中厚板产线物流跟踪系统的开发与应用

路银北 胡玉法 王冰 张爱芳 宋瑜

(安阳钢铁股份有限公司)

中厚板产线物流跟踪系统的开发与应用

路银北 胡玉法 王冰 张爱芳 宋瑜

(安阳钢铁股份有限公司)

阐述了物流跟踪系统在安钢第二轧钢厂实施的背景、目的和意义，介绍了系统的整体架构、主要功能、采用的关键技术，以及系统应用后的运行效果。

MES ERP 物流跟踪 自动控制

0 引言

随着全国工业技术水平的不断发展和提高，钢铁市场竞争的日益激烈，节能降耗、降低生产成本已成为企业重要的指标，采用新的技术降本被众多企业认同［1］。随着其他同类企业的技术装备的不断提升，安钢第二轧钢厂2800mm四辊单机架生产已经不能满足现代化的生产要求，如何有效解决缩短交货期，协调工序间运作、及时传递生产信息、优化生产过程等问题，并提高设备作业率和钢材的成品质量，促进2800mm四辊中板轧机的快速超产、高效运行，是安钢发展战略的重要问题之一。

目前安钢已经在全公司顺利实现了信息化一期建设，采用 ERP(Enterprise Resource Planning)和MES(Manufacturing Execution System)相结合的管理模式，并针对不同产线，分别实现了面向库存和面向订单的生产模式。为了实现公司精细化管理目标，信息化系统有待进一步继续深化和完善。

1 存在的问题

第二轧钢厂物流信息管理以前主要靠人工交流，效率低、劳动重复、信息容易发生错误，同时造成炼钢→轧钢→质量检验等流程的信息无法互通，对生产、物料、质量等信息不能及时有效的共享，无法实现科学安排生产、及时掌握生产情况，不能对产品质量快速、长期、有效地分析，无法实现与其他生产厂乃至公司信息系统的集成。虽然安钢信息化一期建设实现了ERP系统和MES系统的基本功能，但在生产过程中还存在如下问题:

1)在物流跟踪上MES已经实现了生产计划的下达、实绩数据的收集、部分数据的手动录入和收集等批次跟踪，但未实现物料的件次跟踪，同批次物料中子板所对应的母版的原始尺寸和加工历程都有较大的差异，批次跟踪限制了质量管理和成本控制水平的进一步提高。

2)MES与ERP系统虽然已经运行，但由于大量的过程自动化和基础自动化的实时数据未能收集上来，计划的制订缺乏足够的基础数据，计划执行的具体情况也不能得到及时的反馈，限制了MES和ERP系统的运行质量。

3)生产组织和生产调度人员不能实时获得钢板在生产线上的具体位置和生产状态，不能及时获得全面的板坯数据，事后无法对质量异议进行深入详细的比较分析，事中也无法实现生产计划的实时修改。

安钢ERP已基本上线运行，但全线生产协调控制与计划调度是人工完成，信息传递靠人工报表，效率低，规范性差，制约了生产效率的发挥提高。鉴于上述实际情况，有必要开发中厚板生产线物流跟踪系统，实现全线的物流跟踪、信息共享及进一步优化全线生产效率，实现ERP与生产系统有机连接，从而实现管控一体化。

2 系统架构

2.1 系统方案设计

系统采用层次结构，自顶向下由两台高档网络服务器及其终端和打印机构成物流跟踪计算机系统;由工业PC机构成操作站级;由PLC和通用控制器组成基础自动化级。物流跟踪系统编程软件采用SIMATIC PSC7V60版本，硬件采用SIEMENS公司的S7－400系统，远程I/O采用分布式ET200，网络采用星型拓扑结构。

网络部分以TCP/IP协议为基础，采用光纤以太网通讯，与其它在线已使用的过程控制级、基础自动化级、传动系统实现数据交换，通过Profibus－DP网连接各个区域的工业级的PLC及ET200远程站等控制系统，使得PLC之间可以快速交换数据。基础自动化级采用独立的PLC控制系统，在不更改现有控制系统功能，根据物流跟踪需求数据，增加部分现场检测元件，新增检测元件通过分布式控制结构ET200 系统接入主控制器［2］。

在具体的物理实现上，物流跟踪系统的设备选型与配置除了必须能够满足系统的功能要求以外，还考虑到设备的性能价格比、设备的安装环境与布线、用户使用操作等诸多因素。物流跟踪系统在纵向分为基础自动化级L1和过程自动化级L2两个层次，在横向划分为加热炉区、粗轧区、精轧区、矫直区、冷床区、剪切区、收集区。

按照中厚板生产线的工艺流程，并考虑与现有MES系统以及过程自动化及基础自动化系统的衔接和配合，以及物流跟踪系统功能实现的需要，将物流跟踪系统进行如下的功能区域划分:①上料区。从MES系统接收坯料的计划信息;②加热炉区。实现炉内位置跟踪及加热历程数据记录;③轧机区。通过与现有轧机AGC连接，采集其中的跟踪数据，实现轧区钢坯位置跟踪及轧制过程数据;④矫直机区。实现矫直机区的钢板位置跟踪及矫直过程一级数据记录;⑤冷床区。实现钢板在冷床上的动态分布记录;⑥剪切区。为操作员提供钢板长度宽度参考和记录剪切过程一级数据;⑦收集台区域。操作工最后确认和修改信息［3］。

2.2 系统采用的关键技术

物流跟踪不参与过程控制，仅是物的跟踪，是实时的对物料和物料信息进行准确自动跟踪的系统，每块母或及子板都有一条信息与其对应，物料到达或离开某一区域时，对应的物料信息也必须保证在界面上到达或离开该对应区域。系统在实施过程中采用的关键技术有如下几方面:

1)物流跟踪系统采用SIEMENS S7－400 PLC，系统内部及系统与其它现有的控制系统、传动系统及现场的ET200站采用光纤以太网通讯或者通过Profibus－DP网络连接。

2)服务器处理接收到的L1事件，并按要求将数据上传至MES系统。与MES通讯采用DB－Link方式，与L1通讯采用TCP－SOCKET电文方式。

3)物流跟踪通过MES与丹麦的自动喷印机、侧标打印机的对接，自动完成喷印信息的传输和打印，主要信息有产品执行标准、厚度、宽度、长度、牌号、批次号、特殊标识等。

3 系统功能的实现

物流跟踪系统主要实现了第二轧钢厂与生产相关的功能、全过程物流跟踪功能、接口管理功能及用户、角色、计算机等管理功能，以下对主要功能做简要介绍。

3.1 生产相关功能

1)生产基础信息管理。信息主要包括钢种、物料名称，坯料规格及成品规格等，是为了满足生产和物流跟踪所需，可以通过界面进行维护，也可以通过MES的接口进行下达，并作为实际产品的规格及具体参数的参照。

2)生产规程管理。这是对主体设备生产加工进行指导的设定数据，系统根据生产要求和物料、计划跟踪信息将规程数据下传到生产设备。每种物料下传一次，同一个计划或者钢种等信息关联的生产规程将根据计划跟踪情况下传。

3)生产计划管理。计划管理从MES接收到生产计划开始，对每一个生产计划进行管理，跟踪每一个计划的完成情况，直到一个计划的生命周期终止时结束。计划跟踪建立在物料跟踪的基础之上，当一个就绪计划的第一根物料上到炉前辊道时该计划开始执行，根据就绪计划的排序可预报加热区下一个要执行的计划。

对任一个计划跟踪区，可以跟踪该区域正在执行计划的信息，如计划总块数、总吨数、当前执行块数、钢种等，同时可以预报下一个进入该区域计划的相关信息。当一个计划执行完成，所有物料入库后，计划跟踪结束，并形成整个计划的生产情况，如开始时间、结束时间、执行周期等信息。计划跟踪实时反映生产计划的执行情况，并收集一个计划在生命期间的有关信息，为工厂按生产计划组织生产提供参考信息。

4)实绩管理与信息统计。在物料经过主体设备加工后或经过关键工序检查后产生的生产实绩，将根据物流跟踪进行收集，并与物料关联。生产实绩以自动收集为主，人工录入为辅，并提供界面进行浏览、修正和补漏。生产实绩包括生产产生的实际结果、订单信息、判定信息和质量信息等，并根据需要可向MES系统上传，可以自动上传，也可人工上传。生产信息的统计包括作业统计、生产统计、质量统计等几个方面。具体的统计项、指标、计算公式等在基本设计阶段时进行确定。

3.2 物流跟踪功能

1)加热炉区域。由炉前炉后滚道热检信号、冷检信号及轨道动作方向信号，产生坯料在滚道上运行事件，由此给出坯料定位信息;由炉前冷检与推钢机动作，产生坯料入炉事件，由出炉轨道热检与出钢机动作，产生出炉事件，由高压水除磷前热检和除磷命令，产生坯料除磷事件，同时向L2传输高压水水压信息。

2)轧机区域。在粗轧机前后增加两个热检，由机前热检信号及滚道动作方向信号，产生轧机定位信息，由坯料到达粗轧机前热检及高温计信号，产生坯料到位事件，向L2发送开轧温度信息，由轧机主传动力矩及运动方向信号，产生轧机各道次轧制事件，同时向L2发送各道纯轧时间，道次号，各道压下量信息，由首道次，末道次主传动动力据信号产生轧制事件，向L2发送纯轧制时间信息。

3)矫直区域。在矫直机前增加一个热检、矫直机后增加一个红外测温仪，根据矫前热检及矫直机动作信号，产生轧件到矫前及轧件矫直事件，同时向L2发送轧件开矫温度、终矫温度、矫直时间信息;针对矫直机往复矫直情况，按照轧机控制模式实现矫直道次跟踪。

4)精轧区域。根据横剪前后辊道光栅信号及辊道动作方向信号，产生轧件在辊道上运行事件，由此给出轧件定位信息;根据收集台架前辊道光栅及收集台车动作信号，产生板坯上收集台架信息;根据收集台架喷印机前限位开关动作信号，产生喷印事件，由L2系统向喷印机发送喷印信息;根据收集台架出口端限位开关信号，产生下收集台架事件，物料号由收集台架下线。

3.3 与MES的集成应用

利用MES的生产计划模块，在排产之前将销售订单转化为生产合同，在编码体系、冶金规范、订单类型的支持下，根据销售订单的牌号、规格、交货状态、执行标准等信息，通过质量设计和质量匹配，转化为生产订单后组织生产。板坯装入上料辊道时，相关数据和信息(原料数据、成品数据、化学成分、加热工艺参数、轧制工艺参数、产品标准等)发送到物流跟踪系统，系统执行过程控制和物料跟踪，采集生产数据，将生产实绩上传到MES系统中。物流跟踪系统传给MES系统的主要信息有:板坯装炉、出炉实绩、下线、轧制实绩、冷床实绩、质检实绩、甩钢上料、喷印等信息。

4 效果

该项目自2009年上线以来，一直运行良好，现场提供指导生产的信息。系统采用分布式数据库技术，实现了物料的全过程自动跟踪与自动收集生产实绩及质量数据，并按件或按计划上传数据到上层系统;通过网络技术与现场的多个设备的控制系统相连接，实时采集系统所需的数据，保持数据的准确性、一致性和及时性;真实的反映出现场生产的实际情况，并为生产组织提供有效的分析。

物流跟踪系统操作机界面良好，直观，实绩数据及实物跟踪及时准确，避免了因信息流不畅造成了误操作，满足了轧钢生产过程中对信息的要求，通过MES与PCS系统的集成应用，产量与产品质量得到大幅提高，交货期大为缩短，合同兑现率显著提高，并开发了大量高等级、高附加值的产品，品种板、专用板比例居国内同行前列，取得了明显的经济效益和社会效益。

5 结语

物流跟踪系统适应信息化建设的需要，是信息化建设的一部分，它的间接效益远大于直接效益。通过与MES之间的数据传递实现订单、作业计划、发货以及质量跟踪，实现了信息流和物流的同步，保证了生产经营过程中的信息及时性、准确性，对减少库存、降低成本、实行按订单组织生产起了重要作用，有助于加快产品和技术创新，促进企业管理，增强市场竞争力。

系统有着很好的示范、推广应用价值。系统完成后，不仅提高了设备作业率，对四辊轧机的高效运行起到了极为重要的作用，而且缩短了交货期，优化了轧批计划的编制，提高了钢材的成品质量，促进了2800mm四辊中板轧机的快速超产。

［1］何永刚，黄丽华.我国钢铁企业信息系统应用研究［J］.情报杂志，2007，26(7):1－4.

［2］台方.可编程序控制器应用教程［M］.北京:中国水利水电出版社，2008:46－56.

［3］仉杨.物流跟踪系统在中厚板轧线上的应用［J］.科技风，2011(7):127－128.

DEVELOPMENT AND APPLICATION OF LOGISTICS TRACKING SYSTEM OF HEAVY PLATE PRODUCTION LINE

Lu YinbeiHu Yufa Wang Bing Zhang Aifang Song Yu
(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

The article describes the background，purpose and meaning of logistics tracking system in No2 rolling plant，states integral structure，main functions of the system and the key technologies as well as running effect after system application.

MES ERP logistics tracking automatic control

联系人:路银北，高级工程师，硕士，河南.安阳(455004)，安阳钢铁股份有限公司计量控制处;

2012—4—25