智能混勻配料及作業流程管理

周鵬飛

（新余鋼鐵股份有限公司，江西 新余 338001）

0 引言

數字經濟的發展浪潮撲面而來，鋼鐵企業面臨數智化重構的風口，鐵前綜合料場數字化、智能化的需求已經十分迫切。綜合料場的混勻工藝是通過配料及混勻堆取作業，起到均化和穩定燒結原料的作用，為燒結和高爐生產長期穩定提供最佳的原料條件[1]。堆取料作業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]。混勻配料作業能否向智能化方向發展，形成完善、穩定、高效的混勻配料系統對鐵前生產至關重要。本文以新余鋼鐵綜合料場智能混勻配料及堆取料作業流程管理為主要目標，將其系統架構和功能子塊的開發及應用內容進行介紹和闡述。

1 智能混勻配料系統

智能混勻配料系統包括混勻生產計劃管理、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 混勻生產計劃管理

混勻生產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、結束時間、Block數量、使用的物料品種、混勻料槽編號、配出流程號、混勻成分目標等內容。可手動通過界面錄入，編制混勻生產計劃，也可從MES系統接收生產計劃。

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定和配方，但是必須滿足混勻成分目標。Block計劃可以由系統根據設定參數自動生成，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，經常會出現配方配比的調整，系統自動檢測實時配方配比，當配方或配比有變化時自動記錄到數據庫，包括配方、配比、開始使用時間、結束使用時間等內容。

配方配比管理記錄了混勻生成過程中配方配比調整情況，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定。

1.4 混勻配料控制模型

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

圓盤啟停順序控制是圓盤給料機等配料設備會根據料流的走向及各設備之間的距離進行延時啟停，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。

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

變起點堆料實現：在堆料機堆了一定的料層后，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，保證了堆料機在堆料過程中料層不缺料，保證料流信號的準確性。

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堆料的基礎。系統設有混勻料倉加料模型，根據各混勻料倉的出料速率，預測料倉料位變化，結合堆取料機的當前作業任務，計算各料倉加料的最佳時機，最大限度地保障料倉不斷料，實現料場整體作業效率的優化。

1.6 混勻配料實績管理

混勻配料是將混勻配料槽內的各物料按照計劃好的配比進行混合，使物料各成分達到需要的比例，但是在實際配料的過程中，由于圓盤給料機等配料設備的起停過程、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，計算當前堆混勻料實際成分，用于Block配比調整。

2 綜合料場作業流程智能管控

堆取料作業管理系統根據來料和用戶需求匯總堆、取料作業需求，利用場地分配模型、等硅等鐵混勻模型、堆取料一體化作業調度模型生成統一的作業計劃，指揮基礎自動化和無人化系統自動完成作業，同時由數采系統采集作業實績，發送至數字化平臺。

2.1 卸料計劃

系統從新鋼已有的鐵前MES系統接收車輛到達信息，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

系統從基礎自動化系統采集各用戶料倉的料位信號，生成補倉供料需求，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、混勻料場往燒結供料、高爐料場往高爐供料和直供料。

2.3 堆取料作業計劃管理

系統匯總卸料需求和供料需求制訂統一的作業調度計劃，包括品種、物料堆位、作業時間、物流起點、物流終點、總量、作業流程選擇、堆取料機選擇等信息。作業計劃也可以通過界面手動錄入。手動錄入作業計劃時，系統會自動根據作業起點、終點和各設備間上下游關系搜索所有可達流程，考慮設備狀態及占用情況給出可用流程，操作人員可根據系統顯示的流程進行人工選擇、切換。

2.4 堆取料一體化生產作業調度決策模型

該模型對未來一段時間內的供料需求進行預測，結合堆料需求，綜合考慮設備數量的約束，以堆取料作業的及時性（考慮不同供料需求的優先級）為優化目標，排出建議的供料計劃和卸料計劃，供操作人員進行確認和修改。

2.5 堆位管理

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

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。

2.6 作業實績采集

系統根據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行作業量累計，在料線停止時自動生成包括料堆、料位、品種、重量、作業時間等內容的作業實績，并存儲在數據庫中，供查詢和分類統計，利用系統采集的作業實績，可以統計每班、每日、每月的進出料總量和不同品種的進出料總量等信息，并形成相應的報表。

2.7 機器視覺的應用

應用機器視覺識別技術：開發了多種視頻識別模塊，實現皮帶料流、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上下游皮帶上的料流識別情況，通過對歷史視頻的深度學習，進行邏輯判斷，并間接給出堵料報警或連鎖信號，避免嚴重的堵料或灑料事故。

3 結語

本文提出了一套完整的智能混勻配料及堆取料作業流程管理系統。智能混勻配料系統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。堆取料作業流程智能控制系統包括了卸料計劃、供料需求、堆取料作業計劃管理、堆取料一體化生產作業調度決策模型、堆位管理和作業實績采集六個模塊。并詳細介紹了每個模塊的實現及工作流程，為鐵前綜合料場實現智能化做出了相應有益的探索和實踐。