準時化生產系統在煉鋼生產中的開發與應用

馬 健，董園園

（1.河鋼集團唐山不銹鋼有限責任公司，河北063105；2.唐鋼國際工程技術有限公司河北063000）

0 引言

唐山不銹鋼有限責任公司（簡稱唐山不銹鋼）將準時化生產系統應用于煉鋼生產領域，實現節約資源，減少無效時間，提高生產效率的目標。在煉鋼系統中實施準時化生產方式，與標準時間核對，收集統計現場問題，與各工序實際運行情況對比分析，消除多余動作、等待時間和速度緩慢問題，自動形成準時化生產報表，為生產效率提升提供系統支撐。

本文介紹了唐山不銹鋼煉鋼生產系統，根據現有信息化資源構建的準時化信息平臺，闡述了煉鋼準時化信息平臺的系統組成、硬件結構、構建過程和主要功能，總結、分析了煉鋼系統準時化信息平臺的應用效果，促進了煉鋼生產組織的靈活性、多樣性和及時性。

1 構建準時化系統前期準備

1.1 生產流程梳理

煉鋼準時化生產主要涉及轉爐、精煉、RH爐、連鑄以及天車運行等流程。依據生產過程，將各工序的生產動作進行微觀流程分解，即將作業活動從宏觀作業分解到每個活動的微觀動作，細化出每個作業活動的最小動作單元。通過流程分解，將裝鐵開始到連鑄澆注結束過程分解為300項微觀動作單元。以RH爐作業活動為例，對工序的每個動作進行分解，RH爐作業活動微觀動作分解如圖1所示。

圖1 RH爐作業活動微觀動作分解

微觀流程時間標準化需要崗位人員的操作標準化支撐，為充分保證動作、流程的規范化、標準化，各工序按照微觀流程對操作進行梳理，按照每一個動作進行控制。

1.2 標準化時間制定

針對每個微觀動作進行理論極限時間計算，自動化設備根據設備運行參數計算理論極限時間。例如大包回轉臺旋轉和上升下降是自動設定，根據設計參數可計算出理論極限時間，人為操作時間無法測算理論極限時間，可通過時間觀測法，對每一個微觀動作進行統計采集大量時間數據。

利用大數據思維，進行時間平衡分析，去掉干擾因素，以數據中最短時間為理論極限時間，再利用時間抽樣法，觀測理論極限時間和抽樣時間的差距，驗證理論極限時間的合理性。例如RH安裝保護套管作業，需要人機配合，人為操作經驗和外界環境因素對其影響極大，通過大量的時間跟蹤統計，利用時間觀察法，測算出每個微觀動作的理論極限時間，即為標準時間。圖2為RH爐標準化作業過程時間對應表。

圖2 RH爐標準化作業過程時間對應表

1.3 信息化數據庫的確定

數據庫的選擇是關系到系統成敗的關鍵因素，經過現場調研及與其他鋼廠的對比，唐山不銹鋼決定采用實時數據庫與關系型數據庫相結合的形式，充分將兩者的優點展現出來。

1.3.1 實時數據庫特點

（1）數據讀寫速度快。數據吞吐量可達4百萬/秒，存儲能力為10～15萬個事件/秒，數據訪問能力為100萬個/秒，讀寫速度要比關系數據庫快三百倍[1]。

（2）壓縮比例高，磁盤占用空間小。在單服務器處理30萬個點，其掃描頻率為1秒的情況下，數據存貯100小時的數據僅占用2G磁盤空間。采用基于鍵值對的數據存儲，利用多種數據壓縮技術，在確保精度的同時，降低了數據的存儲，提高了檢索速度。

1.3.2 關系型數據庫特點

（1）上手簡單，二維表結構與平時經常使用的Excel相似，更加容易理解。

（2）使用方便，SQL語言更加接近自然語言。

（3）易于維護，實體完整性、參照完整性和用戶定義完整性減低了數據冗余和數據不一致的概率。

2 準時化系統搭建

2.1 PLC的數據計算

準時化系統對時間的把控非常嚴格，準確率需控制在毫秒級，故在判斷動作執行情況時，使用PLC內部進行相應邏輯計算更加合理。通過生產流程梳理過程中的微觀流程動作單元的動作標志點的判斷，可以在PLC中依次判斷生產爐次的各個觸發點距離本爐開始的時間點，直到本爐結束。圖3為RH爐爐次動作發生時刻表。

圖3 RH爐爐次動作發生時刻表

2.2 網關機的數據采集

使用嵌入式智慧網關機采集PLC數據，其采用雙網卡結構，內置防火墻，充分保證了生產系統的數據安全。網關機是一款全新的工業數據采集轉發設備[2]，是集通訊接口服務器、工控機、工控軟件、防火墻于一體的智能設備。其具有以下基本功能：支持多種通訊鏈路，如，RS-232/422/485、CAN、以太網、WIFI、zigbee、GPRS/WCDMA/CDMA2000等；支持采集工業現場的多種工業設備協議，如，OPC、Modbus、PLC等；支持對采集數據按照自定義的各類算法進行二次加工。

2.3 系統的搭建

2.3.1 數據流向

此系統數據通過智能網關機實時采集PLC數據，并存儲到PI實時數據庫中，系統的所有配置均存儲在Oracle數據庫中。系統運行后，提取配置數據，并向PI數據庫提取相應數據，經過邏輯計算后，展現到網頁上，用以查詢、操作。

2.3.2 邏輯計算規則

從PLC中采集若干個時刻值a1、a2、a3等，這些值對應著圖1的名稱列，例如天車到達的數值為a1，天車板勾脫離鋼包的數值為a2，鋼車到達加蓋位的數值為a3等，這些值均是在此爐生產開始的累計值。根據Oracle的配置，可得到相應的過程數值，例如a2減a1的值為座包過程b1，a3減a2的值為摘蓋準備過程b2，這些過程值b1、b2、b3等便是班組作業的實際微觀動作時間。將這些實際作業時間與技術人員長期經驗推算的標準時間作比較，就可以對崗位操作過程做出相應評判，根據班組、天、周、月按照鋼種區分的微觀動作單元時間命中率，做出相應的改進。

2.3.3 系統展示

在準時化生產系統網頁上，共包含五個工序，即轉爐、精煉、RH爐、連鑄以及天車報表的展示，每個頁面可以根據爐座、班組、鋼種、爐次號、開始結束時間進行篩選，查詢包括爐次號、關鍵時間（工序不同，關鍵時間也不同）、爐座、班組以及微觀動作單元時間在內的數據。在圖4中可以看到，紅色字體為此微觀動作單元已超過標準時間，按照不同的篩選方案，可以快速發現異常點的出現規則，從而對無效時間做出合理的改進措施。

圖4 轉爐準時化系統網頁展示

3 實施效果

準時化生產系統，能夠對各工序報表進行查詢，可以使用爐座、時間、班組、鋼種、爐次號等關鍵詞進行篩選，查詢結果能夠顯示按爐次排序的微觀動作單元數值對比及命中率，當點擊單個單元時，還能夠展示此鋼種按月、周、日的命中率的情況，崗位人員能夠優化無效時間，提高生產率。

準時化生產系統實施后，不銹鋼轉爐實現最高班產26爐鋼，最高日產65爐，創造最新記錄；成功實現2轉爐供單精煉及2臺連鑄機的生產模式，精煉電耗指標完成22 Kwh/t；隨著轉爐、精煉生產效率的提升，連鑄機目標拉速也在不斷提升，結合質量情況和連鑄機設備情況，低碳鋼板坯連鑄的拉速水平已達到了1.8 m/min。

4 結語

唐山不銹鋼煉鋼準時化生產系統的實施，實現了煉鋼各個生產工序標準化作業和科學、全面的管控，使得煉鋼生產能夠適應市場產品多樣化、小批量、交貨準、品質優、價格廉的需求，極大地提高了煉鋼的生產效率和效益。今后，在煉鋼準時化生產系統運行過程中，要積極鼓勵崗位及技術人員，通過實踐改進工藝設備微觀動作流程時間，減少無效作業時間發生，進一步提高勞動生產率。