MES在安钢120t转炉生产线上的研究与实现

MES在安钢120t转炉生产线上的研究与实现

MES在安钢120t转炉生产线上的研究与实现 2011： 前 言MES（Manufacturing Execution System）是一种新型的企业生产管理系统。它以生产过程数学模型为核心，连接实时和非实时的数据库，给生产控制层安排生产作业计划、下达生产指令，进而对整个生产过程的物料、质量、设备、成本等内容进行控制。MES系统运用于钢铁企业，主要解决钢铁企业生产计划的一体化编制和处理、生产过程的动态优化调度等一系列问题。安钢新建的120t转炉炼钢系统包括120t转炉、1300t混铁炉、120t铁水罐脱硫站、LF、VD精炼炉各1座、3250mm宽板坯连铸机1套，是一个具有世界先进技术水平的现代化钢厂，其中的自动化控制系统采用两级控制，实现标准化操作。该生产线设备众多、工艺复杂，用传统的生产管理模式难以适应工艺要求。需要研究开发一套现代化的MES系统，实现过程控制与生产管理之间的无缝链接，从而对生产过程实现全过程、高度协调的控制和管理。1 工艺流程概况安钢120t转炉生产线设计工艺流程为：混铁炉（折罐位）铁水准备—铁水预处理—转妒冶炼—炉后吹氢—甘精炼—VD真空处理—连铸浇注，期间还可根据钢种质量要求，省去“铁水预处理”或“VD真空处理”等环节；并且在生产线上已经设计了脱硫二级系统、主原料二级系统、转炉二级系统、吹氢二级系统、精炼二级系统、连铸二级系统。该生产线的生产装备、工序设计及配置决定了其生产流程具有高度的自动化水平和连续性，要在该生产线上设计一套MES系统，必须从该生产线的实际情况出发进行设计，系统必须涵盖从铁水准备开始到连铸坯库存管理的整个过程的计划、调度、质量、工艺以及设备等方面的管理功能。该生产线工艺流程见图1。

图1 工艺流程示意

2 系统配置设计2.1 硬件配置设计设计该MES系统采用客户机/服务器和浏览器/服务器相结合的体系结构，既客户端在数据操作时采用客户机/服务器方式，在信息浏览时采用浏览器/服务器方式。总的系统架构采用现今较流行的三层结构，即在客户机与服务器之间增加一个应用服务器，将一些应用组件布置在应用服务器上，在客户机上仅进行简单的信息呈现，不做业务处理，业务处理以中间件形式分布在应用服务器上，由客户端进行调用。总的系统架构见图2。

图2 MES系统架构示意

设计服务器系统采用1台IBM eServer365微机服务器，作为数据库服务器及应用服务器，该系统7x24h不间断运行。服务器配2路CPU、2GB内存、一套磁盘阵列、运行ORACLE 9i数据库、操作系统用Microsoft Windows 2003 Server，开发工具采用Microsoft studfo.net。前端客户机配置有二种：一种是工程师站，配置型号为Dell Dimension 4600；另一种是操作站，配置型号为研祥工业微机，操作系统为Windows 2000 professional，IE6.0SPI，开发工具采用Net Frame-Work1.1 runtime。2.2 与其他系统接口设计为了满足炼钢生产管理系统功能的需要，该MES系统需要与各二级系统进行通信，以发送生产计划并获取生产实绩、生产过程事件；并与检验化验系统通信以获得质量检验数据；还与下工序轧钢生产管理系统通信以协调上下工序间的生产。本系统与其他计算机系统之间的数据通信，通过l00M以太网、TCP/IP协议进行。该MES系统接口示意见图3。

图3 MES系统接口示意

2.3 操作方式设计设计该MES系统操作方式有实时操作人机会话型和web浏览器二种方式。数据输人结果最终由操作人员确认后，才向系统提交；当数据通信链出现问题而影响数据传输时，则由人工输人紧急数据。3 MES的功能设计3.1 功能设计概述设计该MES系统主要包括生产计划管理模块、生产调度管理模块、主原料装料管理模块、生产过程监视模块、板坯库管理模块、报表生成模块、数据综合查询模块，另设计有数据通信模块、系统管理模块等。其模块关联图见图4。

图4 MES模块关联图

3.2 生产计划管理模块功能设计生产计划管理模块包括月计划管理、旬计划管理、日计划管理。月计划管理又包括月板坯生产计划管理、月炉次计划管理、月检修计划管理。月板坯生产计划管理是对一个月内某种钢种、断面宽度、断面厚度、定尺长度的板坯数量进行分类管理；月炉次计划管理是根据月板坯计划的钢种和总重量以及转炉的产能，计算出炉数。然后由计划员进行炉次计划生产顺序的安排与调整。月检修计划管理是由于检修会影响实际工作时间，因此制定生产计划时应考虑检修时间对生产的影响。旬计划管理包括旬板坯计划管理和旬炉次计划管理。旬板坯生产计划数据包括：规格、铸机号、钢种、计划量等数据，系统自动将月计划平均分配给各旬，再由操作员手工调整；旬炉次计划管理由于炉次计划是由板坯计划产生，所以在进入该画面时，可以查询出该旬的炉次计划。但是分解如果不符合要求时，计划员可以进行修改。日计划管理是根据旬计划对当日的铸坯生产计划、炉次计划进行管理。3.3 生产调度管理模块功能设计生产调度管理模块包括班作业计划管理模块、生产调度管理模块和钢种改判管理模块。在班作业计划管理模块中，生产调度员可根据日生产计划数据安排班作业计划，包括计划号、每个炉次的装料顺序、翻铁序号、熔炼号、钢种、路径代码、钢水重量、铸机号、连浇号、在连浇中的位置、铸坯的初始规格和长度等数据。在炉次计划中还增加了回炉钢标识，切割计划中增加了切割优化标记、板坯去向。在生产过程中，生产调度员可根据实际生产情况进行调整，包括改变炉次顺序、增加新的炉次、调整生产路径等，可及时协调处理生产过程中产生的各种问题。在生产调度管理模块中，系统可依据班作业计划及对连铸坯生产时间的要求和设备运行情况，辅助计算出要求物流到达铁水脱硫、转炉、二次精炼、连铸等区域的时间，生产调度员可以对到达时间进行调整。修改某一个时间后，点击辅助计算可向后推算，并以计算后的新交界点时间推算以后炉次的时间表。并可在实际运行过程中对各工序的误工进行管理考核。在钢种改判管理模块中当某炉次到达连铸平台时，其成分还不合格时，检验管理计算机系统将会发出要求改钢的要求，此时在生产调度画面中该炉次将会变色（红），当调度员按右键，将会出现一个改钢的菜单，点击后进人改钢画面，对钢种及时进行改判。3.4 生产过程监视模块功能设计设计该模块的目的是收集必要而且有效的信息，以提供对整个炼钢厂生产状态的总体监视，使系统具有对生产线上每一个生产工序都有事故监控能力，增强调度的在线协调功能。由炼钢厂生产概况模块和设备状态模块组成。在炼钢厂生产概况模块中，通过有关画面，生产调度员可随时掌握在铁水脱硫、转炉、二次精炼、连铸等区域有关冶炼炉次方面的信息，如铁水的重量、温度和成分，转炉吹炼开始/结束时间，预计出钢时间，在二次精炼各处理站的钢水重量、温度和成分，各炉钢水在连铸的浇注情况等等，能实现全线产品质量追踪。在设备状态模块中，通过有关画面，调度员可随时掌握在铁水脱硫、转炉、二次精炼、连铸等区域有关设备状态方面的信息，如氧枪状态（计算机/自动/手动）；副枪状态（自动/手动）；连铸机二次冷却（自动/手动）等等，对重点设备实现实时监控。3.5 板坯库管理模块功能设计设计板坯库管理包括板坯库区位管理、人库处理、倒库管理、出库处理、库存管理、权限管理等。板坯区位模块用于对板坯库位定义进行查询、添加、修改、删除、库位影射等操作。并用于对板坯库位当前的情况进行查询操作；板坯人库管理模块用于自产板坯和外购板坯的人库工作；板坯倒库模块用于对板坯倒库情况进行查询、倒库操作；板坯出库模块用于操作员制定出库计划，对出库结果进行输人、确认、修改、打印等；板坯库存管理模块用于对板坯库存数据进行查询、打印；板坯库库存亏损管理模块用于对板坯亏损情况进行查询、添加、修改、删除、打印等操作。3.6 报表生成模块功能设计设计该系统对各炉次的主要生产数据、主要原材料消耗等信息采用数据库管理，方便各种需求的统计和报表打印。共可生成炼钢车间综合指标统计表等16种报表。3.7 系统管理模块功能设计设计该系统为每一个岗位设立一个角色与之对应，而生产管理画面上的操作将是系统的可操作权限，系统管理功能主要包括：权限查询、角色管理、部门管理、用户管理、为角色赋权限、为用户赋角色。权限查询模块用于对权限进行查询操作，角色管理模块用于对角色进行添加、删除等操作，部门管理模块用于对部门进行添加、修改、删除等操作，用户管理模块用于对用户进行添加、修改、删除等操作，角色赋权限模块用于为角色赋权限，用户赋角色模块用于为用户赋角色，修改密码模块用于为用户自己修改密码。3.5 数据综合查询模块功能设计设计利用网页形式对各项生产工艺数据进行综合查询。4 MES的实现为设计实现该MES系统，安钢第二炼轧厂不仅及时定购了硬件设备，还成立了专业课题组，课题组由计算机技术人员、工艺人员和管理人员构成，形成一支专业化的攻关队伍，并借助专业院校的力量，从系统初步设计人手，历经详细设计与审查、程序设计与调试、现场调试与负荷运行、性能测试等阶段，于2006年6月开始全线正常使用。该系统不仅通过计算机联网，将整个炼钢系统各个工序、不同外商负责的各个2级机有机地联系在一起，实现了各工序间的高效运行，完成了生产计划的统一制订、生产调度的统一指挥、动态调整等功能；还增加了国内其他企业MES系统所不具备的生产过程集中监视、在线重点设备实时监控和钢种在线改判功能。(end)

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