基于计算机的天车物流管理系统设计

何留杰，李 静

（黄河科技学院，河南 郑州 450063）

1 引言

铁水在炼钢车间生产过程中的运行路线是：用鱼雷罐或者铁水包将铁水运到待炼钢区,鱼雷罐或者铁水包由天车吊起并运送到转炉处,天车将铁水包内的铁水倒入转炉后回到废钢斗位置，然后吊起废钢运至转炉后将废钢倒入炉内，然后回到初始位置。下一道工序为转炉吹炼，并将冶炼合格的钢水倒入钢水包内，经天车吊运至连铸机并进行浇注生产。这就引出了物流管理系统的概念，即通过对每个炉次所需铁水量、配比废钢加入量、出钢量的参数和对应的时间以及所到连铸机座位置等信息的数据采集，进行系统的流动式管理。结合现代化管理理念，为确保更加精确地操作，减少人工操作量，降低人为出错率，我们将物流管理系统运用到实际生产中。实践证明自动化式的物流管理系统在实际生产中发挥了巨大作用。

2 总体思路

2.1 计算机数据采集

（1）炉次号：炉次号为7位，是由字母和数字共同组成。第1位表示年份，由数字表示。第2位表示炉座，即4个转炉分别用ABCD字母表示。最后5位数分别表示年度冶炼序号。例如：炉次号“2A00361”，表示2012年1#转炉生产的第361炉钢。

（2）班次：分为甲、乙、丙、丁四班三运转制度，每班8小时工时。

（3）铁水的加入量和时间。加入量，为1个炉次累计加铁水量；时间，为每次加铁水的时刻。

（4）废钢的加入量和时间。即为废钢和加入时刻。

（5）空包重和座包时间。空包重，为空钢水包净重；座包时间，为钢水包摆放到出钢车上的时刻。空包重的精准程度影响出钢量和浇余量的计算。

（6）产出钢水量和出钢时间。产出钢水量，表示一个炉次炼出的钢水重量；出钢时间，表示钢水产出的时刻。

（7）钢水轨迹。它表示整个出钢过程的流向轨迹，几种方式如图1。从图1可以看出，钢包可以回炉也可以直接去连铸机进行浇铸，空包由天车吊走。

（8）浇余量和下连铸时间。浇余量，表示空包所剩的钢水量；下连铸时间，表示天车吊走空包的时刻。

（9）数据采集。以班产、日产、月产为统计目标。

2.2 思路汇总

炼钢车间内，天车的工作量很大，所以可以对天车的使用信息进行采集，来推理物流系统数据。我们对天车进行了合理化的装配，具备了称重功能、位置检测功能。在天车运行所到之处都有相应的工作点来呼应天车进行位置检测，例如转炉、铸机、精炼站、钢包放置位等。天车在主要位置都将被检测，而且天车在作业时，其称重系统的数据也会发生变化。通过采集到的天车重量变化数据和位置检测数据，并根据一些常量，推导钢铁物料数据，然后根据所需时间和座次来推算炉次、班次等数据。最后，通过服务器将汇总的信息保存到数据库中。数据流程如图2所示。

3 详细推理原理

例如，首钢京唐公司炼钢部配备三座脱碳转炉和两座脱磷转炉，三座精炼站和四座高速铸机。铁包区两个跨，钢包区两个跨，还有后道工序的天车跨，天车实际运作非常多。根据不同的生产工艺要求，本部铸机与转炉的对应关系是任意对应关系。这种关系使得物流系统、钢水轨迹交叉，错综复杂。

3.1 钢铁料推理

炼钢物料消耗的推理，我们用铁包跨铁水来进行分析。

3.1.1 硬件组成。铁包跨的四台天车，每台天车都可以给每个炉座加铁水。

天车安装称重装置，配备传感器设备，并将信号输送给称重仪表，经换算显示为当前吊物重量。部分天车配备高精度称量补偿设备，以弥补钢丝绳重量。具体设备描述，系统结构如图3所示。

天车定位系统能够很好地控制天车的启、停位置而且结构简单，设置容易，通过某固定参照点移动距离来确定其所处位置。通过在轨道设置接近感应装置，来区分各个位置。

天车运行的特殊需求，需要天车使用无线数据传输设备进行无线数据采集，将重量和位置数据信息发送到服务器。炼钢车间内有多部天车运行，无线数据采集方式有：（1）轮询应答。每部天车装一个分站，将唯一的地址码和相同的频段汇总到传输主站，进行相互信息交换，将所需重量和位置信息传输给服务器。系统结构如图4所示，缺点是数据实时性不高、效率低。（2）一对一直接传输。通过每台天车和地面对应的收发设备分配不同频段，使通讯互补干扰，系统结构如图5所示，缺点是费用高、维护工作量大。

由数据库接受并存储所有天车的重量和位置数据信息。3.1.2计算机推理原理。可以通过服务器对数据库进行实时分析，可以获取某时刻的某一座转炉加入铁水量。推理原理为：通过监测点，分析天车起吊重物和放下重物后的重量变化，来得到天车在这个位置的操作行为。如图6所示。

以图6中扒渣机工作为例。其数据由假设为0的状态，到其工作时重量变为82t，则可以判断为天车在扒渣机位置吊起一包铁水。判断某座转炉是否进行了操作，可以通过天车在某座转炉工作位时，采集天车的重量，当天车退出转炉工作位时，再采集其重量，来进行推导，可以判断加入铁水的重量为：V=Vin-Vout=82-33.25=48.75t

这种方式的优势在于，只采集天车在进、出工作位时重量的变化，简化了推理算法，使程序结构更加简洁。

采集天车进、出位置信息和重物重量信息。通过采集射频卡上扫描的信息，来判断天车运行的方向或位置，如图7所示。

天车经过某位置时，通过射频卡的扫描来判断。如果是由001到002，说明天车进入3#炉工作位，如果由002到001说明天车离开3#炉工作位。

重量信息的采集通过重量稳定性来判断。在一定的范围值内，取某一时间内的数据计算其离差，如果在规定范围值内，则说明数据处于稳定状态，最后取其平均值来作为当前的重量值数据。

其它数据的推理与上面的推理相同，但推理出钢量时，要先推理空包重量，随后出钢后，再推理重包重量，其差值就是某转炉的出钢量。

3.2 炉次号与班次推理

先回到炉次号后5位，前面提到的后5位炉次号最后一位加1，就表示多炼了一炉钢。正常工艺为加铁-加废钢-出钢，待推出转炉加铁的数据后，就形成了炉次号。但在实际生产中，会遇到很多情况，例如设备故障、再次加铁、再次加钢等状况，这样可能引起炉次号混乱。如果发生设备故障则可能导致某些行为未被进行数据准确采集，这样服务器就会发生连续两次出钢行为。对此，可以设定产生炉次号的参数要求，对于两次加铁但时间间隔较短，则认为同一炉次，生成一个炉次号。对于连续两次的出钢行为且时间间隔较长，则设为加铁数据丢失，也满足生成一个炉次号的要求。

班次是随着炉次号生成的，如果某炉钢跨班次，则以加铁时间为准。

3.3 钢水轨迹推理

转炉出钢后的钢包去向即为钢水的轨迹。以钢包为主线，举例说明，如图8所示。

图8中，3#炉出钢后钢包的运动轨迹为，1#天车由0.0t进去工作区，吊起钢包离开，重量为82.0t，此时生成的炉次号为2A03890。当天车将该包钢水放到1#精炼位置，离开时重量如果为0.0t，则说明天车已将炉次号为2A03890的钢水放到了1#精炼站；依此类推，2#天车进入将炉次号为2A03890的钢水由1#精炼站运至转台，也有同样的重量数据变化；最后，3#天车从回转台将钢包运至5#连铸机，此时再次有一个重量变化，推出天车已将钢包运送到位。其轨迹为：2A038903#炉→1#精炼→回转台→5#连铸机。

为保证天车的正常运行，将每台天车都装上位置检测装置。将提升车轨道设为X轴，小车检测设为Y轴，X轴也分工作位置，X轴检测进入或离开的位置变化推理思想和Y轴相同。这样可以避免出现些复杂问题，比如在同一工作位上有前后两个工作点等难题。

3.4 人机交互

根据以人为本原则，建立人机交互模式，在实际生产中不可或缺。物流管理系统、物料消耗称重系统、天车信息采集、无线数据传输系统和计算机的自动化控制系统等都是设备正常运行的前提。通过对要数据采集能够推理正确的结果。任何一个环节出错或异常，都有可能导致天车物流管理系统出现问题，例如加铁水量、废钢量、出钢量等数据丢失或失真、炉次号混乱、钢包轨迹跟踪失败等。为了避免出现这些问题，可采取人工干预来控制生产，使生产顺畅，这样就实现了人机交互的完美结合，形成完整的系统。

4 计算机实现

物料跟踪是天车物流系统的重要组成部分，能实现钢卷的生产跟踪及台账的建立，如钢卷的生产班次、序号、重量、厚度等。实现的基础是钢卷在生产过程中的位置及重量变化。任何物料的信息都会根据天车的数据进行推算,最终进入服务器形成台账。

天车调度管理子系统基于天车参与的生产及调度工作，它能实现对天车资源的合理分配，定位天车的位置及勾吊重量，最终实现自动化的天车分配。

天车运行计划系统是根据每个班次、每个炉次的实际情况制定的，班前安排好该班需要生产的计划，然后将所需要的数据输入系统，计算机会自动分配工作时间及次序。如遇到特许情况，可以及时更改天车运行计划数据，这也是本系统的一大特点。

工作报表制定功能能够实时的记录本班的工作情况，以及天车在本次运行时的所有数据，以便出现事故查找。

5 结语

计算机物流系统作为现代化发展的产物已经应用到很多领域，如煤炭、交通、钢铁，具有方便、快捷、定位准确、记录详细、方便查询等特点。本文将计算机物流系统应用到天车物流管理过程中取得了良好的效果。相对于传统的模式天车物流管理系统，减少了人为参与，且实现了自动化过程，结合新系统的管理应用，解放了部分劳动力，在实际生产中提高了生产控制的准确性和真实性，为炼钢车间的生产提供了强大的数据支撑。

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