燒結廠原料進場全流程數字化自動跟蹤系統的研發與應用

鐘廣寧，甘牧原

（廣西柳州鋼鐵集團有限公司燒結廠，廣西 柳州 545002）

0 引言

柳鋼燒結廠有 5臺翻車機，日均總卸車量接近1000個車皮，不論嚴寒酷暑崗位工都得沿著車組巡視抄車號，回到控制室再查詢卸料計劃確認礦粉信息，最后核對車號操作收料，收料流程勞動強度大，準確率不高且容易造成混料。研發系統解決這一困局以提升卸車作業率和管理水平，成為技改的重點項目。

1 RFID技術多點獲取車號

1.1 RFID識別裝置安裝

燒結廠引入的 GDH-RFID車號識別裝置是900MHz微波自動識別設備，采用了微波射頻技術，主要由天線、讀出裝置（AEI主機）、同軸電纜三部分組成。如圖1所示，紅色虛線框內即為車號識別裝置，在識別位置的軌道枕木間安裝天線用于發射微波激發車皮底部的芯片，在天線附近10 m左右安置道邊箱，讀出裝置獲取芯片信息后通過以太網發送至遠端的前置機。

圖1 識別裝置邊界Fig.1 Identifying device boundaries

1.2 識別位置布局

如圖2中紅色標識所示，在翻車機重車線入口向外延伸約200 m安裝一套識別裝置，用于識別完整車組，具有雙天線異步識別功能以確保軟件能夠判斷車皮進出。在翻車機空車線牽扯臺出口安裝一套識別裝置，用于確定每個車皮翻卸的完成時間進行自動收料。

圖2 識別位置布局Fig.2 Identifying location layout

1.3 解析RFID接口數據

開發 GetTruckNo程序運行在系統的前置機上，程序監聽232串口，一旦車皮芯片靠近天線的發射范圍，讀出裝置就向前置機發送車皮的各種出廠信息，程序立即響應對其解碼。解碼過程嚴格按照 RFID廠商提供的協議進行，為了提高程序執行效率，抓住開頭字節和有效長度，提取有效字符即可，如圖3所示。

圖3 解碼流程圖Fig.3 Decoding flow chart

2 研究內容系統架構與實驗結果

2.1 MQTT訂閱/發布

GetTruckNo程序主線程每解析出一個車號就產生一個新線程向MQTT服務器的對應通道（設計每個翻車機都有自己的channel）發布，所有訂閱了該通道的 MES客戶端都會收到車號并與進廠批次信息匹配、對比來進行實時展示。

2.2 TCP/IP上傳車號信息

GetTruckNo程序監聽串口有新車號信號讀?。ɑ蛘呷舫^5秒未觸發事件），則定為最近一期車號識別結束，將通過Socket向數采應用服務器發送該車號、股道。開發 RecTruckNoSendL3程序運行在數采應用服務器上，當收到GetTruckNo發來的信息時調用ixcom接口向MES后臺發送車號、股道、班組、班次等信息。

2.3 MES后臺處理

MES后臺接收到車皮信息，將其中的車號與進廠信息進行匹配，存儲車皮信息和匹配信息。MES后臺周期進行收料邏輯處理，若接收電文時匹配失敗，則收料前再次匹配。收料由五種周期（分別延時5 min，以及1、2、4、8 h）觸發執行，意味著五次收料，車皮在任何一次收料成功，那么往后的周期收料都不參與。

MES后臺響應客戶端請求，回復車皮進廠批次信息和歷史識別收料記錄。各環節組成的架構如圖4所示。

圖4 系統架構Fig.4 System architecture

3 MES客戶端

按系統的功能需求，在MES客戶端開發兩個界面，分別是燒結火車皮預告識別、燒結火車皮自動匹配收料信息。前者能按用戶要求訂閱某個翻車機的卸料實況，進廠批次信息（即將到位的車組）；后者能根據用戶自定義查詢歷史識別記錄，掌握自動收料情況。

3.1 燒結廠火車預告識別

如圖5所示，用戶在查詢條件選擇翻車機，點擊查詢按鈕后，界面程序首先向MES后臺獲取對應庫區將接收到的進廠批次顯示在表格里，并且不同的批次用藍色和淡黃色交替渲染區分，當界面程序接收到由MQTT服務器發來的連續相同車號時，表格對應的含有該車號的行就連續地閃爍黃色。當閃爍停止過了5秒或者有新的車皮識別，該行變為綠色、白色或者紅色，綠色代表處于重車線待卸，白色已翻卸完成，紅色是未經翻卸而退出重車線。

圖5 燒結廠火車預告識別界面Fig.5 Forecast-identification interface of train car in sintering plant

查詢條件下方為重車線實時車組欄目，模擬重車線車皮實況，與現場完全同步。點擊查詢后，界面還會向MES后臺獲取當前重車線車皮信息，一邊匹配表格內容一邊加載進入該欄目。當有車皮進入或退出時，在車組的末端增加或刪除模擬車皮，當有車皮翻卸完成經過遷車臺出口時，則在車組的頭部刪除模擬車皮。模擬車皮包含識別序號、車號、料種等信息，當任一車皮出現混料或空車時，該模擬車皮背景變紅色并且發出警報聲，序號與表格中的“識別順序”列對應。

3.2 燒結火車皮自動匹配收料信息

如圖6所示，用戶在查詢條件中選擇條件后點擊查詢按鈕，界面就會從后臺獲取符合條件的歷史識別記錄?！白詣邮樟稀绷杏涗涇嚻さ淖詣邮樟蠣顟B，狀態分為“未收”、“已收”、“拒收”3種，定義如下：

圖6 燒結廠火車皮自動匹配收料信息界面Fig.6 Automatic matching and receiving information interface of the train car in sintering plant

未收——車皮被識別進入重車線的狀態，屬于初始化狀態。

已收——車皮自動收料成功后的狀態。

拒收——用戶拒絕自動收料的狀態。

用戶可以根據現場特殊情況自行選擇是否允許車皮自動收料。選中行之后點擊“自動收料切換”按鈕，該車皮信息的狀態可在“未收”和“拒收”之間切換。MES后臺只針對“未收”狀態的并且已完成卸車的車皮定時自動收料。車皮經過翻車機出口后5 min內后臺自動收料，本次收料失敗會有后續補收機制，如表1所示。

表1 自動收料補收機制Tab.1 Automatic material receiving and replenishment mechanism

4 應用效果

系統投用后，可以做到一年四季不停機，崗位工只需打開MES相應界面，無需任何操作，鐵運“快遞”到達家門口便知是什么“套餐”，完全屏蔽了計劃不及時、計劃趕不上變化的特殊情況；卸車后車皮經過遷車臺出口的識別天線，系統立即自動收料入庫，全程顯著降低勞動強度，提升生產效率和管理水平：

（1）識別裝置對車號的識別率達99%以上，崗位工不必到現場抄寫車號，減少工作量和車皮的待卸時間。

（2）一組車皮壓過進線識別裝置天線，各車號及其對應的礦粉信息立即自動顯示在翻車機控制室的MES界面上，為指導生產提供有力參考。

（3）卸料位置出現混料、空車立即報警，此實時動態效果降低了生產操作失誤率，從而減少料堆混料的發生。

（4）系統對識別過的車皮定時自動收料，取代人工操作收料，進一步減少工作量。

（5）為追溯歷史生產提供便利，有效提高管理水平。

5 結論

燒結廠原料進場全流程數字化自動跟蹤系統不是單純的識別裝置，是否發揮作用關鍵在于對獲取的車號如何加以應用，這取決于軟件設計的科學性，依賴于公司整個信息化系統運行的完整性，因此本系統的穩定運行不僅需要開發人員持續總結用戶反饋的問題來優化軟件以及維護人員對網絡、服務器等硬件的及時維護，更需要關聯系統（采購、物流、MES等）的使用協同到位。