按照一定的時間單位（月、周、日），編制爐次計劃，發(fā)送至車間調度室。底層設備調度主要是調度室的調度人員根據(jù)上層的爐次計劃和車間的設備狀態(tài)，按照工藝要求，協(xié)調和組織車間生產(chǎn)，在確保連鑄機不斷澆、不減速的情況下，實現(xiàn)各個工序間的無縫銜接。

上層的計劃編排輸入訂單信息，按照用戶設定的規(guī)則，自動進行任務計劃編制，編制完成后主要以甘特圖的形式展現(xiàn)。若用戶需要自己編制或者對根據(jù)設定規(guī)則所編制的結果不滿意，可根據(jù)需求進行手動調整。同時，計劃編排在保證連鑄機不斷澆的基礎上，根據(jù)工藝要求，自動計算各爐次在各工序的生產(chǎn)設備及其開始、結束時間。

在出現(xiàn)干擾的情況下，系統(tǒng)能根據(jù)不同的干擾源，采用數(shù)據(jù)挖掘技術，形成規(guī)則庫，對不同的干擾進行計劃重排。

3 結束語

唐鋼不銹鋼煉鋼物流跟蹤及智能調度管理系統(tǒng)在唐鋼不銹鋼屬于首次應用，于2017年12月成功實施，實施后不僅提高了天車利用效率，更是大大簡化了煉鋼各工序間的信息流程，建立了生產(chǎn)與物流間的信息橋梁，提高了生產(chǎn)效率。

[1]王家軍,王曦.煉鋼車間物流自動跟蹤系統(tǒng)研究[J].工業(yè)計量,2016(1):62-64.

[2]龐新富,俞勝平,劉煒,等.煉鋼連鑄動態(tài)智能調度系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].控制工程,2005,12(6):553-556.

[3]張源凱.“一地多倉型”網(wǎng)上超市訂單分配優(yōu)化方法研究[D].大連理工大學,2016.

[4]張勝.一種基于狀態(tài)空間的啟發(fā)式搜索算法及其實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術,2008,31(16):79-80.