煉鋼行車定位及智能調度系統應用

河鋼唐鋼信息自動化部 楊 勛

煉鋼行車定位及智能調度系統應用

河鋼唐鋼信息自動化部 楊 勛

為提高煉鋼生產過程的工作效率、降低能耗，利用天車物流系統對煉鋼生產過程的物料流和數據流進行統一采集、監測、分析、控制和優化，全局監管天車狀態、位置，判斷天車行為，提高天車行動質量及利用率，減少消耗提高生產速度和效率。

根據功能需求，系統與智能化調度系統有機結合，接收煉鋼作業各道工序的作業計劃，通過天車定位系統、稱重系統、物流管理系統，應用各天車數據共享、服務器網絡系統、數據歷史保存、推理分析與統計、天車作業重現等技術手段，實現天車的高效運行；記錄各煉鋼工藝設備在生產過程中的物料消耗和產出數據，實現煉鋼作業的可視化，根據需要將生產實績反饋給智能調度系統，使得煉鋼生產更加智能化。

1.系統介紹

本系統利用行車跟蹤定位技術、無線通信技術、行車稱重技術對煉鋼生產的所有爐次進行去向跟蹤和稱重，達到主要物料流的自動跟蹤，并按爐號組織生產過程數據，從而科學合理的調度生產過程，提高生產效率，降低生產成本。

本系統主要涉及煉鋼廠內從高爐鐵水進入煉鋼車間直至鋼水到達連鑄機進行澆鑄的整個煉鋼過程的物流跟蹤、設備作業記錄和智能調度，包括對脫硫站、轉爐、電爐、精煉爐、連鑄機、烤包位、熱修位、冷修位、天車（共計21臺：渣跨9臺、加料跨6臺、鋼水跨6臺）、鐵水罐車、鋼包車、過垮臺車，鐵水包、鋼包、廢鋼料罐等設備狀態監控、作業記錄和智能調度。系統框架

系統按數據處理的流程可分為數據輸入層、數據處理層、數據輸出層，系統框架如圖1所示：

圖1 系統框架圖

2.系統硬件設備

系統設備分為車載站和地面站，系統硬件結構如圖2所示。

圖2 系統硬件結構圖

2.1 車載站

車載主控系統連接車載站各個子系統，綜合每個單元的數據，統一發送到中控上位機。同時接收中控上位機的數據和指令，進行處理分析，并送顯示及語音提示等。在本系統中，采用PLC S7-1200 CPU單元，并在機架上添加以太網通訊模塊，實現數據的采集與交換。在程序功能實現上，通過添加FC塊，在主程序OB1中調用來實現。這樣，即可以保持與原有車載控制系統的兼容性，也為以后的功能擴展預留了最佳的接口方式。

行車定位采用編碼電纜定位技術來實現。編碼電纜是具有一定編碼規則的專用電纜，采用特殊模具以間隔相等、方向相反、互相對稱的對線形式繞制。電纜護套采用軍用氯丁膠，具有良好的抗腐蝕及氧化功能。

編碼電纜由電纜芯線、模芯和電纜護套構成。各對地址線按不同步長規律編排，每隔一定長度（步長）交叉一次。利用最簡單的單匝線圈的感應原理，當移動站的天線箱線圈中通入交變電流時，在天線箱附近會產生交變磁場，由于天線箱離編碼電纜很近，故編碼電纜近似處在一個交變的、均勻分布的磁場中，因此每對編碼電纜芯線會產生感應電動勢。地址線與基準線同相為0，反相為1。這樣感應的信息按格雷碼排列，永不重復。

對阻抗匹配單元送來的地址信號進一步濾波降噪。在CPU的控制下，通過對G線和R線上的地址信號比較鑒別求得大地址（10cm級地址），通過對G0和L0線上的地址信號進行A/D采樣、運算求出精密地址。

在本系統中，在行車X軸軌道上和小車的Y軸軌道上，各安裝一套編碼電纜定位設備。行車X軸方向的地址直接從地面站檢測得出，送到中控上位機。小車Y軸方向地址從車載站檢測得出后，送到車載主控單元。中控上位機和車載主控單元之間通過無線雙向通訊單元進行數據傳輸。

稱重系統把行車起吊的重量通過稱重傳感器轉換為電信號，經稱重儀表把信號傳送給數據處理單元。對于現場已經安裝稱重裝置的行車，則直接讀取輸出的重量數據。重量信號可在車載觸摸屏進行顯示，并傳到中控上位機進行記錄，供統計查詢及分析。

2.2 地面站

地面中控系統是本系統的核心控制中心，由工控機和上位機軟件組成，用于匯集各個行車、鋼包的數據，以直觀的動畫方式顯示各車位置及狀態，對數據進行分析處理，用以高效指導生產，并及時做出合理調整。

識別單元系統安裝一套基于高溫罐號別技術的包號自動識別裝置，由系統對其自動跟蹤，實現整個作業流程的管理與統計。包號識別標簽安裝在鐵包和鋼包的兩側或底部。系統由終端檢測設備和檢測天線組成，自動識別包號傳送到服務器。

地面無線通訊系統與車載無線通訊系統進行雙向數據交換，在渣跨、加料跨和受鋼跨各設一套地面無線通訊系統，每一套地面站對應該跨的多輛車載站。

3.調度系統

煉鋼智能調度是以全廠的生產排程和設備調度為目的，利用煉鋼物聯網技術，結合基于溫度傳熱模型的容器管理、基于狀態空間法的設備狀態判斷以及基于數據挖掘的計劃重排，實現全廠煉鋼過程調度的緊湊、有序。

煉鋼計劃編排是在保證連鑄機不斷澆的前提下，計算各爐次在各工序的生產設備及其開始、結束時間，即煉鋼生產列車時刻表。根據煉鋼工藝，對底層的工藝設備進行狀態判斷與監控，主要包括如下工藝設備：脫硫（撈渣）站、轉爐、廢鋼槽、精煉站、連鑄機、烤包位、熱修位及容器等。為實現天車負荷均衡，可根據任務的優先級和任務的類型，進行預分配天車任務。根據客戶要求可生成各種報表，下圖所示客戶端為某煉鋼廠所需物流報表，主要記錄每爐次鐵水量、廢鋼量、鋼水量、兌鐵時間及對應天車、出鋼時間及對應天車等。

4.總結

行車定位是行業發展趨勢，本系統實現了煉鋼行車無人自動控制、自動跟蹤、設備間安全聯鎖、鋼包管理，是煉鋼智能化的重要一環。