烧结厂原料进场全流程数字化自动跟踪系统的研发与应用

钟广宁，甘牧原

（广西柳州钢铁集团有限公司烧结厂，广西 柳州 545002）

0 引言

柳钢烧结厂有 5台翻车机，日均总卸车量接近1000个车皮，不论严寒酷暑岗位工都得沿着车组巡视抄车号，回到控制室再查询卸料计划确认矿粉信息，最后核对车号操作收料，收料流程劳动强度大，准确率不高且容易造成混料。研发系统解决这一困局以提升卸车作业率和管理水平，成为技改的重点项目。

1 RFID技术多点获取车号

1.1 RFID识别装置安装

烧结厂引入的 GDH-RFID车号识别装置是900MHz微波自动识别设备，采用了微波射频技术，主要由天线、读出装置（AEI主机）、同轴电缆三部分组成。如图1所示，红色虚线框内即为车号识别装置，在识别位置的轨道枕木间安装天线用于发射微波激发车皮底部的芯片，在天线附近10 m左右安置道边箱，读出装置获取芯片信息后通过以太网发送至远端的前置机。

图1 识别装置边界Fig.1 Identifying device boundaries

1.2 识别位置布局

如图2中红色标识所示，在翻车机重车线入口向外延伸约200 m安装一套识别装置，用于识别完整车组，具有双天线异步识别功能以确保软件能够判断车皮进出。在翻车机空车线牵扯台出口安装一套识别装置，用于确定每个车皮翻卸的完成时间进行自动收料。

图2 识别位置布局Fig.2 Identifying location layout

1.3 解析RFID接口数据

开发 GetTruckNo程序运行在系统的前置机上，程序监听232串口，一旦车皮芯片靠近天线的发射范围，读出装置就向前置机发送车皮的各种出厂信息，程序立即响应对其解码。解码过程严格按照 RFID厂商提供的协议进行，为了提高程序执行效率，抓住开头字节和有效长度，提取有效字符即可，如图3所示。

图3 解码流程图Fig.3 Decoding flow chart

2 研究内容系统架构与实验结果

2.1 MQTT订阅/发布

GetTruckNo程序主线程每解析出一个车号就产生一个新线程向MQTT服务器的对应通道（设计每个翻车机都有自己的channel）发布，所有订阅了该通道的 MES客户端都会收到车号并与进厂批次信息匹配、对比来进行实时展示。

2.2 TCP/IP上传车号信息

GetTruckNo程序监听串口有新车号信号读取（或者若超过5秒未触发事件），则定为最近一期车号识别结束，将通过Socket向数采应用服务器发送该车号、股道。开发 RecTruckNoSendL3程序运行在数采应用服务器上，当收到GetTruckNo发来的信息时调用ixcom接口向MES后台发送车号、股道、班组、班次等信息。

2.3 MES后台处理

MES后台接收到车皮信息，将其中的车号与进厂信息进行匹配，存储车皮信息和匹配信息。MES后台周期进行收料逻辑处理，若接收电文时匹配失败，则收料前再次匹配。收料由五种周期（分别延时5 min，以及1、2、4、8 h）触发执行，意味着五次收料，车皮在任何一次收料成功，那么往后的周期收料都不参与。

MES后台响应客户端请求，回复车皮进厂批次信息和历史识别收料记录。各环节组成的架构如图4所示。

图4 系统架构Fig.4 System architecture

3 MES客户端

按系统的功能需求，在MES客户端开发两个界面，分别是烧结火车皮预告识别、烧结火车皮自动匹配收料信息。前者能按用户要求订阅某个翻车机的卸料实况，进厂批次信息（即将到位的车组）；后者能根据用户自定义查询历史识别记录，掌握自动收料情况。

3.1 烧结厂火车预告识别

如图5所示，用户在查询条件选择翻车机，点击查询按钮后，界面程序首先向MES后台获取对应库区将接收到的进厂批次显示在表格里，并且不同的批次用蓝色和淡黄色交替渲染区分，当界面程序接收到由MQTT服务器发来的连续相同车号时，表格对应的含有该车号的行就连续地闪烁黄色。当闪烁停止过了5秒或者有新的车皮识别，该行变为绿色、白色或者红色，绿色代表处于重车线待卸，白色已翻卸完成，红色是未经翻卸而退出重车线。

图5 烧结厂火车预告识别界面Fig.5 Forecast-identification interface of train car in sintering plant

查询条件下方为重车线实时车组栏目，模拟重车线车皮实况，与现场完全同步。点击查询后，界面还会向MES后台获取当前重车线车皮信息，一边匹配表格内容一边加载进入该栏目。当有车皮进入或退出时，在车组的末端增加或删除模拟车皮，当有车皮翻卸完成经过迁车台出口时，则在车组的头部删除模拟车皮。模拟车皮包含识别序号、车号、料种等信息，当任一车皮出现混料或空车时，该模拟车皮背景变红色并且发出警报声，序号与表格中的“识别顺序”列对应。

3.2 烧结火车皮自动匹配收料信息

如图6所示，用户在查询条件中选择条件后点击查询按钮，界面就会从后台获取符合条件的历史识别记录。“自动收料”列记录车皮的自动收料状态，状态分为“未收”、“已收”、“拒收”3种，定义如下：

图6 烧结厂火车皮自动匹配收料信息界面Fig.6 Automatic matching and receiving information interface of the train car in sintering plant

未收——车皮被识别进入重车线的状态，属于初始化状态。

已收——车皮自动收料成功后的状态。

拒收——用户拒绝自动收料的状态。

用户可以根据现场特殊情况自行选择是否允许车皮自动收料。选中行之后点击“自动收料切换”按钮，该车皮信息的状态可在“未收”和“拒收”之间切换。MES后台只针对“未收”状态的并且已完成卸车的车皮定时自动收料。车皮经过翻车机出口后5 min内后台自动收料，本次收料失败会有后续补收机制，如表1所示。

表1 自动收料补收机制Tab.1 Automatic material receiving and replenishment mechanism

4 应用效果

系统投用后，可以做到一年四季不停机，岗位工只需打开MES相应界面，无需任何操作，铁运“快递”到达家门口便知是什么“套餐”，完全屏蔽了计划不及时、计划赶不上变化的特殊情况；卸车后车皮经过迁车台出口的识别天线，系统立即自动收料入库，全程显著降低劳动强度，提升生产效率和管理水平：

（1）识别装置对车号的识别率达99%以上，岗位工不必到现场抄写车号，减少工作量和车皮的待卸时间。

（2）一组车皮压过进线识别装置天线，各车号及其对应的矿粉信息立即自动显示在翻车机控制室的MES界面上，为指导生产提供有力参考。

（3）卸料位置出现混料、空车立即报警，此实时动态效果降低了生产操作失误率，从而减少料堆混料的发生。

（4）系统对识别过的车皮定时自动收料，取代人工操作收料，进一步减少工作量。

（5）为追溯历史生产提供便利，有效提高管理水平。

5 结论

烧结厂原料进场全流程数字化自动跟踪系统不是单纯的识别装置，是否发挥作用关键在于对获取的车号如何加以应用，这取决于软件设计的科学性，依赖于公司整个信息化系统运行的完整性，因此本系统的稳定运行不仅需要开发人员持续总结用户反馈的问题来优化软件以及维护人员对网络、服务器等硬件的及时维护，更需要关联系统（采购、物流、MES等）的使用协同到位。