升級改造后的天車物流系統在生產中的應用

王 芳

（安陽鋼鐵集團有限責任公司）

0 引言

安陽鋼鐵集團有限責任公司第二煉軋廠原天車物流系統于2010年投運的，2016年以前系統硬件運行穩定，但由于多年使用，導致硬件老化，兼容性差，設計理念和技術已無法滿足安鋼高效化生產及環保達標雙重模式的需要，所以對其進行了升級改造。2020年10月新物流系統上線運行，對優化生產組織、降低生產成本、降低操作人員的勞動強度、提高生產管理水平等均具有重要的作用。

1 天車物流系統的組成

1.1 硬件組成

（1） 天車稱重系統：由天車稱和編碼器組成[1]。

（2） 標簽：將天車大車的走道定義為X軸，天車小車的走道定義為Y軸。也就是說X軸是針對每個跨來說，用于對天車進行定位，從北到南在每個跨的一側的天車滑線上分布著間隔1 m的電子標簽，但是為了提高位置判斷的準確性，在工藝崗位處將X軸標簽的間隔設置為0.5 m。Y軸是對天車的小車進行定位，在天車小車的走道上從東到西進行排列，標簽間隔均為1 m。

（3）讀卡器：在天車軌道上安裝射頻標簽，天車上安裝讀卡器，掃描標簽來確定天車X軸坐標；天車上小車的軌道上安裝射頻標簽，小車上安裝讀卡器掃描標簽來確定天車Y軸坐標。利用射頻識別技術（RFID）負責傳遞覆蓋區域內的所有定位點的實時數據，最高精度0.5 m，全方位監控天車實時工作狀態，覆蓋范圍廣，以完成對天車精準定位。

（4）車上信號綜合處理器：它是安裝在天車上的，將天車的位置數據也就是XY軸坐標、天車號、天車主鉤重量、副鉤重量、編碼器數值等數據進行打包。

（5）智能無線分機：是安裝在天車上，將綜合信號處理器處理后的數據結果，利用無線數傳電臺傳到地面上的采集終端計算機[1]；同時，計算機也可以將校稱等指令利用無線數傳電臺傳到天車上去，實現遠程校稱清零等操作。

（6）智能無線數傳主機：位于地面上，用于接收天車的分機發射的無線信號，同時也可以發送出相關指令，一臺主機要和兩臺分機匹配[1]。無論無線數傳主機還是分機都具有很強的抗干擾能力，穩定、可靠，使天車無論在任何位置都能保持良好的收發效果。

（7）開關量模擬轉換器：主要用在澆鑄跨，因為每個鑄機有兩個大包位，PLC發出的是開關量信號，需要將其轉換為模擬量[1]。

（8）信號轉換器：將模擬量信號轉換為數字信號，并送往電腦，通過RS-232接口連接在電腦主機上[1]。

1.2 軟件組成

正在使用的天車智能物流系統使用的開發工具是Visual Studio.Net 2015,數據庫為SQL Server 2016。

（1）實時監控界面程序: 利用天車物流系統主畫面上顯示的各個工藝崗位及各部天車的實際運動狀態，來對整個煉鋼連鑄區域的實際運行情況進行全面監控。

（2）工藝事件處理子程序: 對天車實時數據處理過程中生成的濾波數據進行進一步的處理，從而對天車正在進行的操作進行判斷，并能采集天車動作發生時刻的重量數據，最后生成天車的重量事件文件，形成日志。

（3）遠程標校子程序: 主要目的是通過天車物流系統的遠程操作功能來實現對天車的遠程操作，在地面的機房的電腦上就可以實現對天車的清零、校稱、鋼絲繩補償，在沒有該系統的情況下，維護人員必須爬到天車上才能實現上述操作。

（4）無線數據傳輸處理子程序: 接收來自于車載綜合處理器的數據，對該數據進行解析，并在采集端界面上顯示出來。同時，對維護人員發出的遠程維護指令進行處理，并將該指令發出，利用無線傳輸技術發送到車載綜合處理器。

（5）數據采集子程序: 依據動作重量處理程序的結果，并結合從其他二級系統獲得的相關數據，對數據進行綜合處理，最后將數據寫入數據庫中，同時還能實現數據在天車以及不同的工藝崗位之間的傳遞。

（6）OPC數據處理子程序: 利用OPC技術實現和現場PLC之間的通訊，讀取PLC數據并存儲到數據庫中。

2 天車物流系統的使用

2.1 使用天車物流系統的目的

經過縝密的設計和認真仔細反復的調試，安鋼第二煉軋廠天車物流系統解決了天車定位、無線通訊、爐次數據在不同工藝崗位之間傳遞等技術難題，從而實現了對煉鋼連鑄區域的所有在用天車的實時監控，實現了數據在不同工藝崗位之間的無縫銜接，實現了對天車的遠程維護。

2.2 天車物流系統在生產中的應用

（1）降低了設備成本：轉爐后面的現場環境比較惡劣，飛濺的鋼渣和檢修時放水導致軌道衡的傳感器經常被損壞，而且傳感器價格昂貴。天車物流系統實施后，轉爐后不需要再安裝軌道衡稱重系統，自然也就不需要更換傳感器，所以說物流系統的實施不僅節約了一次性投資成本，更節約了更換備件成本及人力資源成本。

（2）確保了基礎數據的真實可靠：天車稱重系統相比較于地面稱重系統而言，其受到現場環境的干擾較小，因而稱重結果更準確。鐵水，廢鋼，鋼水重量數據都是最重要的基礎數據，系統的實施從源頭上確保了基礎數據的準確可靠，為公司的MES系統乃至ERP系統提供了堅實的數據支撐。

（3）優化了生產組織：天車物流畫面可以實時顯示出各個跨每部天車的實際運行情況，包括吊運情況和實際位置。3座轉爐可以根據加料跨天車的實際運行情況提前協調好下一爐鐵水、廢鋼，避免天車來回運行，減少了天車相互動作影響的時間，優化了生產節奏，使轉爐裝入鐵水、廢鋼井然有序，提高了轉爐生產率。物流系統的實時監控畫面能為生產操作人員提供最直觀的天車運行狀態，各工序可依此更加高效地組織生產，大大減輕了操作人員的勞動量，提高了各個工序的生產率。

（4）有利于對操作人員操作過程的監督：天車物流系統可以實現對某一爐次從轉爐開始到連鑄結束的整個工藝路徑上的鋼包位置信息進行跟蹤，如果操作人員在該爐次的操作過程中有違規現象，比方說因為質量事故而去兌包的話，那么系統日志就能如實記錄下來，從而實現了對操作人員的具體操作過程的監督。

（5）利用系統中提供的遠程校稱功能：在控制室的電腦上就可以遠程實現對天車稱重系統的清零、鋼絲繩補償、校稱等操作，無須像以前那樣，必須由工人爬到天車上去進行人工操作，既縮短了操作的時間，減少了對生產的影響，還大大減輕了工人的勞動強度，保障了職工的生命安全。

2.3 升級后天車物流系統的優點

（1）以前系統采用C/S架構，即客戶端/服務器模式，如果要運行客戶端，必須安裝數據庫軟件和應用軟件，對主機要求較高，且過程繁瑣。新系統采用B/S架構，即瀏覽器/服務器架構，現場的任何一臺主機，如果網絡能連同物流系統服務器，那么只需要安裝瀏覽器即可運行物流系統，在家也可以隨時查看監控畫面。

（2）以前系統的關鍵部件運行不穩定，數據漏采現象比較普遍，從而導致系統的數據采集率很低，澆下量的采集率連70%都不到，無法滿足現場崗位人員的實際需求。新系統的采集完備率大于96.8%，尤其是在暑期高溫期間，系統的有效運行率由原來的80%提高到了99.9%。

（3）結合生產過程中出現的問題和崗位人員的實際需求，新系統除了大宗鋼鐵料消耗采集，與轉爐二級或一級系統的通訊，實現了對轉爐散裝料、合金、氧氣、氮氣、回收煤氣等能耗約60個數據的采集；與精煉各工序的一級系統通訊，實現了精煉工序的爐料合金消耗、喂絲消耗、底吹氬氮氣消耗、電耗的數據約80個數據的采集；實現了按爐成本核算。

（4）新系統具有完備的日志信息。例如：數采設備診斷日志、重量曲線日志、單爐工藝流程日志等，方便維護人員快速判斷系統故障，大大縮短了故障處理時間。

（5）以前系統的硬件配置復雜，每個跨需要設置采集終端主機一臺，主機一側需要設置RS232-485轉換器，因為配置復雜及部件眾多，導致隱患點多、故障點多、維護及更換難度較大。新系統優化系統硬件布置，新的無線設備覆蓋范圍更廣，所有主站都集中在轉爐機房機柜中，主站和服務器之間通過智能串口終端網絡連接，無需RS232-485轉換器，天車分站設備都模塊化集中到一個盒子中，安裝在天車操作室內，方便對設備的運行狀態進行監控。

（6）以前系統的標簽是焊接在天車安全走道上的支架中的，因為距離天車較近，部分支架被撞壞，從而導致無法讀取標簽，天車定位出現異常，進而導致數據丟失。新的讀卡器讀取功能更強，覆蓋范圍 ＞2 m，這樣就可以將RFID標簽部署在天車走道中間的欄桿上，欄桿被損壞的幾率幾乎為0。此外，標簽只需要綁扎在欄桿上即可，更換方便快捷。

3 天車物流系統的功能

3.1 實現數據自動可靠的采集

（1）物流系統自動為轉爐二級模型提供更精確的鐵水和廢鋼數據，使得轉爐二級模型輸入數據更加精確，模型計算結果更精準，進一步強化了轉爐二級模型對實際冶煉過程的指導作用，轉爐冶煉C、T同命中率穩步提高。1月～10月的C、T同命中率如圖1所示。

圖1 碳溫同命中率

（2）對出鋼角度數據的統計方便操作人員觀察歷史出鋼角度，可基于歷史數據精確控制出鋼角度，增加出鋼量；對爐次噸鋼氧氣消耗的統計能協助判斷氧槍擴孔程度是否異常，及時發現氧槍系統的隱患，提前處理隱患，避免事故。

3.2 實現對生產狀況的實時監控

（1）轉爐操作人員利用物流系統可以及時查詢上一爐次的實際出鋼量，以及鋼鐵料消耗完成情況，上述兩項指標直接反映了該爐次轉爐整體操作結果，轉爐操作人員可以根據上述指標及時調整渣料結構、吹煉過程供氧強度、氧槍槍位、鐵水廢鋼配比，從而降低轉爐整體生產成本。

（2）精煉爐操作人員可以利用物流系統采集的爐后出鋼量數據，實現對鋼水成分的精準控制，減少了合金加入量，降低了合金成本，提升了鋼水質量，減少了質量事故。精煉崗位人員無需使用望遠鏡或者電話去獲取連鑄數據，大大方便了精煉崗位人員，有利于生產順行。

（3）現場生產操作人員利用物流系統可以及時查詢澆鑄完成爐次的澆下量以及澆余情況，對比出鋼量，如果發現澆余過大，可以及時聯系相關工序進行澆余回收，避免澆余倒入渣罐造成金屬料外流。

4 天車物流系統的實施效果

（1）物流系統經過改造后，關鍵部件運行非常穩定；各個子程序經過優化，同時對爐后甩鋼也進行了特別處理，使得系統數據采集率大幅提升。7月～12月的采集率統計結果見表1。

表1 數據自動采集率

（2）轉爐冶煉周期臺賬的實施，使轉爐整個冶煉周期各個階段用時一目了然，根據數據統計，便于分析生產中存在的問題，不管是生產組織還是過程操作，都能有針對性地進行改進。通過橫向對比各大班各小組轉爐冶煉周期的控制情況，找差距，學先進，形成你追我趕的良好氛圍。通過統計分析生產過程中影響冶煉周期的原因，進行針對性的整改，在一步一步縮短轉爐冶煉周期的同時，使轉爐冶煉周期能穩定持續，并使得轉爐冶煉周期穩定控制在30 min以內，班產爐數穩定在42 爐以上，平均每天增產1～2 爐，為高效化生產提供了強有力的支撐。3#轉爐冶煉周期臺賬如圖2所示。

（3） 經濟效益上，高效化生產新增產能80 萬t，噸鋼效益按300 元計算，由于天車物流系統提供了準確數據，使得操作精細化、準確化，數據可追溯，考核有依據，按天車物流貢獻占比1%計算，年可創造經濟效益80萬×300×1%=240萬元。根據2021年7月份2#、3#機上錯鋼造成的損失，按400 t改判坯，每噸鋼損失200 元計算，可避免400×200=80 000 元。每年按3次計算，可避免24 萬元直接經濟損失。

圖2 3#轉爐冶煉周期臺賬

5 結語

安陽鋼鐵集團有限責任公司第二煉軋廠天車物流系統的成功實施，實現了對煉鋼連鑄全區域所有天車的運行狀況的實施監控，減少工序協調時間，優化生產組織，提高各工序生產率，提高了澆余回收率，物流系統提高了關鍵基礎數據的準確性，為公司的MES系統及ERP系統的運行提供堅實的數據基礎。此外，物流系統對安鋼集團公司節能減排、創新創效具有重要意義，也具有一定的推廣和借鑒意義。