中厚板產線物流跟蹤系統的開發與應用

路銀北 胡玉法 王冰 張愛芳 宋瑜

(安陽鋼鐵股份有限公司)

中厚板產線物流跟蹤系統的開發與應用

路銀北 胡玉法 王冰 張愛芳 宋瑜

(安陽鋼鐵股份有限公司)

闡述了物流跟蹤系統在安鋼第二軋鋼廠實施的背景、目的和意義，介紹了系統的整體架構、主要功能、采用的關鍵技術，以及系統應用后的運行效果。

MES ERP 物流跟蹤 自動控制

0 引言

隨著全國工業技術水平的不斷發展和提高，鋼鐵市場競爭的日益激烈，節能降耗、降低生產成本已成為企業重要的指標，采用新的技術降本被眾多企業認同［1］。隨著其他同類企業的技術裝備的不斷提升，安鋼第二軋鋼廠2800mm四輥單機架生產已經不能滿足現代化的生產要求，如何有效解決縮短交貨期，協調工序間運作、及時傳遞生產信息、優化生產過程等問題，并提高設備作業率和鋼材的成品質量，促進2800mm四輥中板軋機的快速超產、高效運行，是安鋼發展戰略的重要問題之一。

目前安鋼已經在全公司順利實現了信息化一期建設，采用 ERP(Enterprise Resource Planning)和MES(Manufacturing Execution System)相結合的管理模式，并針對不同產線，分別實現了面向庫存和面向訂單的生產模式。為了實現公司精細化管理目標，信息化系統有待進一步繼續深化和完善。

1 存在的問題

第二軋鋼廠物流信息管理以前主要靠人工交流，效率低、勞動重復、信息容易發生錯誤，同時造成煉鋼→軋鋼→質量檢驗等流程的信息無法互通，對生產、物料、質量等信息不能及時有效的共享，無法實現科學安排生產、及時掌握生產情況，不能對產品質量快速、長期、有效地分析，無法實現與其他生產廠乃至公司信息系統的集成。雖然安鋼信息化一期建設實現了ERP系統和MES系統的基本功能，但在生產過程中還存在如下問題:

1)在物流跟蹤上MES已經實現了生產計劃的下達、實績數據的收集、部分數據的手動錄入和收集等批次跟蹤，但未實現物料的件次跟蹤，同批次物料中子板所對應的母版的原始尺寸和加工歷程都有較大的差異，批次跟蹤限制了質量管理和成本控制水平的進一步提高。

2)MES與ERP系統雖然已經運行，但由于大量的過程自動化和基礎自動化的實時數據未能收集上來，計劃的制訂缺乏足夠的基礎數據，計劃執行的具體情況也不能得到及時的反饋，限制了MES和ERP系統的運行質量。

3)生產組織和生產調度人員不能實時獲得鋼板在生產線上的具體位置和生產狀態，不能及時獲得全面的板坯數據，事后無法對質量異議進行深入詳細的比較分析，事中也無法實現生產計劃的實時修改。

安鋼ERP已基本上線運行，但全線生產協調控制與計劃調度是人工完成，信息傳遞靠人工報表，效率低，規范性差，制約了生產效率的發揮提高。鑒于上述實際情況，有必要開發中厚板生產線物流跟蹤系統，實現全線的物流跟蹤、信息共享及進一步優化全線生產效率，實現ERP與生產系統有機連接，從而實現管控一體化。

2 系統架構

2.1 系統方案設計

系統采用層次結構，自頂向下由兩臺高檔網絡服務器及其終端和打印機構成物流跟蹤計算機系統;由工業PC機構成操作站級;由PLC和通用控制器組成基礎自動化級。物流跟蹤系統編程軟件采用SIMATIC PSC7V60版本，硬件采用SIEMENS公司的S7－400系統，遠程I/O采用分布式ET200，網絡采用星型拓撲結構。

網絡部分以TCP/IP協議為基礎，采用光纖以太網通訊，與其它在線已使用的過程控制級、基礎自動化級、傳動系統實現數據交換，通過Profibus－DP網連接各個區域的工業級的PLC及ET200遠程站等控制系統，使得PLC之間可以快速交換數據。基礎自動化級采用獨立的PLC控制系統，在不更改現有控制系統功能，根據物流跟蹤需求數據，增加部分現場檢測元件，新增檢測元件通過分布式控制結構ET200 系統接入主控制器［2］。

在具體的物理實現上，物流跟蹤系統的設備選型與配置除了必須能夠滿足系統的功能要求以外，還考慮到設備的性能價格比、設備的安裝環境與布線、用戶使用操作等諸多因素。物流跟蹤系統在縱向分為基礎自動化級L1和過程自動化級L2兩個層次，在橫向劃分為加熱爐區、粗軋區、精軋區、矯直區、冷床區、剪切區、收集區。

按照中厚板生產線的工藝流程，并考慮與現有MES系統以及過程自動化及基礎自動化系統的銜接和配合，以及物流跟蹤系統功能實現的需要，將物流跟蹤系統進行如下的功能區域劃分:①上料區。從MES系統接收坯料的計劃信息;②加熱爐區。實現爐內位置跟蹤及加熱歷程數據記錄;③軋機區。通過與現有軋機AGC連接，采集其中的跟蹤數據，實現軋區鋼坯位置跟蹤及軋制過程數據;④矯直機區。實現矯直機區的鋼板位置跟蹤及矯直過程一級數據記錄;⑤冷床區。實現鋼板在冷床上的動態分布記錄;⑥剪切區。為操作員提供鋼板長度寬度參考和記錄剪切過程一級數據;⑦收集臺區域。操作工最后確認和修改信息［3］。

2.2 系統采用的關鍵技術

物流跟蹤不參與過程控制，僅是物的跟蹤，是實時的對物料和物料信息進行準確自動跟蹤的系統，每塊母或及子板都有一條信息與其對應，物料到達或離開某一區域時，對應的物料信息也必須保證在界面上到達或離開該對應區域。系統在實施過程中采用的關鍵技術有如下幾方面:

1)物流跟蹤系統采用SIEMENS S7－400 PLC，系統內部及系統與其它現有的控制系統、傳動系統及現場的ET200站采用光纖以太網通訊或者通過Profibus－DP網絡連接。

2)服務器處理接收到的L1事件，并按要求將數據上傳至MES系統。與MES通訊采用DB－Link方式，與L1通訊采用TCP－SOCKET電文方式。

3)物流跟蹤通過MES與丹麥的自動噴印機、側標打印機的對接，自動完成噴印信息的傳輸和打印，主要信息有產品執行標準、厚度、寬度、長度、牌號、批次號、特殊標識等。

3 系統功能的實現

物流跟蹤系統主要實現了第二軋鋼廠與生產相關的功能、全過程物流跟蹤功能、接口管理功能及用戶、角色、計算機等管理功能，以下對主要功能做簡要介紹。

3.1 生產相關功能

1)生產基礎信息管理。信息主要包括鋼種、物料名稱，坯料規格及成品規格等，是為了滿足生產和物流跟蹤所需，可以通過界面進行維護，也可以通過MES的接口進行下達，并作為實際產品的規格及具體參數的參照。

2)生產規程管理。這是對主體設備生產加工進行指導的設定數據，系統根據生產要求和物料、計劃跟蹤信息將規程數據下傳到生產設備。每種物料下傳一次，同一個計劃或者鋼種等信息關聯的生產規程將根據計劃跟蹤情況下傳。

3)生產計劃管理。計劃管理從MES接收到生產計劃開始，對每一個生產計劃進行管理，跟蹤每一個計劃的完成情況，直到一個計劃的生命周期終止時結束。計劃跟蹤建立在物料跟蹤的基礎之上，當一個就緒計劃的第一根物料上到爐前輥道時該計劃開始執行，根據就緒計劃的排序可預報加熱區下一個要執行的計劃。

對任一個計劃跟蹤區，可以跟蹤該區域正在執行計劃的信息，如計劃總塊數、總噸數、當前執行塊數、鋼種等，同時可以預報下一個進入該區域計劃的相關信息。當一個計劃執行完成，所有物料入庫后，計劃跟蹤結束，并形成整個計劃的生產情況，如開始時間、結束時間、執行周期等信息。計劃跟蹤實時反映生產計劃的執行情況，并收集一個計劃在生命期間的有關信息，為工廠按生產計劃組織生產提供參考信息。

4)實績管理與信息統計。在物料經過主體設備加工后或經過關鍵工序檢查后產生的生產實績，將根據物流跟蹤進行收集，并與物料關聯。生產實績以自動收集為主，人工錄入為輔，并提供界面進行瀏覽、修正和補漏。生產實績包括生產產生的實際結果、訂單信息、判定信息和質量信息等，并根據需要可向MES系統上傳，可以自動上傳，也可人工上傳。生產信息的統計包括作業統計、生產統計、質量統計等幾個方面。具體的統計項、指標、計算公式等在基本設計階段時進行確定。

3.2 物流跟蹤功能

1)加熱爐區域。由爐前爐后滾道熱檢信號、冷檢信號及軌道動作方向信號，產生坯料在滾道上運行事件，由此給出坯料定位信息;由爐前冷檢與推鋼機動作，產生坯料入爐事件，由出爐軌道熱檢與出鋼機動作，產生出爐事件，由高壓水除磷前熱檢和除磷命令，產生坯料除磷事件，同時向L2傳輸高壓水水壓信息。

2)軋機區域。在粗軋機前后增加兩個熱檢，由機前熱檢信號及滾道動作方向信號，產生軋機定位信息，由坯料到達粗軋機前熱檢及高溫計信號，產生坯料到位事件，向L2發送開軋溫度信息，由軋機主傳動力矩及運動方向信號，產生軋機各道次軋制事件，同時向L2發送各道純軋時間，道次號，各道壓下量信息，由首道次，末道次主傳動動力據信號產生軋制事件，向L2發送純軋制時間信息。

3)矯直區域。在矯直機前增加一個熱檢、矯直機后增加一個紅外測溫儀，根據矯前熱檢及矯直機動作信號，產生軋件到矯前及軋件矯直事件，同時向L2發送軋件開矯溫度、終矯溫度、矯直時間信息;針對矯直機往復矯直情況，按照軋機控制模式實現矯直道次跟蹤。

4)精軋區域。根據橫剪前后輥道光柵信號及輥道動作方向信號，產生軋件在輥道上運行事件，由此給出軋件定位信息;根據收集臺架前輥道光柵及收集臺車動作信號，產生板坯上收集臺架信息;根據收集臺架噴印機前限位開關動作信號，產生噴印事件，由L2系統向噴印機發送噴印信息;根據收集臺架出口端限位開關信號，產生下收集臺架事件，物料號由收集臺架下線。

3.3 與MES的集成應用

利用MES的生產計劃模塊，在排產之前將銷售訂單轉化為生產合同，在編碼體系、冶金規范、訂單類型的支持下，根據銷售訂單的牌號、規格、交貨狀態、執行標準等信息，通過質量設計和質量匹配，轉化為生產訂單后組織生產。板坯裝入上料輥道時，相關數據和信息(原料數據、成品數據、化學成分、加熱工藝參數、軋制工藝參數、產品標準等)發送到物流跟蹤系統，系統執行過程控制和物料跟蹤，采集生產數據，將生產實績上傳到MES系統中。物流跟蹤系統傳給MES系統的主要信息有:板坯裝爐、出爐實績、下線、軋制實績、冷床實績、質檢實績、甩鋼上料、噴印等信息。

4 效果

該項目自2009年上線以來，一直運行良好，現場提供指導生產的信息。系統采用分布式數據庫技術，實現了物料的全過程自動跟蹤與自動收集生產實績及質量數據，并按件或按計劃上傳數據到上層系統;通過網絡技術與現場的多個設備的控制系統相連接，實時采集系統所需的數據，保持數據的準確性、一致性和及時性;真實的反映出現場生產的實際情況，并為生產組織提供有效的分析。

物流跟蹤系統操作機界面良好，直觀，實績數據及實物跟蹤及時準確，避免了因信息流不暢造成了誤操作，滿足了軋鋼生產過程中對信息的要求，通過MES與PCS系統的集成應用，產量與產品質量得到大幅提高，交貨期大為縮短，合同兌現率顯著提高，并開發了大量高等級、高附加值的產品，品種板、專用板比例居國內同行前列，取得了明顯的經濟效益和社會效益。

5 結語

物流跟蹤系統適應信息化建設的需要，是信息化建設的一部分，它的間接效益遠大于直接效益。通過與MES之間的數據傳遞實現訂單、作業計劃、發貨以及質量跟蹤，實現了信息流和物流的同步，保證了生產經營過程中的信息及時性、準確性，對減少庫存、降低成本、實行按訂單組織生產起了重要作用，有助于加快產品和技術創新，促進企業管理，增強市場競爭力。

系統有著很好的示范、推廣應用價值。系統完成后，不僅提高了設備作業率，對四輥軋機的高效運行起到了極為重要的作用，而且縮短了交貨期，優化了軋批計劃的編制，提高了鋼材的成品質量，促進了2800mm四輥中板軋機的快速超產。

［1］何永剛，黃麗華.我國鋼鐵企業信息系統應用研究［J］.情報雜志，2007，26(7):1－4.

［2］臺方.可編程序控制器應用教程［M］.北京:中國水利水電出版社，2008:46－56.

［3］仉楊.物流跟蹤系統在中厚板軋線上的應用［J］.科技風，2011(7):127－128.

DEVELOPMENT AND APPLICATION OF LOGISTICS TRACKING SYSTEM OF HEAVY PLATE PRODUCTION LINE

Lu YinbeiHu Yufa Wang Bing Zhang Aifang Song Yu
(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

The article describes the background，purpose and meaning of logistics tracking system in No2 rolling plant，states integral structure，main functions of the system and the key technologies as well as running effect after system application.

MES ERP logistics tracking automatic control

聯系人:路銀北，高級工程師，碩士，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司計量控制處;

2012—4—25