物料跟蹤系統在高線生產過程中的應用

黃新峰 楊軍 李員妹 錢勤鋒

摘? 要：本文介紹了物料跟蹤系統構成，以及物料跟蹤在新鋼線棒材廠高線生產過程的應用。這套系統支撐高線組批、裝爐、爐內加熱、出爐、軋制、集卷、稱重、入庫、發貨全線流程，滿足線棒廠生產精細化管理的要求，使生產過程的物流和信息流同步，實現生產管理的在線化、集成化、合理化，提升新鋼線棒廠的生產綜合管理能力。實踐表明該系統符合新鋼公司“智能制造、智慧工廠”推進工作，成效顯著。

關鍵詞：高線? 物料跟蹤系統? 系統構成? 跟蹤流程

中圖分類號：F273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）12（c）-0103-04

Abstract： This paper introduces the structure of material tracking system and the application of material tracking in the Hi-Speed Wire Rod production process of Xin steel Wire & Rod Rolling Mill Plants. This system supports the whole process including batching， furnace charging， furnace heating， furnace discharging， rolling， volume collection， weighing， warehousing and delivery， which meets the requirements of Wire & Rod Rolling Mill Plants in the production of fine management， synchronizes the logistics and information flow in the production process， Realizes the production management online， integrated and rationalized， improves the comprehensive production management capacity of Xin steel Wire & Rod Rolling Mill Plants. The result shows that the system is in line with the promotion of "intelligent manufacturing and intelligent factory" of Xin steel， and the effect is remarkable.

Key Words： Hi-speed wire rod; Material tracking system; System structure; Tracking process

鋼鐵產品生產線跨度長、工序多，任何環節出現故障或錯誤都會影響到整個生產的正常進行。鋼鐵生產流程一般可分為生產線上的工藝環節和生產庫區內的物料分流及再加工環節，為確定物料在生產線上的具體位置，物料跟蹤在連續生產過程中起著關鍵性作用。隨著互聯網技術迅速發展，工廠制造執行系統（MES）已普遍應用在各鋼鐵廠上。

新鋼公司產銷MES系統涵蓋了新鋼所有鋼軋單位產線的產銷業務，為新鋼實現以訂單組織生產的運營模式轉型起到了不可替代的作用，陳 剛，劉曉冰等也提出MES系統、物料跟蹤系統在鋼鐵行業中的重要性。柳鋼棒線廠經過多年的實踐證明二級系統能夠準確、及時地完成物料跟蹤和實績統計，大大減少員工勞動強度，且系統操作簡便，降低出錯率。基于當年新鋼產銷MES系統建設的業務管理特點及要求，線棒材廠MES系統只開發生產計劃制定與下發、原料組批、（計量）入庫及成品發運業務，而加熱到成品產出間的過程業務沒能有效利用系統進行跟蹤，工序間生產過程數據靠人工傳遞，當信息傳遞不及時，容易造成產品混批次，甚至混鋼種。為此，線棒材廠委托視拓公司開發物料跟蹤系統，支撐高線從組批、裝爐、爐內加熱、出爐、軋制、集卷、稱重、入庫、發貨全線的物料跟蹤，滿足線棒材廠生產精細化管理的要求，使生產過程的物流和信息流同步，實現生產管理的在線化、集成化、合理化，提升新鋼線棒材廠的生產綜合管理能力。

1? 高線工藝流程

新鋼線棒材廠高線生產流程如圖1所示。

2? 系統構成

基于新鋼產銷MES系統的總體框架下，構建新鋼線棒廠物料跟蹤系統，主要從硬件與軟件兩個方面實現系統升級改造，解決高線爐號跟蹤以減少混批，以及提高線棒材產品發運的作業效率和減少差錯率，減少員工勞動強度。

2.1 硬件

新鋼線棒廠物料跟蹤系統結構見圖2。高線物料跟蹤系統配置2臺華為FusionServer 2288H V5服務器，用作數據庫服務器、應用服務器和數據采集服務器，服務器通過主備式部署，實現系統的高可用。2臺華為S5720-28P-SI-AC交換機，提供1GB的業務網絡帶寬和10G分布式存儲網絡帶寬，實現應用和數據庫訪問分布式存儲，以便故障快速恢復，通過冗余和堆疊技術實現服務器網絡高可用。若干臺操作終端、移動終端，用于現場操作崗位必要的人工干預與監控，移動化質檢、發運等業務操作。若干個RFID讀卡器，分別安裝在上卷、質檢、稱重和卸卷等位置，用于高線后區C型鉤號跟蹤。4塊電子信息看板，為現場無操作終端崗位實時提供爐號信息、溫度、成品尺寸等生產過程關鍵參數。

2.2 軟件

高線物料跟蹤系統的軟件系統包括數據庫、后臺應用服務器、人機界面。此物料跟蹤系統主要作用是接收新鋼產銷MES系統下發的生產計劃，對其分析處理，廠內生產過程實績跟蹤，向產銷系統和計量系統發送爐號信息，接收產銷系統反饋的過磅重量，通過客戶端提供人機交互，顯示相關實績信息，示意圖如圖3所示。

數據庫采用的是Oracle 編譯，搭建一個數據平臺，此平臺包含系統程序所用到的各種數據表。如原料庫存表、軋制計劃表、加熱爐數據表、成品過磅實績表等。這些數據表保存了系統用到的原始或處理后的信息，以作其他程序調用或存檔。

應用服務器包含了與MES的接口平臺，視拓的ICP-iCore應用平臺，以及針對新鋼線棒廠開發的若干應用程序，如移動化檢驗和發運App后臺服務。

2.3 系統功能說明

系統客戶端是基于視拓公司開發的ICP-iCore應用平臺，安裝在各個操作終端上，為操作人員提供一個監視、查詢和必要的干預交互界面。其主要功能包含原料入庫與組批管理、作業指示下發、加熱爐裝爐作業、加熱爐出爐作業、主軋線作業實績、集卷作業實績、成品外觀檢驗、成品計量入庫、調度日志管理、綜合查詢等幾大模塊。

（1）原料入庫與組批管理：通過接口與產銷系統連接，獲取煉鋼發送到高線原料庫的待入庫鋼坯信息，提供原料入庫確認操作;以產銷系統高線軋制計劃為依據，編制高線軋制批次計劃即組批。

（2）作業指示下發：通過接口與加熱爐控制系統連接，下發高線組批信息，便于加熱爐自動化控制系統信息展示。

（3）加熱爐裝爐作業：及時收集鋼坯入爐作業實績、加熱爐的工藝信息及設備運行信息，保證加熱爐的作業實績信息的完整性。根據入爐口金屬檢測信號，結合其它相關信號，作為鋼坯裝爐的驅動條件之一，在異常情況下，提供人工調整功能核對入爐支數。對于挑廢的鋼坯，必須及時進行標識。

（4）熱爐出爐作業：及時收集鋼坯出爐作業實績、加熱爐的工藝信息及設備運行信息，保證加熱爐的作業實績信息的完整性。根據出爐口熱檢測信號，結合其它相關信號，作為鋼坯出爐的驅動條件之一，在異常情況下，提供人工調整功能核對入爐支數。

（5）主軋線作業實績：對主軋區域（從粗軋到吐絲成卷全過程）作業實績及時收集。軋線主操崗位，做為各批次出爐、成材支數的最終核實崗位，需要在系統中確認各批次的最終支數，此信息將作為集卷信息的源頭。對于回爐、軋廢等異常的鋼坯，必須及時進行標識。

（6）集卷作業實績：通過原料工組批支數、主軋操室確認的軋制成材支數，結合集卷設備上安裝的C型鉤識別裝置，實現上C型鉤上的線卷物料信息的自動跟蹤。與高線成品計量系統接口，發送高線的集卷上鉤實績，支撐高線的成品稱重計量作業。

（7）成品外觀檢驗：通過移動終端App實現高線成品的外觀檢驗實績、尺寸卡量結果登記。將尺寸卡量實績及時上傳，支撐產銷系統中高線成品的公差判定及綜合判定;將外觀檢驗缺陷信息及判定結果上傳，支撐高線成品的綜合判定。

（8）成品計量入庫：成品計量作業由計量系統完成。二級物料跟蹤系統根據成品秤上鉤號識別裝置讀取到的C型鉤號，獲取鉤上對應的高線成品卷號信息，通過與計量系統接口，發送待計量的成品卷號，自動化部完成計量后，將卷號及重量信息一并返回到二級物料跟蹤系統。完成計量后的高線成品，由檢測完成標牌打印及掛牌操作。

（9）調度日志管理：對于停機信息、能源介質消耗等情況，提供調度日志記錄功能，結合系統自動采集的生產實績，為生產班報、日報、月報，以及統計等，提供數據源。

（10）綜合查詢：提供生產班報、日報、月報等各種生產有關查詢及報表，幫助生產管理人員直觀、全面、及時地掌握生產狀態，為生產全局性協調與調度提供信息支撐。主要有：生產調度日志、技術指標統計分析表、產量統計表、原料組批記錄、加熱爐排鋼記錄、加熱爐出鋼記錄、軋制跟蹤報表等。

3? 系統跟蹤流程

物料跟蹤系統在高線生產過程中起到紐帶作用，詳細記錄鋼坯從原料入庫到成品發運，整個個物流過程，形成電子跟蹤卡，實現物料信息一鍵查詢、全程追溯。

（1）原料組批與上料。原料工通過客戶端同步產銷MES系統中原料庫存信息，勾選對應的軋制計劃及原料爐號進行組批，下發至加熱爐作業界面，指揮上料工把當班所軋原料按軋制計劃順序轉運至上料平臺。

（2）進出爐跟蹤。排工人通過運輸輥道，將上料平臺上的坯料按上料順序操作進爐。在每支鋼坯進爐時，系統會自動分配一個ID，作為鋼坯在爐內跟蹤標識用。加熱爐是一個封閉的空間，人無法通過進出爐視頻監控到每支鋼在爐內的運轉情況，只能依靠系統程序跟蹤，而系統跟蹤難點在于判斷爐內懸臂輥上有無鋼坯，以及同加熱爐步進梁的連鎖關系[7]。爐內懸臂輥有鋼判斷條件為：①爐外輥道正轉;②入爐輥道光檢檢測有鋼，爐門口光檢檢查有鋼;③爐內懸臂輥正轉超過5秒;滿足這三條件則判斷爐內懸臂輥有鋼;否則為無鋼。鋼坯與步進梁連鎖關系為：①爐內懸臂輥有鋼;②加熱爐推鋼機一次推鋼動作;③一次步進梁正循環動作;滿足這三條件則鋼坯從懸臂輥位置移到第一位置。若①爐內懸臂輥無鋼;②加熱爐推鋼機一次推鋼動作;③一次步進梁正循環動作;則第一位置產生一個空位。步進梁每次正循環，步進梁上鋼坯或空位向前走一位。每以此循環，直至鋼坯走到步進梁末位置。當出爐懸臂輥無鋼狀態下，一次步進梁正循環，則判斷出爐懸臂輥有鋼。當加熱爐L1接收到軋區要鋼信號，出爐爐門打開，出爐懸臂輥正轉10s，出爐門口光檢檢測有鋼信號，則完成一次出鋼動作;若出爐門口光檢檢測無鋼信號，則完成一次走空位動作。在實際生產過程中，有時會出現來回出鋼倒鋼等復雜操作，會造成信號丟失或錯位，此時必須人為干預調整，以保證爐內鋼坯信息準確。

（3）軋制跟蹤。在鋼坯出爐后，通過軋前輸送輥道喂進軋機。當1架軋機有咬鋼信號，且持續一段時間，則系統主軋界面自動標識此鋼坯為已軋制。操作工可通過主軋界面人工干預標識每支鋼坯軋制狀態，如軋廢、剔料等，以保證爐號信息完整。

（4）收集跟蹤。系統根據原料工所組軋批信息和主軋操室確認的軋批號成材支數，生成預上C型鉤的卷號信息，包含當前軋批號及卷號順序。整個上卷過程為：待上卷的C型鉤停留在接卷位置，C型鉤上方讀卡器通過標簽卡讀取C型鉤號，并把此鉤號和待上鉤卷號信息關聯。當收集芯桿將散卷平放至運卷小車上，小車完成一次上鉤動作，散卷落在C型鉤上，對射光檢檢測為有鋼信號，系統判定此鉤號為重鉤，小車回到接鋼位置，PF鏈停止器自動放鉤，C型鉤攜帶卷號信息自動流轉下道工序;對射光檢檢測為無鋼信號，則判定為空鉤，停止器不放鉤，繼續等待接收下卷重鉤。

（5）過磅與卸卷跟蹤。經過打包成捆的盤卷流轉至磅房稱重，在稱重位置上方讀卡器讀取C型鉤號標簽卡里卷號信息傳至計量系統，計量自動化程序完成稱重動作，并把重量傳至產銷MES系統，物料跟蹤系統通過接口讀取產銷MES系統里稱重數據，并保存在數據庫里。稱重完成后，C型鉤流轉至卸卷臺，停留在待卸位置。卸卷對射光檢檢測有鋼信號，卸卷小車上升托起盤卷并將盤卷運至卸卷臺，卸卷小車返回待卸位置，卸卷完成。C型鉤離開卸卷臺，流轉至收集臺完成一輪運轉。

4? 結語

新鋼線棒廠高線物料跟蹤系統上線運行半年多，經過不斷測試、跟蹤、優化完善，能準確、及時地完成物料跟蹤和實績統計，并向產銷MES系統提供可靠數據。物料跟蹤系統投運后，給員工帶來很大便利，取消紙質流轉卡運轉，實現掃碼發運，大大減少員工勞動強度。而且系統操作簡單、易學，自動化程度高，符合新鋼公司“智能制造、智慧工廠”等推進工作，成效顯著。

參考文獻

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