燒結(jié)廠原料進(jìn)場(chǎng)全流程數(shù)字化自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

鐘廣寧，甘牧原

（廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司燒結(jié)廠，廣西 柳州 545002）

0 引言

柳鋼燒結(jié)廠有 5臺(tái)翻車機(jī)，日均總卸車量接近1000個(gè)車皮，不論嚴(yán)寒酷暑崗位工都得沿著車組巡視抄車號(hào)，回到控制室再查詢卸料計(jì)劃確認(rèn)礦粉信息，最后核對(duì)車號(hào)操作收料，收料流程勞動(dòng)強(qiáng)度大，準(zhǔn)確率不高且容易造成混料。研發(fā)系統(tǒng)解決這一困局以提升卸車作業(yè)率和管理水平，成為技改的重點(diǎn)項(xiàng)目。

1 RFID技術(shù)多點(diǎn)獲取車號(hào)

1.1 RFID識(shí)別裝置安裝

燒結(jié)廠引入的 GDH-RFID車號(hào)識(shí)別裝置是900MHz微波自動(dòng)識(shí)別設(shè)備，采用了微波射頻技術(shù)，主要由天線、讀出裝置（AEI主機(jī)）、同軸電纜三部分組成。如圖1所示，紅色虛線框內(nèi)即為車號(hào)識(shí)別裝置，在識(shí)別位置的軌道枕木間安裝天線用于發(fā)射微波激發(fā)車皮底部的芯片，在天線附近10 m左右安置道邊箱，讀出裝置獲取芯片信息后通過以太網(wǎng)發(fā)送至遠(yuǎn)端的前置機(jī)。

圖1 識(shí)別裝置邊界Fig.1 Identifying device boundaries

1.2 識(shí)別位置布局

如圖2中紅色標(biāo)識(shí)所示，在翻車機(jī)重車線入口向外延伸約200 m安裝一套識(shí)別裝置，用于識(shí)別完整車組，具有雙天線異步識(shí)別功能以確保軟件能夠判斷車皮進(jìn)出。在翻車機(jī)空車線牽扯臺(tái)出口安裝一套識(shí)別裝置，用于確定每個(gè)車皮翻卸的完成時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)收料。

圖2 識(shí)別位置布局Fig.2 Identifying location layout

1.3 解析RFID接口數(shù)據(jù)

開發(fā) GetTruckNo程序運(yùn)行在系統(tǒng)的前置機(jī)上，程序監(jiān)聽232串口，一旦車皮芯片靠近天線的發(fā)射范圍，讀出裝置就向前置機(jī)發(fā)送車皮的各種出廠信息，程序立即響應(yīng)對(duì)其解碼。解碼過程嚴(yán)格按照 RFID廠商提供的協(xié)議進(jìn)行，為了提高程序執(zhí)行效率，抓住開頭字節(jié)和有效長(zhǎng)度，提取有效字符即可，如圖3所示。

圖3 解碼流程圖Fig.3 Decoding flow chart

2 研究?jī)?nèi)容系統(tǒng)架構(gòu)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 MQTT訂閱/發(fā)布

GetTruckNo程序主線程每解析出一個(gè)車號(hào)就產(chǎn)生一個(gè)新線程向MQTT服務(wù)器的對(duì)應(yīng)通道（設(shè)計(jì)每個(gè)翻車機(jī)都有自己的channel）發(fā)布，所有訂閱了該通道的 MES客戶端都會(huì)收到車號(hào)并與進(jìn)廠批次信息匹配、對(duì)比來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。

2.2 TCP/IP上傳車號(hào)信息

GetTruckNo程序監(jiān)聽串口有新車號(hào)信號(hào)讀?。ɑ蛘呷舫^5秒未觸發(fā)事件），則定為最近一期車號(hào)識(shí)別結(jié)束，將通過Socket向數(shù)采應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送該車號(hào)、股道。開發(fā) RecTruckNoSendL3程序運(yùn)行在數(shù)采應(yīng)用服務(wù)器上，當(dāng)收到GetTruckNo發(fā)來(lái)的信息時(shí)調(diào)用ixcom接口向MES后臺(tái)發(fā)送車號(hào)、股道、班組、班次等信息。

2.3 MES后臺(tái)處理

MES后臺(tái)接收到車皮信息，將其中的車號(hào)與進(jìn)廠信息進(jìn)行匹配，存儲(chǔ)車皮信息和匹配信息。MES后臺(tái)周期進(jìn)行收料邏輯處理，若接收電文時(shí)匹配失敗，則收料前再次匹配。收料由五種周期（分別延時(shí)5 min，以及1、2、4、8 h）觸發(fā)執(zhí)行，意味著五次收料，車皮在任何一次收料成功，那么往后的周期收料都不參與。

MES后臺(tái)響應(yīng)客戶端請(qǐng)求，回復(fù)車皮進(jìn)廠批次信息和歷史識(shí)別收料記錄。各環(huán)節(jié)組成的架構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)架構(gòu)Fig.4 System architecture

3 MES客戶端

按系統(tǒng)的功能需求，在MES客戶端開發(fā)兩個(gè)界面，分別是燒結(jié)火車皮預(yù)告識(shí)別、燒結(jié)火車皮自動(dòng)匹配收料信息。前者能按用戶要求訂閱某個(gè)翻車機(jī)的卸料實(shí)況，進(jìn)廠批次信息（即將到位的車組）；后者能根據(jù)用戶自定義查詢歷史識(shí)別記錄，掌握自動(dòng)收料情況。

3.1 燒結(jié)廠火車預(yù)告識(shí)別

如圖5所示，用戶在查詢條件選擇翻車機(jī)，點(diǎn)擊查詢按鈕后，界面程序首先向MES后臺(tái)獲取對(duì)應(yīng)庫(kù)區(qū)將接收到的進(jìn)廠批次顯示在表格里，并且不同的批次用藍(lán)色和淡黃色交替渲染區(qū)分，當(dāng)界面程序接收到由MQTT服務(wù)器發(fā)來(lái)的連續(xù)相同車號(hào)時(shí)，表格對(duì)應(yīng)的含有該車號(hào)的行就連續(xù)地閃爍黃色。當(dāng)閃爍停止過了5秒或者有新的車皮識(shí)別，該行變?yōu)榫G色、白色或者紅色，綠色代表處于重車線待卸，白色已翻卸完成，紅色是未經(jīng)翻卸而退出重車線。

圖5 燒結(jié)廠火車預(yù)告識(shí)別界面Fig.5 Forecast-identification interface of train car in sintering plant

查詢條件下方為重車線實(shí)時(shí)車組欄目，模擬重車線車皮實(shí)況，與現(xiàn)場(chǎng)完全同步。點(diǎn)擊查詢后，界面還會(huì)向MES后臺(tái)獲取當(dāng)前重車線車皮信息，一邊匹配表格內(nèi)容一邊加載進(jìn)入該欄目。當(dāng)有車皮進(jìn)入或退出時(shí)，在車組的末端增加或刪除模擬車皮，當(dāng)有車皮翻卸完成經(jīng)過遷車臺(tái)出口時(shí)，則在車組的頭部刪除模擬車皮。模擬車皮包含識(shí)別序號(hào)、車號(hào)、料種等信息，當(dāng)任一車皮出現(xiàn)混料或空車時(shí)，該模擬車皮背景變紅色并且發(fā)出警報(bào)聲，序號(hào)與表格中的“識(shí)別順序”列對(duì)應(yīng)。

3.2 燒結(jié)火車皮自動(dòng)匹配收料信息

如圖6所示，用戶在查詢條件中選擇條件后點(diǎn)擊查詢按鈕，界面就會(huì)從后臺(tái)獲取符合條件的歷史識(shí)別記錄?！白詣?dòng)收料”列記錄車皮的自動(dòng)收料狀態(tài)，狀態(tài)分為“未收”、“已收”、“拒收”3種，定義如下：

圖6 燒結(jié)廠火車皮自動(dòng)匹配收料信息界面Fig.6 Automatic matching and receiving information interface of the train car in sintering plant

未收——車皮被識(shí)別進(jìn)入重車線的狀態(tài)，屬于初始化狀態(tài)。

已收——車皮自動(dòng)收料成功后的狀態(tài)。

拒收——用戶拒絕自動(dòng)收料的狀態(tài)。

用戶可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)特殊情況自行選擇是否允許車皮自動(dòng)收料。選中行之后點(diǎn)擊“自動(dòng)收料切換”按鈕，該車皮信息的狀態(tài)可在“未收”和“拒收”之間切換。MES后臺(tái)只針對(duì)“未收”狀態(tài)的并且已完成卸車的車皮定時(shí)自動(dòng)收料。車皮經(jīng)過翻車機(jī)出口后5 min內(nèi)后臺(tái)自動(dòng)收料，本次收料失敗會(huì)有后續(xù)補(bǔ)收機(jī)制，如表1所示。

表1 自動(dòng)收料補(bǔ)收機(jī)制Tab.1 Automatic material receiving and replenishment mechanism

4 應(yīng)用效果

系統(tǒng)投用后，可以做到一年四季不停機(jī)，崗位工只需打開MES相應(yīng)界面，無(wú)需任何操作，鐵運(yùn)“快遞”到達(dá)家門口便知是什么“套餐”，完全屏蔽了計(jì)劃不及時(shí)、計(jì)劃趕不上變化的特殊情況；卸車后車皮經(jīng)過遷車臺(tái)出口的識(shí)別天線，系統(tǒng)立即自動(dòng)收料入庫(kù)，全程顯著降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提升生產(chǎn)效率和管理水平：

（1）識(shí)別裝置對(duì)車號(hào)的識(shí)別率達(dá)99%以上，崗位工不必到現(xiàn)場(chǎng)抄寫車號(hào)，減少工作量和車皮的待卸時(shí)間。

（2）一組車皮壓過進(jìn)線識(shí)別裝置天線，各車號(hào)及其對(duì)應(yīng)的礦粉信息立即自動(dòng)顯示在翻車機(jī)控制室的MES界面上，為指導(dǎo)生產(chǎn)提供有力參考。

（3）卸料位置出現(xiàn)混料、空車立即報(bào)警，此實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)效果降低了生產(chǎn)操作失誤率，從而減少料堆混料的發(fā)生。

（4）系統(tǒng)對(duì)識(shí)別過的車皮定時(shí)自動(dòng)收料，取代人工操作收料，進(jìn)一步減少工作量。

（5）為追溯歷史生產(chǎn)提供便利，有效提高管理水平。

5 結(jié)論

燒結(jié)廠原料進(jìn)場(chǎng)全流程數(shù)字化自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)不是單純的識(shí)別裝置，是否發(fā)揮作用關(guān)鍵在于對(duì)獲取的車號(hào)如何加以應(yīng)用，這取決于軟件設(shè)計(jì)的科學(xué)性，依賴于公司整個(gè)信息化系統(tǒng)運(yùn)行的完整性，因此本系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行不僅需要開發(fā)人員持續(xù)總結(jié)用戶反饋的問題來(lái)優(yōu)化軟件以及維護(hù)人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器等硬件的及時(shí)維護(hù)，更需要關(guān)聯(lián)系統(tǒng)（采購(gòu)、物流、MES等）的使用協(xié)同到位。