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MES在安钢120t转炉生产线上的研究与实现 |
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作者：武剑洁 易先堂 |
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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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(8/11/2008) |
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