基于鐵水罐的鐵素流動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)

黃東

摘? 要： 基于鐵水罐的鐵素流動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)將高爐鐵水液面計(jì)、火車軌道衡、請(qǐng)檢系統(tǒng)、煉鐵大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、煉鋼MES系統(tǒng)、火車機(jī)頭無線管 理系統(tǒng)及鐵水罐管理系統(tǒng)各個(gè)信息孤島打通融貫一體，將存在于煉鐵和煉鋼這兩個(gè)相對(duì)剛性工序間的多維物質(zhì)流的銜接、傳遞、匹配及緩沖等過程，及 完成這些過程所消費(fèi)的時(shí)間、占有的空間及其所屬工序、裝置、容量、運(yùn)輸設(shè)備、路線、調(diào)度管理和控制程序等系統(tǒng)深度融合應(yīng)用，在保證高爐安全性 的前提下，最大可能地滿足煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏和對(duì)鐵水溫度的要求，減少鐵水罐的投入數(shù)量，降低生產(chǎn)成本。

Abstract：Dynamic management system of ferrite flow based on hot metal tank. The system integrates the information islands of blast furnace molten iron level? gauge， train track scale， inspection request system， ironmaking big data system， steelmaking MES system， locomotive wireless management system and molten iron? tank management system， and integrates the connection， transmission， matching and buffering of multi-dimensional material flow between the two relatively rigid? processes of ironmaking and steelmaking， And the time and space consumed to complete these processes， as well as their processes， devices， capacity， transportation? equipment， routes， dispatching management and control procedures， are deeply integrated and applied， so as to meet the steelmaking production rhythm and requirements for molten iron temperature as much as possible， reduce the input quantity of molten iron tanks and reduce the production cost on the premise of ensuring the safety of blast furnace.

關(guān)鍵詞： 鐵水廠際運(yùn)輸;動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng);鐵水罐號(hào)識(shí)別;鐵水罐的管理

1 背景

鐵水罐無自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，鐵水罐罐體與平板車數(shù)量不一致，罐體與平 板車都存在下線、維修等問題，高爐出鐵和過鐵水衡時(shí)需要人工觀察記錄罐 號(hào)、罐齡、時(shí)間等參數(shù)，工作量大、效率低且容易出錯(cuò)。以下各子系統(tǒng)獨(dú)立 封閉開發(fā)，系統(tǒng)間形成了信息孤島，煉鐵、煉鋼和生產(chǎn)調(diào)度人員無法實(shí)時(shí)掌 控當(dāng)前鐵水罐的鐵水溫度、鐵水重量、罐號(hào)、路途時(shí)間、等待時(shí)間等有效參 數(shù)，鐵水罐及其信息出現(xiàn)問題后需要反復(fù)的電話溝通，才能進(jìn)行協(xié)調(diào)一致的 行動(dòng)，導(dǎo)致鐵水罐的運(yùn)行效率不高，由于生產(chǎn)流程中的鐵素流信息不順通和 生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)節(jié)奏變化不僅直接影響高爐、轉(zhuǎn)爐以及后續(xù)工序的銜接匹 配和生產(chǎn)運(yùn)行周期，對(duì)能量消耗及環(huán)境負(fù)荷也產(chǎn)生重要影響。

2 本系統(tǒng)的必要性

由于缺乏一套整體有效信息化系統(tǒng)的跟蹤與監(jiān)控手段，煉鐵和煉鋼 這兩個(gè)相對(duì)剛性工序間的多維物質(zhì)流的銜接、傳遞、匹配及緩沖等過程， 及完成這些過程所消費(fèi)的時(shí)間、占有的空間及其所屬工序、裝置、容量、 運(yùn)輸設(shè)備、路線、調(diào)度管理和控制程序等無法有效掌控。煉鐵、煉鋼和生 產(chǎn)調(diào)度人員無法實(shí)時(shí)掌控每個(gè)鐵水罐的鐵水溫度、成分、重量、罐號(hào)、路 途時(shí)間等參數(shù)，不利于提高鐵水罐的運(yùn)輸效率和煉鋼廠的生產(chǎn)組織?，F(xiàn)場(chǎng) 鐵水罐罐號(hào)需要人工來分辨，為了保證鐵水罐號(hào)清晰，需要經(jīng)常用油漆來 涂刷，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，各部門都無法全面地了解鐵水罐的各種實(shí)際運(yùn) 行狀況，鐵水罐罐體損壞、凍結(jié)鐵罐、鐵水裝入量少等異常事件，只能采 用電話詢問的方式進(jìn)行跟蹤和人工記錄。鐵水罐的管理中存在以下幾個(gè)主 要問題：（ 1 ）鐵水罐及機(jī)車位置信息、運(yùn)行軌跡無法確定。（ 2 ）鐵水罐 使用情況、罐齡等全靠人工記錄，鐵水罐號(hào)需要肉眼分辨，經(jīng)常造成罐號(hào) 錯(cuò)誤。（ 3 ）鐵水罐的閑置時(shí)間、等待時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間、烘烤時(shí)間等信息 無法監(jiān)控。（ 4 ）鐵水罐不能自動(dòng)識(shí)別，無法實(shí)現(xiàn)鐵水自動(dòng)司秤。 （ 5 ） 鐵水罐號(hào)需要經(jīng)常用油漆刷新，人工在高溫下涂刷存在嚴(yán)重的安全隱患。 （ 6 ）沒有統(tǒng)一的信息平臺(tái)來進(jìn)行管理，鐵水罐鐵水溫度、鐵水重量等鐵 素流信息無法實(shí)時(shí)顯示和系統(tǒng)傳輸，無法實(shí)時(shí)給煉鋼冶煉提供鐵水預(yù)測(cè)溫 度，不能為煉鋼精準(zhǔn)冶煉提供有效參考。

3 本系統(tǒng)的基本內(nèi)容

基于鐵水罐的鐵素流動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)將高爐鐵水液面計(jì)、火車軌 道衡、請(qǐng)檢系統(tǒng)、煉鐵大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、煉鋼MES系統(tǒng)、火車機(jī)頭無線管理系 統(tǒng)及鐵水罐管理系統(tǒng)各個(gè)信息孤島打通融貫一體，將存在于煉鐵和煉鋼這 兩個(gè)相對(duì)剛性工序間的多維物質(zhì)流的銜接、傳遞、匹配及緩沖等過程，及 完成這些過程所消費(fèi)的時(shí)間、占有的空間及其所屬工序、裝置、容量、運(yùn) 輸設(shè)備、路線、調(diào)度管理和控制程序等系統(tǒng)深度融合應(yīng)用，在保證高爐安 全性的前提下，最大可能的滿足煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏和對(duì)鐵水溫度的要求，減少 鐵水罐的投入數(shù)量，降低生產(chǎn)成本。系統(tǒng)主要功能簡介如下。

3.1? 鐵水罐號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)

鐵水罐號(hào)采用非接觸式的、圖像自動(dòng)識(shí)別的方法：用攝像機(jī)連續(xù)拍攝運(yùn)行中的鐵水罐車，在拍攝的視頻圖像中找到當(dāng)前鐵水罐罐號(hào)所在的位置 并直接辨識(shí)出鐵水罐罐號(hào)。在煉鐵的高爐鐵路進(jìn)出高爐區(qū)域附近，煉鋼的 廠進(jìn)出車間的區(qū)域附近，以及罐庫、鑄鐵機(jī)、冶金車輛庫、軌道運(yùn)輸線途 中等地點(diǎn)設(shè)置圖像識(shí)別區(qū)域，裝設(shè)攝像機(jī)，并在鐵水罐罐體側(cè)面安裝標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)字字體的罐號(hào)標(biāo)簽。當(dāng)機(jī)車牽引鐵水罐經(jīng)過圖像識(shí)別區(qū)域時(shí)，分析服務(wù) 器接收到攝像機(jī)采集的連續(xù)圖像，實(shí)時(shí)解析出鐵水罐的編號(hào)信息，并將編 號(hào)依序上傳至系統(tǒng)平臺(tái)。系統(tǒng)平臺(tái)綜合機(jī)車定位、運(yùn)行方向、鐵水罐編號(hào) 等信息，從而可計(jì)算獲得鐵水罐的實(shí)時(shí)運(yùn)行軌跡，并進(jìn)一步跟蹤出鐵水罐 移動(dòng)的開始點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)軌跡，最終?？奎c(diǎn)及各點(diǎn)時(shí)間。在鐵包上安裝鋼板， 此鋼板按照不同的數(shù)字含義開孔。在加熱的鐵包上，持續(xù)的對(duì)流導(dǎo)致鐵包 板和鐵包表面之間的溫差，這可以被紅外攝像機(jī)捕捉到。此種識(shí)別碼便于 維護(hù)，但是識(shí)別碼不能被人工識(shí)別。還需要在鐵包的其他位置刷上可人工 識(shí)別的阿拉伯?dāng)?shù)字。

3.2? 機(jī)車管理及作業(yè)軌跡模塊（現(xiàn)有系統(tǒng)）

本模塊接收物流系統(tǒng)的機(jī)車GPS定位信息，包括：機(jī)車實(shí)時(shí)位置、行 駛方向、狀態(tài)及所掛鐵水罐數(shù)量、鐵水溫度等信息。實(shí)時(shí)顯示機(jī)車車號(hào)、 位置和行駛方向。通過火車機(jī)頭位置和鐵水罐罐號(hào)固定識(shí)別系統(tǒng)可以完成 對(duì)火車機(jī)頭和其牽引的鐵水罐的實(shí)時(shí)定位追蹤。當(dāng)鐵水罐經(jīng)過室外圖像識(shí) 別區(qū)域，識(shí)別器進(jìn)行識(shí)別，并將數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)平臺(tái)。達(dá)到進(jìn)一步對(duì)鐵水 罐位置的追蹤定位。兩種技術(shù)互補(bǔ)、印證，最終達(dá)到對(duì)鐵水罐全區(qū)域、 24 小時(shí)連續(xù)監(jiān)控的工藝需求。在火車抵達(dá)某一個(gè)設(shè)置攝像頭的卡口，通過計(jì) 軸器記錄此火車運(yùn)輸?shù)能嚰軘?shù)量結(jié)合攝像頭的設(shè)別包號(hào)的情況。系統(tǒng)自動(dòng) 通過攝像頭識(shí)別的包號(hào)和計(jì)軸器系統(tǒng)計(jì)算的車架數(shù)量匹配此列火車上的罐 序、罐號(hào)、火車行駛方向。

3.3? 鐵水罐信息管理模塊

鐵水罐信息管理模塊實(shí)現(xiàn)鐵水罐上線、下線、清理、維修和烘烤全 過程管理，包括自動(dòng)統(tǒng)計(jì)鐵水罐使用次數(shù)，對(duì)達(dá)到服役期限的罐號(hào)進(jìn)行預(yù) 警;跟蹤空罐重量，對(duì)重量到達(dá)上/下限的罐號(hào)進(jìn)行預(yù)警;實(shí)時(shí)監(jiān)控各鐵 水罐的空罐閑置時(shí)間、滿罐等待時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間、烘烤時(shí)間等，并進(jìn)行時(shí) 長報(bào)警。

3.3.1? 罐號(hào)采集

定點(diǎn)匹配、隨時(shí)修正、標(biāo)識(shí)機(jī)車牽引方式、運(yùn)輸方向，采集序號(hào);關(guān) 聯(lián)總節(jié)數(shù);空罐、重罐稱量與罐號(hào)匹配。

3.3.2? 在線自動(dòng)統(tǒng)計(jì)鐵水罐罐齡

對(duì)達(dá)到使用壽命的鐵水罐進(jìn)行提示，確保生產(chǎn)安全。同時(shí)統(tǒng)計(jì)鐵水罐 異常處理情況，為生產(chǎn)決策提供依據(jù)。

3.3.3? 鐵水罐時(shí)長管控

根據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鐵水罐運(yùn)行的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行跟蹤管控，超出標(biāo)準(zhǔn)的 進(jìn)行提示，使管理人員能及時(shí)對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行糾偏和管控。管理標(biāo)準(zhǔn)根據(jù) 生產(chǎn)水平的提升可以靈活調(diào)整。

4 鐵素流信息管理模塊

鐵水鐵素流信息模塊主要將鐵素流的從煉鐵到煉鋼流程中主要信息進(jìn) 行集中實(shí)現(xiàn)和管理，能夠?qū)崟r(shí)展示鐵水罐受鐵后的高爐號(hào)、鐵口號(hào)、軌道 稱號(hào)、鐵水罐號(hào)、鐵水溫度、鐵水液面計(jì)重量、鐵水衡重量、鐵水入轉(zhuǎn)爐 重量、溫度及到達(dá)指定點(diǎn)的時(shí)間等信息的實(shí)時(shí)顯示和跟蹤，系統(tǒng)對(duì)鐵水溫 降的因素進(jìn)行研究，根據(jù)鐵水裝入時(shí)間、空罐與重罐時(shí)間及鐵水罐保溫性 能的長期數(shù)據(jù)分析，開發(fā)出鐵水溫降和預(yù)測(cè)功能。

在原有的靜態(tài)管理模式下只能按照鐵罐的皮重進(jìn)行跟蹤和管理，不能 及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的重量突變。有了鐵素流信息管理系統(tǒng)之后就可以由系統(tǒng)根 據(jù)重量的變化，自動(dòng)按設(shè)定的條件對(duì)重量的異常變化給出報(bào)警提示，幫助 加快異常的處理。其次是鐵罐的維修情況進(jìn)行了記錄與共享，使得對(duì)于鐵 罐的維修履歷可以準(zhǔn)確進(jìn)行跟蹤查詢，就實(shí)現(xiàn)了鐵罐的早期監(jiān)控與預(yù)警。

4.1? 鐵水罐內(nèi)鐵水全生命周期的信息

鐵水罐從空罐狀態(tài)到高爐裝鐵水，再到轉(zhuǎn)爐鐵水入爐回到空罐狀態(tài)的 全流程時(shí)間流，便于管理人員數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)。

4.2 ?鐵水庫存的監(jiān)控

對(duì)在途鐵水與庫存鐵水進(jìn)行管控，便于生產(chǎn)部和煉鋼及時(shí)掌握庫存情 況，靈活應(yīng)對(duì)，確保生產(chǎn)節(jié)奏正常進(jìn)行

5 鐵水軌道衡自動(dòng)司秤

現(xiàn)在是由司秤員負(fù)責(zé)進(jìn)行遠(yuǎn)程重量確認(rèn)，采用罐號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)后， 再結(jié)合鐵水罐精確定位裝置，實(shí)現(xiàn)鐵水罐自動(dòng)識(shí)別罐號(hào)和鐵水軌道衡自動(dòng) 司秤。主要解決以下主要內(nèi)容：①鐵水罐號(hào)自動(dòng)獲取，②自動(dòng)對(duì)位判斷， ③毛重、皮重的自動(dòng)確定，④異常狀態(tài)下的智能提示。

6 生產(chǎn)物流調(diào)度計(jì)劃模塊

系此方法統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)鐵水罐的使用次數(shù)、周期和頻率，根據(jù)長期的生 產(chǎn)實(shí)際情況，鐵水罐的實(shí)際使用狀況，實(shí)時(shí)顯示各個(gè)鐵水罐的使用率及各 區(qū)域停留時(shí)間預(yù)警提示，為生產(chǎn)調(diào)度人員合理調(diào)整調(diào)度計(jì)劃，不出現(xiàn)鐵水 罐長期等待現(xiàn)象，合理調(diào)整鐵水運(yùn)輸時(shí)間，提升鐵水罐周轉(zhuǎn)率，提高入爐 溫度提供有效的數(shù)據(jù)支撐。分為除鐵計(jì)劃、配罐計(jì)劃和運(yùn)輸計(jì)劃。

6.1? 高爐出鐵計(jì)劃的管理

高爐出鐵時(shí)間按堵口時(shí)間自動(dòng)生成出鐵計(jì)劃，物流運(yùn)輸時(shí)間自動(dòng)匹 配，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況自動(dòng)對(duì)計(jì)劃作出調(diào)整，同時(shí)對(duì)接煉鋼生產(chǎn)，便于 高爐、物流和煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏相對(duì)統(tǒng)一。

6.2? 配罐計(jì)劃的管理

配罐計(jì)劃根據(jù)鐵水罐周轉(zhuǎn)時(shí)間，按先空先用原則自動(dòng)安排鐵水罐使用 順序，防止出現(xiàn)鐵水罐等待時(shí)間過長，導(dǎo)致溫降過大現(xiàn)象，同時(shí)減少人員 的工作量。可以人工干預(yù)。

6.3? 運(yùn)輸計(jì)劃的管理

運(yùn)輸計(jì)劃定義了兩個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)模式，一個(gè)是到高爐的“空-重”，一 個(gè)是到轉(zhuǎn)爐的“重-空”。在標(biāo)準(zhǔn)模式狀態(tài)下簡化運(yùn)輸模式，便于對(duì)運(yùn)輸 組織的管理。其余的運(yùn)輸劃分到臨時(shí)模式。運(yùn)輸模式來自于出鐵計(jì)劃，滿 足出鐵計(jì)劃的時(shí)間需求。

7 鐵水溫度預(yù)測(cè)模塊（溫度預(yù)報(bào)模型）

鐵水溫度預(yù)測(cè)模型采用4個(gè)維度、 12個(gè)因子條件;全開放的調(diào)整模 式;經(jīng)驗(yàn)公式與數(shù)據(jù)回歸結(jié)合;采用增量法法則計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)生產(chǎn)。

8 高爐煉鋼物流總調(diào)區(qū)域看板（以圖例的方式，實(shí)時(shí)顯示）

在高爐區(qū)域、煉鋼區(qū)域、物流區(qū)域、總調(diào)區(qū)域根據(jù)各自主要需求設(shè)立 大屏幕和PC看板。

8.1? 高爐看板

主要數(shù)據(jù)包括：鐵次號(hào)、鐵口、罐到時(shí)間、開口時(shí)間、堵口時(shí)間、罐 數(shù)、罐號(hào)、預(yù)開口時(shí)間等。

8.2 物流看板

8.3 總調(diào)看板

8.4 煉鋼看板

9 鐵水罐系統(tǒng)報(bào)表

鐵水罐日?qǐng)?bào)和月報(bào)對(duì)鐵水罐相關(guān)指標(biāo)、執(zhí)行效果按班組、按日進(jìn)行 統(tǒng)計(jì)分析，生產(chǎn)效果實(shí)時(shí)展示，便于管理、操作人員及時(shí)了解生產(chǎn)狀態(tài)與 執(zhí)行效率。減少班組差異，改善過程不足。鐵水罐日?qǐng)?bào)、月報(bào)主要數(shù)據(jù)包 括：生產(chǎn)爐數(shù)、重罐數(shù)量周轉(zhuǎn)次數(shù)、空罐時(shí)長、重罐時(shí)長、溫降時(shí)長、煉 鐵在站時(shí)長、在線罐數(shù)、上線罐數(shù)、下線罐數(shù)、鐵水總量、轉(zhuǎn)入平均值、 廢鋼配加量、配廢鋼罐數(shù)、廢鋼平均量、皮重平均量、皮重超標(biāo)數(shù)、溫降 合格率、平均鐵水溫度、平均入爐溫度、平均溫降等。

10 鋼區(qū)鐵水的管理

從MES接收來自鐵區(qū)的出鐵信息，當(dāng)鐵罐抵達(dá)煉鋼區(qū)域后。在兌鐵位 置進(jìn)行兌鐵操作時(shí)，需記錄兌鐵過程中鐵水的來源鐵水罐信息和受鐵的 去向，包括：鐵水包、重量、成分等。同時(shí)，記錄鐵水包被送入轉(zhuǎn)爐的時(shí) 刻。此刻，鐵水的全程跟蹤結(jié)束。

11 結(jié)束語

在系統(tǒng)中無論鐵水罐處于哪一種計(jì)劃的某一個(gè)執(zhí)行狀態(tài)，需要有準(zhǔn)確、唯一的標(biāo)識(shí)來跟蹤和記錄它所處的位置和狀態(tài)，為此確定鐵罐運(yùn)行狀 態(tài)分別為：出鐵待機(jī)、出鐵完成、小待機(jī)、小修完成、兌鐵待機(jī)、兌鐵完 成、鑄鐵待機(jī)、鑄鐵完成、大包分包待機(jī)、大包分包完成、烘罐待機(jī)、烘 罐完成。運(yùn)行狀態(tài)的確定給鐵罐運(yùn)行進(jìn)程管理提供了準(zhǔn)確的節(jié)點(diǎn)。利用 “待人一一完成”，這種閉環(huán)的方式進(jìn)行記錄每一個(gè)計(jì)劃執(zhí)行過程，同時(shí) 也就是實(shí)現(xiàn)了對(duì)相關(guān)六位的作業(yè)進(jìn)度的監(jiān)控。有了這些作業(yè)進(jìn)度的監(jiān)控， 對(duì)于鐵水罐的運(yùn)行狀態(tài)的跟蹤也了駛一目了然，十分清晰。在這樣一種系 統(tǒng)設(shè)計(jì)思路下，長久以來的鐵水罐靜態(tài)管理或者說是事后管理的模式，很 自然的就通過信息化的手段實(shí)現(xiàn)了回動(dòng)態(tài)管理模式的轉(zhuǎn)變。這也是長久以 來困擾和制約鐵水缸運(yùn)行效率提高的一個(gè)重要為素。有了這種動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù) 記錄，管理者可以從多種不同的角度去評(píng)價(jià)鐵水饒運(yùn)行的效率，進(jìn)而去改 進(jìn)相應(yīng)的管理手段與方法。

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