短流程电炉炼钢智能生产管理控制系统

炼钢智能化是行业发展趋势，短流程炼钢设备以及信息化新增投资无疑需紧跟这一趋势，不然会造成投资浪费。目前，国内大部分炼钢生产线仍然处于基础自动化阶段，生产管理及生产组织依然停留在依赖人工决策，信息沟通处于对讲沟通的水平，缺少强有力的技术手段，容易造成管理层与执行层之间的信息延时或信息错误。部分装备先进的企业，尽管能够自动编排生产计划、但缺乏在生产扰动情况下生产计划重排的底层数据支撑，仍然依赖人工作业进行计划重排。同时，缺少车间级智能计划排产系统及天车台车等智能调度。当产品众多、流程复杂、交叉作业、现场出现异常或者扰动时，往往会造成调度不及时或者不合理，对炼钢效率、质量和成本都造成很大影响，直接制约企业进一步发展。

宣钢短流程炼钢智能生产管理控制系统业务范围主要包括：2座配料间(含废钢倒运站)、2座熔融炉、2座炉后吹氩站、2座LF精炼炉、1座RH炉、3座金属成型机(1号、2号和3号)、各种物流跟踪、设备作业记录、铸坯的库存管理和连铸过程智能控制管理。

应用背景

短流程炼钢智能生产管理控制系统从L3系统接收生产作业计划(在没有上层计划排程系统的情况下，系统可自动编排生产作业计划),分解计划并下发到各子系统。各子系统在获取设备状态、生产约束和扰动信息后，执行计划并把执行结果反馈给I-L3,由I-L3再反馈给L3系统，为L3重排计划提供数据支撑，实现子系统与L3系统无缝衔接，推动炼钢智能排程及调度的落地，并将生产过程信息实时反馈给ERP/L3系统，从而将生产活动与管理活动紧密地联系起来。该项目的实施，可以提高炼钢过程的自动化和信息化水平，降低现场作业人员的劳动强度，节约人工成本，实现同现有L3系统的深度融合，提高炼钢决策的智能化程度，减少生产事故，提高生产效率，降低生产成本，实现炼钢全流程精细化的产品信息管理，利于产品质量追溯口。

系统设计

2.1 总体设计

2.1.1设计原则

方案设计遵循以下原则：

1)继承性：按照短流程炼钢现场生产实际情况进行系统设计，在保证与原有信息系统数据库架构及各信息系统接口等兼容的前提下，进行方案设计。

2)先进性：采用先进的IT技术和先进智能制造管理理念，保证系统的先进性。

3)安全性：通过用户使用授权管理和网络安全方面的合理设计，保障数据和系统的使用安全。同时，通过加强系统和数据的备份工作，使系统安全性在有限的投资内得到最大的保证。

4)可靠性：系统应从应用实际出发，通过对软件开发过程的控制，使软件的可靠性得到保证。

5)整体性：系统的开发从全局出发，仔细分析各工序各用户的需求，以实现系统的整体目标。

6)灵活性：对外部接口有良好的信息交换能力，对内部系统有良好的互联与兼容能力，对用户提供充分的扩展能力，系统有较强的应变能力，以适应ERP、L3和质检业务流程的变化。

7)实用性：系统从管理的实际要求出发，操作功能同时采用C/s和B/S架构设计。

8)高效性：系统运行高效，操作维护快捷方便。系统建设高效，保证按计划完成。

9)稳定性：系统可持续运行，有冗余设计，一旦出现故障则进行自动切换，原有的工艺现场不受影响。

2.1.2系统整体架构

短流程炼钢智能生产管理控制系统包括数据源、数据中心和系统应用，具体功能包括：天车管理、台车管理、废钢管理、废钢料篮管理、钢包管理、调度管理、车载终端、手持终端、全局物流监控界面、在线生产数据监控和统计报表。

2.1.3硬件架构

短流程炼钢智能生产管理控制系统硬件主要包括天车定位编码电缆等设备、台车激光定位设备、网络设备、服务器、客户端、数据采集PLC和包号识别系统相关硬件等。天车数据采集主要硬件构架见图1。

图1 天车数据采集硬件构架

2.1.4网络架构

根据现场实际业务需求，短流程炼钢智能生产管理控制系统设计采用无线+有线的方式架设独立的网络平台，减少通讯带来的数据传输延时或错误，方便系统业务扩展和升级。具体网络设备安装及布线需根据现场实际灵活设计。系统建立独立的无线局域网，与本厂网络之间设置防火墙，保证系统数据稳定，不受干扰。同时，采用5.8 GHz频段，不受现场电磁干扰，通讯稳定，数据传输速率高。现场各操作室PC终端、现场各数据采集PLC、服务器都接入独立局域网。无线基站通过光纤接入独立局域网，无线客户端通过无线基站接入独立局域网。

天车PLC通过车上安装的无线客户端接入千盟独立局域网。服务器实现与二级、三级L3系统数据中心通信，交换数据。主要网络构架见图2。

图2 网络构架

2.2 系统功能设计

2.2.1天车定位及管理

1)天车位置实时检测：本项目设计采用编码电缆

感应无线位置检测技术，实时检测废钢电磁吊、废钢料篮天车和钢包天车的位置，地址数据进入天车PLC。天车位置以实时动画的形式展示于操作终端或调度室大屏上，在全局物流监控界面实时显示废钢电磁吊、废钢料篮天车车、钢包等天车的信息、位置、物重及吊物信息[2-3。编码电缆安装在与天车轨道平行位置，保证天车走行的时候天线箱与编码电缆始终保持100 mm,误差在20mm以内。天车控制柜安装在天车电气室内，同时，车上控制柜入电端并联滤波器，过滤掉天车大功率电气设备产生的干扰频率信号。

2)天车状态自动判断：系统设计接口程序实时采集天车称重传感器的物重信息、电磁吊励磁、消磁信号及天车动作信号等，结合天车位置信息，利用天车吊物智能识别技术自动判断当前天车的状态，天车物重及吊物类型以实时动画的形式展示。

3)台车位置实时检测：本项目设计采用漫反射型激光定位装置对出钢台车、LF精炼台车、RH台车和过跨台车进行实时位置检测跟踪。台车位置数据进入地面数据采集柜。在全局物流监控界面实时显示台车的信息、位置、物重及载物信息。台车载物类型及物重以实时动画的形式展示于PC端。

4)台车状态自动判断：系统设计接口程序自动采集台车动作信号，利用天车吊物智能识别技术，结合天车位置及台车位置信息，自动判断台车当前状态。

2.2.2废钢综合管理

废钢综合管理模块实现废钢收料管理、存储管理、电炉配废钢管理及废钢入炉管理。

1)基础信息维护：废钢基础信息维护包括废钢位置规划，废钢料篮、废钢种类、废钢区域信息，配废钢规则录入、修改和删除。

2)汽车废钢倒运间管理：入库时，通过接口服务自动获取该汽车所装废钢信息，如废钢种类、废钢质量等。汽车到达指令区域卸货进废钢池，废钢管理员进行废钢入池人工确认。系统自动记录废钢种类、废钢质量，并对应到废钢池，自动更新库存。

3)出库系统通过天车定位和接口程序，获取远程计量系统，自动计量废钢质量。

2.2.3电炉配废钢管理

系统接收从金属熔融炉废钢配料计划开始，直至废钢配料称重完成过程中的信息。

1)系统设计接口程序用于接收电炉二级系统的配废钢计划信息，包括：指令时间、炉次号、料篮号、废钢类型标记、废钢名称、废钢质量和配废钢时间等。

2)系统根据电炉配废钢计划、废钢料篮状态和废钢电磁吊状态等自动生成配废钢作业指令，并下发给指定天车车载终端，以文字和语音的方式提醒天车司机进行配废钢作业。

3)系统设计接口程序用于废钢秤称量数据的采集，待天车到指定区域进行吊运，并把废钢吊运至指定的废钢料篮后，系统自动形成废钢出库记录，出库记录包含废钢种类、废钢质量和配废钢时间等。

4)系统自动将废钢出库记录反馈给电炉二级系统，废钢种类及质量、废钢料篮号、炉次计划号等自动匹配。

5)废钢计量：系统自动记录装入电炉的废钢质量、种类，并对应到炉次，可作为电炉冶炼模型的参数输入。

6)配废钢计量：系统通过接口自动采集电磁吊物重信息，并结合智能吊物识别技术，自动判断电磁吊吸料废钢区域及物重，并将其对应至具体废钢料篮，实现每一废钢料篮内废钢的分类物重计量。为了更加准确地计量废钢，系统可通过接口采集废钢台车地磅物重及位置，校验天车配废钢数据。同时，系统提供友好人机交互方式，废钢管理岗位操作工可手动确定每一斗废钢的加料物重及种类。

7)装废钢计量：废钢天车在电炉装废钢时，天车可自动准确采集天车实际装入电炉的废钢物重，并将实际装废钢配比和物重对应至电炉实际生产炉次，作为电炉冶炼的输入参数。

2.2.4废钢入炉智能调度

1)系统根据废钢入炉计划、废钢料篮状态和废钢天车状态等自动生成废钢入炉作业指令，并下发给指定天车车载终端，以文字和语音的方式提醒天车司机进行废钢入炉作业。

2)废钢入炉作业时，系统自动采集废钢天车主副钩的称重数据和天车位置，自动跟踪废钢料篮至电炉，自动获取废钢加入结束时刻，并自动计算废钢加入量。同时，把废钢质量、废钢加入结束时刻反馈给电炉二级系统，废钢料篮、废钢入炉种类及质量、电炉、计划号等自动匹配。

3)钢包综合管理。通过钢包综合管理模块实现钢包自动识别及跟踪，自动采集钢包天车称重传感器的物重信息，自动判断电炉出钢状态，实现钢包、钢水质量、电炉炉号、精炼号、连铸号和生产计划号自动匹配。

4)钢包、铁包自动识别。系统在钢包上下线点或特定工位(电炉出钢工位、LF炉吊包位、RH炉吊包位、连铸以及钢包上下线点)布置机器视觉识别装置，实现钢包的自动识别。同时，可作为钢包流转过程跟踪的冗余手段。

2.2.5钢水计量管理

1)电炉出钢计量：系统实时采集钢包天车称重数据，自动判断和记录空钢包质量。

2)系统自动判断电炉出钢完成状态，实时采集钢包天车称重数据，自动判断记录电炉出钢完成后的钢包质量。

3)系统根据重钢包质量和空钢包质量计算电炉出钢量。

4)精炼计量：系统自动判断钢包上精炼状态，实时采集钢包天车称重数据，自动判断记录钢包上精炼前质量。

5)系统自动判断钢包出精炼状态，实时采集钢包天车称重数据，自动判断记录钢包出精炼后质量。

6)连铸计量：系统自动判断钢包上连铸状态，实时采集钢包天车称重数据，自动判断记录钢包上连铸前质量。

7)系统实时采集大包秤称重数据，自动判断当前钢包质量。

8)通过钢包上连铸前质量和大包秤当前物重，系统自动计算当前钢水剩余量。

2.2.6天车调度

系统根据脱硫状态、电炉生产状态、精炼生产状态、连铸生产状态、容器状态、天车状态及天车使用规则等自动生成调度指令，并将指令发送给钢包天车车载终端和PC端。天车操作工根据调度指令控制天车完成吊运任务，系统自动记录钢包天车作业，并将其反馈给其他外部系统。同时，系统提供人工介入手段，包括人工确认调度规则、更改调度计划等，调度指令应采用文字和语音两种方式指挥天车。

2.2.7全局物流监控界面

系统采用WPF技术设计全局监控动画，实时显示系统范围内所有天车、台车、废钢料篮、钢包和生产工艺设备状态，实时显示有秤天车质量。此动画可显示于调度室及其他局域网内操作室。

2.2.8报表管理

记录、统计、打印功能。自动记录库房中每个板坯的来源及去向，自动记录每一台天车工作的流水帐，根据用户需求，可随时查询各种信息。自动生成天车日、月、年统计报表。同时，可以按不同条件或组合条件查询库存，自动生成库存物品分类报表。可以打印各种报表。通过计算机网络实现数据共享，支持数据的批量导入和导出。

系统自动记录炼钢生产过程中所有设备的作业数据，具有采集生产数据、统计各类生产报表等功能，并提供分类条件查询和统计分析，自动生成满足要求的各类报表。系统发生故障时，会自动产生告警消息，告警消息自动保存至数据库，并可提供查询功能。

实施效果

该系统应用以来，运行效果良好，系统软件成熟稳定，采用主流数据库，便于维护升级。运行软件未出现卡顿、闪退和停止运行现象。数据采集、存储成功率达到100%。系统运行画面实时更新，无较大网络延迟。能够满足炼钢智能管理的需求，对废钢、钢水进行智能化管理，实现钢水称重计量、时间记录以及报表管理，提升了钢铁料消耗计量的精准度。

结 语

张宣科技特钢公司通过应用计算机数据编程技术，开发出短流程炼钢智能生产管理控制系统软件。

系统应用以来，实现了炼钢智能管理的数据化、可视化，增强了炼钢的智能管理能力，提升了信息化水平，具有良好的应用效果和推广价值。

文章来源：山西冶金