物联网技术在冶金企业应用中的探索与实践

第35卷第1期 2011年1月 冶金自动化 5 011 前沿技术 物联网技术在冶金企业应用中的探索与实践 陈 志 ，高 莉 (1北京首钢自动化信息技术有限公司，北京100041；2首钢京唐钢铁联合有限责任公司) 摘要：客观阐述了物联网的概念，分析了物联网的体系结构，并结合冶金工业的特点，较为客观地从冶金工业物 资流、设备流和信息流方面介绍了物联网技术的应用。最后，介绍了物联网在钢铁行业中的成功应用案例。基 于线数据通信技术和自动化技术的物联网，以其连接万物、智能应用的特点，在钢铁物流管理、设 备资产管理和信息流管理中，起到降低成本、提高效率和优化生产流程等作用，应用前景非常广阔。 关键词：物联网；射频识别；信息；冶金；自动化 中图分类号：献标志码：000011)01in i (1o， 0004 1，2o in to in of of of in to in of PS，is in is to in in in 引言 物联网(概念就是物物 相连的互联网，是指人们通过射频识别( 置、红外线感应器、全球定位系统(激光扫 射器等信息传感设备，利用射频识别技术、无线数 据通信技术、人工智能与自动化技术等将物品与 互联网连接起来，实现智能化识别、定位、跟踪、监 控和管理的网络。 物联网技术在冶金企业中的应用目前才刚刚 开始，主要用于生产、供应、设备、低碳、人力资源、 安全等方面。由于其具有广阔的应用前景，因此 各大钢铁公司正在加大物联网技术应用的投入。 1物联网的体系结构 物联网可以分为传感层、网络层和应用层，如 图1所示。传感层是指利用射频识别、像 头、传感器、传感器网络等测量的技术手段，随时 随地对物体进行信息采集和获取；网络层是指通 过各种通信网络、随时随地进行可靠的信息交互 和共享；应用层是指对跨部门、跨行业、跨地域的 数据和信息进行分析，实现智能化的决策和控制。 收稿日期：20101118；修改稿收到日期：201011者简介：陈志(1956一)，男，北京人，高级工程师，主要从事冶金自动化与信息化及管理】：作。 第1期 陈 志，等：物联网技术在冶金企业应用中的探索与实践 7 图1物联网体系结构 物联网的管理作用 物联网做为企业信息化建设的新领域，是企 业其是对物资流变化 的实时掌握与控制、信息流数据的实时采集与分 析以及设备流运转的实时监测与控制，都起到非 常积极的作用。在企业自动化与信息化一体化架 构的建设中，实现了技术保证。 21对物资流的管理 按照钢铁行业的物流模式，从原材料采购和 运输，到钢铁生产和库存，直至产成品销售和流通 等环节存在一些问题，具体体现在以下几个方面： (1)采购环节。存在简单化、不规范化倾向； 计划不周形成库存积压造成浪费，且采购渠道分 散，环节增多，使物流成本居高不下；人工控制方 式无法将财务工作与材料管理密切联系。 (2)运输环节。我国钢铁行业物资管理过程 中，由于信息孤岛的原因，使得运输的距离经济和 规模经济并没有很好地发挥出来，因此造成物流 设施的大量浪费，另外运输网络的不完善导致项 目建设过程中的重复和对流运输比率较高。 (3)库存管理环节。由于冶炼的复杂性和时 间进度要求，使企业不得不为应付不测而增加库 存，因此目前普遍存在物资积压严重、重复储备、 信息分割、库存不能共享、仓库空间浪费大、保管 不合理等问题。 (4)信息流通环节。由于我国信息化产业发 展比较晚，因而大部分企业还未能实施全面数字 化的管理。钢铁行业物资管理过程伴随着各种错 综复杂的信息流，信息流通速度慢，物流各环节上 的速度就不能加快，导致产生了一系列的问题，使 得整个物资供应链处于滞后状态，效率无法提高。 物联网应用于企业原材料采购、库存、运输等 领域，通过完善和优化供应链管理体系，能够提高 供应链效率，降低成本。对于场内物资流的优化 管理，可以大大提高生产效率，降低维护成本。基 于，图中以钢 铁企业产成品的物流状态为例，表达了物联网的 示范作用。 22对设备流的管理 设备资产管理信息化，是企业设备管理走向 内涵式发展道路的重要途径。设备资产管理需建 立一套完整的管理平台进行统一管理和调配，以 降低其管理成本、制造成本和物资损耗。管理信 息平台包含了设备从投资、采购、固定资产形成， 到后期运行、检修、备件供应直至报废等全过程管 理活动的内容，利用该平台可以对设备资产使用 8 冶金自动化 第35卷 醚_ 管理层手机 钢铁生产 铁仓储 铁运输 2基于 期内的投入产出效益进行考察和评估。 利用理、出入控制，到复杂的生产现场自动化管理应 用。i；高 频为自动化系统的前端数据存储和集成 系统，能够为企业的生产制造、管理以及运营维护 带来极大的好处，所以，未来的一个发展定位就是 决企业在生产过 程中的诸多问题。基于3所示。 低值易耗 库 设备库 图3基于 of 志，等：物联网技术在冶金企业应用中的探索与实践 9 许多冶金企业已经实施的离线设备巡、点检 系统和在线检测诊断系统，就是物联网技术在设 备流管理中的初级应用。利用离线巡、点检设备 和在线检测诊断、精密分析仪器等设备和手段，能 够实时掌握设备运行的各种状态，最大限度地达 到预知维修的目的。基于传感网的设备状态检测 系统如图4所示 。 设 车问现场车间现场 车间现场车间现场 图4基于传感网的设备状态检测系统 on 3对信息流的管理 物联网技术的应用能够提高生产线过程检 测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测 的能力和水平，使生产过程的智能监控、智能诊 断、智能决策、智能维护水平不断提高。钢铁企业 应用各种传感器和通信网络，在生产过程中实现 了对加工产品的宽度、厚度、温度的实时监控，从 而提高了产品质量，优化了生产流程。 信息流的应用和实现，通过应用层来实现。 应用层为针对业务需要而实现的各种业务功能软 件平台的统称，各种业务功能软件平台根据网络 层的物联对象信息数据实现用户的具体需求。具 体表现在物流管理、仓储库存管理、能源管理 (设备管理、制造执行管理(人员一 卡通管理、企业资源计划管理(。信息流 的应用是整个系统行业应用的关键，需要海量数 据处理技术和智能信息处理技术来支撑，通过有 效数据挖掘来提供决策支持。 3物联网在钢铁行业中的应用 综上所述，物联网技术以其连接万物、智能应 用的特点，在冶金企业中的应用将会越来越广。 目前，物联网技术在钢铁企业物资流方面已 经得到一些成功应用，首钢、宝钢进行了相关技术 的研究，突破了若干关键技术，开发了相应的产品，通过电子标 签技术，实现生产物流与供应链物流的有机衔接。 宝钢已经建立了宝钢厚板厂到长兴岛船厂问跨行 业的船板供应链系统，全程动态跟踪船板的物流 过程，通过对供应链中实物信息的自动、及时获 取，实现对堆垛和配送过程的动态优化，达到缩短 供货周期、减少库存、提高库位使用效率等目标， 并取得明显的经济效益 。 在设备流方面，首钢对在线运行设备的实时 管理已经取得初步成果，铁水包“一包到底”新工 艺，对企业节能效果十分显著。通过运用物联网 技术实现的铁水包“一包到底”自动控制，成功解 决了现场环境恶劣、干扰严重等问题；实现了人工 智能与传感器的沟通，成功解决了铁水包实时、实 体、实速、实位控制的技术难题；利用智能仿真技 术，对铁水包实现模拟运行控制，保证了生产作业 计划的科学性；通过对铁水包运行行为建模，创建 铁水包运行线路模型，实现了实际运行路线的优 化与准确性，保证了生产秩序的正常进行，大幅提 高了铁水包运转效率，更使多个部门实现了铁水 信息的共享。此项技术填补了我国冶金企业信息 化建设的一项空白，对其他制造业现场运转设备 的自动化管理也有一定的参考作用。 首钢集团总公司现在已重点关注物流与生产 效益的关系以及设备状态和产品质量的关系，强 化了物联网平台的建设与基本检测手段的研制和 开发。在平台建设中重点突出了冶金企业实现数 字化智能工厂的需要、企业节能降耗的需要、减少 设备故障率的需要、优化生产工艺流程提高产量 的需要。在基本检测手段方面，突出了检测设备 的通用性和互联性，以实现信息共享。 4结束语 由于物联网技术在冶金行业应用的探索才刚 刚开始，所以本文仅介绍了物联网在冶金行业的 典型应用，下一步将结合物联网技术的特点在料 (下转第50页) 冶金自动化 第35卷 780 mm 006，3O(4)：151 9 2钟恬，何安瑞，杨荃，等热连轧自动板形控制系统 的研究与应用J冶金自动化，2007，31(4)：2832 E et of on 007，3 1 (4)：2832 3王仁忠，何安瑞，杨荃研究及应用J冶金自动化，2006，30(6)：1519 。,“。lI enE Anon VC J006，30(6)： 1519 4夏小明，张永雪，曹伟文J宝钢技术，2006(2)：1113 5徐光张，黄强，刘显军，等J冶金设备，2006(5)：23编辑：沈黎颖 0_l ”I m 。” 1， “I 。- I“II II t。 I (上接第9页) 场管理，能源管理等方面进行探索。随着对物联 网技术理解的加深和新技术的不断成熟使用，相 信有更新的成果与研究内容会在冶金企业上得到 很好的应用。 参考文献： 1王东 中国电子商情(2008(1)：5153 0 |l 。_l 。 1 。 lll。 - I 一 li 008(1)：512秦志田，华遵基于远程状态监测系统的冶金企业设 备管理模式浅析J冶金管理，2007(8)：583李尚春物联网在中国流程制造业中的应用J中国 制造业信息化，2010(7)：18 4魏臻，陆阳，程运安，等物联网技术与冶金企业智 能物流技术发展J中国科技投资，2010(10)：3537 编辑：薛 朵 。_ _- |_ 。1 r_ 。l 宝钢1580除鳞系统变频器软特性功能优化 在宝钢1580生产线除鳞变频改造的调试过程中发现，罗宾康动机转速需要的 加速时间为40 S，虽然相对于初始设定值70 仍不能快速提高除鳞系统压力和流量，不能满足宝钢1580 生产线生产工艺的需要，甚至出现板坯表面氧化铁皮除不干净被轧人钢卷而影响成品表面质量的现象。在优先满足生产 工艺需求的前提下，实现节电节水的降耗目标，需要进一步优化变频器的软特性(能和修改速度斜坡函数来提高 设备的响应能力。另外，还要综合考虑到设备的承受能力，降低相关设备的维护成本。速度软特性功能是线性的，并且软 特性数值直接与负荷(扭矩)电流成比例。软特性功能可以在所有速度值范围内应用。将速度软特性增益修正从速度斜 坡函数前移到该函数后，可以针对负荷变化提供更快的负荷分配，该功能参数设置完全独立。在提高除鳞系统响应能力 的过程中，优化变频器的软特性功能，实际上是减小软特性增益来修改速度调节器的”。另外，我 们也可以通过修改速度斜坡函数来改变速度计算值，从而提高系统的响应时间。在罗宾康以通过修改加 速时间设定来改变速度斜坡函数的输出。修改该参数时，必须考虑到加速时间设定要求将加速电流限制在变频器过电流 容量以下，防止过流失速而引起变频器跳闸。经过大量现场生产实验，我们将加速时间设定由40 ，显著提高了 设备的响应能力。从而保证板坯到达相应的除鳞点之前数秒，变频器输出从低频40 z，使得除鳞系统的 压力和流量迅速提高并能满足生产工艺的要求。减速时间设定的修改方法与加速时问设定的修改方法类似，但需要注意 的是减速时间不能设定太短以防止直流滤波电路电压过高，导致过压失速而使变频器跳闸