升級(jí)改造后的天車物流系統(tǒng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用

王 芳

（安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司）

0 引言

安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司第二煉軋廠原天車物流系統(tǒng)于2010年投運(yùn)的，2016年以前系統(tǒng)硬件運(yùn)行穩(wěn)定，但由于多年使用，導(dǎo)致硬件老化，兼容性差，設(shè)計(jì)理念和技術(shù)已無(wú)法滿足安鋼高效化生產(chǎn)及環(huán)保達(dá)標(biāo)雙重模式的需要，所以對(duì)其進(jìn)行了升級(jí)改造。2020年10月新物流系統(tǒng)上線運(yùn)行，對(duì)優(yōu)化生產(chǎn)組織、降低生產(chǎn)成本、降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)管理水平等均具有重要的作用。

1 天車物流系統(tǒng)的組成

1.1 硬件組成

（1） 天車稱重系統(tǒng)：由天車稱和編碼器組成[1]。

（2） 標(biāo)簽：將天車大車的走道定義為X軸，天車小車的走道定義為Y軸。也就是說(shuō)X軸是針對(duì)每個(gè)跨來(lái)說(shuō)，用于對(duì)天車進(jìn)行定位，從北到南在每個(gè)跨的一側(cè)的天車滑線上分布著間隔1 m的電子標(biāo)簽，但是為了提高位置判斷的準(zhǔn)確性，在工藝崗位處將X軸標(biāo)簽的間隔設(shè)置為0.5 m。Y軸是對(duì)天車的小車進(jìn)行定位，在天車小車的走道上從東到西進(jìn)行排列，標(biāo)簽間隔均為1 m。

（3）讀卡器：在天車軌道上安裝射頻標(biāo)簽，天車上安裝讀卡器，掃描標(biāo)簽來(lái)確定天車X軸坐標(biāo)；天車上小車的軌道上安裝射頻標(biāo)簽，小車上安裝讀卡器掃描標(biāo)簽來(lái)確定天車Y軸坐標(biāo)。利用射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）負(fù)責(zé)傳遞覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有定位點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，最高精度0.5 m，全方位監(jiān)控天車實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，覆蓋范圍廣，以完成對(duì)天車精準(zhǔn)定位。

（4）車上信號(hào)綜合處理器：它是安裝在天車上的，將天車的位置數(shù)據(jù)也就是XY軸坐標(biāo)、天車號(hào)、天車主鉤重量、副鉤重量、編碼器數(shù)值等數(shù)據(jù)進(jìn)行打包。

（5）智能無(wú)線分機(jī)：是安裝在天車上，將綜合信號(hào)處理器處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果，利用無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)傳到地面上的采集終端計(jì)算機(jī)[1]；同時(shí)，計(jì)算機(jī)也可以將校稱等指令利用無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)傳到天車上去，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程校稱清零等操作。

（6）智能無(wú)線數(shù)傳主機(jī)：位于地面上，用于接收天車的分機(jī)發(fā)射的無(wú)線信號(hào)，同時(shí)也可以發(fā)送出相關(guān)指令，一臺(tái)主機(jī)要和兩臺(tái)分機(jī)匹配[1]。無(wú)論無(wú)線數(shù)傳主機(jī)還是分機(jī)都具有很強(qiáng)的抗干擾能力，穩(wěn)定、可靠，使天車無(wú)論在任何位置都能保持良好的收發(fā)效果。

（7）開關(guān)量模擬轉(zhuǎn)換器：主要用在澆鑄跨，因?yàn)槊總€(gè)鑄機(jī)有兩個(gè)大包位，PLC發(fā)出的是開關(guān)量信號(hào)，需要將其轉(zhuǎn)換為模擬量[1]。

（8）信號(hào)轉(zhuǎn)換器：將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并送往電腦，通過(guò)RS-232接口連接在電腦主機(jī)上[1]。

1.2 軟件組成

正在使用的天車智能物流系統(tǒng)使用的開發(fā)工具是Visual Studio.Net 2015,數(shù)據(jù)庫(kù)為SQL Server 2016。

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控界面程序: 利用天車物流系統(tǒng)主畫面上顯示的各個(gè)工藝崗位及各部天車的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，來(lái)對(duì)整個(gè)煉鋼連鑄區(qū)域的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行全面監(jiān)控。

（2）工藝事件處理子程序: 對(duì)天車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中生成的濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，從而對(duì)天車正在進(jìn)行的操作進(jìn)行判斷，并能采集天車動(dòng)作發(fā)生時(shí)刻的重量數(shù)據(jù)，最后生成天車的重量事件文件，形成日志。

（3）遠(yuǎn)程標(biāo)校子程序: 主要目的是通過(guò)天車物流系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作功能來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天車的遠(yuǎn)程操作，在地面的機(jī)房的電腦上就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天車的清零、校稱、鋼絲繩補(bǔ)償，在沒(méi)有該系統(tǒng)的情況下，維護(hù)人員必須爬到天車上才能實(shí)現(xiàn)上述操作。

（4）無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸處理子程序: 接收來(lái)自于車載綜合處理器的數(shù)據(jù)，對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并在采集端界面上顯示出來(lái)。同時(shí)，對(duì)維護(hù)人員發(fā)出的遠(yuǎn)程維護(hù)指令進(jìn)行處理，并將該指令發(fā)出，利用無(wú)線傳輸技術(shù)發(fā)送到車載綜合處理器。

（5）數(shù)據(jù)采集子程序: 依據(jù)動(dòng)作重量處理程序的結(jié)果，并結(jié)合從其他二級(jí)系統(tǒng)獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，最后將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在天車以及不同的工藝崗位之間的傳遞。

（6）OPC數(shù)據(jù)處理子程序: 利用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)PLC之間的通訊，讀取PLC數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2 天車物流系統(tǒng)的使用

2.1 使用天車物流系統(tǒng)的目的

經(jīng)過(guò)縝密的設(shè)計(jì)和認(rèn)真仔細(xì)反復(fù)的調(diào)試，安鋼第二煉軋廠天車物流系統(tǒng)解決了天車定位、無(wú)線通訊、爐次數(shù)據(jù)在不同工藝崗位之間傳遞等技術(shù)難題，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)煉鋼連鑄區(qū)域的所有在用天車的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在不同工藝崗位之間的無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)天車的遠(yuǎn)程維護(hù)。

2.2 天車物流系統(tǒng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用

（1）降低了設(shè)備成本：轉(zhuǎn)爐后面的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，飛濺的鋼渣和檢修時(shí)放水導(dǎo)致軌道衡的傳感器經(jīng)常被損壞，而且傳感器價(jià)格昂貴。天車物流系統(tǒng)實(shí)施后，轉(zhuǎn)爐后不需要再安裝軌道衡稱重系統(tǒng)，自然也就不需要更換傳感器，所以說(shuō)物流系統(tǒng)的實(shí)施不僅節(jié)約了一次性投資成本，更節(jié)約了更換備件成本及人力資源成本。

（2）確保了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠：天車稱重系統(tǒng)相比較于地面稱重系統(tǒng)而言，其受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的干擾較小，因而稱重結(jié)果更準(zhǔn)確。鐵水，廢鋼，鋼水重量數(shù)據(jù)都是最重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的實(shí)施從源頭上確保了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，為公司的MES系統(tǒng)乃至ERP系統(tǒng)提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

（3）優(yōu)化了生產(chǎn)組織：天車物流畫面可以實(shí)時(shí)顯示出各個(gè)跨每部天車的實(shí)際運(yùn)行情況，包括吊運(yùn)情況和實(shí)際位置。3座轉(zhuǎn)爐可以根據(jù)加料跨天車的實(shí)際運(yùn)行情況提前協(xié)調(diào)好下一爐鐵水、廢鋼，避免天車來(lái)回運(yùn)行，減少了天車相互動(dòng)作影響的時(shí)間，優(yōu)化了生產(chǎn)節(jié)奏，使轉(zhuǎn)爐裝入鐵水、廢鋼井然有序，提高了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率。物流系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面能為生產(chǎn)操作人員提供最直觀的天車運(yùn)行狀態(tài)，各工序可依此更加高效地組織生產(chǎn)，大大減輕了操作人員的勞動(dòng)量，提高了各個(gè)工序的生產(chǎn)率。

（4）有利于對(duì)操作人員操作過(guò)程的監(jiān)督：天車物流系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某一爐次從轉(zhuǎn)爐開始到連鑄結(jié)束的整個(gè)工藝路徑上的鋼包位置信息進(jìn)行跟蹤，如果操作人員在該爐次的操作過(guò)程中有違規(guī)現(xiàn)象，比方說(shuō)因?yàn)橘|(zhì)量事故而去兌包的話，那么系統(tǒng)日志就能如實(shí)記錄下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)操作人員的具體操作過(guò)程的監(jiān)督。

（5）利用系統(tǒng)中提供的遠(yuǎn)程校稱功能：在控制室的電腦上就可以遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)天車稱重系統(tǒng)的清零、鋼絲繩補(bǔ)償、校稱等操作，無(wú)須像以前那樣，必須由工人爬到天車上去進(jìn)行人工操作，既縮短了操作的時(shí)間，減少了對(duì)生產(chǎn)的影響，還大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障了職工的生命安全。

2.3 升級(jí)后天車物流系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）以前系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，即客戶端/服務(wù)器模式，如果要運(yùn)行客戶端，必須安裝數(shù)據(jù)庫(kù)軟件和應(yīng)用軟件，對(duì)主機(jī)要求較高，且過(guò)程繁瑣。新系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，即瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)的任何一臺(tái)主機(jī)，如果網(wǎng)絡(luò)能連同物流系統(tǒng)服務(wù)器，那么只需要安裝瀏覽器即可運(yùn)行物流系統(tǒng)，在家也可以隨時(shí)查看監(jiān)控畫面。

（2）以前系統(tǒng)的關(guān)鍵部件運(yùn)行不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)漏采現(xiàn)象比較普遍，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集率很低，澆下量的采集率連70%都不到，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)崗位人員的實(shí)際需求。新系統(tǒng)的采集完備率大于96.8%，尤其是在暑期高溫期間，系統(tǒng)的有效運(yùn)行率由原來(lái)的80%提高到了99.9%。

（3）結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題和崗位人員的實(shí)際需求，新系統(tǒng)除了大宗鋼鐵料消耗采集，與轉(zhuǎn)爐二級(jí)或一級(jí)系統(tǒng)的通訊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)轉(zhuǎn)爐散裝料、合金、氧氣、氮?dú)?、回收煤氣等能耗約60個(gè)數(shù)據(jù)的采集；與精煉各工序的一級(jí)系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)了精煉工序的爐料合金消耗、喂絲消耗、底吹氬氮?dú)庀?、電耗的?shù)據(jù)約80個(gè)數(shù)據(jù)的采集；實(shí)現(xiàn)了按爐成本核算。

（4）新系統(tǒng)具有完備的日志信息。例如：數(shù)采設(shè)備診斷日志、重量曲線日志、單爐工藝流程日志等，方便維護(hù)人員快速判斷系統(tǒng)故障，大大縮短了故障處理時(shí)間。

（5）以前系統(tǒng)的硬件配置復(fù)雜，每個(gè)跨需要設(shè)置采集終端主機(jī)一臺(tái)，主機(jī)一側(cè)需要設(shè)置RS232-485轉(zhuǎn)換器，因?yàn)榕渲脧?fù)雜及部件眾多，導(dǎo)致隱患點(diǎn)多、故障點(diǎn)多、維護(hù)及更換難度較大。新系統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)硬件布置，新的無(wú)線設(shè)備覆蓋范圍更廣，所有主站都集中在轉(zhuǎn)爐機(jī)房機(jī)柜中，主站和服務(wù)器之間通過(guò)智能串口終端網(wǎng)絡(luò)連接，無(wú)需RS232-485轉(zhuǎn)換器，天車分站設(shè)備都模塊化集中到一個(gè)盒子中，安裝在天車操作室內(nèi)，方便對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

（6）以前系統(tǒng)的標(biāo)簽是焊接在天車安全走道上的支架中的，因?yàn)榫嚯x天車較近，部分支架被撞壞，從而導(dǎo)致無(wú)法讀取標(biāo)簽，天車定位出現(xiàn)異常，進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。新的讀卡器讀取功能更強(qiáng)，覆蓋范圍 ＞2 m，這樣就可以將RFID標(biāo)簽部署在天車走道中間的欄桿上，欄桿被損壞的幾率幾乎為0。此外，標(biāo)簽只需要綁扎在欄桿上即可，更換方便快捷。

3 天車物流系統(tǒng)的功能

3.1 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)可靠的采集

（1）物流系統(tǒng)自動(dòng)為轉(zhuǎn)爐二級(jí)模型提供更精確的鐵水和廢鋼數(shù)據(jù)，使得轉(zhuǎn)爐二級(jí)模型輸入數(shù)據(jù)更加精確，模型計(jì)算結(jié)果更精準(zhǔn)，進(jìn)一步強(qiáng)化了轉(zhuǎn)爐二級(jí)模型對(duì)實(shí)際冶煉過(guò)程的指導(dǎo)作用，轉(zhuǎn)爐冶煉C、T同命中率穩(wěn)步提高。1月～10月的C、T同命中率如圖1所示。

圖1 碳溫同命中率

（2）對(duì)出鋼角度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方便操作人員觀察歷史出鋼角度，可基于歷史數(shù)據(jù)精確控制出鋼角度，增加出鋼量；對(duì)爐次噸鋼氧氣消耗的統(tǒng)計(jì)能協(xié)助判斷氧槍擴(kuò)孔程度是否異常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)氧槍系統(tǒng)的隱患，提前處理隱患，避免事故。

3.2 實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控

（1）轉(zhuǎn)爐操作人員利用物流系統(tǒng)可以及時(shí)查詢上一爐次的實(shí)際出鋼量，以及鋼鐵料消耗完成情況，上述兩項(xiàng)指標(biāo)直接反映了該爐次轉(zhuǎn)爐整體操作結(jié)果，轉(zhuǎn)爐操作人員可以根據(jù)上述指標(biāo)及時(shí)調(diào)整渣料結(jié)構(gòu)、吹煉過(guò)程供氧強(qiáng)度、氧槍槍位、鐵水廢鋼配比，從而降低轉(zhuǎn)爐整體生產(chǎn)成本。

（2）精煉爐操作人員可以利用物流系統(tǒng)采集的爐后出鋼量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼水成分的精準(zhǔn)控制，減少了合金加入量，降低了合金成本，提升了鋼水質(zhì)量，減少了質(zhì)量事故。精煉崗位人員無(wú)需使用望遠(yuǎn)鏡或者電話去獲取連鑄數(shù)據(jù)，大大方便了精煉崗位人員，有利于生產(chǎn)順行。

（3）現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)操作人員利用物流系統(tǒng)可以及時(shí)查詢澆鑄完成爐次的澆下量以及澆余情況，對(duì)比出鋼量，如果發(fā)現(xiàn)澆余過(guò)大，可以及時(shí)聯(lián)系相關(guān)工序進(jìn)行澆余回收，避免澆余倒入渣罐造成金屬料外流。

4 天車物流系統(tǒng)的實(shí)施效果

（1）物流系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改造后，關(guān)鍵部件運(yùn)行非常穩(wěn)定；各個(gè)子程序經(jīng)過(guò)優(yōu)化，同時(shí)對(duì)爐后甩鋼也進(jìn)行了特別處理，使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集率大幅提升。7月～12月的采集率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集率

（2）轉(zhuǎn)爐冶煉周期臺(tái)賬的實(shí)施，使轉(zhuǎn)爐整個(gè)冶煉周期各個(gè)階段用時(shí)一目了然，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，便于分析生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，不管是生產(chǎn)組織還是過(guò)程操作，都能有針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)橫向?qū)Ρ雀鞔蟀喔餍〗M轉(zhuǎn)爐冶煉周期的控制情況，找差距，學(xué)先進(jìn)，形成你追我趕的良好氛圍。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析生產(chǎn)過(guò)程中影響冶煉周期的原因，進(jìn)行針對(duì)性的整改，在一步一步縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期的同時(shí)，使轉(zhuǎn)爐冶煉周期能穩(wěn)定持續(xù)，并使得轉(zhuǎn)爐冶煉周期穩(wěn)定控制在30 min以內(nèi)，班產(chǎn)爐數(shù)穩(wěn)定在42 爐以上，平均每天增產(chǎn)1～2 爐，為高效化生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的支撐。3#轉(zhuǎn)爐冶煉周期臺(tái)賬如圖2所示。

（3） 經(jīng)濟(jì)效益上，高效化生產(chǎn)新增產(chǎn)能80 萬(wàn)t，噸鋼效益按300 元計(jì)算，由于天車物流系統(tǒng)提供了準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，使得操作精細(xì)化、準(zhǔn)確化，數(shù)據(jù)可追溯，考核有依據(jù)，按天車物流貢獻(xiàn)占比1%計(jì)算，年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益80萬(wàn)×300×1%=240萬(wàn)元。根據(jù)2021年7月份2#、3#機(jī)上錯(cuò)鋼造成的損失，按400 t改判坯，每噸鋼損失200 元計(jì)算，可避免400×200=80 000 元。每年按3次計(jì)算，可避免24 萬(wàn)元直接經(jīng)濟(jì)損失。

圖2 3#轉(zhuǎn)爐冶煉周期臺(tái)賬

5 結(jié)語(yǔ)

安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司第二煉軋廠天車物流系統(tǒng)的成功實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煉鋼連鑄全區(qū)域所有天車的運(yùn)行狀況的實(shí)施監(jiān)控，減少工序協(xié)調(diào)時(shí)間，優(yōu)化生產(chǎn)組織，提高各工序生產(chǎn)率，提高了澆余回收率，物流系統(tǒng)提高了關(guān)鍵基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為公司的MES系統(tǒng)及ERP系統(tǒng)的運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。此外，物流系統(tǒng)對(duì)安鋼集團(tuán)公司節(jié)能減排、創(chuàng)新創(chuàng)效具有重要意義，也具有一定的推廣和借鑒意義。