升級改造后的天車物流系統(tǒng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用

王 芳

（安陽鋼鐵集團有限責(zé)任公司）

0 引言

安陽鋼鐵集團有限責(zé)任公司第二煉軋廠原天車物流系統(tǒng)于2010年投運的，2016年以前系統(tǒng)硬件運行穩(wěn)定，但由于多年使用，導(dǎo)致硬件老化，兼容性差，設(shè)計理念和技術(shù)已無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，所以對其進行了升級改造。2020年10月新物流系統(tǒng)上線運行，對優(yōu)化生產(chǎn)組織、降低生產(chǎn)成本、降低操作人員的勞動強度、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X軸是針對每個跨來說，用于對天車進行定位，從北到南在每個跨的一側(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軸是對天車的小車進行定位，在天車小車的走道上從東到西進行排列，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)簽來確定天車Y軸坐標(biāo)。利用射頻識別技術(shù)（RFID）負(fù)責(zé)傳遞覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有定位點的實時數(shù)據(jù)，最高精度0.5 m，全方位監(jiān)控天車實時工作狀態(tài)，覆蓋范圍廣，以完成對天車精準(zhǔn)定位。

（4）車上信號綜合處理器：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、天車主鉤重量、副鉤重量、編碼器數(shù)值等數(shù)據(jù)進行打包。

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

（6）智能無線數(shù)傳主機：位于地面上，用于接收天車的分機發(fā)射的無線信號，同時也可以發(fā)送出相關(guān)指令，一臺主機要和兩臺分機匹配[1]。無論無線數(shù)傳主機還是分機都具有很強的抗干擾能力，穩(wěn)定、可靠，使天車無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，因為每個鑄機有兩個大包位，PLC發(fā)出的是開關(guān)量信號，需要將其轉(zhuǎn)換為模擬量[1]。

（8）信號轉(zhuǎn)換器：將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并送往電腦，通過RS-232接口連接在電腦主機上[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)庫為SQL Server 2016。

（1）實時監(jiān)控界面程序: 利用天車物流系統(tǒng)主畫面上顯示的各個工藝崗位及各部天車的實際運動狀態(tài)，來對整個煉鋼連鑄區(qū)域的實際運行情況進行全面監(jiān)控。

（2）工藝事件處理子程序: 對天車實時數(shù)據(jù)處理過程中生成的濾波數(shù)據(jù)進行進一步的處理，從而對天車正在進行的操作進行判斷，并能采集天車動作發(fā)生時刻的重量數(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: 主要目的是通過天車物流系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作功能來實現(xiàn)對天車的遠(yuǎn)程操作，在地面的機房的電腦上就可以實現(xiàn)對天車的清零、校稱、鋼絲繩補償，在沒有該系統(tǒng)的情況下，維護人員必須爬到天車上才能實現(xiàn)上述操作。

（4）無線數(shù)據(jù)傳輸處理子程序: 接收來自于車載綜合處理器的數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進行解析，并在采集端界面上顯示出來。同時，對維護人員發(fā)出的遠(yuǎn)程維護指令進行處理，并將該指令發(fā)出，利用無線傳輸技術(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)動作重量處理程序的結(jié)果，并結(jié)合從其他二級系統(tǒng)獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行綜合處理，最后將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中，同時還能實現(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)實現(xiàn)和現(xiàn)場PLC之間的通訊，讀取PLC數(shù)據(jù)并存儲到數(shù)據(jù)庫中。

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)過縝密的設(shè)計和認(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，從而實現(xiàn)了對煉鋼連鑄區(qū)域的所有在用天車的實時監(jiān)控，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)在不同工藝崗位之間的無縫銜接，實現(xiàn)了對天車的遠(yuǎn)程維護。

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)場環(huán)境比較惡劣，飛濺的鋼渣和檢修時放水導(dǎo)致軌道衡的傳感器經(jīng)常被損壞，而且傳感器價格昂貴。天車物流系統(tǒng)實施后，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，所以說物流系統(tǒng)的實施不僅節(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)提供了堅實的數(shù)據(jù)支撐。

（3）優(yōu)化了生產(chǎn)組織：天車物流畫面可以實時顯示出各個跨每部天車的實際運行情況，包括吊運情況和實際位置。3座轉(zhuǎn)爐可以根據(jù)加料跨天車的實際運行情況提前協(xié)調(diào)好下一爐鐵水、廢鋼，避免天車來回運行，減少了天車相互動作影響的時間，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)的實時監(jiān)控畫面能為生產(chǎn)操作人員提供最直觀的天車運行狀態(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量，提高了各個工序的生產(chǎn)率。

（4）有利于對操作人員操作過程的監(jiān)督：天車物流系統(tǒng)可以實現(xiàn)對某一爐次從轉(zhuǎn)爐開始到連鑄結(jié)束的整個工藝路徑上的鋼包位置信息進行跟蹤，如果操作人員在該爐次的操作過程中有違規(guī)現(xiàn)象，比方說因為質(zhì)量事故而去兌包的話，那么系統(tǒng)日志就能如實記錄下來，從而實現(xiàn)了對操作人員的具體操作過程的監(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)程實現(xiàn)對天車稱重系統(tǒng)的清零、鋼絲繩補償、校稱等操作，無須像以前那樣，必須由工人爬到天車上去進行人工操作，既縮短了操作的時間，減少了對生產(chǎn)的影響，還大大減輕了工人的勞動強度，保障了職工的生命安全。

2.3 升級后天車物流系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）以前系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，即客戶端/服務(wù)器模式，如果要運行客戶端，必須安裝數(shù)據(jù)庫軟件和應(yīng)用軟件，對主機要求較高，且過程繁瑣。新系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，即瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)，現(xiàn)場的任何一臺主機，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行物流系統(tǒng)，在家也可以隨時查看監(jiān)控畫面。

（2）以前系統(tǒng)的關(guān)鍵部件運行不穩(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，無法滿足現(xiàn)場崗位人員的實際需求。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)的有效運行率由原來的80%提高到了99.9%。

（3）結(jié)合生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題和崗位人員的實際需求，新系統(tǒng)除了大宗鋼鐵料消耗采集，與轉(zhuǎn)爐二級或一級系統(tǒng)的通訊，實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)爐散裝料、合金、氧氣、氮氣、回收煤氣等能耗約60個數(shù)據(jù)的采集；與精煉各工序的一級系統(tǒng)通訊，實現(xiàn)了精煉工序的爐料合金消耗、喂絲消耗、底吹氬氮氣消耗、電耗的數(shù)據(jù)約80個數(shù)據(jù)的采集；實現(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，方便維護人員快速判斷系統(tǒng)故障，大大縮短了故障處理時間。

（5）以前系統(tǒng)的硬件配置復(fù)雜，每個跨需要設(shè)置采集終端主機一臺，主機一側(cè)需要設(shè)置RS232-485轉(zhuǎn)換器，因為配置復(fù)雜及部件眾多，導(dǎo)致隱患點多、故障點多、維護及更換難度較大。新系統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)硬件布置，新的無線設(shè)備覆蓋范圍更廣，所有主站都集中在轉(zhuǎn)爐機房機柜中，主站和服務(wù)器之間通過智能串口終端網(wǎng)絡(luò)連接，無需RS232-485轉(zhuǎn)換器，天車分站設(shè)備都模塊化集中到一個盒子中，安裝在天車操作室內(nèi)，方便對設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(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，因為距離天車較近，部分支架被撞壞，從而導(dǎo)致無法讀取標(biāo)簽，天車定位出現(xiàn)異常，進而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。新的讀卡器讀取功能更強，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 實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動可靠的采集

（1）物流系統(tǒng)自動為轉(zhuǎn)爐二級模型提供更精確的鐵水和廢鋼數(shù)據(jù)，使得轉(zhuǎn)爐二級模型輸入數(shù)據(jù)更加精確，模型計算結(jié)果更精準(zhǔn)，進一步強化了轉(zhuǎn)爐二級模型對實際冶煉過程的指導(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）對出鋼角度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計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；對爐次噸鋼氧氣消耗的統(tǒng)計能協(xié)助判斷氧槍擴孔程度是否異常，及時發(fā)現(xiàn)氧槍系統(tǒng)的隱患，提前處理隱患，避免事故。

3.2 實現(xiàn)對生產(chǎn)狀況的實時監(jiān)控

（1）轉(zhuǎn)爐操作人員利用物流系統(tǒng)可以及時查詢上一爐次的實際出鋼量，以及鋼鐵料消耗完成情況，上述兩項指標(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)及時調(diào)整渣料結(jié)構(gòu)、吹煉過程供氧強度、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)，實現(xiàn)對鋼水成分的精準(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)場生產(chǎn)操作人員利用物流系統(tǒng)可以及時查詢澆鑄完成爐次的澆下量以及澆余情況，對比出鋼量，如果發(fā)現(xiàn)澆余過大，可以及時聯(lián)系相關(guān)工序進行澆余回收，避免澆余倒入渣罐造成金屬料外流。

4 天車物流系統(tǒng)的實施效果

（1）物流系統(tǒng)經(jīng)過改造后，關(guān)鍵部件運行非常穩(wěn)定；各個子程序經(jīng)過優(yōu)化，同時對爐后甩鋼也進行了特別處理，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)計結(jié)果見表1。

表1 數(shù)據(jù)自動采集率

（2）轉(zhuǎn)爐冶煉周期臺賬的實施，使轉(zhuǎn)爐整個冶煉周期各個階段用時一目了然，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，便于分析生產(chǎn)中存在的問題，不管是生產(chǎn)組織還是過程操作，都能有針對性地進行改進。通過橫向?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，形成你追我趕的良好氛圍。通過統(tǒng)計分析生產(chǎn)過程中影響冶煉周期的原因，進行針對性的整改，在一步一步縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期的同時，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)提供了強有力的支撐。3#轉(zhuǎn)爐冶煉周期臺賬如圖2所示。

（3） 經(jīng)濟效益上，高效化生產(chǎn)新增產(chǎn)能80 萬t，噸鋼效益按300 元計算，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)，按天車物流貢獻占比1%計算，年可創(chuàng)造經(jīng)濟效益80萬×300×1%=240萬元。根據(jù)2021年7月份2#、3#機上錯鋼造成的損失，按400 t改判坯，每噸鋼損失200 元計算，可避免400×200=80 000 元。每年按3次計算，可避免24 萬元直接經(jīng)濟損失。

圖2 3#轉(zhuǎn)爐冶煉周期臺賬

5 結(jié)語

安陽鋼鐵集團有限責(zé)任公司第二煉軋廠天車物流系統(tǒng)的成功實施，實現(xiàn)了對煉鋼連鑄全區(qū)域所有天車的運行狀況的實施監(jiān)控，減少工序協(xié)調(diào)時間，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)的運行提供堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。此外，物流系統(tǒng)對安鋼集團公司節(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。