基于計(jì)算機(jī)的天車物流管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何留杰，李 靜

（黃河科技學(xué)院，河南 鄭州 450063）

1 引言

鐵水在煉鋼車間生產(chǎn)過程中的運(yùn)行路線是：用魚雷罐或者鐵水包將鐵水運(yùn)到待煉鋼區(qū),魚雷罐或者鐵水包由天車吊起并運(yùn)送到轉(zhuǎn)爐處,天車將鐵水包內(nèi)的鐵水倒入轉(zhuǎn)爐后回到廢鋼斗位置，然后吊起廢鋼運(yùn)至轉(zhuǎn)爐后將廢鋼倒入爐內(nèi)，然后回到初始位置。下一道工序?yàn)檗D(zhuǎn)爐吹煉，并將冶煉合格的鋼水倒入鋼水包內(nèi)，經(jīng)天車吊運(yùn)至連鑄機(jī)并進(jìn)行澆注生產(chǎn)。這就引出了物流管理系統(tǒng)的概念，即通過對每個(gè)爐次所需鐵水量、配比廢鋼加入量、出鋼量的參數(shù)和對應(yīng)的時(shí)間以及所到連鑄機(jī)座位置等信息的數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行系統(tǒng)的流動(dòng)式管理。結(jié)合現(xiàn)代化管理理念，為確保更加精確地操作，減少人工操作量，降低人為出錯(cuò)率，我們將物流管理系統(tǒng)運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中。實(shí)踐證明自動(dòng)化式的物流管理系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用。

2 總體思路

2.1 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集

（1）爐次號(hào)：爐次號(hào)為7位，是由字母和數(shù)字共同組成。第1位表示年份，由數(shù)字表示。第2位表示爐座，即4個(gè)轉(zhuǎn)爐分別用ABCD字母表示。最后5位數(shù)分別表示年度冶煉序號(hào)。例如：爐次號(hào)“2A00361”，表示2012年1#轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的第361爐鋼。

（2）班次：分為甲、乙、丙、丁四班三運(yùn)轉(zhuǎn)制度，每班8小時(shí)工時(shí)。

（3）鐵水的加入量和時(shí)間。加入量，為1個(gè)爐次累計(jì)加鐵水量；時(shí)間，為每次加鐵水的時(shí)刻。

（4）廢鋼的加入量和時(shí)間。即為廢鋼和加入時(shí)刻。

（5）空包重和座包時(shí)間。空包重，為空鋼水包凈重；座包時(shí)間，為鋼水包擺放到出鋼車上的時(shí)刻。空包重的精準(zhǔn)程度影響出鋼量和澆余量的計(jì)算。

（6）產(chǎn)出鋼水量和出鋼時(shí)間。產(chǎn)出鋼水量，表示一個(gè)爐次煉出的鋼水重量；出鋼時(shí)間，表示鋼水產(chǎn)出的時(shí)刻。

（7）鋼水軌跡。它表示整個(gè)出鋼過程的流向軌跡，幾種方式如圖1。從圖1可以看出，鋼包可以回爐也可以直接去連鑄機(jī)進(jìn)行澆鑄，空包由天車吊走。

（8）澆余量和下連鑄時(shí)間。澆余量，表示空包所剩的鋼水量；下連鑄時(shí)間，表示天車吊走空包的時(shí)刻。

（9）數(shù)據(jù)采集。以班產(chǎn)、日產(chǎn)、月產(chǎn)為統(tǒng)計(jì)目標(biāo)。

2.2 思路匯總

煉鋼車間內(nèi)，天車的工作量很大，所以可以對天車的使用信息進(jìn)行采集，來推理物流系統(tǒng)數(shù)據(jù)。我們對天車進(jìn)行了合理化的裝配，具備了稱重功能、位置檢測功能。在天車運(yùn)行所到之處都有相應(yīng)的工作點(diǎn)來呼應(yīng)天車進(jìn)行位置檢測，例如轉(zhuǎn)爐、鑄機(jī)、精煉站、鋼包放置位等。天車在主要位置都將被檢測，而且天車在作業(yè)時(shí)，其稱重系統(tǒng)的數(shù)據(jù)也會(huì)發(fā)生變化。通過采集到的天車重量變化數(shù)據(jù)和位置檢測數(shù)據(jù)，并根據(jù)一些常量，推導(dǎo)鋼鐵物料數(shù)據(jù)，然后根據(jù)所需時(shí)間和座次來推算爐次、班次等數(shù)據(jù)。最后，通過服務(wù)器將匯總的信息保存到數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

3 詳細(xì)推理原理

例如，首鋼京唐公司煉鋼部配備三座脫碳轉(zhuǎn)爐和兩座脫磷轉(zhuǎn)爐，三座精煉站和四座高速鑄機(jī)。鐵包區(qū)兩個(gè)跨，鋼包區(qū)兩個(gè)跨，還有后道工序的天車跨，天車實(shí)際運(yùn)作非常多。根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝要求，本部鑄機(jī)與轉(zhuǎn)爐的對應(yīng)關(guān)系是任意對應(yīng)關(guān)系。這種關(guān)系使得物流系統(tǒng)、鋼水軌跡交叉，錯(cuò)綜復(fù)雜。

3.1 鋼鐵料推理

煉鋼物料消耗的推理，我們用鐵包跨鐵水來進(jìn)行分析。

3.1.1 硬件組成。鐵包跨的四臺(tái)天車，每臺(tái)天車都可以給每個(gè)爐座加鐵水。

天車安裝稱重裝置，配備傳感器設(shè)備，并將信號(hào)輸送給稱重儀表，經(jīng)換算顯示為當(dāng)前吊物重量。部分天車配備高精度稱量補(bǔ)償設(shè)備，以彌補(bǔ)鋼絲繩重量。具體設(shè)備描述，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

天車定位系統(tǒng)能夠很好地控制天車的啟、停位置而且結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)置容易，通過某固定參照點(diǎn)移動(dòng)距離來確定其所處位置。通過在軌道設(shè)置接近感應(yīng)裝置，來區(qū)分各個(gè)位置。

天車運(yùn)行的特殊需求，需要天車使用無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備進(jìn)行無線數(shù)據(jù)采集，將重量和位置數(shù)據(jù)信息發(fā)送到服務(wù)器。煉鋼車間內(nèi)有多部天車運(yùn)行，無線數(shù)據(jù)采集方式有：（1）輪詢應(yīng)答。每部天車裝一個(gè)分站，將唯一的地址碼和相同的頻段匯總到傳輸主站，進(jìn)行相互信息交換，將所需重量和位置信息傳輸給服務(wù)器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性不高、效率低。（2）一對一直接傳輸。通過每臺(tái)天車和地面對應(yīng)的收發(fā)設(shè)備分配不同頻段，使通訊互補(bǔ)干擾，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，缺點(diǎn)是費(fèi)用高、維護(hù)工作量大。

由數(shù)據(jù)庫接受并存儲(chǔ)所有天車的重量和位置數(shù)據(jù)信息。3.1.2計(jì)算機(jī)推理原理。可以通過服務(wù)器對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，可以獲取某時(shí)刻的某一座轉(zhuǎn)爐加入鐵水量。推理原理為：通過監(jiān)測點(diǎn)，分析天車起吊重物和放下重物后的重量變化，來得到天車在這個(gè)位置的操作行為。如圖6所示。

以圖6中扒渣機(jī)工作為例。其數(shù)據(jù)由假設(shè)為0的狀態(tài)，到其工作時(shí)重量變?yōu)?2t，則可以判斷為天車在扒渣機(jī)位置吊起一包鐵水。判斷某座轉(zhuǎn)爐是否進(jìn)行了操作，可以通過天車在某座轉(zhuǎn)爐工作位時(shí)，采集天車的重量，當(dāng)天車退出轉(zhuǎn)爐工作位時(shí)，再采集其重量，來進(jìn)行推導(dǎo)，可以判斷加入鐵水的重量為：V=Vin-Vout=82-33.25=48.75t

這種方式的優(yōu)勢在于，只采集天車在進(jìn)、出工作位時(shí)重量的變化，簡化了推理算法，使程序結(jié)構(gòu)更加簡潔。

采集天車進(jìn)、出位置信息和重物重量信息。通過采集射頻卡上掃描的信息，來判斷天車運(yùn)行的方向或位置，如圖7所示。

天車經(jīng)過某位置時(shí)，通過射頻卡的掃描來判斷。如果是由001到002，說明天車進(jìn)入3#爐工作位，如果由002到001說明天車離開3#爐工作位。

重量信息的采集通過重量穩(wěn)定性來判斷。在一定的范圍值內(nèi)，取某一時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)計(jì)算其離差，如果在規(guī)定范圍值內(nèi)，則說明數(shù)據(jù)處于穩(wěn)定狀態(tài)，最后取其平均值來作為當(dāng)前的重量值數(shù)據(jù)。

其它數(shù)據(jù)的推理與上面的推理相同，但推理出鋼量時(shí)，要先推理空包重量，隨后出鋼后，再推理重包重量，其差值就是某轉(zhuǎn)爐的出鋼量。

3.2 爐次號(hào)與班次推理

先回到爐次號(hào)后5位，前面提到的后5位爐次號(hào)最后一位加1，就表示多煉了一爐鋼。正常工藝為加鐵-加廢鋼-出鋼，待推出轉(zhuǎn)爐加鐵的數(shù)據(jù)后，就形成了爐次號(hào)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，會(huì)遇到很多情況，例如設(shè)備故障、再次加鐵、再次加鋼等狀況，這樣可能引起爐次號(hào)混亂。如果發(fā)生設(shè)備故障則可能導(dǎo)致某些行為未被進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確采集，這樣服務(wù)器就會(huì)發(fā)生連續(xù)兩次出鋼行為。對此，可以設(shè)定產(chǎn)生爐次號(hào)的參數(shù)要求，對于兩次加鐵但時(shí)間間隔較短，則認(rèn)為同一爐次，生成一個(gè)爐次號(hào)。對于連續(xù)兩次的出鋼行為且時(shí)間間隔較長，則設(shè)為加鐵數(shù)據(jù)丟失，也滿足生成一個(gè)爐次號(hào)的要求。

班次是隨著爐次號(hào)生成的，如果某爐鋼跨班次，則以加鐵時(shí)間為準(zhǔn)。

3.3 鋼水軌跡推理

轉(zhuǎn)爐出鋼后的鋼包去向即為鋼水的軌跡。以鋼包為主線，舉例說明，如圖8所示。

圖8中，3#爐出鋼后鋼包的運(yùn)動(dòng)軌跡為，1#天車由0.0t進(jìn)去工作區(qū)，吊起鋼包離開，重量為82.0t，此時(shí)生成的爐次號(hào)為2A03890。當(dāng)天車將該包鋼水放到1#精煉位置，離開時(shí)重量如果為0.0t，則說明天車已將爐次號(hào)為2A03890的鋼水放到了1#精煉站；依此類推，2#天車進(jìn)入將爐次號(hào)為2A03890的鋼水由1#精煉站運(yùn)至轉(zhuǎn)臺(tái)，也有同樣的重量數(shù)據(jù)變化；最后，3#天車從回轉(zhuǎn)臺(tái)將鋼包運(yùn)至5#連鑄機(jī)，此時(shí)再次有一個(gè)重量變化，推出天車已將鋼包運(yùn)送到位。其軌跡為：2A038903#爐→1#精煉→回轉(zhuǎn)臺(tái)→5#連鑄機(jī)。

為保證天車的正常運(yùn)行，將每臺(tái)天車都裝上位置檢測裝置。將提升車軌道設(shè)為X軸，小車檢測設(shè)為Y軸，X軸也分工作位置，X軸檢測進(jìn)入或離開的位置變化推理思想和Y軸相同。這樣可以避免出現(xiàn)些復(fù)雜問題，比如在同一工作位上有前后兩個(gè)工作點(diǎn)等難題。

3.4 人機(jī)交互

根據(jù)以人為本原則，建立人機(jī)交互模式，在實(shí)際生產(chǎn)中不可或缺。物流管理系統(tǒng)、物料消耗稱重系統(tǒng)、天車信息采集、無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)等都是設(shè)備正常運(yùn)行的前提。通過對要數(shù)據(jù)采集能夠推理正確的結(jié)果。任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)或異常，都有可能導(dǎo)致天車物流管理系統(tǒng)出現(xiàn)問題，例如加鐵水量、廢鋼量、出鋼量等數(shù)據(jù)丟失或失真、爐次號(hào)混亂、鋼包軌跡跟蹤失敗等。為了避免出現(xiàn)這些問題，可采取人工干預(yù)來控制生產(chǎn)，使生產(chǎn)順暢，這樣就實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互的完美結(jié)合，形成完整的系統(tǒng)。

4 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)

物料跟蹤是天車物流系統(tǒng)的重要組成部分，能實(shí)現(xiàn)鋼卷的生產(chǎn)跟蹤及臺(tái)賬的建立，如鋼卷的生產(chǎn)班次、序號(hào)、重量、厚度等。實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是鋼卷在生產(chǎn)過程中的位置及重量變化。任何物料的信息都會(huì)根據(jù)天車的數(shù)據(jù)進(jìn)行推算,最終進(jìn)入服務(wù)器形成臺(tái)賬。

天車調(diào)度管理子系統(tǒng)基于天車參與的生產(chǎn)及調(diào)度工作，它能實(shí)現(xiàn)對天車資源的合理分配，定位天車的位置及勾吊重量，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的天車分配。

天車運(yùn)行計(jì)劃系統(tǒng)是根據(jù)每個(gè)班次、每個(gè)爐次的實(shí)際情況制定的，班前安排好該班需要生產(chǎn)的計(jì)劃，然后將所需要的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)分配工作時(shí)間及次序。如遇到特許情況，可以及時(shí)更改天車運(yùn)行計(jì)劃數(shù)據(jù)，這也是本系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。

工作報(bào)表制定功能能夠?qū)崟r(shí)的記錄本班的工作情況，以及天車在本次運(yùn)行時(shí)的所有數(shù)據(jù)，以便出現(xiàn)事故查找。

5 結(jié)語

計(jì)算機(jī)物流系統(tǒng)作為現(xiàn)代化發(fā)展的產(chǎn)物已經(jīng)應(yīng)用到很多領(lǐng)域，如煤炭、交通、鋼鐵，具有方便、快捷、定位準(zhǔn)確、記錄詳細(xì)、方便查詢等特點(diǎn)。本文將計(jì)算機(jī)物流系統(tǒng)應(yīng)用到天車物流管理過程中取得了良好的效果。相對于傳統(tǒng)的模式天車物流管理系統(tǒng)，減少了人為參與，且實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化過程，結(jié)合新系統(tǒng)的管理應(yīng)用，解放了部分勞動(dòng)力，在實(shí)際生產(chǎn)中提高了生產(chǎn)控制的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，為煉鋼車間的生產(chǎn)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐。

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