王 芳
（安阳钢铁集团有限责任公司）
安阳钢铁集团有限责任公司第二炼轧厂原天车物流系统于2010年投运的，2016年以前系统硬件运行稳定，但由于多年使用，导致硬件老化，兼容性差，设计理念和技术已无法满足安钢高效化生产及环保达标双重模式的需要，所以对其进行了升级改造。2020年10月新物流系统上线运行，对优化生产组织、降低生产成本、降低操作人员的劳动强度、提高生产管理水平等均具有重要的作用。
1.1 硬件组成
（1） 天车称重系统：由天车称和编码器组成[1]。
（2） 标签：将天车大车的走道定义为X轴，天车小车的走道定义为Y轴。也就是说X轴是针对每个跨来说，用于对天车进行定位，从北到南在每个跨的一侧的天车滑线上分布着间隔1 m的电子标签，但是为了提高位置判断的准确性，在工艺岗位处将X轴标签的间隔设置为0.5 m。Y轴是对天车的小车进行定位，在天车小车的走道上从东到西进行排列，标签间隔均为1 m。
（3）读卡器：在天车轨道上安装射频标签，天车上安装读卡器，扫描标签来确定天车X轴坐标；
天车上小车的轨道上安装射频标签，小车上安装读卡器扫描标签来确定天车Y轴坐标。利用射频识别技术（RFID）负责传递覆盖区域内的所有定位点的实时数据，最高精度0.5 m，全方位监控天车实时工作状态，覆盖范围广，以完成对天车精准定位。
（4）车上信号综合处理器：它是安装在天车上的，将天车的位置数据也就是XY轴坐标、天车号、天车主钩重量、副钩重量、编码器数值等数据进行打包。
（5）智能无线分机：是安装在天车上，将综合信号处理器处理后的数据结果，利用无线数传电台传到地面上的采集终端计算机[1]；
同时，计算机也可以将校称等指令利用无线数传电台传到天车上去，实现远程校称清零等操作。
（6）智能无线数传主机：位于地面上，用于接收天车的分机发射的无线信号，同时也可以发送出相关指令，一台主机要和两台分机匹配[1]。无论无线数传主机还是分机都具有很强的抗干扰能力，稳定、可靠，使天车无论在任何位置都能保持良好的收发效果。
（7）开关量模拟转换器：主要用在浇铸跨，因为每个铸机有两个大包位，PLC发出的是开关量信号，需要将其转换为模拟量[1]。
（8）信号转换器：将模拟量信号转换为数字信号，并送往电脑，通过RS-232接口连接在电脑主机上[1]。
1.2 软件组成
正在使用的天车智能物流系统使用的开发工具是Visual Studio.Net 2015,数据库为SQL Server 2016。
（1）实时监控界面程序: 利用天车物流系统主画面上显示的各个工艺岗位及各部天车的实际运动状态，来对整个炼钢连铸区域的实际运行情况进行全面监控。
（2）工艺事件处理子程序: 对天车实时数据处理过程中生成的滤波数据进行进一步的处理，从而对天车正在进行的操作进行判断，并能采集天车动作发生时刻的重量数据，最后生成天车的重量事件文件，形成日志。
（3）远程标校子程序: 主要目的是通过天车物流系统的远程操作功能来实现对天车的远程操作，在地面的机房的电脑上就可以实现对天车的清零、校称、钢丝绳补偿，在没有该系统的情况下，维护人员必须爬到天车上才能实现上述操作。
（4）无线数据传输处理子程序: 接收来自于车载综合处理器的数据，对该数据进行解析，并在采集端界面上显示出来。同时，对维护人员发出的远程维护指令进行处理，并将该指令发出，利用无线传输技术发送到车载综合处理器。
（5）数据采集子程序: 依据动作重量处理程序的结果，并结合从其他二级系统获得的相关数据，对数据进行综合处理，最后将数据写入数据库中，同时还能实现数据在天车以及不同的工艺岗位之间的传递。
（6）OPC数据处理子程序: 利用OPC技术实现和现场PLC之间的通讯，读取PLC数据并存储到数据库中。
2.1 使用天车物流系统的目的
经过缜密的设计和认真仔细反复的调试，安钢第二炼轧厂天车物流系统解决了天车定位、无线通讯、炉次数据在不同工艺岗位之间传递等技术难题，从而实现了对炼钢连铸区域的所有在用天车的实时监控，实现了数据在不同工艺岗位之间的无缝衔接，实现了对天车的远程维护。
2.2 天车物流系统在生产中的应用
（1）降低了设备成本：转炉后面的现场环境比较恶劣，飞溅的钢渣和检修时放水导致轨道衡的传感器经常被损坏，而且传感器价格昂贵。天车物流系统实施后，转炉后不需要再安装轨道衡称重系统，自然也就不需要更换传感器，所以说物流系统的实施不仅节约了一次性投资成本，更节约了更换备件成本及人力资源成本。
（2）确保了基础数据的真实可靠：天车称重系统相比较于地面称重系统而言，其受到现场环境的干扰较小，因而称重结果更准确。铁水，废钢，钢水重量数据都是最重要的基础数据，系统的实施从源头上确保了基础数据的准确可靠，为公司的MES系统乃至ERP系统提供了坚实的数据支撑。
（3）优化了生产组织：天车物流画面可以实时显示出各个跨每部天车的实际运行情况，包括吊运情况和实际位置。3座转炉可以根据加料跨天车的实际运行情况提前协调好下一炉铁水、废钢，避免天车来回运行，减少了天车相互动作影响的时间，优化了生产节奏，使转炉装入铁水、废钢井然有序，提高了转炉生产率。物流系统的实时监控画面能为生产操作人员提供最直观的天车运行状态，各工序可依此更加高效地组织生产，大大减轻了操作人员的劳动量，提高了各个工序的生产率。
（4）有利于对操作人员操作过程的监督：天车物流系统可以实现对某一炉次从转炉开始到连铸结束的整个工艺路径上的钢包位置信息进行跟踪，如果操作人员在该炉次的操作过程中有违规现象，比方说因为质量事故而去兑包的话，那么系统日志就能如实记录下来，从而实现了对操作人员的具体操作过程的监督。
（5）利用系统中提供的远程校称功能：在控制室的电脑上就可以远程实现对天车称重系统的清零、钢丝绳补偿、校称等操作，无须像以前那样，必须由工人爬到天车上去进行人工操作，既缩短了操作的时间，减少了对生产的影响，还大大减轻了工人的劳动强度，保障了职工的生命安全。
2.3 升级后天车物流系统的优点
（1）以前系统采用C/S架构，即客户端/服务器模式，如果要运行客户端，必须安装数据库软件和应用软件，对主机要求较高，且过程繁琐。新系统采用B/S架构，即浏览器/服务器架构，现场的任何一台主机，如果网络能连同物流系统服务器，那么只需要安装浏览器即可运行物流系统，在家也可以随时查看监控画面。
（2）以前系统的关键部件运行不稳定，数据漏采现象比较普遍，从而导致系统的数据采集率很低，浇下量的采集率连70%都不到，无法满足现场岗位人员的实际需求。新系统的采集完备率大于96.8%，尤其是在暑期高温期间，系统的有效运行率由原来的80%提高到了99.9%。
（3）结合生产过程中出现的问题和岗位人员的实际需求，新系统除了大宗钢铁料消耗采集，与转炉二级或一级系统的通讯，实现了对转炉散装料、合金、氧气、氮气、回收煤气等能耗约60个数据的采集；
与精炼各工序的一级系统通讯，实现了精炼工序的炉料合金消耗、喂丝消耗、底吹氩氮气消耗、电耗的数据约80个数据的采集；
实现了按炉成本核算。
（4）新系统具有完备的日志信息。例如：数采设备诊断日志、重量曲线日志、单炉工艺流程日志等，方便维护人员快速判断系统故障，大大缩短了故障处理时间。
（5）以前系统的硬件配置复杂，每个跨需要设置采集终端主机一台，主机一侧需要设置RS232-485转换器，因为配置复杂及部件众多，导致隐患点多、故障点多、维护及更换难度较大。新系统优化系统硬件布置，新的无线设备覆盖范围更广，所有主站都集中在转炉机房机柜中，主站和服务器之间通过智能串口终端网络连接，无需RS232-485转换器，天车分站设备都模块化集中到一个盒子中，安装在天车操作室内，方便对设备的运行状态进行监控。
（6）以前系统的标签是焊接在天车安全走道上的支架中的，因为距离天车较近，部分支架被撞坏，从而导致无法读取标签，天车定位出现异常，进而导致数据丢失。新的读卡器读取功能更强，覆盖范围 ＞2 m，这样就可以将RFID标签部署在天车走道中间的栏杆上，栏杆被损坏的几率几乎为0。此外，标签只需要绑扎在栏杆上即可，更换方便快捷。
3.1 实现数据自动可靠的采集
（1）物流系统自动为转炉二级模型提供更精确的铁水和废钢数据，使得转炉二级模型输入数据更加精确，模型计算结果更精准，进一步强化了转炉二级模型对实际冶炼过程的指导作用，转炉冶炼C、T同命中率稳步提高。1月～10月的C、T同命中率如图1所示。
图1 碳温同命中率
（2）对出钢角度数据的统计方便操作人员观察历史出钢角度，可基于历史数据精确控制出钢角度，增加出钢量；
对炉次吨钢氧气消耗的统计能协助判断氧枪扩孔程度是否异常，及时发现氧枪系统的隐患，提前处理隐患，避免事故。
3.2 实现对生产状况的实时监控
（1）转炉操作人员利用物流系统可以及时查询上一炉次的实际出钢量，以及钢铁料消耗完成情况，上述两项指标直接反映了该炉次转炉整体操作结果，转炉操作人员可以根据上述指标及时调整渣料结构、吹炼过程供氧强度、氧枪枪位、铁水废钢配比，从而降低转炉整体生产成本。
（2）精炼炉操作人员可以利用物流系统采集的炉后出钢量数据，实现对钢水成分的精准控制，减少了合金加入量，降低了合金成本，提升了钢水质量，减少了质量事故。精炼岗位人员无需使用望远镜或者电话去获取连铸数据，大大方便了精炼岗位人员，有利于生产顺行。
（3）现场生产操作人员利用物流系统可以及时查询浇铸完成炉次的浇下量以及浇余情况，对比出钢量，如果发现浇余过大，可以及时联系相关工序进行浇余回收，避免浇余倒入渣罐造成金属料外流。
（1）物流系统经过改造后，关键部件运行非常稳定；
各个子程序经过优化，同时对炉后甩钢也进行了特别处理，使得系统数据采集率大幅提升。7月～12月的采集率统计结果见表1。
表1 数据自动采集率
（2）转炉冶炼周期台账的实施，使转炉整个冶炼周期各个阶段用时一目了然，根据数据统计，便于分析生产中存在的问题，不管是生产组织还是过程操作，都能有针对性地进行改进。通过横向对比各大班各小组转炉冶炼周期的控制情况，找差距，学先进，形成你追我赶的良好氛围。通过统计分析生产过程中影响冶炼周期的原因，进行针对性的整改，在一步一步缩短转炉冶炼周期的同时，使转炉冶炼周期能稳定持续，并使得转炉冶炼周期稳定控制在30 min以内，班产炉数稳定在42 炉以上，平均每天增产1～2 炉，为高效化生产提供了强有力的支撑。3#转炉冶炼周期台账如图2所示。
（3） 经济效益上，高效化生产新增产能80 万t，吨钢效益按300 元计算，由于天车物流系统提供了准确数据，使得操作精细化、准确化，数据可追溯，考核有依据，按天车物流贡献占比1%计算，年可创造经济效益80万×300×1%=240万元。根据2021年7月份2#、3#机上错钢造成的损失，按400 t改判坯，每吨钢损失200 元计算，可避免400×200=80 000 元。每年按3次计算，可避免24 万元直接经济损失。
图2 3#转炉冶炼周期台账
安阳钢铁集团有限责任公司第二炼轧厂天车物流系统的成功实施，实现了对炼钢连铸全区域所有天车的运行状况的实施监控，减少工序协调时间，优化生产组织，提高各工序生产率，提高了浇余回收率，物流系统提高了关键基础数据的准确性，为公司的MES系统及ERP系统的运行提供坚实的数据基础。此外，物流系统对安钢集团公司节能减排、创新创效具有重要意义，也具有一定的推广和借鉴意义。
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