物联网技术在冶金企业应用中的探索与实践.pdf

第 3 5卷第 1 期 2 0 1 1年 1月 冶 金自 动 化 Me t a l l u r g i c a l I nd u s t r y Au t o ma t i o n Vo1 ． 3 5 No ． 1 J a n ．2 0 1 1 前 沿技 术 物联 网技术在 冶金企业应 用 中的探 索与实践 陈 志 ， 高 莉 1 ．北京 首钢 自动化 信息技术有 限公司 ， 北京 1 0 0 0 4 1 ； 2 ．首钢京唐钢铁联合 有限责任公 司 摘要 客观阐述了物联网的概念， 分析了物联网的体系结构， 并结合冶金工业的特点， 较为客观地从冶金工业物 资流、 设备流和信息流方面介绍了物联网技术的应用。最后， 介绍了物联网在钢铁行业中的成功应用案例。基 于 R F I D、 G P S 、 无线数据通信技术和自动化技术的物联网， 以其连接万物、 智能应用的特点， 在钢铁物流管理、 设 备资产管理和信息流管理中， 起到降低成本 、 提高效率和优化生产流程等作用， 应用前景非常广阔。 关键词 物联网； 射频识别 ； 信息； 冶金； 自动化 中图分类号 T P 3 9 1 文献标志码 B文章编号 1 0 0 0 - 7 0 5 9 2 0 1 1 0 1 - 0 0 0 6 - 0 4 Re s e a r c h a n d p r a c t i c e o f I n t e r n e t o f Th i ng s a pp l i c a t i o n i n me t a l l u r g i c a l e nt e r pr i s e CHEN Z hi ，GAO Li 1 ．B e i j i n g S h o u g a n g A u t o m a t i o n I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ，B e i j i n g ，1 0 0 0 4 1 ， C h i n a ； 2 ．S h o u g a n g J i n g t a n g Un i t e d I r o n＆ S t e e l C o ． ． L t d ． Ab s t r a c tF e a t u r i ng i n me t a l l u r g i c a l i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n，t hi s p a p e r t r i e s t o i n t r o d u c e a n d d e s c r i b e o b j e c t i v e l y t h e c o n c e p t o f I n t e r n e t o f T h i n g s ， i t s s t r u c t u r e a n d i t s p e r s p e c t i v e a p p l i c a t i o n s i n ma t e r i a l flo w ，e q u i p me n t flo w，a n d i n f o r ma t i o n flo w o f me t a l l u r g i c a l e n t e r p r i s e s ．Ex a mp l e s o f s u c c e s s f u l a p p l i c a t i o n o f t h e I nt e r n e t o f T hi n g s i n t h e s t e e l i n d u s t r y a r e r e f e r r e d t o i n t h e l a s t pa r t o f t h e p a p e r ．Ba s e d o n RF I D，GPS，wi r e l e s s d a t a c o mmu ni c a t i o n a n d a u t o ma t i o n t e c h n o l o g i e s，I n t e r ne t o f Th i ng s i s i n t fin s i c a l l y a de p t i n l i n k i n g e v e ry t h i n g t o g e t h e r f o r i n t e l l i g e n t a p p l i c a t i o n s ，a n d i n e v i t a b l y i s e x p e c t e d t o pl a y p o s i t i v e r o l e i n c o s t r e d u c t i o n，e ffi c i e n c y e n h a n c e me n t a n d p r o d u c t i o n p r o c e s s e s o p t i mi z a t i o n i n ma t e r i a l fl o w ，e q u i p me n t flo w，a nd i n f o r ma t i o n fl o w i n me t a l l u r g i c a l i n d u s t r y． Ke y wo r ds I n t e m e t o f Th i n g s ；RFI D ；i n f o rm a t i o n；me t a l l u r g y； a u t o ma t i o n O 引言 物联网 I n t e r n e t o f T h i n g s 的概念就是物物 相连的互联 网， 是指人们通过射频识别 R F I D 装 置 、 红外线感应器 、 全球定位 系统 G P S 、 激 光扫 射器等信息传感设备， 利用射频识别技术、 无线数 据通信技术 、 人工智能与 自动化技术等将物品与 互联网连接起来 ， 实现智能化识别 、 定位 、 跟踪 、 监 控和管理的网络⋯。 物联网技术在冶金企业 中的应用 目前才刚刚 开始， 主要用于生产、 供应 、 设备、 低碳 、 人力资源 、 安全等方面。由于其具有广 阔的应用前景 ， 因此 各大钢铁公司正在加大物联 网技术应用 的投入。 1 物联 网的体 系结构 物联网可以分为传感层 、 网络层和应用层， 如 图 1 所示 。传感层是指利用射频识别、 G P S 、 摄像 头、 传感器 、 传感 器网络等测量 的技术手段 ， 随时 随地对物体进行信息采集 和获取 ； 网络层 是指通 过各种通信 网络 、 随时随地进行可靠 的信 息交互 和共享 ； 应用层是指对跨部门 、 跨行业 、 跨地域 的 数据和信息进行分析 ， 实现智能化的决策和控制。 收稿 日期 2 0 1 0 1 1 1 8 ； 修改稿收 到日期 2 0 1 0 1 1 - 2 2 作者简介 陈志 1 9 5 6 一 ， 男， 北京人 ， 高级 工程师 ， 主要从事冶金自动化 与信息化及管理 】 作。 第1 期 陈 志， 等 物联 网技术在 冶金企业应用中的探索与 实践 7 图 1 物联网体 系结构 Fi g ．1 St r uc t u r e o f I n t e r ne t o f Th i ng s 2 物联 网的管理作用 物联网做为企业信息化建设 的新 领域 ， 是企 业 E R P内容 的提高与外延 ， 尤其是对物资流变化 的实时掌握 与控制 、 信 息流数据 的实时采集 与分 析 以及设备流运转 的实时监测 与控制 ， 都起 到非 常积极的作用。在企业 自动化与信息化一体化架 构的建设 中， 实现了技术保证 。 2 ． 1 对物资流的管理 按照钢铁行业 的物流模式 ， 从原材 料采购和 运输 ， 到钢铁生产和库存 ， 直至产成 品销售 和流通 等环节存在一些问题 ， 具体体现在以下几个方面 1 采购环节。存在简单化 、 不规范化倾 向； 计划不周形成库存 积压造成浪费 ， 且 采购渠道分 散 ， 环节增多 ， 使物 流成 本居高不下 ； 人 工控制方 式无法将财务工作与材料管理密切联系。 2 运输环节 。我 国钢铁行业物 资管理过程 中， 由于信息孤岛的原因， 使得运输的距离经济和 规模经济并没有很好地 发挥出来 ， 因此造成 物流 设施的大量 浪费， 另外 运输 网络 的不完善 导致项 目建设过程 中的重复和对流运输比率较高。 3 库存管理环节 。由于冶炼 的复杂性 和时 间进度要求 ， 使企业不 得不为应付不测而增加库 存 ， 因此 目前普遍存 在物资积压严重 、 重复储备 、 信息分割 、 库存 不能共享 、 仓库空间浪费大 、 保 管 不合理等问题 。 4 信息流通环节 。由于我 国信息化产业发 展 比较晚， 因而大部分 企业还未能实施全 面数字 化的管理 。钢铁行业物资管理过程伴 随着各种错 综复杂的信息流 ， 信息流通速度慢 ， 物流各环节上 的速度就不能加快 ， 导致产生 了一系列的问题 ， 使 得整个物资供应链处于滞后状态 ， 效率无法提高。 物联 网应用于企业原材料采购 、 库存 、 运输等 领域 ， 通过完善和优化供应链管理体系， 能够提高 供应链效率 ， 降低成本 。对 于场 内物资流的优化 管理 ， 可以大大提高生产效率 ， 降低维护成本。基 于 R F I D的钢铁物流管理如图 2所示 l 2 J ， 图中以钢 铁企业产成 品的物流状 态为例 ， 表达 了物联 网的 示范作用。 2 ． 2 对设备流的管理 设备资产管理信息化， 是企业设备管理走向 内涵式发展道路的重要途径。设备资产管理需建 立一套完整 的管理平 台进行 统一管理和调配 ， 以 降低其管理成本 、 制造成本 和物资损耗。管理信 息平台包含 了设备从投 资 、 采购 、 固定资产形成 ， 到后期运行 、 检修 、 备件供应直至报废等全过程管 理活动的内容 ， 利用该平 台可以对设备资产使用 8 冶 金自 动 化 第3 5卷 醚_ 管理层手机 钢铁 生产 R F I D 标签 钢铁仓储 RF I D 标签 R F I D 读写器 钢铁运输 R F I D 标签 图 2 基 于 R F I D的钢铁物流管理 Fi g ． 2 St e e l l o gi s t i c s ma na g e me nt ba s e d o n RFI D 周期内的投入产出效益进行考察和评估 。 利用 R F I D技术能够实现从简单的仓储 货物 管理 、 出入控制 ， 到复杂 的生产现场 自动化管理应 用。U H F R F I D U l t r a H i ；g h F r e q u e n c y R F I D， 超 高 频 R F I D 作为 自动化系统的前端数据存储和集成 系统 ， 能够为企业的生产制造、 管理 以及运营维护 带来极大的好处 ， 所 以， 未来 的一个发展定位就是 R F I D与 自动控制技术 的结合 ， 解决企业在生产过 程 中的诸 多问题。基于 R F I D的设备资产管理如 图 3所示 。 低值 易耗 库 设备库 图 3 基于 R F I D的设备资产管理 F i g ． 3 As s e t o f e qu i pme n t s ma na g e me n t b a s e d o n RFI D 第l 期 陈 志， 等 物联 网技术在 冶金企业应 用中的探 索与实践 9 许多冶金企业 已经实施 的离线设备巡 、 点检 系统和在线检测诊断 系统 ， 就 是物联 网技术在设 备流管理中的初 级应 用。利用离线巡 、 点检设备 和在线检测诊断 、 精密分析仪器等设备和手段 ， 能 够实时掌握设备运行 的各种状态 ， 最大限度地达 到预知维修的 目的。基 于传感网的设备状态检测 系统如图 4所示 。 设 车问现场车间现场 车间现场车 间现场 图 4 基于传 感网的设备状态检测 系统 F i g ． 4 E q u i p me n t s s t a t u s d e t e c t i n g s y s t e m b a s e d o n s e ns o r n e t wo r k 2 ． 3 对信息流的管理 物联网技术 的应用 能够提 高生 产线 过程检 测、 实时参数采集 、 生产设 备监 控 、 材料消耗监测 的能力和水平 ， 使 生产 过程 的智 能监 控 、 智 能诊 断、 智能决策、 智能维护水平不断提高。钢铁企业 应用各种传感器和通信 网络 ， 在生产过程 中实现 了对加工产品 的宽度 、 厚 度 、 温度 的实 时监 控， 从 而提高了产品质量 ， 优化了生产流程。 信息流 的应用 和实 现， 通 过应 用层 来实 现。 应用层为针对业务需要而实现的各种业务功能软 件平台的统称 ， 各种业务功能软件平 台根据网络 层的物联对象信息数据实现用户的具体需求 。具 体表现 在 物 流 管 理 、 仓储 库 存 管 理 、 能 源 管 理 E MS 、 设备管理、 制造执行管理 ME S 、 人员一 卡通管理 、 企业 资源计划 管理 E R P 等。信息 流 的应用是整个 系统行业 应用的关键 ， 需要海量数 据处理技术和智能信息处理 技术来 支撑 ， 通过有 效数据挖掘来提供决策支持。 3 物联 网在钢铁行 业中的应 用 综上所述 ， 物联 网技术 以其连接万物 、 智能应 用的特点 ， 在冶金企业中的应用将会越来越广。 目前 ， 物联 网技术在钢铁企业物 资流方面 已 经得到一些成功应用 ， 首钢、 宝钢进行 了相关技术 的研究 ， 突破了 R F I D技术在钢铁工业环境下应用 的若干关键技术 ， 开发 了相应 的产品 ， 通过 电子标 签技术 ， 实现生产物流与供应链物流的有机衔接 。 宝钢 已经建立了宝钢厚板厂到长兴岛船厂 问跨行 业的船板供应链 系统 ， 全程动态跟踪船板 的物流 过程 ， 通过对 供应链 中实 物信息 的 自动 、 及时 获 取 ， 实现对堆垛和配送过程 的动态优化 ， 达到缩短 供货周期 、 减少库存 、 提高库位使用效率等 目标 ， 并取得明显的经济效益 。 在设备流方 面， 首 钢对在线运行设备 的实 时 管理已经取得初步成果 ， 铁水包“ 一包到底 ” 新工 艺， 对企业节能效果 十分 显著。通过运用物联 网 技术实现的铁水包 “ 一包到底 ”自动控制 ， 成功解 决 了现场环境恶劣 、 干扰严重等 问题 ； 实现了人工 智能与传感器的沟通 ， 成功解决 了铁水包实时 、 实 体 、 实速 、 实位控制的技术难题 ； 利用智能仿真技 术 ， 对铁水包实现模拟运行控制 ， 保证 了生产作业 计划的科学性 ； 通过对铁水包运行行 为建模 ， 创建 铁水包运行线路模 型 ， 实现 了实 际运 行路线 的优 化与准确性 ， 保证了生产秩序 的正常进行 ， 大幅提 高了铁水包运转效率 ， 更使多个部 门实现 了铁水 信息的共享。此项技术填补了我 国冶金企业信息 化建设 的一项 空 白， 对其他制造业现场运转设备 的 自动化管理也有一定的参考作用。 首钢集 团总公司现在已重点关注物流与生产 效益的关系以及设备 状态和产品质量 的关系 ， 强 化了物联网平台的建设与基本检测手段 的研制和 开发。在平台建设中重点 突出了冶金企业实现数 字化智能工厂的需要 、 企业节能降耗 的需要、减少 设备故障率 的需要 、 优化生产工艺流程提高产量 的需要。在基本检测手段方 面， 突出 了检测设备 的通用性和互联性 ， 以实现信息共享。 4 结束语 由于物联 网技术在冶金行业应用 的探索才刚 刚开始 ， 所 以本文仅介绍 了物联 网在冶金行业的 典型应用 ， 下一步将结合物联 网技 术的特点在料 下转第 5 0页 冶 金自 动 化 第 3 5 卷 m a t h e m a t i c m o d e l f o r 1 7 8 0 mm h o t s t ri p m i l l 『 J ] ．Me t a l 一 1 u r g i c a l I n d u s t r y Au t o ma t i o n， 2 0 0 6 ，3 O 4 1 5 1 9 ． [ 2 ] 钟恬， 何安瑞 ， 杨荃， 等． 热连轧 自动板形控制系统 的研究与应用 [ J ] ．冶金 自动化 ， 2 0 0 7 ， 3 1 4 2 8 3 2 ． Z H O N G T i a n ， H E A n R u i ， Y A N G Q u a n ， e t a 1 ． S t u d y a n d a p p l i c a t i o n o f a u t o ma t i c s ha pe c o n t r ol s y s t e m o n h o t s t r i p m i l l s [ J ] ．M e t a l l u r g i c a l I n d u s t ry A u t o m a t i o n ， 2 0 0 7 ，3 1 4 2 8 3 2 ． [ 3 ] 王仁忠， 何安瑞， 杨荃． L V C工作辊辊型窜辊优化策 略研究及应用[ J ] ．冶金 自动化 ， 2 0 0 6， 3 0 6 1 5 1 9 ． ⋯‘ 。 li l t , I s l I I ⋯’ ‘ “ I I l _ ‘ ‘ ’ 。 I I ⋯_ l { ‘ ‘ I I i _ 。 I r l I_ ⋯ i i 。 ’ l i l t‘ t l l I l - ’“ i It - - 。 ’ l l l j l 。 WA N G R e n z h o n g ，H E A n r u i ，Y A N G Q u a n ． R e s e a r c h o n s h i f t i n g o pt i mu m s t r a t e g y o f LVC wo r k r o l l c o nt o u r [ J ] ．Me t a l l u r g i c a l I n d u s t r y A u t o m a t i o n ，2 0 0 6， 3 0 6 1 5 1 9． [ 4 ] 夏小明， 张永雪， 曹伟文．G E板形模型的功能及应用 [ J ] ．宝钢技术 ， 2 0 0 6 2 1 1 1 3 ． [ 5 ] 徐 光张 ， 黄强 ， 刘显军 ， 等．C V C轧辊热 凸度模型研 究[ J ] ．冶金设备， 2 0 0 6 5 2 3 - 2 5 ． [ 编辑 沈黎颖] ⋯I I ⋯。 ’ I I I i “ I I I l - ’ “ I I I I - ’ 0 I I h 一 ’ ‘ _ l { ‘’ ’ I I ⋯ 。 ” J h _ “ I m⋯ ’。 I I l - ” -- ． 1 l I ’ ． ， “ I⋯ I I ‘ I I I I ． _ ’。 I I l 一 ’ I I I ⋯ - ‘ I． “I I q l - 。 I I t 。 I ． 上接第 9页 场管理 ， 能源管理等方面进行探索。随着对 物联 网技术理解 的加深和新技术的不断成熟使用 ， 相 信有更新的成果与研究 内容会在冶金企业上得到 很好的应用。 参考文献 [ 1 ] 王东． R F I D中问件及其在中小企业的快速部署[ J ] ． 中国电子商情 R F I D技术与应用 ， 2 0 0 8 1 5 1 5 3 ． WANG Do n g ．RF I D mi d d l e w a r e a n d i t s r a p i d d e p l o y me n t ‘ l - ’ 0 I I I f ’ | l l - ’ ‘ 。 _ l I - I ’ 。 1 。 I I 一。 l l l 。 l _ _ - ’ I l l I l ， ⋯ I ’ l l _ 一 I I I i I - ’ l i b I l。 0 ‘t i l l l - | l I I I _ - 。 I 一 ’ I I 。 fo r S ME s i n C h i n a[ J ] ．R a d i o f r e q u e n c y i d e n t i fi c a t i o n t e c h n o l o g i e s a n d a p p l i c a t i o n s ， 2 0 0 8 1 5 1 - 5 3 ． [ 2 ] 秦志田， 华遵． 基于远程状态监测系统的冶金企业设 备管理模式浅析[ J ] ． 冶金管理， 2 0 0 7 8 5 8 - 6 0 ． [ 3 ] 李尚春． 物联网在中国流程制造业中的应用[ J ] ． 中国 制造业信息化， 2 0 1 0 7 1 8 ． [ 4 ] 魏臻 ， 陆阳， 程运安 ， 等． 物联网技术与冶金企业智 能物流技术发展[ J ] ． 中国科技投资， 2 0 1 0 1 0 3 5 3 7 ． [ 编辑 薛 朵] 。 l l | _ ’ _ - ‘ | _ 。 ． 1 ’ r ’ _ _I -。 ‘ ⋯ 。 ’ ⋯I _ - 。 l ‘ ⋯ 宝钢 1 5 8 0除鳞 系统变频器软特性功能优化 在宝钢 1 5 8 0生产线除鳞变频改造的调试过程中发现， 罗宾康 G 3 E变频器输出从低频升至高频时， 电动机转速需要的 加速时间为4 0 S ， 虽然相对于初始设定值7 0 S 已有很大改观， 但仍不能快速提高除鳞系统压力和流量， 不能满足宝钢 1 5 8 0 生产线生产工艺的需要， 甚至出现板坯表面氧化铁皮除不干净被轧人钢卷而影响成品表面质量的现象。在优先满足生产 工艺需求的前提下， 实现节电节水的降耗目标， 需要进一步优化变频器的软特性 D r o o p 功能和修改速度斜坡函数来提高 设备的响应能力。另外， 还要综合考虑到设备的承受能力， 降低相关设备的维护成本。速度软特性功能是线性的， 并且软 特性数值直接与负荷 扭矩 电流成比例。软特性功能可以在所有速度值范围内应用。将速度软特性增益修正从速度斜 坡函数前移到该函数后， 可以针对负荷变化提供更快的负荷分配， 该功能参数设置完全独立。在提高除鳞系统响应能力 的过程中 ， 优化变频器的软特性功能 ， 实 际上是减小软特性增益来 修改速度 调节器 的 P I 参数使该 功能变 “ 硬” 。另 外 ， 我 们也可以通过修改速度斜坡函数来改变速度计算值， 从而提高系统的响应时间。在罗宾康 G 3 E变频器， 可以通过修改加 速时间设定来改变速度斜坡函数的输出。修改该参数时， 必须考虑到加速时间设定要求将加速电流限制在变频器过电流 容量以下， 防止过流失速而引起变频器跳闸。经过大量现场生产实验， 我们将加速时间设定由4 0 S 降至 3 5 S ， 显著提高了 设备的响应能力。从而保证板坯到达相应的除鳞点之前数秒， 变频器输出从低频 4 0 H z 升至高频 5 0 H z ， 使得除鳞系统的 压力和流量迅速提高并能满足生产 工艺 的要求。减速 时间设定 的修改方法与加速时问设定 的修 改方法类 似 ， 但 需要注意 的是减速时间不能设定太短以防止直流滤波电路电压过高， 导致过压失速而使变频器跳闸。另外 ， 还要考虑变频器频繁 加减速对电动机转子 、 泵本体 以及频繁开闭的单 向阀等 阀体动作机构会造成磨损 。2 0 1 0年 4月 2 0日， 通过 大量的模拟试 验和实际生产检验证明， 该优化可以有效提高设备的响应能力， 快速提高除鳞系统的压力和流量， 消除了板坯表面氧化铁 皮除不干净的现象， 使得高压水除鳞系统控制准确， 泵启动及运行平稳， 除鳞压力调整范围宽， 同时节约水电， 减少设备磨 损， 大大降低企业的运行成本和吨钢成本。 宝山钢铁股份有限公司 热轧厂 李景洋， 欧湘贵 ◆“◆” ◆ ◆ ◆ ◆ ◆⋯ i 祝广大科技工 ●⋯●I_ ◆⋯◆． ◆． ●【 ◆◆， ● ◆． ● ●◆ ◆ ◆● ◆ ◆ ●’ ●” ● ● ◆’ ◆ ● ◆⋯ ● 作者新春快乐