唐钢不锈钢炼钢物流跟踪及智能调度管理系统设计

2018-04-11河钢集团唐钢信息自动化部刘胜利

电子世界 2018年6期

河钢集团唐钢信息自动化部刘胜利

0 前言

炼钢物流跟踪及智能调度管理系统[1,2]是一个集物流跟踪和智能化调度为一体的综合性系统，系统主要专注于接收来自炼钢ERP/MES系统的各道工序的炼钢作业计划，利用成熟的OPC技术获取现场设备实时状态信息，结合炼钢工艺制度，采用一种基于人工智能的状态空间搜索[3]和工艺约束及规则的启发式搜索算法[4]对炼钢作业过程各工序相关资源进行智能化生产调度，并记录各工序设备作业过程的物料消耗和最终成品结果数据，实现厂区天车、地面生产设备作业的安全有序，实现炼钢生产过程各工序作业过程中各种资源合理调配，提高炼钢生产作业效率，降低能耗的同时实现企业资源最大程度转换成产品，并通过对现场传感器数据的收集为改进炼钢工艺制度、设备生命周期管理、作业人员绩效以及最终实现智慧工厂建立真实有效的实时数据平台。

1 系统设计

1.1 系统组成

炼钢物流跟踪及智能调度管理系统由数据中心、天车定位及通信部分和地面台车定位及数据采集部分构成。数据中心实现数据的收集和处理，并据此绘制炼钢生产过程全局监控动画；天车定位及通信部分实现对天车实时位置检测及物重采集，并将数据实时传送至数据中心；地面台车定位及数据采集部分实现对台车实时位置检测及生产设备状态信息采集，并将数据实时传送至数据中心。系统所涉及的主要硬件包括服务器、客户端、PLC、天车位置检测及通信设备、天车称重传感器、天车车载终端、地面台车定位设备、PDA、无线网络模块等。系统硬件构成图如图1所示：

图1 系统硬件构成图

1.2 系统软件功能设计

(1)全局监控动画

根据系统自动采集的天车/台车位置和状态信息、地面各生产工艺设备状态信息绘制整个炼钢车间的全局动画，直观展示实际生产状况，辅助调度人员指导生产，可提供历史回放功能，有利于事故追溯。

(2)钢铁包管理

钢铁包管理子系统实时监控系统所有钢铁包的实时状态信息（包龄、材质、修理类型等），记录生产过程中钢铁包的实时生产信息化。

(3)智能调度

①计划编排，炼钢计划编排是在保证场内各工序不间断作业的前提下，计算各炉次在生产过程中各工序的作业设备的开始、结束时间，保证工厂内各资源有效利用。

②底层设备状态判断，通过OPC技术，直接读取炼钢各工序涉及的作业设备实时状态，并根据预先定义的报警信息，实时显示设备状态，炼钢各工艺工序涉及的设备有：脱硫（捞渣）站设备、转炉设备、废钢槽设备、精炼站设备、连铸机设备、烤包位设备、热修位及容器等。

③天车任务选择，根据厂区天车分布及实时天车作业负荷，作业任务的轻重缓急，合理选择作业天车，最大程度减少天车无谓作业。

(4)报表

报表能够直观的表现生产实际。系统可根据现场生产实际要求生成各种报表，主要记录生产过程中各炉次的铁水量、废钢量、钢水量、兑铁作业时间、兑铁作业天车、出钢作业时间、出钢作业天车等信息。

2 关键技术

2.1 天车位置检测

在本系统中，天车位置分为天车本体大车位置和天车小车位置，他们均采用编码器电缆来检测，它的基本原理为电磁感应。编码器电缆采用无线电磁感应技术，由终端中央控制器、天车车载感应天线箱、共用编码电缆等部分组成。编码器电缆检测天车位置具有工作稳定、抗干扰性强、环境要求低等优点。

2.2 吊物智能识别

系统检测到天车物重变化和天车吊钩运动情况，自动判断当前天车吊物状态，无需人工干预，同时保存吊物数据供上位机读取。

2.3 智能调度

唐钢不锈钢炼钢物流智能调度是以炼钢各工序生产合理排程和作业设备有序调度为最终目的，采用智能物联网技术实现炼钢全流程生产数据与设备状态实时共享，并深度应用数据挖掘技术实现全厂炼钢各工序资源调度的紧凑、有序。

炼钢智能调度从功能模块上主要可以分为两大部分：涉及上层炉次计划下达的炼钢计划编排和底层车间设备（工艺设备、运输设备、容器设备等）资源调度。炉次计划编排主要由生产计划科根据订单情况，将客户订单按照一定的时间单位（月、周、日），编制炉次计划，发送至车间调度室。底层设备调度主要是调度室的调度人员根据上层的炉次计划和车间的设备状态，按照工艺要求，协调和组织车间生产，在确保连铸机不断浇、不减速的情况下，实现各个工序间的无缝衔接。

上层的计划编排输入订单信息，按照用户设定的规则，自动进行任务计划编制，编制完成后主要以甘特图的形式展现。若用户需要自己编制或者对根据设定规则所编制的结果不满意，可根据需求进行手动调整。同时，计划编排在保证连铸机不断浇的基础上，根据工艺要求，自动计算各炉次在各工序的生产设备及其开始、结束时间。

在出现干扰的情况下，系统能根据不同的干扰源，采用数据挖掘技术，形成规则库，对不同的干扰进行计划重排。