一种基于物联网的炼钢全流程物流信息化方法与流程

本发明属于炼钢生产过程信息化技术领域，具体涉及一种基于物联网的炼钢全流程物流信息化的调度方法。

背景技术：

炼钢生产过程中，天车、台车运输铁包、钢包及废钢斗等，铁水、钢水及废钢通过容器在各工序间流转，整个过程需要经过多道工序，每道工序有多个设备，实现基于物联网的物流信息化是保证炼钢过程正常运转的基础。要实现炼钢全流程信息化需要对天车、台车实时定位跟踪，需要对进入炼钢车间的每个钢包、铁包、废钢斗的位置及当前状态实时监控，需要给出废钢斗配废钢完成情况及铁包铁水准备情况，为保证炼钢过程有序高效运行还要基于甘特图实时监控任务调度信息。

技术实现要素：

为解决炼钢全流程无法实时获取跟炼钢有关的生产数据，无法实时跟踪、统计全流程生产状态等问题，本发明的目的在于提供一种能够优化天车操作时刻、减少天车维修损耗、实现全局信息透明、大大降低调度人员劳动强度以及提高生产效率，在不同状态下能够快速准确的实现炼钢全流程信息化方法。

为实现上述目的，图一为本发明方案框架图，本发明技术方案主要包括以下内容：建立底层物联网，将炼钢流程中的数据通过物联网集中到服务器，构建天车物流系统，提供精准的天车、台车定位,通过扫描耐高温条形码来识别铁包、钢包号，实现整个炼钢车间中钢包、铁包、废钢斗在炼钢过程中实时空间位置跟踪，并以动画方式作展示，废钢管理，实现炼钢全流程的动画展示，依据甘特图实时监控任务调度信息，从而实现基于物联网的炼钢全流程信息化调度，该调度方法主要包括以下步骤；

1)建立底层物联网:基于plc实现炼钢物联网，搭建大据服务器采集所有跟炼钢有关的生产数据，采集安装的传感器信号，获取mes系统的相关信号，采集各二级系统生产数据，将底层状态实时提供给天车物流系统与容器管理系统,炼钢物联网拓扑结构采用星形拓扑，主要包括以下内容：

a，系统核心为厂级三层以太网交换机，中控、预处理、转炉、精炼、连铸、天车通信的二层以太网交换机、数据采集服务器、应用服务器都与厂级三层交换机使用星形结构相连，通过三层交换转发实现二层之间的数据通讯；

b,二层以太网交换机与底层设备之间也使用星形拓扑结构，在底层设备与三层以太网之间做数据交换，底层设备主要构成：中控设备、预处理设备、转炉设备；

c,服务器由数据服务器和应用服务器组成，其中数据服务器安装insql软件采集底层各设备数据，为上层应用提供数据支撑，应用服务器负责安装本系统各功能软件。

2)构建天车物流系统：以物联网plc为基层的钢铁企业应用服务器，将炼钢的所有数据上传至云数据中心，研究单位下载其中的数据，通过分析数据来更新系统服务以及对界面进行维护。主要包括如下内容：

a,铺设x、y轴编码电缆,检测天车大车、小车位置信息，传入plc，实现天车实时、准确的跟踪定位。

b,安装激光测距仪,采集扒渣、东西脱硫、东西精炼台车位置信息，通过4-20ma电流信号将位置数据传入plc；

c,plc将采集到的信息经过逻辑运算之后，通过网络层设备传输至数据服务器；

d,调度室总界面(不锈钢工艺)，重点体现天车、台车位置以及关键设备生产状态；

e,钢水跨客户端，显示连铸、精炼详细信息，烤包及热修信息，天车跟踪及钢包和炉次信息；

f,加料跨客户端，显示铁水线详细信息，天车位置及计划执行状态，设备生产状态及炉次计划及生产路径；

g,天车车载终端，显示本天车和左右天车的位置及状态；

3)识别容器包号：对于没有倒灌站，采用小包兑大包或者一包到底的方式提供铁水的炼钢厂，需要识别铁水线进入炼钢车间的铁包号和对应铁水重量。主要包括以下内容：

a、在耳轴下方安装扫描铁片，通过远距离扫描来识别铁包号，通过轨道衡测量铁水重量并形成“包号-质量对应表”.

b、同时在炼钢车间门侧安装两个扫描器，识别进入车间的铁包号，查找“包号-质量对应表”可找到对应的铁水重量；

4)容器跟踪：通过容器管理系统实现整个炼钢车间中钢包、铁包、废钢斗在炼钢过程中实时空间位置跟踪，并以动画方式作展示，其次，动画中附带钢包重量、钢液温度重要信息，为调度提供参考，主要包括以下内容：

a,检测现有烤包状态下，烤包时长、煤气耗量、包壁温度关键参数；计算钢(铁)包烤至合格温度仍需时长、煤气流量；计算烤包合格钢(铁)包温度保持所需煤气流量；

b,跟踪铁水从高炉至转炉各工艺环节中铁水温度，跟踪钢液从转炉至精炼、精炼至连铸各工艺环节中钢液温度，为炼钢过程提供温度线的调度依据；

c,预测转炉入口铁水温度，指导转炉冶炼工艺；预测精炼炉入口钢液温度，为精炼加热提供指导；预测连铸受包位钢液温度；

d,预测浇铸整个过程中，钢包内钢液温度的持续预测，为连铸过程拉速、冷却水量等控制提供参考；

5)废钢管理：根据各炉次废钢添加配方和意见废钢斗中添加的废钢情况，给出各种废钢添加量计划及具体执行的天车，主要包括以下工艺步骤：

a,依据不同炉次号的炉次状态、钢种、计划路径、铁水装入量、废钢装入量以及钢水重量获得废钢斗详细配料信息从而给出废钢添加量计划；

b,依据不同天车号的容器号、当前任务、动作状态以及负载重量安排执行废钢添加计划的天车；

6)炼钢全流程的动画显示：实时跟踪显示炼钢全流程所有容器的状态及位置，实时统计容器在各个停留点之间的运转时间，实时跟踪显示炼钢全流程天车、台车的状态及位置，并统计各运载设备在各停留点停留时间及运转时间，为建立炼钢全流程智能调度提供大数据支撑。

7)依据甘特图实时监控任务调度信息：将已生产、正在生产和未生产任务以甘特图的形式展示给调度人员，并提供手动调整功能；

本发明所采用的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明依据天车物流系统实现全局信息透明，避免沟通障碍引起的生产混乱，加快了炼钢过程中突发事故处理速度；

2、本发明采用钢/铁包识别、位置跟踪提高了容器利用率，通过对每个容器状态及位置的实时跟踪为炉次生产提供及时的容器支持，提高生产效率；容器的能效管理跟踪容器在炼钢全过程各点的能耗，为炼钢质量提供改进依据，节能降耗(煤气量、精炼加热等热损耗可节约50万/年)；

3、本发明的天车执行决策树在保证计划顺利执行的前提下，优化天车操作时刻，避免因重包悬吊导致的天车机械损耗(减少天车维修损耗10万/年)；

4、本发明依据底层物联网提供实时信号，可大大降低调度人员劳动强度，减少因疲劳导致的生产事故；

5、本发明所采用方法在保证计划有序进行的同时，能最大限度的加快生产节奏，对生产操作人员给予积极的帮助和约束，能节约生产成本、降低能耗、提高钢企的生产效率。

附图说明

图1为本发明的炼钢全流程信息化框架；

图2为本发明的炼钢天车物流系统软件架构图；

图3为本发明的网络拓扑结构图；

图4为本发明的包号识别图；

图5为本发明的容器跟踪图；

图6为本发明的炼钢全流程动画展示图；

图7为本发明的任务切换显示甘特图；

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

图2为炼钢天车物流系统软件架构图，为实现炼钢过程智能调度，需要采集炼钢过程底层传感器信号并形成数据中心数据库炼钢天车物流系统软件基于plc实现炼钢物联网，搭建大据服务器采集所有跟炼钢有关的生产数据。系统数据中心主要实现现场数据的集中采集、存储、共享和管理，包括从现场各子系统获取工艺参数、控制参数、实时设备状态和环境数据。采集安装的传感器信号，获取mes系统的相关信号，采集各二级系统生产数据，将底层状态实时提供给天车物流系统与容器管理系统；主要包括以下内容：

1)底层数据采集plc与传感,主要包括以下内容：

a,天车plc：采集x、y轴地址信息，采集天车物重信息，采集天车起放吊信号。经过逻辑运算之后，通过网络层设备传输至数据服务器；

b,倒灌站plc：采集扒渣、脱硫、倒灌坑台车位置信息，倒灌坑台车物重信息。经过逻辑运算之后，通过网络层设备传输至数据服务器；

c,精炼站plc：采集精炼台车、转炉台车、二期钢包转运车、西过跨车位置信息，连铸机开浇与停浇信号。经过逻辑运算后，通过网络层设备传输至数据服务器；

d,转炉厂方plc：采集转炉渣罐车位置信息，经过逻辑运算后，通过网络层设备传输至数据服务器；

e,厂方连铸plc：采集连铸开浇与停浇信号，经过逻辑运算后，通过网络层设备传输至数据服务器；

2)通过pc与平板操作系统对天车物流系统软件进行监控及调整，主要由以下内容构成：

a,中控室操作终端：显示中控调度信息，推送调度指令；

b,中控全局监控：显示全局监控动画；

c,预处理操作终端：显示预处理单元数据以及调度指令；

d,转炉操作终端：显示转炉单元数据以及调度指令；

e,精炼操作终端：显示精炼单元数据以及调度指令；

f,连铸操作终端：显示连铸单元数据以及调度指令；

g,车上平板电脑：显示对天车的调度指令和任务计划；

h,天车车载终端：显示天车位置及状态；

3)废钢管理(不锈钢工艺),通过天车物流系统进行废钢管理，根据各炉次废钢添加配方和意见废钢斗中添加的废钢情况，给出各种废钢添加量计划及具体的执行天车；主要包括以下信息:

a、废钢斗详细配料信息；

b、废钢池管理；

c、天车跟踪；

4)对一些关键位置需要信息管理的可添加硬件、软件按键(表1)；

表1硬件、软件按键

图3为网络拓扑结构图，采用星形拓扑，星形拓扑结构优点在于结构简单、建网容易、控制相对简单。系统核心为厂级三层以太网交换机，中控、预处理、转炉、精炼、连铸、天车通信的二层以太网交换机、数据采集服务器、应用服务器都与厂级三层交换机使用星形结构相连，通过三层交换转发实现二层之间的数据通讯。主要包括以下工艺步骤：

1)底层设备主要构成如下：

a,中控：中控pc操作终端、中控操作室全局监控；

b,预处理：预处理pc操作终端、倒灌站数据采集plc、厂家脱硫plc；

c,转炉：转炉pc操作终端、厂方转炉plc；

2)将跨上ap通过光纤收发器接入渣跨跨上、加料跨跨上以及钢水跨跨上；

3)将脱硫站客户端、废钢客户端通过网线接入脱硫站，转炉客户端、plc站通过网线接入转炉，lf炉客户端通过网线接入lf，rh炉客户端通过网线接入rh炉，连铸客户端、plc站通过网线接入连铸；

4)将渣跨跨上、脱硫站、转炉、lf、加料跨跨上通过光纤接入转炉，将连铸、钢水跨跨上通过光纤接入连铸，将连铸与转炉通过光纤接入；

图4为包号识别图，对于没有倒灌站，采用小包兑大包或者一包到底的方式提供铁水的炼钢厂，需要识别铁水线进入炼钢车间的铁包号和对应铁水重量；具体实施步骤如下：

a)在耳轴下方安装扫描铁片，通过远距离扫描来识别铁包号，通过轨道衡测量铁水重量并形成“包号-质量对应表”。

b)同时在炼钢车间门侧安装两个扫描器，识别进入车间的铁包号，查找“包号-质量对应表”可找到对应的铁水重量。

c)实现对鱼雷罐车车号识别和位置定位，并存入客户端服务器数据库；

图5为炼钢流程中的容器跟踪图，通过对整个炼钢车间中钢包、铁包、废钢斗在炼钢过程中的实时空间位置跟踪，以动画方式作展示，动画中附带钢包重量、钢液温度重要信息，为调度提供参考。具体实施步骤如下：

建立钢铁包跟踪界面，由钢包作业监控、铁包作业监控以及废钢斗作业监控构成，提供钢包类型及铁包状态人工修改；主要实现如下功能:

a)检测现有烤包状态下，烤包时长、煤气耗量、包壁温度关键参数；计算钢(铁)包烤至合格温度仍需时长、煤气流量；计算烤包合格钢(铁)包温度保持所需煤气流量；

b)跟踪铁水从高炉至转炉各工艺环节中铁水温度，跟踪钢液从转炉至精炼、精炼至连铸各工艺环节中钢液温度，为炼钢过程提供温度线的调度依据；

c)预测转炉入口铁水温度，指导转炉冶炼工艺；预测精炼炉入口钢液温度，为精炼加热提供指导；预测连铸受包位钢液温度；

d)预测浇铸整个过程中，钢包内钢液温度的持续预测，为连铸过程拉速、冷却水量等控制提供参考；

图6为炼钢全流程动画展示图，以动画的形式展示了钢/铁包在炼钢全流程中工艺路径操作过程，主要实现以下功能：

1)详细标出钢/铁包在炼钢全流程的每个停留点；

2)实时统计钢/铁包在各个停留点之间的运转时间(表2)为建立钢/铁包流转热损耗提供数据；

表2钢/铁包工艺路径内操作过程描述

图7为任务切换显示甘特图界面，能完成如下基本功能：能以甘特图的形式在同一界面不同颜色显示已生产的任务、正在生产的任务和未生产的任务，可点击任务转化按钮，使任务的颜色发生转化，提供一定约束下的甘特图任务鼠标拖拉功能，界面提供规则的增、删、改、查操作。

经比较，本发明所提方法加快了生产节奏，实施效果好，适应环境变化能力强，确保了炼钢过程生产安全，降低了生产运营成本，节省能源，增强了企业管理，提高了生产效率，有利于促进企业效益最大化。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。