（机械电子工程专业论文）复杂工艺流程网络化重量信息采集管理的关键技术研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 炼钢生产是间歇和连续作业方式相混杂的多工序生产过程，具有多段生产、 多段运输、多段存储、地面与空间交叉运输等特点。生产过程主要是连续的，但 带有间隙性。工艺路线相对固定，但存在多途径性。在这样一个工艺流程复杂的 生产系统中实现生产工艺各个环节重量信息的网络化采集管理，为企业质量管理、 生产调度等提供数据支持，对保证整个生产系统高效、稳定地运行有重要作用。 本文以某炼钢厂为研究对象，研究了该厂复杂工艺流程和现有信息采集系统 条件下的网络化重量信息采集管理的关键技术，并在此基础上利用无线传输、网 络通信、串口通信、射频识别、计算机网络、数据库、a s p 等技术实现了从铁水 进入炼钢厂开始组罐一脱硫一扒渣一提钒一混铁炉一转炉炼钢一炉后处理一 l f r h 精炼处理一方坯板坯连铸全过程1 3 8 个称重计量点重量信息的网络化采集 管理。 利用无线数传电台将吊车电子秤重量信息快速、准确地传输至地面，并在此 基础上利用网络通信、串口通信等技术实现了重量信息的自动采集。利用射频识 别技术实现了炼钢转炉与兑铁吊车对应关系的自动识别。设计了一系列算法，解 析并统一了多种电子秤仪表的数据格式；计算得到了吊车重量的准确信息；实现 了提钒转炉与兑铁吊车对应关系的自动判别。利用计算机网络、数据库、a s p 等 技术实现了整个生产现场当前重量和历史重量信息的网络化管理。充分利用了现 有各系统的重量信息和网络资源，避免重复劳动并减少投资。数据库采用规范化 设计，保证了数据的完整可靠。利用数据库维护计划和作业功能，保证了数据库 长期稳定运行。采集站实现了重量信息的查询、统计、报表等功能，使现场工作 人员及时了解各自工序的铁水、钢水、物料消耗、连铸拉坯等情况。为了方便企 业管理人员可以及时掌握整个厂区的生产状况，还利用a s p 技术实现了重量信息 的网络化查询、统计、报表、数据分析等功能。设计了一个双层结构的缓冲秤， 解决了废钢秤由于受到外力冲击导致秤台变形甚至传感器损坏而影响正常生产的 问题。 本研究将无线传输、网络通信、串口通信、射频识别、计算机网络、数据库 等技术综合应用到复杂工艺流程条件下的重量信息采集管理，丰富了重量信息采 集管理的方法，投入运行以来取得了良好的实际应用效果。 关键词：复杂工艺流程，信息采集，无线传输，射频识别 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t s t e e l w o r k sp r o d u c t i o ni sap r o c e s so f m i x i n gi n t e r m i s s i v ew i t hc o n t i n u o u sp r o d u c e s t y l e , w i t h c h a r a c t e r i s t i c so f m u l t i s t a g e - p r o d u c t i o n , m u l t i s t a g e - t r a n s p o r t a t i o n , m u l t i s t a g e - s t o r a g e ，a n dc r o s so fg r o u n da n ds p a c et r a n s p o r t a t i o n t h ep r o d u c t i o n p r o c e s si sc o n t i n u o u sb a s i c a l l y , b u tw i t l li n t e r m i t t e n t p r o c e s s i n gr o u t e sa r ef i x e do na c e r t a i ne x t e n t , b u tt h e r ea r ea l s om a n yo t h e rw a y s i ns u c ha c o m p l e xp r o d u c t i o ns y s t e m ， c o l l e c t i n ga n dm a n a g i n ge v e r yt a c h e sw e i g h ti n f o r m a t i o nt og i v ed i g i t a ls u p p o r tt ot h e m a n a g e m e n to fe n t e r p r i s eq u a l i t ya n dp r o d u c t i o ns c h e d u l i n gi sv e r yi m p o r t a n tf o rt h e t r a n q u i l i z a t i o na n de f f i c i e n to p e r a t i o no f t h ew h o l ep r o d u c t i o ns y s t e m i nt h i sp a p e r , c o m p l e xp r o c e s sa n di t sc h a t a c t e r i s t i c si nas t e e l w o r k sa t es t u d i e d e x i s t i n gw e i g h tc o l l e c t i o ns y s t e m si nt h i ss t e e l w o r k sa r ea l s os t u d i e dd a a l l e d l y t h e n ， w i r e l e s s t r a n s m i s s i o n , n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n s ，s e r i a lc o m m u n i c a t i o n s , r a d i o f r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n , c o m p u t e rn e t w o r k s ，d a t a b a s e sa n da s pa t eu s e dt o g e t h e rt o c o l l e c ta n dm a n a g et h ew e i g h ti n f o r m a t i o no n1 3 8p o i n t so v e r l a yt h ew h o l ep r o d u c t i o n , i n c l u d i n gj a r - t r o o p ，d e s u l f u r a t i o n , s e d i m e n t - w i p e ，d i s t i l l - v a n a d i u m ，b a s i co x y g e n f u r n a c e ，r e f i n ea n dc a s t i n gp r o c e s s d a t at r a n s c e i v e r sa t eu s e dt ot r a n s m i tt h ew e i g h ti n f o r m a t i o no fc r a n ee l e c t r o n i c b a l a n c e st ot h eg r o u n dq u i c k l ya n da c e n r a t e l y t h e n , c o l l e c t i n gs t a t i o n sn s en e t w o r k c o m m u n i c a t i o n sa n ds e r i a lc o m m u n i c a t i o n st oc o l l e c tt h ew e i g h ti n f o r m a t i o n a u t o m a t i c a l l y r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g yi su s e dt oi d e n t i f yt h e c o r r e s p o n d i n ga m o n gb a s i co x y g e nf u i l l a c e sa n dc r a n e sa u t o m a t i c a l l y s e v e r a lk i n d so f e l e c t r o n i cb a l a n c e s d a t af o r m a ti sa n a l y z e da n du n i f i e d t h e nw e i g h td a t aa r ec a l c u l a t e d a c c u r a t e l y a na l g o r i t h m i s d e s i g n e d t or e a l i z et h e c o r r e s p o n d i n g b e t w e e n d i s t i l l v a n a d i u mf l j l n a t 汜sa n dc r a n e s c o m p u t e rn e t w o r k s ，d a t a b a s e sa n da s pa t eu s e d t o g e t h e rt om a n a g et h e c u r r e n ta n dm s t o f i c mw e i g h ti n f o r m a t i o no ft h ee n t i r e p r o d u c t i o n f o rr e d u c i n gi n v e s t m e n ta n da v o i d i n gr e p e s t e dw o r k , n e t w o r kc h o o s e st h e e t h e r n e ts t r u c t u r et om a k et h eb e s tu s eo fe x i s t i n gc o l l e c t i o ns y s t e m sa n dn e t w o r k r e s u b r c 七s d a t a b a s ei ss t a n d a r dd e s i g n e dt oe n s u r et h a tt h ed a t aa r ei n t e g r a t e da n d r e l i a b l e t h e n ，m a i n t e n s n e ep l a na n dj o bf i m c t i o n sa r eu s e dt o n s t l r et h el o n g - t e r m s t a b l er u no fd a t a b a s e c o l l e c t i n gs t a t i o n sh a v et h ef u n c t i o n so fi n q u l f i n 岛s t a t i s t i c s ， r e p o r t i n ga n dp r i n t i n g s ot h a tp r o c e s sm a n a g e r sa n ds t a f fg a sk n o wt h e w e i g h t i n f o r m a t i o no f m o l t e ni r o n , m o l t e ns t e e l ，m a t e r i a l ，c a s t i n ga n ds oo ni nt i m e i no r d e rt o n 重鏖奎堂堡主堂垡笙奎茎苎塑壅 f a c i l i t a t ee n t e 删s em a n a g e r sg r a s pt h es t a t u so f t h ew h o l e p r o d u c t i o n , a s pt e c h n o l o g y i su s e dt or e a l i z et h ef u n c t i o n so fi n q u i r i n g ，s t a t i s t i c s ，r e p o r t i n ga n da n a l y a n g t h e t r a s h ys t e e lb a l a n c ei so f t e nd a m a g eb yt h eh u g es h o c k s ad o u b l e - d e c k e rb u f f e rb a l a n c e i sd e s i g n e dt or e s o l v et h ep r o b l e m i nt h i sp a p e r , c o l l e c t i o na n dm a n a g e m e n to fw e i g h ti n f o r m a t i o ni nt h ec o m p l e x p r o c e s si sr e a l i z e db yt h es y n t h e t i c a l l ya p p l i c a t i o no fw i r e l e s st r a n s m i s s i o n , n e t w o r k c o m m u n i c a t i o n s ，s e r i a lc o m m u n i c a t i o n s ，r a d i o f r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n , c o m p u t e r n e t w o r k sa n dd a t a b a s et e c h n o l o g i e s i te n r i c h e st h ew a y st h a tc o l l e c ta n dm a n a g e w e i g h ti n f o r m a t i o na n do b t a i n sn i c e re f f e c ts i n c el a u n c h i n gi n t or u n n i n g k e y w o r d s ：c o m p l e xp r o c e s s ，i n f o r m a t i o nc o l l e c t i o n , w i r e l e s st r a n s m i s s i o n , r a d i o f r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n i i l 独创性! 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废态堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：殆象_ 是签字日期：j 一年z 月zh 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 重麽厶堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被聋网和借阅。本人授权 重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密( ) ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：阿辛磁 导师签名：毋路j 2 签字日期：土p 7 年乒月6 日 签字日期：3 一年f 月舌日 重庆大学硕士学位论文1 绪论 l 绪论 1 1 钢铁工业信息化与自动化国内外现状 1 1 1 国内钢铁工业信息化与自动化现状 钢铁生产流程长、环节多、工艺复杂，自动化技术应用十分广泛。我国钢铁 工业自动化应用范围不断扩大，应用水平不断提高。自动化系统已成为钢铁工业 不可或缺的关键设备，在信息化与工业化之间发挥着桥梁和纽带的作用，成为生 产力的要素之一l l j 。 中国钢铁工业协会把钢铁企业信息化技术列为支撑我国钢铁工业可持续发展 的六大技术之一【2 】，可见钢铁工业信息化在钢铁企业中的重要性。在国家“运用现 代科学技术，特别是电子信息和自动化技术改造传统产业”的方针指导下，我国钢 铁工业自动化取得了长足进步。引进了大批的d c s 技术、p l c 技术、模糊逻辑控 制技术、低成本控制技术、智能控制技术、工业网络技术、工业总线技术、产品 数据管理技术、工厂自动化技术、e s 技术、c i m s 技术、c a d 技术、c a m 技术 等新技术和技术产品，逐步缩小了与国外先进技术的差距。在消化吸收先进技术， 创新应用于国内钢铁工业的过程中，积累了技术和经验，培养和锻炼了大量的专 家和优秀人才，提高了国产化水平。 一些工厂与工序已达到世界先进水平。宝钢一二期工程、天津钢管公司、马 钢的高速线材工程、成都无缝钢管厂圆坯连铸连轧机组、珠江钢厂的薄板坯连铸 连轧和鞍钢1 7 8 0 热连轧带钢等一批引进的装备和技术提高了我国钢铁工业自动化 水平。我国科技工作者在消化、移植国外先进技术的基础上，自主开发、设计、 建设了武钢1 7 0 0 热轧计算机控制系统、鞍钢1 7 0 0 热连轧带钢生产自动化控制等 一批具有国际水平的钢铁工业自动化工程。 现场总线、工业以太网等技术逐步在钢铁自动化系统中应用，分布控制系统 结构替代集中控制成为主流，自行研制的装备、控制系统、数学模型等已经实用 化。在控制算法上，回路控制普遍采用p i d 算法，智能控制、先进控制技术在电 炉电极升降控制、连铸结晶器液位控制、加热炉燃烧控制、轧机轧制力控制等方 面有了初步应用，取得了一定成果。在检测方面，与回路控制、安全生产、能源 计量等相关的流量、压力、温度、重量等信号的检测仪表的配备比较齐全；高炉 的软熔带形状与位置、高炉炉缸渣铁液位、炼钢过程的熔池钢水含碳量和温度、 连续铸钢过程的结晶器钢坯拉漏预报、钢材质量和机械性能预报等软测量技术取 得了初步成果。在电气传动方面，用于节能的交流变频技术普遍采用，国产大功 率交、直流传动装置在轧线上得到成功应用【3 】。在过程建模和优化方面，高炉炉况 重庆大学硕士学位论文1 绪论 预报g o - - - s t o p 模型、软熔带推断模型、炉热推断模型、炉料下降仿真模型、焦 炉加热模型、均热炉烧钢模型、冷轧设定模型等都已经得到实用。近年来，把工 艺知识、数学模型、专家经验和智能技术结合起来，在炼铁、炼钢、连铸、轧钢 等典型工位的过程建模和过程优化方面取得了一定的成果，如高炉炼铁过程优化 与智能控制系统、有副枪转炉动态数学模型、电炉供电曲线优化、智能钢包精炼 炉控制系统、连铸二冷水优化设定、轧机智能过程参数设定等。 从自动化实施效果来看，我国钢铁企业在主要生产工序流程上基本普及了基 础自动化级( l 1 ) ；过程控制级( l 2 ) 近年来也有了一定的发展，它是提高产品质量的 重要的不可替代的环节，但受优化数学模型的开发以及引进数学模型的消化、吸 收进展缓慢的制约；生产管理级( l 3 ) 、生产制造执行系统( m e s ) 是实现控制系统和 管理信息系统的无缝对接的系统集成的关键【4 】。 随着企业管理水平的不断提高，f 言息化带动工业化 在钢铁企业成为共识。企 业信息化方兴未艾，受到企业领导高度重视。各企业纷纷开始信息化规划和建设， 很多企业已经构造了企业信息网，为企业信息化奠定了良好的基础。企业资源计 划成为热点，以德国s a p 为代表的e r p 通用产品和韩国浦项、台湾中钢为代表的 定制系统都在冶金企业找到了落脚点。此外，供应链管理系统、客户关系管理、 企业流程重组等概念也被钢铁企业所熟悉。 1 1 2 国内钢铁工业信息化与自动化展望 在回顾我国钢铁工业信息化与自动化取得巨大成就的同时，还应清楚地看到 我们存在的差距和问题。我国己连续多年钢材产量居世界首位，然而目前仍有近 2 3 的优质钢材需要进口【”，国内钢铁企业在品种、质量方面依然任重而道远。 目前，我国钢铁行业在数量和质量两方面的发展都存在着很多制约因素。在 产能增加方面，首先是资源缺乏的矛盾日益突出，例如按目前的消耗水平，现有 冶金矿产资源将很难保证本世纪内生产需求；其次，能源结构不合理，二次能源 利用还很不充分，能耗高；第三，推行高效、低耗、优质、污染少的绿色清洁生 产虽已有了初步成效，但从总体上看还处于初始阶段。在品种质量方面，首先是 淘汰落后工艺装备的任务还未完成，流程的全面优化和工艺装备的进一步优化还 受各种条件的制约，大型设备依赖进口，特别是薄板连铸连轧生产线等基本全套 引进；其次，在新品种开发方面，原创性自主创新不多，产品质量的技术保障体 系尚需完善。以上问题的最终解决必须依靠钢铁行业技术创新能力的增强，同时 对钢铁自动化技术提出了新的挑战。 炼钢是钢铁生产的重要工序，对降低生产成本、提高产品质量、扩大产品范 围等具有决定性影响。目前国内炼钢现状和国际先进水平相比有相当的差距。炼 钢要向国际先进目标努力，对自动化技术的需求主要有： 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 目前，国内绝大多数钢铁厂均采用人工经验控制炼钢终点，效率低、稳定 性差，无法满足洁净钢或高品质钢生产的质量要求，需要完善动态数学模型，并 与炉气分析等技术结合，提高炼钢终点的自动控制水平。 采取综合节能工艺技术节能降耗。实行转炉煤气回收和再利用、综合能量 优化、电炉二次燃烧和废钢预热、钢渣热能回收等技术。推广新工艺，并针对工 艺的变化，建立能量物料综合优化模型，确定合理化学能输入比例、顶底比例、 优化电功率曲线和废钢铁水比例，以提高冶炼强度，缩短冶炼周期，提高生产效 率【2 7 1 。 铁水预处理和炉外精炼的发展要求建立化学成分、纯净度、钢水温度全线 高精度预报模型，并对合金化、造渣、成分调节进行优化控制。 继续优化高效连铸和近终型连铸技术，要求提升电磁连铸自动控制技术； 开发接近凝固温度、高均质、高等轴晶化的优化浇铸技术和铸坯质量保障系统； 同时考虑薄板坯连铸、薄带连铸等新工艺的自动化需求【9 】。 现代化钢铁厂，无论是以高炉一转炉为代表的联合企业还是以废钢为原料的 电炉短流程钢厂，都具有一个明显的特征，即以产品为目标，以生产物流、能量 流和信息流为纽带。将几个相对独立的生产单元有机地结合起来，形成高效化生 产线。由于钢铁企业生产效率高，物资和能源的消耗、运输、供应与销售量大， 使企业与外部市场、社会和环境建立起错综复杂的联系。因此，对炼钢厂的信息 化，要求适应以下发展趋势： 生产过程随着钢铁生产技术特别是连铸与热轧热送的发展日趋连续化、高 效化，要求炼钢厂计划控制和管理系统对整个生产过程中的各工序间的物流、能 流和生产时序进行准确预报，实现快速信息反馈，及时准确和灵活地调整生产工 艺和产品方案郾】。 目前，产品万能化的传统钢铁厂正在消亡，代之而起的是产品专业化、生 产集成化的新型钢铁厂。集成化钢厂的基本特征是生产工序少，生产设备单机匹 配，生产中的各种缓冲能力或缓冲容量逐渐减少，产品生产周期大幅度缩短。这 要求信息系统能对整个复杂的炼钢生产过程实现集中统一的生产管理、信息追踪 和决策调整。 产品质量是钢铁企业的生命线。和传统炼钢厂相比，现代化炼钢厂的主要 特点是不再单纯依赖某一单一的生产工序控制产品质量，而必须从原料开始对每 一工序都实现严格的质量控制与管理，才能保证最终产品的质量。这就要求炼钢 自动化系统应具备对产品进行质量预报、在线监测和智能控制的功能。 管控一体化。实现实时性能管理，协调供产销流程，实现从订货合同到生 产计划、制造作业指令、产品入库、出厂发运的信息化。生产与销售连成一个整 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 体，计划调度和生产控制有机衔接；质量设计进入制造，质量控制跟踪全程，完 善质量循环体系。成本管理在线覆盖生产流程，资金控制实时贯穿企业全部业务 活动，通过预算、预警、预测等手段达到事前和事中的控制【2 9 】。 行业信息集成。从企业信息集成到行业信息集成，实现信息共享，在有效 竞争的前提下趋利避害。在企业信息系统的编码体系标准化、企业异构数据信息 集成基础上，进一步实现协作制造企业信息集成，全行业信息网络建设及宏观调 控信息系统，直至全国钢铁行业信息网络建设及宏观调控信息系统【5 】。 知识管理和商业智能。利用企业信息化积累的海量数据和信息，按照各种 不同类型的决策主题分别构造数据仓库，通过在线分析和数据挖掘，实现有关市 场、成本、质量等方面数据信息一知识的递阶演化，并将企业常年管理经验和 集体智慧形式化、知识化，为企业持续发展和生产、技术、经营管理各方面创新， 奠定坚实的核心知识和规律性的认识基础【6 】。 1 1 3 国际钢铁工业信息化与自动化先进水平 发达国家钢铁工业信息化与自动化基本上达到了综合管理控制一体化方式。 以及时、高效、服务、周到为目的的广域化计算机管理系统逐渐实用化。 日本新日铁和j f e 钢铁公司已大部分实现从单个车间、个人到班组，从钢铁厂到 国内外流通领域，从钢铁公司到顾客、社会、最终用户以至税务、海关等相互联 网，形成了e d i ( 电子数据交换) 格式一体化等广域化网络系统l l 】。 以高效、高产、优质为目的的局部工序已经实现无人化、少人化。 人工智能( a 1 ) 技术已经广泛应用。包括模糊控制( f z ) 、专家系统( e s ) 和 神经元网络( a n n ) 在各个工序的应用，已取得重大成果和经济效益，目前正在向深 化、广泛、大规模化以及多种技术的混合系统发展。 使用现代控制理论建立了高水平的控制系统为钢铁工业提供高品质控制。 以提高作业率、增加产量、改善质量和减少维护费用为目的的设备管理、 设备诊断系统和预先维护系统 c b m ) 代替常规的定期检修方法。 系统网络化已经成为不可逆转的趋势。从现场总线到车间网、工厂网、企 业网等网络化为建设综合自动化系统提供了巨大的灵活性。 传统的“计( c ) 、电( e ) 、仪( d ”的分工界限己不再明显。计算机技术的应用 已深入各个领域，在现代高炉控制中，电控系统、仪控系统、通讯系统正在被集 回路调节、顺序控制、传运控制、多媒体为一身的一体化系统所代替【”】。 仿真技术的应用也日益广泛。不仅用于控制系统培训和新工艺、新控制方 法的研究，而且用于指导生产。 广泛应用c i m s 对企业的加工系统物料流、信息流实行优化控制。追求最 佳效果，大大提高了企业的经济效益。 4 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 检测和执行设备的技术进步。实现了以往难以实现的功能，工艺参数的检 测方法和检测仪表得到了高速发展，使许多过去不能检测的参数得以解决【3 1 1 。 1 2 课题研究的意义 在市场竞争日趋激烈的今天，钢铁企业也已经开始精耕细作。集团公司确定 了以产销一体化系统为龙头建设公司整体产销系统( e r _ p ) 以增强企业竞争力。位于 管理层面的e r p 系统，本质上是一个指标计划驱动系统，并没有解决“管理体系的 数据源点问题”。实践证明需要下层的生产控制系统( l 3 ) ，负责将e r p 系统指令、 计划、指标，解释成对工艺过程、工艺参数、物料数量和品质、产品质量控制等 的需求，并监督这些需求在生产过程中得到满足。同时，l 3 随时监控来自生产现 场的过程数据，传送到e r p 系统中，然后e r p 系统评估运行的优化程度，给出进 一步执行的对策【1 0 】。而实现企业信息化与自动化，即实现对底层各种信息的采集 与管理，是实现这一切的基础。因此，在工艺流程复杂的炼钢生产区域实现网络 化重量数据采集与管理有重要意义。 实现重量信息的自动采集和管理，避免人为因素影响，提高生产管理水平。 对于炼钢厂来说，各工序计量点的重量信息是至关重要的。采用计算机网络、数 据库等技术，将生产过程中的信息进行实时采集存储，经过处理汇总得到整个生 产现场的当前信息和历史信息，对生产指挥人员掌握整个厂区的生产状况、管理 人员了解当前产耗情况会有很大作用r l l 】。 对于理顺炼钢厂物流，实施精细化管理起重要作用。炼钢厂网络化重量信 息采集与管理的实现将为全厂的管理、生产计划、调度决策等提供准确、实时的 生产工艺计量点的重量数据，对理顺提钒炼钢厂物流、合理衔接各工序生产、最 大程度发挥工序能力、及时调整产品结构、构筑炼钢厂信息化工程、实施精细化 生产和精细化管理起重要作用。 炼钢厂企业信息化的突破口之一。要实现企业的信息化，必然要求物流的 自动管理与调度。然而，物流的自动管理与调度又以全厂重量数据的网络化采集 管理为基础的。 提高设备精度，降低称重设备的故障率。3 0 t 废钢秤由于经常承受物料撞 击或坠落秤台时所产生的巨大冲击力，已经造成秤台变形和计量不准确，需要采 用更合理的方案重新设计废钢秤，保证秤台正常使用及称重传感器的计量准确， 并延长电子秤的使用寿命。 统一称重信息的数据格式，方便炼钢厂管理。 为工序间成本核算、工人考核等提供数据依据。 重庆大学硕士学位论文2 总体方案设计 2 总体方案设计 2 1 现有情况分析 2 1 1 主要生产工艺流程 炼钢厂主要工艺流程及计量内容如图2 1 示： 流程 工位 计量内容 图2 1 炼钢厂主要生产工艺流程图 f i g 2 1m a i nt e c h m c sf l o wc h a r to f s t o o lf a c t o r y 6 重庆大学硕士学位论文2 总体方案设计 2 1 2 生产工艺流程特点 从物流特点看，炼钢厂产品生产批量大，并有大量的不同种类的原料和半成 品及燃料同时进入生产过程。在从铁水到钢水再到连铸坯的生产过程中，原材料 的化学特性、物理特性和机械特性都在不断变化。在物流转换过程当中，不但有 热金属流的产生，而且伴有能量和水的大量消耗。炼钢生产系统是多维、非线性、 动态和开放的复杂系统【1 2 j 。 从生产工艺过程看，炼钢厂是钢铁企业从间隙生产到连续生产的结合部分， 生产过程主要是连续的，带有间隙性，工艺路线相对固定，但存在多途径性，前 后工序的物流协调、时间节奏匹配较困难，工序衔接不紧凑口”。 从设备角度看，生产集中在几台大设备上( 提钒转炉、炼钢转炉、精炼炉、连 铸机等1 ，单机设备大，功率大，设备操作与维护需集体人工负责，设备布局有串、 并、混联三种形式，构成复杂连续的工艺过程【l3 1 。 因此，从生产工艺和作业方式分析，炼钢生产过程具有如下特点和要求： 多工序，除了铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸等主要工序外，还有很 多的辅助工序，如扒渣、r h 处理等。 多品种，钢铁企业的产品品种可达上百种，不同品种对各工序的功能提出 了不同的要求，组成了多种不同的工艺流程。 多种作业方式，转炉、精炼设备为间歇作业方式，连铸机在其中包寿命之 内为连续作业方式。 多种运输方式，生产过程中的原料、半产品、产品数量多，且大部分在高 温下周转。物料运输既有地面运输又有空中运输，既有跨内运输又有跨间运输 1 4 o 炼钢生产作为大多数钢铁制造企业的关键环节，是多工序、间歇和连续作业 方式相混杂的多阶段流程式生产过程，具有多段生产、多段运输、多段存储、地 面与空间交叉运输的特点，其物流计量点、工序点等物流信息是多维过程的复杂 混合动态系统【3 3 】。 在这样一个复杂系统中要保证整个生产过程的高效率，有高质量的产品产出， 就必须拥有合理而高效的生产调度系统，而合理而高效的生产调度系统又是以对 生产工艺各个环节的物流信息的实时、准确的了解为前提的。 从对炼钢厂生产工艺的分析中可以得知，遍布炼钢厂各工序重量计量点的重 量信息对炼钢厂来说是至关重要的物流信息，他对核算生产成本、提高产品质量 等起着至关重要的作用，主要表现为： 产品的品种是根据钢水里成分的种类和重量来确定的，对加入钢水的添加 剂的种类和重量的控制是保证工序操作质量的关键因素。 只有确定进入各工序的铁水或者钢水重量和成分才能确定各工序对此铁 7 重庆大学硕士学位论文 2 总体方案设计 水或者钢水进行操作所需的时间、作业方式。 根据进出工序的钢水重量和物料消耗情况，可以核算各工序生产成本、钢 水损耗等。 对各重量计量点重量数据的最优化管理是实现精细化生产、精细化管理和 生产工艺过程的物流优化调度的有利保障。 可以根据重量计量点的实时重量信息了解设备的运行状况、物料的流向等 情况。 因此，在炼钢厂这样拥有复杂工艺流程的企业，实现全厂重量信息的网络化 采集管理以提供及时、准确的重量信息是十分必要的。它为全厂的生产调度系统 提供数据支持。 2 1 3 重量信息采集管理现状 炼钢厂的生产工艺流程共有1 3 8 个重要称重计量点，这1 3 8 个计量点的重量 信息构成了企业内部最直接、最基本的信息流一物流。 建厂时由于受当时的技术水平等因素的限制，炼钢厂很多计量点都没有实现 重量数据的自动采集。经过多年的技术改造，自动化水平有了很大幅度的提高， 相继建成并投运了较多的计算机系统。其中l 2 过程控制计算机系统，覆盖脱硫、 提钒、转炉炼钢、r h l f 、板坯方坯连铸等工序，实现了部分计量点重量信息的 自动采集和管理【1 5 1 ，为全厂重量信息的网络化采集管理奠定了基础。但是现有各 系统水平参差不齐，且都是以工序单元管理为主，处于相对孤立的格局，信息不 能及时有效的共享。大多采集到的数据只是分散存放在各自的数据库中，只有少 数技术人员、企业管理人员通过查询或报表才能看到一部分，而且存放在这些数 据库中的数据管理起来也不方便。因此，迫切需要实现现有各系统的集成，整合 分散的生产数据并以规范的形式呈给现场生产人员和企业各级管理部门。 另外，还有相当一部分非常重要的计量点的重量信息( 尤其是吊车重量信息) 采集依靠人工完成。比如，脱硫提钒车间组罐工序的重量信息、脱硫工序的铁损 重量信息、扒渣工序的扒渣量、提钒工序的兑铁量等都是人工采集得到；同样转 炉炼钢、炉后出钢等工序的钢水重量信息全部由人工采集，再通过电话等方式将 重量信息传给下一工序。这种落后的人工操作方式，不仅会造成称重计量的不规 范、不准确，称重信息反馈不及时，工作效率不高，严重的甚至会影响生产，不 利于全厂自动化的发展。炼钢厂的重量信息采集情况如表2 1 所示。 重庆大学硕士学位论文2 总体方案设计 表2 1 炼钢厂的重量信息采集情况 编号工艺参数名称物料名称测量范围 信号采集现状电子秤厂家 1 - - 6 脱硫1 # - - 6 # 罐脱硫剂 o 也t 已进入脱硫l 2飞利浦 7 9脱硫1 # - - - 3 # 吊车 铁水 m 五0 0 t 己前毽2 3 2 信号余姚太平洋 l o 1 2 提钒4 鼽甜吊车信号尚未落地首吕大和 1 3 1 6 4 # 炉1 # - - 4 # , 1 i 斗仓 1 7 2 0 5 # 炉5 鼽8 # 料仓散装料 0 一艺t 已进入提钒l 2飞利浦 2 l 2 4 甜炉9 牡1 2 # 料仓 2 5 提钒炉铁合金料仓铁合金 o 2 t 已进入提钒l 2飞利浦 2 6 提钒3 # 吊车生铁 0 3 0 t 己= 向娼2 3 2 信号托利多 2 7 2 8 提钒3 # - 4 # 过跨车半钢 0 j 2 5 0 t已进入提钒l 2 余姚太平洋 2 9 3 4l # 炉1 3 # - 1 8 # 料仓 3 5 - 4 0 2 # 炉7 # - 1 2 # 料仓散装料蚴 已进入炼钢w d p f尤梯尔 4 l 4 6 3 # 炉1 # - - 6 # 料仓 4 7 5 5 铁合金l 牡鲥料仓铁合金0 q ) 5 t 5 昏击5 7 # 炉1 # 1 0 # 料仓 散装料 m 之t 6 6 7 5 8 # 炉l l # 2 0 # 料仓已进入7 # 、8 辑 炉l 2尤梯尔 7 6 7 9 铁合金l 杠斜料仓铁合金0 加5 t 8 0 3 0 t 废钢轨道衡 o 3 0 t 已葡醛2 3 2 信号 8 l 8 2 1 # - - 2 # 火切吊车 废钢 0 3 0 t 托利多 8 3 新转炉废钢轨道衡 0 5 0 t 已进入硝、8 # 转炉l 2 8 4 8 6 原料3 # - - 5 # 吊车 铁水 信号尚未落地a b b 8 7 8 8 新转炉1 # 2 # 吊车 或半钢 0 2 0 0 t 已有r s 2 3 2 信号 余姚太平洋 8 9 - 9 1 铸钢2 # - 4 # 吊车信号尚未落地余姚太平洋 9 2 9 3l # t y 坯1 # - - 2 # 吊车 钢水 o 也0 0 t信号尚未落地 余姚太平洋 9 4 - - 9 5 2 # 方坯l 札2 # 吊车已有r s 2 3 雅号 a b b 9 6 9 7 方坯l f 炉l 牡2 # 合金秤 铁合金 0 - q t 已进入电加热p l c 尤梯尔 9 8 l o o方坯r h 炉1 # - - - 3 # 合金秤 0 - - o 5 t己进入真空p l c飞利浦 1 0 l 1 0 2 l # 方坯大包秤( a 、b 臂) 钢水 o 之0 0 ta b b 1 0 3 1 0 41 # 方坯l # 、2 # 中包秤o 1 0 0 t己进入l 撑方坯l 2 k e l k 1 0 5 1 1 01 # 7 - 坯l 枷6 嘏虎坯秤 方坯 o l o t a b b “2 0 0 ta b b1 1 1 1 1 2 2 # 方坯大包秤( a 、b 臂) 钢水 1 1 3 1 1 42 # 方坯l # 、2 # 中包秤o l o o t已进入拼方坯l 2 k e l k 1 1 5 1 1 82 # 方坯l 枷4 # 流坯秤 方坯 0 - - 1 0 t a b b 1 1 9 1 2 2板坯l f 炉1 # - 4 4 # 合金秤 铁合金 o l t 已进入电加热p l c 尤梯尔 1 2 3 1 2 5板坯r h 炉i # - - - 3 # 合金秤 0 - q ) 5 t 已进入真空p l c飞利浦 9 重庆大学硕士学位论文2 总体方案设计 续表2 1 1 2 6 r h 3 0 0 t 轨道衡 0 3 0 0 t已有r s 2 3 2 信号 托利多 1 2 7 1 2 8 l # 板坯火包秤( a 、b 臂) 钢水 o 1 5 0 ta b b 1 2 9 1 3 0l # 板坯l # 、2 # 中包秤 肚5 0 t 已进入1 械坯l 2 k e l k 1 3 l 1 3 2l # 板坯l # 、2 # 流坯秤 板坯0 1 2 ta b b 1 3 3 连铸1 5 0 t 轨道衡板坯o 1 5 0 t已有r s 2 3 2 信号托利多 0 2 0 0 ta b b1 3 4 1 3 5 2 # 板坯大包秤( a 、b 臂) 钢水 1 3 6 1 3 72 # 板坯l # 、2 # 中包秤0 - 5 0 t 已进入硝板坯l 2k e l k 1 3 8 2 # 板坯秤板坯 0 - 1 2 t a b b 这1 3 8 个计量点的重量信息按工序区分，可分为组罐、脱硫、扒渣、提钒、 炼钢、方坯精炼及连铸、板坯精炼及连铸等工序的重量信息。按称重物体种类区 分，可分为铁水、半钢、钢水、脱硫剂、散装料、合金料、生铁、废钢、方坯、 板坯等的重量信息。按运输方式区分，可分为地面的轨道衡、料仓秤和空中的吊 车等的重量信息。按称重范围为，可分为量程为o 5 t 、1 t 、2 t 的小型电子秤、量程 为1 2 t 、3 0 t 、5 0 t 的中型电子秤和量程为1 5 0 t 、2 0 0 t 、3 0 0 t 的大型电子秤等的重量 信息。按重量信息的采集情况区分，可分为未实现、将要实现和已经实现自动采 集等三类。按电子秤厂家分，可分为飞利浦、余姚太平洋、首昌大和、托利多、 a b b 、尤梯尔、k e l k 等。 这种复杂情况给全厂网络化重量信息采集管理增加了一定的难度。 已经实现自动采集的重量信息进入了脱硫l 2 、提钒l 2 、炼钢w d p f 、新 转炉l 2 、1 群方坯l 2 、2 群方坯l 2 、1 群板坯l 2 、2 样板坯l 2 等二级系统。但是各系 统水平参差不齐，采用的操作系统、开发工具、数据库等都不相同，采集到的数 据分散存放在各工序二级机房的数据库中，数据格式也不统一，给整合现有各系 统已经采集到的重量信息带来了一定困难。 尚未实现自动采集的重量信息涉及首昌大和、a b b 、余姚太平洋、托利多 等多个厂家多种型号的电子秤，数据格式互不相同，甚至同一厂家同一型号的电 子秤，数据格式也不完全一致。 各厂家电子秤的接口方式多种多样，数据发送方式也不相同。 按作业方式不同，可分为吊车秤、吊钩秤、吸盘秤、轨道衡，分别用于称 量不同物体，重量变化规律也大不一样。 2 2 网络化重量信息采集管理主要目标 网络化重量信息采集管理主要实现以下目标； 解析各厂家电子秤的数据格式，统一重量数据格式。 自动完成各工序计量数据的记录( 如脱硫提钒车间扒渣工序扒渣量的记录、 1 0 重庆大学硕士学位论文 2 总体方案设计 转炉车间废钢量的记录、炉后出钢量的记录等) ，减少人为因素的影响，降低操作 人员工作强度，提高数据的准确性、实时性。 动态采集各生产工序相关的生产计量数据，为调度室、各车间操作室提供 全厂生产过程的跟踪。 提供数据存储手段，保存各生产工序相关的生产计量数据，供各工序管理 人员查询、统计、分析。 实现全厂历史重量信息的综合查询与分析，为企业管理人员进行全厂生产 过程分析提供数据依据。 2 3 网络化重量信息采集管理主要原则 网络化重量信息采集管理的目标实现主要遵循以下原则： 实用性：紧密结合炼钢厂生产实际，在尽可能不影响现场生产和现有各系 统正常运行的前提下完成重量信息的网络化采集管理。 经济性：尽可能多地利用现有各系统已经采集到的重量