物料跟踪系统在高线生产过程中的应用

黄新峰 杨军 李员妹 钱勤锋

摘  要：本文介绍了物料跟踪系统构成，以及物料跟踪在新钢线棒材厂高线生产过程的应用。这套系统支撑高线组批、装炉、炉内加热、出炉、轧制、集卷、称重、入库、发货全线流程，满足线棒厂生产精细化管理的要求，使生产过程的物流和信息流同步，实现生产管理的在线化、集成化、合理化，提升新钢线棒厂的生产综合管理能力。实践表明该系统符合新钢公司“智能制造、智慧工厂”推进工作，成效显著。

关键词：高线  物料跟踪系统  系统构成  跟踪流程

中图分类号：F273                              文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）12（c）-0103-04

Abstract： This paper introduces the structure of material tracking system and the application of material tracking in the Hi-Speed Wire Rod production process of Xin steel Wire & Rod Rolling Mill Plants. This system supports the whole process including batching， furnace charging， furnace heating， furnace discharging， rolling， volume collection， weighing， warehousing and delivery， which meets the requirements of Wire & Rod Rolling Mill Plants in the production of fine management， synchronizes the logistics and information flow in the production process， Realizes the production management online， integrated and rationalized， improves the comprehensive production management capacity of Xin steel Wire & Rod Rolling Mill Plants. The result shows that the system is in line with the promotion of "intelligent manufacturing and intelligent factory" of Xin steel， and the effect is remarkable.

Key Words： Hi-speed wire rod; Material tracking system; System structure; Tracking process

钢铁产品生产线跨度长、工序多，任何环节出现故障或错误都会影响到整个生产的正常进行。钢铁生产流程一般可分为生产线上的工艺环节和生产库区内的物料分流及再加工环节，为确定物料在生产线上的具体位置，物料跟踪在连续生产过程中起着关键性作用。随着互联网技术迅速发展，工厂制造执行系统（MES）已普遍应用在各钢铁厂上。

新钢公司产销MES系统涵盖了新钢所有钢轧单位产线的产销业务，为新钢实现以订单组织生产的运营模式转型起到了不可替代的作用，陈 刚，刘晓冰等也提出MES系统、物料跟踪系统在钢铁行业中的重要性。柳钢棒线厂经过多年的实践证明二级系统能够准确、及时地完成物料跟踪和实绩统计，大大减少员工劳动强度，且系统操作简便，降低出错率。基于当年新钢产销MES系统建设的业务管理特点及要求，线棒材厂MES系统只开发生产计划制定与下发、原料组批、（计量）入库及成品發运业务，而加热到成品产出间的过程业务没能有效利用系统进行跟踪，工序间生产过程数据靠人工传递，当信息传递不及时，容易造成产品混批次，甚至混钢种。为此，线棒材厂委托视拓公司开发物料跟踪系统，支撑高线从组批、装炉、炉内加热、出炉、轧制、集卷、称重、入库、发货全线的物料跟踪，满足线棒材厂生产精细化管理的要求，使生产过程的物流和信息流同步，实现生产管理的在线化、集成化、合理化，提升新钢线棒材厂的生产综合管理能力。

1  高线工艺流程

新钢线棒材厂高线生产流程如图1所示。

2  系统构成

基于新钢产销MES系统的总体框架下，构建新钢线棒厂物料跟踪系统，主要从硬件与软件两个方面实现系统升级改造，解决高线炉号跟踪以减少混批，以及提高线棒材产品发运的作业效率和减少差错率，减少员工劳动强度。

2.1 硬件

新钢线棒厂物料跟踪系统结构见图2。高线物料跟踪系统配置2台华为FusionServer 2288H V5服务器，用作数据库服务器、应用服务器和数据采集服务器，服务器通过主备式部署，实现系统的高可用。2台华为S5720-28P-SI-AC交换机，提供1GB的业务网络带宽和10G分布式存储网络带宽，实现应用和数据库访问分布式存储，以便故障快速恢复，通过冗余和堆叠技术实现服务器网络高可用。若干台操作终端、移动终端，用于现场操作岗位必要的人工干预与监控，移动化质检、发运等业务操作。若干个RFID读卡器，分别安装在上卷、质检、称重和卸卷等位置，用于高线后区C型钩号跟踪。4块电子信息看板，为现场无操作终端岗位实时提供炉号信息、温度、成品尺寸等生产过程关键参数。

2.2 软件

高线物料跟踪系统的软件系统包括数据库、后台应用服务器、人机界面。此物料跟踪系统主要作用是接收新钢产销MES系统下发的生产计划，对其分析处理，厂内生产过程实绩跟踪，向产销系统和计量系统发送炉号信息，接收产销系统反馈的过磅重量，通过客户端提供人机交互，显示相关实绩信息，示意图如图3所示。

数据库采用的是Oracle 编译，搭建一个数据平台，此平台包含系统程序所用到的各种数据表。如原料库存表、轧制计划表、加热炉数据表、成品过磅实绩表等。这些数据表保存了系统用到的原始或处理后的信息，以作其他程序调用或存档。

应用服务器包含了与MES的接口平台，视拓的ICP-iCore应用平台，以及针对新钢线棒厂开发的若干应用程序，如移动化检验和发运App后台服务。

2.3 系统功能说明

系统客户端是基于视拓公司开发的ICP-iCore应用平台，安装在各个操作终端上，为操作人员提供一个监视、查询和必要的干预交互界面。其主要功能包含原料入库与组批管理、作业指示下发、加热炉装炉作业、加热炉出炉作业、主轧线作业实绩、集卷作业实绩、成品外观检验、成品计量入库、调度日志管理、综合查询等几大模块。

（1）原料入库与组批管理：通过接口与产销系统连接，获取炼钢发送到高线原料库的待入库钢坯信息，提供原料入库确认操作;以产销系统高线轧制计划为依据，编制高线轧制批次计划即组批。

（2）作业指示下发：通过接口与加热炉控制系统连接，下发高线组批信息，便于加热炉自动化控制系统信息展示。

（3）加热炉装炉作业：及时收集钢坯入炉作业实绩、加热炉的工艺信息及设备运行信息，保证加热炉的作业实绩信息的完整性。根据入炉口金属检测信号，结合其它相关信号，作为钢坯装炉的驱动条件之一，在异常情况下，提供人工调整功能核对入炉支数。对于挑废的钢坯，必须及时进行标识。

（4）热炉出炉作业：及时收集钢坯出炉作业实绩、加热炉的工艺信息及设备运行信息，保证加热炉的作业实绩信息的完整性。根据出炉口热检测信号，结合其它相关信号，作为钢坯出炉的驱动条件之一，在异常情况下，提供人工调整功能核对入炉支数。

（5）主轧线作业实绩：对主轧区域（从粗轧到吐丝成卷全过程）作业实绩及时收集。轧线主操岗位，做为各批次出炉、成材支数的最终核实岗位，需要在系统中确认各批次的最终支数，此信息将作为集卷信息的源头。对于回炉、轧废等异常的钢坯，必须及时进行标识。

（6）集卷作业实绩：通过原料工组批支数、主轧操室确认的轧制成材支数，结合集卷设备上安装的C型钩识别装置，实现上C型钩上的线卷物料信息的自动跟踪。与高线成品计量系统接口，发送高线的集卷上钩实绩，支撑高线的成品称重计量作业。

（7）成品外观检验：通过移动终端App实现高线成品的外观检验实绩、尺寸卡量结果登记。将尺寸卡量实绩及时上传，支撑产销系统中高线成品的公差判定及综合判定;将外观检验缺陷信息及判定结果上传，支撑高线成品的综合判定。

（8）成品计量入库：成品计量作业由计量系统完成。二级物料跟踪系统根据成品秤上钩号识别装置读取到的C型钩号，获取钩上对应的高线成品卷号信息，通过与计量系统接口，发送待计量的成品卷号，自动化部完成计量后，将卷号及重量信息一并返回到二级物料跟踪系统。完成計量后的高线成品，由检测完成标牌打印及挂牌操作。

（9）调度日志管理：对于停机信息、能源介质消耗等情况，提供调度日志记录功能，结合系统自动采集的生产实绩，为生产班报、日报、月报，以及统计等，提供数据源。

（10）综合查询：提供生产班报、日报、月报等各种生产有关查询及报表，帮助生产管理人员直观、全面、及时地掌握生产状态，为生产全局性协调与调度提供信息支撑。主要有：生产调度日志、技术指标统计分析表、产量统计表、原料组批记录、加热炉排钢记录、加热炉出钢记录、轧制跟踪报表等。

3  系统跟踪流程

物料跟踪系统在高线生产过程中起到纽带作用，详细记录钢坯从原料入库到成品发运，整个个物流过程，形成电子跟踪卡，实现物料信息一键查询、全程追溯。

（1）原料组批与上料。原料工通过客户端同步产销MES系统中原料库存信息，勾选对应的轧制计划及原料炉号进行组批，下发至加热炉作业界面，指挥上料工把当班所轧原料按轧制计划顺序转运至上料平台。

（2）进出炉跟踪。排工人通过运输辊道，将上料平台上的坯料按上料顺序操作进炉。在每支钢坯进炉时，系统会自动分配一个ID，作为钢坯在炉内跟踪标识用。加热炉是一个封闭的空间，人无法通过进出炉视频监控到每支钢在炉内的运转情况，只能依靠系统程序跟踪，而系统跟踪难点在于判断炉内悬臂辊上有无钢坯，以及同加热炉步进梁的连锁关系[7]。炉内悬臂辊有钢判断条件为：①炉外辊道正转;②入炉辊道光检检测有钢，炉门口光检检查有钢;③炉内悬臂辊正转超过5秒;满足这三条件则判断炉内悬臂辊有钢;否则为无钢。钢坯与步进梁连锁关系为：①炉内悬臂辊有钢;②加热炉推钢机一次推钢动作;③一次步进梁正循环动作;满足这三条件则钢坯从悬臂辊位置移到第一位置。若①炉内悬臂辊无钢;②加热炉推钢机一次推钢动作;③一次步进梁正循环动作;则第一位置产生一个空位。步进梁每次正循环，步进梁上钢坯或空位向前走一位。每以此循环，直至钢坯走到步进梁末位置。当出炉悬臂辊无钢状态下，一次步进梁正循环，则判断出炉悬臂辊有钢。当加热炉L1接收到轧区要钢信号，出炉炉门打开，出炉悬臂辊正转10s，出炉门口光检检测有钢信号，则完成一次出钢动作;若出炉门口光检检测无钢信号，则完成一次走空位动作。在实际生产过程中，有时会出现来回出钢倒钢等复杂操作，会造成信号丢失或错位，此时必须人为干预调整，以保证炉内钢坯信息准确。

（3）轧制跟踪。在钢坯出炉后，通过轧前输送辊道喂进轧机。当1架轧机有咬钢信号，且持续一段时间，则系统主轧界面自动标识此钢坯为已轧制。操作工可通过主轧界面人工干预标识每支钢坯轧制状态，如轧废、剔料等，以保证炉号信息完整。

（4）收集跟踪。系统根据原料工所组轧批信息和主轧操室确认的轧批号成材支数，生成预上C型钩的卷号信息，包含当前轧批号及卷号顺序。整个上卷过程为：待上卷的C型钩停留在接卷位置，C型钩上方读卡器通过标签卡读取C型钩号，并把此钩号和待上钩卷号信息关联。当收集芯杆将散卷平放至运卷小车上，小车完成一次上钩动作，散卷落在C型钩上，对射光检检测为有钢信号，系统判定此钩号为重钩，小车回到接钢位置，PF链停止器自动放钩，C型钩携带卷号信息自动流转下道工序;对射光检检测为无钢信号，则判定为空钩，停止器不放钩，继续等待接收下卷重钩。

（5）过磅与卸卷跟踪。经过打包成捆的盘卷流转至磅房称重，在称重位置上方读卡器读取C型钩号标签卡里卷号信息传至计量系统，计量自动化程序完成称重动作，并把重量传至产销MES系统，物料跟踪系统通过接口读取产销MES系统里称重数据，并保存在数据库里。称重完成后，C型钩流转至卸卷台，停留在待卸位置。卸卷对射光检检测有钢信号，卸卷小车上升托起盘卷并将盘卷运至卸卷台，卸卷小车返回待卸位置，卸卷完成。C型钩离开卸卷台，流转至收集台完成一轮运转。

4  结语

新钢线棒厂高线物料跟踪系统上线运行半年多，经过不断测试、跟踪、优化完善，能准确、及时地完成物料跟踪和实绩统计，并向产销MES系统提供可靠数据。物料跟踪系统投运后，给员工带来很大便利，取消纸质流转卡运转，实现扫码发运，大大减少员工劳动强度。而且系统操作简单、易学，自动化程度高，符合新鋼公司“智能制造、智慧工厂”等推进工作，成效显著。

参考文献

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