Система диспетчеризации металлургического производства на базе DEM

Введение

Продукты металлургической промышленности уже на протяжении долгого времени определяют вектор технического развития производств в самых разных областях, от производства бытовых принадлежностей до тяжелой и наукоемкой промышленности. Так, например, изделия из чугуна можно встретить во всех сферах жизни, начиная от сугубо потребительских предметов, таких как чугунная посуда, элементы сантехники и художественные конструкции, и заканчивая деталями и устройствами в станкостроении, машиностроении, автомобильной и нефтяной промышленности, и даже в самой металлургии. Также чугун, будучи первичным продуктом железной руды, является основой для дальнейшего производства стали.

Таким широким спектром производимой продукции и применимости чугун обязан своим физико-техническим свойствам, цена достижения которых скрывается в высочайшей культуре технологических процессов на металлургическом производстве. Так, например, немаловажным фактором в вопросе качества конечной продукции является время промежуточных операций с расплавленным чугуном.

Любая задержка и ожидание чугуновозного ковша (или просто ковша) сказывается на преждевременных потерях температуры расплавленного металла. Помимо этого, уменьшается и стойкость самого ковша, быстрее изнашивается футеровка. В связи с этим растет роль оперативного контроля за процессами на протяжении всего пути движения ковшей, реализацией "под ключ" которого в числе прочего занимается наша компания. Подобный проект уже реализован на территории крупнейшего отечественного производителя стали - группы НЛМК.

Наше решение представляет собой программно-аппаратный комплекс, основанный на программном продукте собственной разработки "DEM - Цифровая Модель Предприятия" (далее просто DEM) и аппаратной системе, включающей RFID-оборудование (метки, считыватели, антенны), оборудование для его коммутации и опорно-монтажные конструкции. В начале повествования мы конкретнее остановимся на цикле движения ковшей, поскольку уже имеем опыт полноценной реализации соответствующих проектов. На его примере опишем программную и аппаратную составляющие комплекса. Однако, за счет высокой гибкости и широкого функционала только данным циклом применение DEM в металлургии не ограничивается, и мы уже занимаемся проработкой расширения охвата существующих проектов, о нюансах которых мы также расскажем в этой статье.

1. Программная часть на базе DEM

Программная платформа DEM предназначена для внедрения комплексной цифровой прослеживаемости товарных, производственных логистических потоков с применением технологий «цифрового двойника», машинного зрения и RFID.
В зависимости от пожеланий заказчика DEM может внедряться в двух вариантах:

1. система управления идентификационным оборудованием, а также обработки и агрегации низкоуровневых данных от всего комплекса идентификационного оборудования и поставки в верхне-уровневую ERP-систему заказчика в нужном формате через удобную и настраиваемую API;
2. полноценная система прослеживаемости и учета – визуальный цифровой двойник предприятия с функцией цифровой диспетчерской, редактором цифровой карты и сценариев прослеживаемости, блоком нормативно-справочной информации (НСИ).

К основным преимуществам DEM можно отнести:

• полную цифровизацию и автоматизацию операций считывания данных о бизнес-процессах;
• наличие интерфейса агрегации всех данных на удобной цифровой модели предприятия;
• независимое от человека считывание идентификаторов (полное исключение человеческого фактора);
• считывание сотен идентификаторов в секунду;
• пользовательское ПО не требует установки на компьютер и представляет собой web-интерфейс.

В случае контроля циклов движения ковшей приоритетным вариантом применения DEM является создание полноценного цифрового двойника комплекса с выведением мнемосхем в диспетчерские всех участников цикла движения ковшей, а именно:

• диспетчерская доменного цеха (ДЦ);
• диспетчерская конвертерного цеха (КЦ);
• диспетчерская комбината/ситуационный центр;
• диспетчерская управления железнодорожного транспорта (УЖДТ).

В диспетчерских ДЦ, КЦ и УЖДТ выводятся мнемосхемы в соответствии с их зонами ответственности, в диспетчерской комбината для полного контроля выводится мнемосхема всех зон единой картой. Данный функционал обеспечивается настройками доступа для ролей диспетчеров.

2. Аппаратная часть

Информация о местонахождении и передвижении ковшей приходит в систему с оборудования, расположенного на всех ключевых точках пути ковшей в рамках цикла их передвижения:

• въезд и выезд с приемно-отправочного парка;
• въезд в миксерное отделение;
• весы;
• въезд в депо очистки ковшей (ДОК);
• в ДЦ и КЦ;
• иные точки по желанию заказчика.

В каждой точке монтируется защищенный шкаф с RFID-оборудованием и две RFID-антенны, монтаж при этом, в зависимости от индивидуальных особенностей каждой конкретной точки, производится либо на несущие элементы инфраструктуры заказчика, либо на наши собственные кронштейны. RFID-антенны, расположенные в "горячих" цехах оснащаются дополнительными защитными кожухами.

Разметка самих ковшей производится с помощью установки жаростойких RFID-меток, по две метки на каждый ковш (с двух его сторон).

Несмотря на высокие теплоизоляционные характеристики футеровки ковше каждая метка не может быть смонтирована напрямую на его корпус. Это связано как с температурами в районе метки при транспортировке и при операциях заливки чугуна, так и с конструктивной невозможностью надежной фиксации. Поэтому каждая метка помещается в стальной корпус особой конструкции и заливается теплоизоляционным и жаропрочным материалом, исключающим прямой кондуктивный теплообмен метки с ковшом, собственным корпусом и конвективный теплообмен с окружающей средой.

Помимо прочего такая конструкция защищает метку от разного рода прямых механических и климатических воздействий. Монтаж корпуса с меткой на ковш производится при помощи сварки, что обеспечивает надежную и долговечную фиксацию в суровых условиях металлургического комплекса.

3. Работа системы

Первоначальная настройка DEM включает в себя следующие шаги:

• создание графическим редактором цифровой копии комплекса (в виде мнемосхемы);
• создание точек контроля и идентификации ковшей в соответствии с физически установленным оборудованием;
• при необходимости интеграция DEM с существующей ERP-системой;
• внесение меток в систему;
• создание сценариев работы во встроенном в DEM редакторе;
• создание учетных записей для диспетчеров.

Теперь DEM готов к работе. В дальнейшем при изменениях в комплексе и оборудовании можно без проблем отредактировать, добавить или убрать соответствующие элементы в программе.

Вся необходимая информация выводится на мнемосхеме, с помощью которой диспетчер всегда может понять, где и сколько находится каждый конкретный ковш, например:

• время закрытия выпуска;
• время прохождения весов;
• время возврата на весы;
• время постановки под печь;
• время нахождения ковша в КЦ;
• время нахождения на участке разливки;
• время заездов в ДОК;
• точное время любых ожиданий на путях или под печью/при сливах ковшей.

Также, с помощью сценариев, например, можно заложить предельное время на конкретную операцию, при превышении которого диспетчеру выдается соответствующее уведомление.

Определение нахождения ковша в определённой точке происходит в процессе попадания смонтированной на нем метки в область сканирования антенн, установленных в данной точке, после чего информация об этом моментально попадает в систему и на мнемосхему.

Также можете просмотреть момент проверки считывания меток на ковшах у ворот ДОК.

Тем временем перемещение ковшей отображается в реальном времени на мнемосхеме в диспетчерской.

Так, в DEM в реальном времени может отображаться информация о местоположении сотен ковшей и не только, о чем расскажем далее.

4. Применение DEM для других задач металлургии

DEM – по-настоящему широкопрофильная и гибкая система учета и прослеживаемости, ее с легкостью можно масштабировать и за рамки цикла пути ковшей, при этом.

Во-первых, любое металлургическое предприятие обладает широким парком тары для перевозки шихты и расплавов. Для примера, метками при необходимости можно оснастить:

• совки для шихты с отслеживанием их перемещения между копровым и конвертерным цехами, включая загрузочный пролет и зону конвертеров;
• шлаковозы с отслеживанием их на пути между ДЦ и шлакоотвалами цеха переработки металлургических шлаков;
• чугунозаливочные ковши с отслеживанием их перемещения в конвертерном цехе;
• сталеразливочные ковши для контроля перемещения по цеху после выплавки стали;
• лафеты для отслеживания перемещений на территории всего объекта;
• элементы продукции (слябы, прокат) с помощью легких меток для отслеживания на предприятии и дальнейшей отправки потребителям.

Во-вторых, на любом металлургическом предприятии в широком объеме применяются дорогостоящие материалы. Для черной металлургии, например, к ним относятся различные ферросплавы:

• феррониобий (кусками или в виде порошка);
• феррованадий;
• ферромолибден;
• концентрат молибдена;
• ферровольфрам.

Эти материалы обладают высокой ценностью и требуют повышения контроля движения - от момента приемки на склад предприятия от внешних поставщиков до вовлечения в технологический процесс получения продукции основного производства. К производственным участкам, где требуется внедрение системы, можно отнести:

• участок подготовки шихтовых материалов цеха подготовки производства (УПШМ);
• ферросплавный цех (ФСЦ);
• КЦ;
• фасонно-литейный цех (ФЛЦ).

Основными целями такой системы являются:

• создание комплекса автоматического контроля материальных потоков дорогостоящих ферросплавов;
• получения достоверных данных о приходе и расходе на предприятии в зонах хранения и потребления;
• сокращение влияния ручного ввода данных;
• мониторинг хранения материалов в специально отведенных местах;
• формирование оповещений при нарушении бизнес-процессов.

Реализация этих целей определяется охватом зон контроля, таких как:

• маркировка материалов по прибытию на предприятие;
• автоматизированный контроль за перемещением и его обоснованностью для материалов по предприятию;
• автоматизированный контроль выдерживания временных интервалов перемещения;
• постоянный автоматический контроль нахождения материалов в зоне хранения;
• перемаркировка в зонах весового контроля и перефасовки;
• взаимодействие со смежными системами учета материалов;
• информирование о нарушении заданных правил контроля бизнес-процессов;
• формирование отчетов о событиях в системе.

Отдельно стоит отметить возможность интеграции в интерфейс DEM систем видеонаблюдения. Порой для полной оценки ситуации важен и визуальный контроль за происходящим в рабочем цикле и в зонах хранения. И в DEM такая возможность реализована. Прямо в окне интерфейса можно выбрать соответствующую камеру, после чего там же откроется окно с трансляцией.

Заключение

Применив наше решение на базе программной платформы "DEM - Цифровая Модель Предприятия", металлургический комбинат повысит оперативность и объем контроля за технологическими операциями на всех звеньях цепочки производства, а также автоматизирует систему учета литьевого оборудования в комплексе. Результатом этих действий в первую очередь является снижение теплопотерь расплавленного чугуна за счет сокращения времени простоя ковша, что в свою очередь положительно сказывается на температуре расплава, качестве готовой продукции и сроком жизни футеровки ковша. Помимо этого, DEM автоматизирует учет и отслеживание движения материальных ценностей (например, ферросплавов) на предприятии, тем самым повышая охват и оперативность контроля служб безопасности предприятия.

И мы не ограничиваемся одной металлургией, есть много вариантов реализации решений на базе DEM в любой области, будь то производство или логистический комплекс, горнодобывающая промышленность или розничные торговые сети. Мы сможем сделать Ваш бизнес умнее.

Узнать подробнее о интеграции решения на базе DEM для Вашего предприятия или задать интересующие Вас вопросы вы можете на сайте компании IQsoftware или на нашем сайте, где вы, помимо прочего, можете узнать о других продуктах и услугах компании IQSKLAD.