钢厂生产库区物料自动跟踪技术

　　钢铁生产流程一般可分为生产线上的工艺环节和生产库区内的物料分流及再加工环节。当前，钢铁企业逐步采用制造执行系统(MES)，通过生产计划、生产调度等对钢铁生产流程进行有效管理，以解决基础自动化部分与管理信息系统之间的信息断层问题。然而，在实际应用中，MES在库区中的应用效果往往得不到充分发挥，这主要是由库区生产执行的特殊性和管理的复杂性造成。在钢厂库区生产过程中，生产物料的流动主要由行车吊运完成。对于热轧板坯库区，一般应考虑减少板坯在库区中的存放时间，降低热量损耗；对于成品物料，垛位堆放需综合考虑合同销售，提高产品出库效率。为了实现高效的生产库区管理，MES系统必须及时准确地获知物料在库区中的垛位分布，以做出有效的调度指挥。目前库区生产物料的信息大多采用人工管理方式，操作人员需反复将物料的变化信息录入到MES系统中，该方式存在效率低、出错率高等弊端，严重影响了钢铁企业管理信息系统的应用效果。为了解决生产库区中管理层与生产执行层的信息断层问题，必须实现对钢厂库区物料的自动跟踪。

　1 生产物料自动跟踪系统结构

　　生产库区物料全自动跟踪的目标是实现生产现场的物料实体与制造执行系统中库存数据的实时对应，为此，将系统数据流分解为3步：①实时检测物料实体在库区中的位置变化，由于钢厂库区位置采用垛位号标识，物料位置变化即是检测物料的垛位位置变化；②将检测到的物料垛位位置变化信息及时可靠地传输至地面管理系统；③处理接收到的大量物料位置变化数据，将有效信息反馈至MES库存管理系统中，以得到实时准确的物料跟踪信息。图1给出了基于工业无线局域网的钢厂生产库区物料自动跟踪系统结构。

图1 基于无线网络的钢厂生产库区物料自动跟踪系统结构

　2 生产库区物料位置跟踪技术

　　钢厂生产物料由于具有高温等特点，一般难以采用条形码、电子标签等方式进行自动跟踪。考虑到生产物料在库区中的位置变化均由行车吊装完成，因此将物料的自动跟踪关联至行车的位置跟踪，通过检测行车状态信息的变化实现物料的全自动跟踪。将行车与库区垛位分布关联，行车吊运物料时其吊运位置与垛位存在对应关系，行车大车移动方向为垛位的行方向，小车移动方向为垛位的列方向，检测行车在这两个方向的位置即可获知行车当前操作所处的垛位，再结合识别到的行车吊运物料的动作将库区垛位与行车吊运信息关联起来。由于物料与垛位在任意时刻都是一一对应的，因此可以使用库区物料分布库存表保存当前物料存放信息，以实现垛位与物料的关联。当系统识别到行车在某个位置吊运物料时，即可通过查询库存信息表确定吊运物料的信息，实现物料存放垛位与物料信息的关联。系统流程如图2所示。

图2 物料位置跟踪流程

　　2.1 生产库区位置

　　以热轧卷板生产为例对库区内的空间位置进行坐标规划，x，y，z为基坐标方向，如图3所示，其中x轴为行车大车的行驶方向，y轴为行车小车的行驶方向，z轴为行车吊运物料的垂直平面。假定行车在库区中某一端的位置P₀为初始位置，如果得到吊钩在空间相对初始位置的坐标值，则可确定吊运物料的行车挂钩P的空间坐标值，得出行车任意时刻在库区内的坐标信息。

　　对以上3个坐标变量，x，y轴数据用来实现行车吊运位置跟踪，其具体数值表示形式可以是与初始位置点问的连续距离数据，也可以是问隔小于垛位尺寸的离散数据。对于垂直库位面的z轴，可以忽略吊钩在升降过程中的具体位置，通过吊钩的空载与负载状态、吊钩的上升与下降方向，进而判断物料的起吊和放下动作，对这2个状态的数据进行融合处理，可获取物料吊运状态。

　　库区空间位置规划可以图3为例进行说明，首先确定每个垛位中心点距参考点P的准确坐标值，因库区垛位分布较为均匀，确定每行每列的准确坐标值即可，并由此确定所有垛位中心点的坐标值。将行车的坐标值与垛位坐标值对应起来，即行车在某垛位吊起物料时，其坐标值应与垛位中心点的坐标值相同。经上述处理，行车在某垛位上操作物料时，根据当前行车坐标值即可识别出当前吊运操作所处垛位。

图3 生产库区空间位置描述

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