物料跟踪系统信号采集和无线传输技术的应用

【摘 要】炼钢厂生产原材料繁多，做好物料信息数据收集和统计既是生产工艺的需要，也是工厂精细管理的需要。使用物料跟踪系统，可准确的把握转炉入炉物料信息，为其冶炼操作提供依据。对于吊车作业时位置信号的采集，使用无线传输技术较好的解决了物料跟踪系统中物料信号紊乱的问题，给炼钢厂的原材料使用和统计管理带来极大便利，有广阔的应用前景。

【关键词】物料跟踪；自动采集；无线传输

引言

企业生产需要做好信息流的管理。原材料信息的是生产信息流中的重要组成部分。做好了原材料物料信息的跟踪处理，对稳定现场生产，控制制造成本，确保产品质量均具有重要意义。

无线传输技术日趋成熟，在各行业均有应用。使用无线传输技术可解决生产现场因空间限制不能铺设电缆，导致有线信号不能传输的问题。

1.转炉废钢槽装槽工艺

某炼钢厂150吨转炉生产，每炉需高炉铁水约135吨，各类废钢及其他原材料约25吨。转炉废钢装槽使用废钢车车载式称量系统称量。空槽在转炉渣跨、废钢跨使用磁盘吊或抓斗分批次将相关物料加入废钢槽中。当称量到达预计重量后，废钢车将废钢槽从渣跨、废钢跨向东行驶，开往加料跨。废钢车在加料跨停车后，由加料跨的50+50吊车将废钢槽吊起，将槽内物料加入转炉冶炼。

该炼钢厂废钢及相关原材料主要依靠汽车运输、火车车皮倒运等方式进入现场，分区域堆放在该厂的转炉渣跨和废钢跨。相关物料种类繁多，有生铁块、统废、重废、渣钢、豆钢和板废等十余种。相关存放如下图图1物料存放区域示意图所示：

图1 物料存放区域示意图

其他炼钢厂废钢装槽工艺与该厂有所不同。有的炼钢厂有专门的废钢分类处理工序，可将零散废钢压紧打包；有的炼钢厂废钢槽装槽使用天车磁盘称量，可对每一吊的吊物料进行称量。以上两种装入方式在废钢种类控制、重量统计方面都较为规范。该厂废钢槽装槽方式相比其他钢厂，无论在废钢等不同物料的区分统计上，还是在废钢等物料的重量记录上都有诸多不便。而废钢及相关物料相关信息的统计管理直接影响该炼钢厂钢铁料成本的控制，需进一步完善。

2.物料跟踪系统

2.1物料信息采集

为规范每炉废钢实际装槽情况，该厂设计并安装了一套废钢物料跟踪系统，用于自动统计废钢装槽实际情况。

在炉渣跨与废钢跨共用的吊车走台安装1套S7-300 PLC控制柜作为下位机，通过以太网与废钢操作室内作为上位机的工控机进行通讯。以废钢1、2号车为中心线，分别在其每跨的吊车走台上分别向南、北两侧安装光电感应开关。一个光电开关代表一个物料区域。相关代表物料区域的光电开关信号被接入S7-300PLC。

因吊车吊运物料是由废钢车位置为起点，分别往南、北方向去各物料堆放地进行物料吊运。故废钢车轨道往南安装的光电开关应靠物料区域北侧安装；废钢车轨道往北安装的光电开关应靠物料区域南侧安装。

参见下图图2光电开关安装示意图所示（表示光电开关）：

图2 光电开关安装示意图

以上图图2为例，吊车从废钢车轨道向南行走，经过①物料区时，其①物料区北侧的光电开关感应到信号传给PLC，该信号激活并在程序中置位，自动认定为①物料；当吊车继续行走到②物料区时，其②物料区北侧的光电开关感应到信号传给PLC，该信号激活并在程序中置位，自动认定为②物料，同时将①物料置位信号清零。即依次类推。

以废钢车轨道上方为起点，向南行驶，其越靠南边的光电开关优先级越高。当越靠南边的光电开关感应信号后，其临近的靠北侧光电开关信号被清零。同理，以废钢车轨道上方为起点，向北行驶，其越靠北边的物料优先级越高，当越靠北边的光电开关来了后，其临近的靠南侧光电开关信号被清零。

该功能只有以废钢车轨道上方为起点，分别向南、向北开时才起作用。当最终的光电开关信号到来后30秒，未被更高级别光电开关清零，则该物料信息被记录。

为方便物料调整，物料信息统一按代码设定。如101代表生铁，102代表统废，依次类推。各光电开关对应的物料代码可通过工程师站/或HMI管理员权限在PLC程序中设定。

2.2重量信息采集

当废钢车在渣跨或废钢跨开始装槽时，其初始（或上一次）重量能被PLC记录，并存储到PLC的DB块中。

在1号废钢车、2号废钢车对应中心线的吊车走台各装一个光电开关，代表装槽位。相关代表槽位的光电开关信号被接入PLC300下位机。当物料被磁盘吸吊后，磁盘吊将其吊运至对应废钢车的废钢槽上方。此时装槽位信号感应到信号，当该信号持续保持5秒，则装槽位信号被激活。

当装槽位信号被激活，且对应废钢车称量信号发生变化时（≥200KG），延迟3秒后，PLC记录新物料加入后的总重量。将新采集的重量数据减去之前存储的初始（或上次）重量数据得出新加入的物料单重。单次装槽的单重信息被保存下来

当有一槽已装好的废钢槽被吊走，废钢车车载称重数据将减少15吨以上。当废钢称重突然递减15吨，则认为废钢槽已调走，相关物料信息、各单重信息、总重数据等信息被上传至二级数据库，同时将总重量清零。

2.3无线传输技术运用

此物料跟踪系统有个关键技术环节需解决：如从废钢车上方开始出发，先往北开，激活了一个物料信号，但尚未吊物料。此后再往回向南开回来一个物料区进行吊物料作业，则物料跟踪系统不能正确判别，系统依旧会认定为吊车此次吊运的是刚才经过的最北头的物料代码。同一跨的吊车因物料装入的比例不同，经常会出现让车作业，故导致物料信息判别错误。

为此，如何区分吊车是进行让车作业，还是物料倒运作业至关重要，将直接影响物料系统跟踪的准确性。而吊车本身是一套独立、完整的机电一体品。吊车与地面的联系只有供电吊车电源的低压滑触线。为解决信号传输问题，该厂增设一套无线传输设备来解决同一跨两台吊车位置和作业的判断问题。

选用某品牌无线开关量信号传输模块。在PLC柜内安装一个8点数字量DO输出点的无线接收站，在炉渣跨与废钢跨4台（每跨2台）吊车上各安装一个4点数字量DI输入点无线发射站。无线信号传输系统设备配置如下图图3所示

图3 无线信号传输系统配置图

通过各子站的无线信号传输DI模块分别采集磁盘吊主接触器吸合信号和磁盘主卷扬上升信号。各子站信号通过无线传输方式，发送给无线信号传输到DO模块主站。无线信号传输DO模块接收到信号后，再将接收到的各吊车信号通过硬接线方式发送给S7-300PLC。当以上两个信号激活时，可以认定吊车在此物料区间进行物料吊运作业；反之，可判断为天车在进行让车作业或其他作业，不需对其物料信息进行记录。另外，还可采集天车大车走行正反转信号作为向南、向北方向行走的判别信号，可协助物料吊运区域的正确判别。

将以上信号的组合使用，分别作为吊车吊运物料的连锁信号，可准确区分同一跨的两台吊车是在进行让车作业，还是在进行吊运物料作业，有效解决了因吊车让车导致的物料信息紊乱的问题。

3.实施效果

项目通过无线传输信号的使用，成功解决了吊车作业情况的判别问题，经实际使用测试，使用情况良好。经过一系列改进完善措施的实施，该厂建立了废钢槽装槽物料跟踪系统。该系统自动化程度高，一方面可对转炉渣跨、废钢跨天车每一吊吊物的物料种类、物料重量进行自动记录，准确掌握每槽废钢槽的装槽信息，为转炉冶炼提供依据；另一方面，可将转炉渣跨、废钢跨的各类物料的消耗情况按每日、每周、每月为周期进行统计，便于及时掌握各类物料的消耗情况，完善了该炼钢厂钢铁料消耗信息流的管理。

作者简介：

夏时谦：（1979―），男，汉族，浙江杭州人，工程师，在职研究生学历，湖南华菱湘潭钢铁有限公司五米宽厚板厂炼钢电气车间主任，研究方向为控制工程。