煉鋼行車定位及智能調(diào)度系統(tǒng)應用

河鋼唐鋼信息自動化部 楊 勛

煉鋼行車定位及智能調(diào)度系統(tǒng)應用

河鋼唐鋼信息自動化部 楊 勛

為提高煉鋼生產(chǎn)過程的工作效率、降低能耗，利用天車物流系統(tǒng)對煉鋼生產(chǎn)過程的物料流和數(shù)據(jù)流進行統(tǒng)一采集、監(jiān)測、分析、控制和優(yōu)化，全局監(jiān)管天車狀態(tài)、位置，判斷天車行為，提高天車行動質(zhì)量及利用率，減少消耗提高生產(chǎn)速度和效率。

根據(jù)功能需求，系統(tǒng)與智能化調(diào)度系統(tǒng)有機結(jié)合，接收煉鋼作業(yè)各道工序的作業(yè)計劃，通過天車定位系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)、物流管理系統(tǒng)，應用各天車數(shù)據(jù)共享、服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)歷史保存、推理分析與統(tǒng)計、天車作業(yè)重現(xiàn)等技術(shù)手段，實現(xiàn)天車的高效運行；記錄各煉鋼工藝設(shè)備在生產(chǎn)過程中的物料消耗和產(chǎn)出數(shù)據(jù)，實現(xiàn)煉鋼作業(yè)的可視化，根據(jù)需要將生產(chǎn)實績反饋給智能調(diào)度系統(tǒng)，使得煉鋼生產(chǎn)更加智能化。

1.系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)利用行車跟蹤定位技術(shù)、無線通信技術(shù)、行車稱重技術(shù)對煉鋼生產(chǎn)的所有爐次進行去向跟蹤和稱重，達到主要物料流的自動跟蹤，并按爐號組織生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，從而科學合理的調(diào)度生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

本系統(tǒng)主要涉及煉鋼廠內(nèi)從高爐鐵水進入煉鋼車間直至鋼水到達連鑄機進行澆鑄的整個煉鋼過程的物流跟蹤、設(shè)備作業(yè)記錄和智能調(diào)度，包括對脫硫站、轉(zhuǎn)爐、電爐、精煉爐、連鑄機、烤包位、熱修位、冷修位、天車（共計21臺：渣跨9臺、加料跨6臺、鋼水跨6臺）、鐵水罐車、鋼包車、過垮臺車，鐵水包、鋼包、廢鋼料罐等設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、作業(yè)記錄和智能調(diào)度。系統(tǒng)框架

系統(tǒng)按數(shù)據(jù)處理的流程可分為數(shù)據(jù)輸入層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)輸出層，系統(tǒng)框架如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)框架圖

2.系統(tǒng)硬件設(shè)備

系統(tǒng)設(shè)備分為車載站和地面站，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1 車載站

車載主控系統(tǒng)連接車載站各個子系統(tǒng)，綜合每個單元的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一發(fā)送到中控上位機。同時接收中控上位機的數(shù)據(jù)和指令，進行處理分析，并送顯示及語音提示等。在本系統(tǒng)中，采用PLC S7-1200 CPU單元，并在機架上添加以太網(wǎng)通訊模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與交換。在程序功能實現(xiàn)上，通過添加FC塊，在主程序OB1中調(diào)用來實現(xiàn)。這樣，即可以保持與原有車載控制系統(tǒng)的兼容性，也為以后的功能擴展預留了最佳的接口方式。

行車定位采用編碼電纜定位技術(shù)來實現(xiàn)。編碼電纜是具有一定編碼規(guī)則的專用電纜，采用特殊模具以間隔相等、方向相反、互相對稱的對線形式繞制。電纜護套采用軍用氯丁膠，具有良好的抗腐蝕及氧化功能。

編碼電纜由電纜芯線、模芯和電纜護套構(gòu)成。各對地址線按不同步長規(guī)律編排，每隔一定長度（步長）交叉一次。利用最簡單的單匝線圈的感應原理，當移動站的天線箱線圈中通入交變電流時，在天線箱附近會產(chǎn)生交變磁場，由于天線箱離編碼電纜很近，故編碼電纜近似處在一個交變的、均勻分布的磁場中，因此每對編碼電纜芯線會產(chǎn)生感應電動勢。地址線與基準線同相為0，反相為1。這樣感應的信息按格雷碼排列，永不重復。

對阻抗匹配單元送來的地址信號進一步濾波降噪。在CPU的控制下，通過對G線和R線上的地址信號比較鑒別求得大地址（10cm級地址），通過對G0和L0線上的地址信號進行A/D采樣、運算求出精密地址。

在本系統(tǒng)中，在行車X軸軌道上和小車的Y軸軌道上，各安裝一套編碼電纜定位設(shè)備。行車X軸方向的地址直接從地面站檢測得出，送到中控上位機。小車Y軸方向地址從車載站檢測得出后，送到車載主控單元。中控上位機和車載主控單元之間通過無線雙向通訊單元進行數(shù)據(jù)傳輸。

稱重系統(tǒng)把行車起吊的重量通過稱重傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)稱重儀表把信號傳送給數(shù)據(jù)處理單元。對于現(xiàn)場已經(jīng)安裝稱重裝置的行車，則直接讀取輸出的重量數(shù)據(jù)。重量信號可在車載觸摸屏進行顯示，并傳到中控上位機進行記錄，供統(tǒng)計查詢及分析。

2.2 地面站

地面中控系統(tǒng)是本系統(tǒng)的核心控制中心，由工控機和上位機軟件組成，用于匯集各個行車、鋼包的數(shù)據(jù)，以直觀的動畫方式顯示各車位置及狀態(tài)，對數(shù)據(jù)進行分析處理，用以高效指導生產(chǎn)，并及時做出合理調(diào)整。

識別單元系統(tǒng)安裝一套基于高溫罐號別技術(shù)的包號自動識別裝置，由系統(tǒng)對其自動跟蹤，實現(xiàn)整個作業(yè)流程的管理與統(tǒng)計。包號識別標簽安裝在鐵包和鋼包的兩側(cè)或底部。系統(tǒng)由終端檢測設(shè)備和檢測天線組成，自動識別包號傳送到服務(wù)器。

地面無線通訊系統(tǒng)與車載無線通訊系統(tǒng)進行雙向數(shù)據(jù)交換，在渣跨、加料跨和受鋼跨各設(shè)一套地面無線通訊系統(tǒng)，每一套地面站對應該跨的多輛車載站。

3.調(diào)度系統(tǒng)

煉鋼智能調(diào)度是以全廠的生產(chǎn)排程和設(shè)備調(diào)度為目的，利用煉鋼物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合基于溫度傳熱模型的容器管理、基于狀態(tài)空間法的設(shè)備狀態(tài)判斷以及基于數(shù)據(jù)挖掘的計劃重排，實現(xiàn)全廠煉鋼過程調(diào)度的緊湊、有序。

煉鋼計劃編排是在保證連鑄機不斷澆的前提下，計算各爐次在各工序的生產(chǎn)設(shè)備及其開始、結(jié)束時間，即煉鋼生產(chǎn)列車時刻表。根據(jù)煉鋼工藝，對底層的工藝設(shè)備進行狀態(tài)判斷與監(jiān)控，主要包括如下工藝設(shè)備：脫硫（撈渣）站、轉(zhuǎn)爐、廢鋼槽、精煉站、連鑄機、烤包位、熱修位及容器等。為實現(xiàn)天車負荷均衡，可根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級和任務(wù)的類型，進行預分配天車任務(wù)。根據(jù)客戶要求可生成各種報表，下圖所示客戶端為某煉鋼廠所需物流報表，主要記錄每爐次鐵水量、廢鋼量、鋼水量、兌鐵時間及對應天車、出鋼時間及對應天車等。

4.總結(jié)

行車定位是行業(yè)發(fā)展趨勢，本系統(tǒng)實現(xiàn)了煉鋼行車無人自動控制、自動跟蹤、設(shè)備間安全聯(lián)鎖、鋼包管理，是煉鋼智能化的重要一環(huán)。