智能混勻配料及作業(yè)流程管理

周鵬飛

（新余鋼鐵股份有限公司，江西 新余 338001）

0 引言

數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展浪潮撲面而來，鋼鐵企業(yè)面臨數(shù)智化重構(gòu)的風(fēng)口，鐵前綜合料場數(shù)字化、智能化的需求已經(jīng)十分迫切。綜合料場的混勻工藝是通過配料及混勻堆取作業(yè)，起到均化和穩(wěn)定燒結(jié)原料的作用，為燒結(jié)和高爐生產(chǎn)長期穩(wěn)定提供最佳的原料條件[1]。堆取料作業(yè)管理的自動化程度也直接反映著綜合料場的智能化程度[2]?；靹蚺淞献鳂I(yè)能否向智能化方向發(fā)展，形成完善、穩(wěn)定、高效的混勻配料系統(tǒng)對鐵前生產(chǎn)至關(guān)重要。本文以新余鋼鐵綜合料場智能混勻配料及堆取料作業(yè)流程管理為主要目標(biāo)，將其系統(tǒng)架構(gòu)和功能子塊的開發(fā)及應(yīng)用內(nèi)容進(jìn)行介紹和闡述。

1 智能混勻配料系統(tǒng)

智能混勻配料系統(tǒng)包括混勻生產(chǎn)計劃管理、Block計劃管理、配方配比、配料控制模型、加料模型和實績管理等多個模塊。

1.1 混勻生產(chǎn)計劃管理

混勻生產(chǎn)計劃是指混勻料建堆計劃，包括建堆堆號、混勻總量、開始時間、結(jié)束時間、Block數(shù)量、使用的物料品種、混勻料槽編號、配出流程號、混勻成分目標(biāo)等內(nèi)容?？墒謩油ㄟ^界面錄入，編制混勻生產(chǎn)計劃，也可從MES系統(tǒng)接收生產(chǎn)計劃。

1.2 Block計劃管理

Block計劃是為了在建堆過程中控制料層厚度、物料成分、含水量等，將建堆過程劃分出多個階段，一個大堆的混勻過程可以在不同的Block中采用不同的流量設(shè)定和配方，但是必須滿足混勻成分目標(biāo)。Block計劃可以由系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定參數(shù)自動生成，并可以手動修正。

1.3 配方配比管理

實際混勻配料過程中由于物料庫存、成分波動等原因，經(jīng)常會出現(xiàn)配方配比的調(diào)整，系統(tǒng)自動檢測實時配方配比，當(dāng)配方或配比有變化時自動記錄到數(shù)據(jù)庫，包括配方、配比、開始使用時間、結(jié)束使用時間等內(nèi)容。

配方配比管理記錄了混勻生成過程中配方配比調(diào)整情況，使配料過程的操作可追溯，減少人為因素造成混勻料成分不穩(wěn)定。

1.4 混勻配料控制模型

混勻配料過程控制的精細(xì)化是提高混勻料質(zhì)量的重要手段，系統(tǒng)從圓盤啟停順序、偏差報警、變起點堆料、堆料機(jī)料流自動控制幾個方面對配料過程精細(xì)化控制。

圓盤啟停順序控制是圓盤給料機(jī)等配料設(shè)備會根據(jù)料流的走向及各設(shè)備之間的距離進(jìn)行延時啟停，使配料槽出料皮帶上的料頭料尾精確對齊，保證皮帶上料層均勻和配混精度。

偏差報警實現(xiàn)方法：單個圓盤的下料量設(shè)定值和實際值也存在偏差，偏差報警是根據(jù)配比計算出來的設(shè)定下料量與實際的下料量進(jìn)行比較，偏差超過30%時會報警，實際下料量與設(shè)定下料量偏差大于等于50%時，聯(lián)鎖啟動振動料斗。

變起點堆料實現(xiàn)：在堆料機(jī)堆了一定的料層后，起點往終點方向平移一定距離，建堆完成后，可以使頭部料縮短十多米，既增加了料堆有效體積，又減少了頭部料回堆的時間（預(yù)計4 h）。

如圖1所示，定起點堆料后，料堆頭部料從A到B大約有10 m，需要約4小時回堆到在建料堆上，體積約占該料堆的3%（重約5 000 t），采用變起點堆料后，料堆頭部料從A到B只有約1.5 m，體積約占該料堆的0.5%（重約800 t），大大提高了料場的空間利用率。

圖1 變起點堆料實現(xiàn)示意圖

通過采用料頭料尾跟蹤采用時延推算和視頻識別相結(jié)合的方式，實時跟蹤配料皮帶上的料頭和料尾位置，保證了堆料機(jī)在堆料過程中料層不缺料，保證料流信號的準(zhǔn)確性。

1.5 混勻料倉加料模型

混勻堆料過程中每一次停料均會造成混勻料層的成分波動，保證料倉不斷料是連續(xù)堆料的基礎(chǔ)。系統(tǒng)設(shè)有混勻料倉加料模型，根據(jù)各混勻料倉的出料速率，預(yù)測料倉料位變化，結(jié)合堆取料機(jī)的當(dāng)前作業(yè)任務(wù)，計算各料倉加料的最佳時機(jī)，最大限度地保障料倉不斷料，實現(xiàn)料場整體作業(yè)效率的優(yōu)化。

1.6 混勻配料實績管理

混勻配料是將混勻配料槽內(nèi)的各物料按照計劃好的配比進(jìn)行混合，使物料各成分達(dá)到需要的比例，但是在實際配料的過程中，由于圓盤給料機(jī)等配料設(shè)備的起停過程、順序、控制精度等原因，使物料的配混存在偏差，系統(tǒng)實時記錄混勻配料槽配出的混勻料總量和各品種的重量，計算當(dāng)前堆混勻料實際成分，用于Block配比調(diào)整。

2 綜合料場作業(yè)流程智能管控

堆取料作業(yè)管理系統(tǒng)根據(jù)來料和用戶需求匯總堆、取料作業(yè)需求，利用場地分配模型、等硅等鐵混勻模型、堆取料一體化作業(yè)調(diào)度模型生成統(tǒng)一的作業(yè)計劃，指揮基礎(chǔ)自動化和無人化系統(tǒng)自動完成作業(yè)，同時由數(shù)采系統(tǒng)采集作業(yè)實績，發(fā)送至數(shù)字化平臺。

2.1 卸料計劃

系統(tǒng)從新鋼已有的鐵前MES系統(tǒng)接收車輛到達(dá)信息，生成卸料計劃，也可以通過操作界面手動錄入。

2.2 供料需求

系統(tǒng)從基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)采集各用戶料倉的料位信號，生成補(bǔ)倉供料需求，提醒操作人員制訂供料計劃，供料需求可以通過界面手動錄入。綜合智能料場主要分為以下幾部分供料：一次料場往混勻配料槽供料、混勻料場往燒結(jié)供料、高爐料場往高爐供料和直供料。

2.3 堆取料作業(yè)計劃管理

系統(tǒng)匯總卸料需求和供料需求制訂統(tǒng)一的作業(yè)調(diào)度計劃，包括品種、物料堆位、作業(yè)時間、物流起點、物流終點、總量、作業(yè)流程選擇、堆取料機(jī)選擇等信息。作業(yè)計劃也可以通過界面手動錄入。手動錄入作業(yè)計劃時，系統(tǒng)會自動根據(jù)作業(yè)起點、終點和各設(shè)備間上下游關(guān)系搜索所有可達(dá)流程，考慮設(shè)備狀態(tài)及占用情況給出可用流程，操作人員可根據(jù)系統(tǒng)顯示的流程進(jìn)行人工選擇、切換。

2.4 堆取料一體化生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度決策模型

該模型對未來一段時間內(nèi)的供料需求進(jìn)行預(yù)測，結(jié)合堆料需求，綜合考慮設(shè)備數(shù)量的約束，以堆取料作業(yè)的及時性（考慮不同供料需求的優(yōu)先級）為優(yōu)化目標(biāo)，排出建議的供料計劃和卸料計劃，供操作人員進(jìn)行確認(rèn)和修改。

2.5 堆位管理

動態(tài)堆位信息顯示可數(shù)字化地動態(tài)反映當(dāng)前料場區(qū)域堆料情況。堆位信息包括：物料名稱、物料批次、堆位狀態(tài)、起止地址、長度、寬度（半徑）、高度、重量、入庫時間等，在每次堆取料作業(yè)后自動更新顯示料場當(dāng)前的堆位信息。

堆位分配管理：管理人員可在堆位分配界面上可視化地為每批來料分配料位，也可同時給多批來料分配料位，并查看分配后的已堆堆位、已分配堆位及空位狀態(tài)。

2.6 作業(yè)實績采集

系統(tǒng)根據(jù)料線的起點或終點自動獲取輸送的物料品種并利用皮帶秤進(jìn)行作業(yè)量累計，在料線停止時自動生成包括料堆、料位、品種、重量、作業(yè)時間等內(nèi)容的作業(yè)實績，并存儲在數(shù)據(jù)庫中，供查詢和分類統(tǒng)計，利用系統(tǒng)采集的作業(yè)實績，可以統(tǒng)計每班、每日、每月的進(jìn)出料總量和不同品種的進(jìn)出料總量等信息，并形成相應(yīng)的報表。

2.7 機(jī)器視覺的應(yīng)用

應(yīng)用機(jī)器視覺識別技術(shù)：開發(fā)了多種視頻識別模塊，實現(xiàn)皮帶料流、料斗堵料、皮帶跑偏、異物、煙霧等智能識別功能。堵料識別具體方法是根據(jù)上下游皮帶上的料流識別情況，通過對歷史視頻的深度學(xué)習(xí)，進(jìn)行邏輯判斷，并間接給出堵料報警或連鎖信號，避免嚴(yán)重的堵料或灑料事故。

3 結(jié)語

本文提出了一套完整的智能混勻配料及堆取料作業(yè)流程管理系統(tǒng)。智能混勻配料系統(tǒng)包括混勻生成計劃管理、Block計劃管理、配方配比管理、混勻配料管理、混勻配料控制模型、混勻料倉加料模型、實績管理、視覺識別七個模塊。堆取料作業(yè)流程智能控制系統(tǒng)包括了卸料計劃、供料需求、堆取料作業(yè)計劃管理、堆取料一體化生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度決策模型、堆位管理和作業(yè)實績采集六個模塊。并詳細(xì)介紹了每個模塊的實現(xiàn)及工作流程，為鐵前綜合料場實現(xiàn)智能化做出了相應(yīng)有益的探索和實踐。