劉亞偉，李愛(ài)英，劉曉東，關(guān)朋，孫陸楠（天津電氣科學(xué)研究院有限公司，天津300180）

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基于J2EE的煉鐵廠物料跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉亞偉，李愛(ài)英，劉曉東，關(guān)朋，孫陸楠
（天津電氣科學(xué)研究院有限公司，天津300180）

摘要：針對(duì)某煉鐵廠物料生產(chǎn)管理的現(xiàn)狀和特點(diǎn)，開發(fā)了基于J2EE的煉鐵廠物料跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)的建設(shè)與實(shí)施實(shí)現(xiàn)了煉鐵廠對(duì)物料的全程跟蹤，可以促進(jìn)煉鐵廠生產(chǎn)過(guò)程管理等相關(guān)系統(tǒng)的有效運(yùn)行，促進(jìn)企業(yè)管理水平的提升，該系統(tǒng)可直接集成于制造執(zhí)行（MES）系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：物料跟蹤；生產(chǎn)過(guò)程；信息管理；制造執(zhí)行系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)開發(fā)的煉鐵廠物料跟蹤系統(tǒng)是對(duì)生產(chǎn)管理現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為生產(chǎn)管理提供決策，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的精細(xì)化管理，通過(guò)實(shí)時(shí)了解堆場(chǎng)庫(kù)存信息，物料當(dāng)前所處的位置和狀態(tài)信息，根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整計(jì)劃。

物料跟蹤系統(tǒng)的建設(shè)與實(shí)施，能夠真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，能夠有效管理和控制從原料到最終產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)流程，進(jìn)而提高車間的生產(chǎn)效率。滿足企業(yè)或客戶對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)信息透明化的要求，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。MES系統(tǒng)在生產(chǎn)制造企業(yè)中占有十分重要地位，它是連接ERP系統(tǒng)與底層二級(jí)控制系統(tǒng)的一個(gè)橋梁，本文設(shè)計(jì)的物料跟蹤系統(tǒng)是執(zhí)行制造MES系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，可以直接集成于MES系統(tǒng)，與MES系統(tǒng)中其他生產(chǎn)子系統(tǒng)共同服務(wù)，圖1為煉鐵廠物料跟蹤系統(tǒng)在MES系統(tǒng)中的位置以及和其他系統(tǒng)的關(guān)系。

圖1　煉鐵廠物料跟蹤整體框架Fig.1 Material tracking block graph for ironworks

1　關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)使用B/S模式與C/S模式相結(jié)合來(lái)進(jìn)行開發(fā)，B/S主要應(yīng)用于用戶信息界面和業(yè)務(wù)邏輯處理，C/S主要是針對(duì)自動(dòng)化程序的數(shù)據(jù)采集，通過(guò)OPC將PLC設(shè)備的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQLServer2012，圖2為本系統(tǒng)的核心架構(gòu)圖。

1）J2EE技術(shù)框架。近年來(lái)Sun的Java 2 En-terprise Edition（J2EE-Java2平臺(tái)企業(yè)版）已經(jīng)成為使用最廣泛的Web程序設(shè)計(jì)技術(shù)，J2EE Web程序的開發(fā)已經(jīng)成為信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。J2EE為搭建具有可伸縮性、靈活性、易維護(hù)性的商務(wù)系統(tǒng)提供了良好的機(jī)制，J2EE使用多層的分布式應(yīng)用模型，應(yīng)用邏輯按功能劃分為組件，各個(gè)應(yīng)用組件根據(jù)他們所在的層分布在不同的機(jī)器上。本系統(tǒng)用戶應(yīng)用程序部分采用J2EE平臺(tái)中的SSH框架進(jìn)行開發(fā)。集成SSH框架的系統(tǒng)從職責(zé)上分為4層：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久層和域模塊層。

2）OPC數(shù)據(jù)采集。OPC（OLE for procee control）是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，基于微軟的OLE（現(xiàn)在的Active X）、COM（部件對(duì)象模型）、DCOM（分布式部件對(duì)象模型）技術(shù)。OPC包括一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，OPC支持TCP/IP協(xié)議，通過(guò)OPC標(biāo)準(zhǔn)可以訪問(wèn)任意廠家任意型號(hào)的PLC設(shè)備，OPC真正建立了基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制的橋梁，這也為本文煉鐵廠物料跟蹤系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集提供了解決方案。本文通過(guò).NET程序應(yīng)用OPC接口采集煉鐵廠PLC設(shè)備，通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3）系統(tǒng)硬件。惠普機(jī)架式服務(wù)器2臺(tái)，一臺(tái)應(yīng)用于應(yīng)用程序服務(wù)器，用于部署應(yīng)用程序，提供客戶端瀏覽器訪問(wèn)；另一臺(tái)應(yīng)用于數(shù)據(jù)服務(wù)器，提供數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。華為萬(wàn)兆以太網(wǎng)3層交換機(jī)48端口1臺(tái)，通過(guò)vlan劃分將生產(chǎn)網(wǎng)與信息網(wǎng)隔離。羅克韋爾1756-EN2T以太網(wǎng)通訊模塊，用于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集。

圖2　系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.2 System architecture diagram

2　主體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的物料跟蹤系統(tǒng)主要分為3個(gè)子模塊：原料堆場(chǎng)管理、原料消耗管理、原料質(zhì)量管理。原料堆場(chǎng)管理對(duì)原料進(jìn)出場(chǎng)的庫(kù)存和堆放進(jìn)行管理，記錄原料的詳細(xì)來(lái)源情況，并規(guī)范原料在料場(chǎng)的合理堆放。原料質(zhì)量管理提供原料在不同階段的檢測(cè)信息管理，分為進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)，出場(chǎng)檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)管理。原料消耗發(fā)生在原料上料程序，是一個(gè)自動(dòng)化的過(guò)程，完全通過(guò)PLC邏輯控制自動(dòng)執(zhí)行，本過(guò)程通過(guò)對(duì)PLC不同階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集，完成原料在煉鐵生產(chǎn)過(guò)程的跟蹤。

本文設(shè)計(jì)的物料跟蹤系統(tǒng)是MES系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，本系統(tǒng)的建設(shè)有效的將上層ERP信息與底層控制系統(tǒng)緊密的集成在一起。通過(guò)鐵廠ERP物流系統(tǒng)提供的接口獲取物料的入場(chǎng)信息，完成異構(gòu)系統(tǒng)的通訊，保證了數(shù)據(jù)的共享。底層槽下控制系統(tǒng)和上料系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊，將實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集進(jìn)入本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)可以回溯物料的各個(gè)階段，見(jiàn)圖3。

圖3　物料跟蹤數(shù)據(jù)流圖Fig.3 Data flow graph for material tracking

2.1原料堆場(chǎng)管理

原料堆場(chǎng)管理分為庫(kù)存管理和堆放管理兩部分。庫(kù)存管理記錄原料進(jìn)場(chǎng)運(yùn)輸車輛的牌號(hào)、廠家、種類、重量、堆放位置等信息，統(tǒng)計(jì)原料堆場(chǎng)的日庫(kù)存及日消耗狀況。

堆放管理是原料場(chǎng)對(duì)原料堆放位置的管理，通過(guò)“分堆開垛”的方式將原料堆入原料場(chǎng)?！胺侄验_垛”嚴(yán)格按照廠家、料種將原料通過(guò)不同的貨位號(hào)分開，便于原料入爐，也為后期原料消耗分析打下基礎(chǔ)。煉鐵場(chǎng)傳統(tǒng)的管理模式是通過(guò)紙質(zhì)票據(jù)傳送的方式來(lái)進(jìn)行管理，這種管理方式信息嚴(yán)重滯后，且紙質(zhì)票據(jù)容易丟失和損壞并對(duì)原料的統(tǒng)計(jì)、使用及質(zhì)量管理帶來(lái)了很大的不便。本系統(tǒng)通過(guò)無(wú)紙化自動(dòng)管理，運(yùn)輸車輛信息通過(guò)磅房ERP物流系統(tǒng)提供的接口直接傳送至本系統(tǒng)，然后料管員為運(yùn)輸車分配貨位號(hào)，運(yùn)輸車根據(jù)分配的貨位號(hào)在指定堆場(chǎng)進(jìn)行卸料。

2.2原料消耗管理

高爐煉鐵過(guò)程十分復(fù)雜，所以對(duì)于原料的追蹤也相當(dāng)困難。原料堆場(chǎng)通過(guò)皮帶將不同種類的原料送至高爐高架料倉(cāng)，槽下卷稱崗位根據(jù)料單設(shè)定，將各種原料進(jìn)行配比后由上料系統(tǒng)運(yùn)至爐頂受料斗，再通過(guò)布料系統(tǒng)進(jìn)入高爐，整個(gè)過(guò)程通過(guò)PLC控制自動(dòng)執(zhí)行，本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)物料消耗過(guò)程中PLC信號(hào)觸發(fā)將物料各階段信息采集進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)完成生產(chǎn)過(guò)程跟蹤。1）原料派料作業(yè)。原料主控根據(jù)高爐生產(chǎn)需要，將原料按照廠家、料種、貨位通過(guò)傳送帶送至高爐料倉(cāng)，崗位工通過(guò)系統(tǒng)將出料流水信息包括：料種，重量，貨位，高爐號(hào)，料倉(cāng)號(hào)等信息錄入本系統(tǒng)。2）槽下稱斗計(jì)量。由原料主控進(jìn)入料倉(cāng)的原料并不是原料的實(shí)際消耗，料倉(cāng)相當(dāng)于暫存?zhèn)}，高爐冶煉實(shí)際消耗原料以料倉(cāng)下的振篩振到稱斗中的重量為準(zhǔn)，當(dāng)料倉(cāng)振篩停止震動(dòng)，稱斗重量穩(wěn)定后，采集模塊采集各稱斗的實(shí)際重量。3）中間斗計(jì)量。稱斗的原料通過(guò)皮帶傳送至中間斗，當(dāng)中間斗備料完成時(shí)，發(fā)送中間斗滿信號(hào)，采集模塊將稱斗料種信息以及重量信息采集進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)。4）卷?yè)P(yáng)料車計(jì)量。中間斗中備好的原料需要通過(guò)卷?yè)P(yáng)小車送至高爐，小車滿信號(hào)到來(lái)時(shí)，采集模塊將卷?yè)P(yáng)的車次信息采集進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)。5）高爐中間罐計(jì)量。中間罐是原料由受料斗進(jìn)入爐內(nèi)的一個(gè)過(guò)渡，布料器依照崗位設(shè)定的布料參數(shù)將原料布入爐內(nèi)。布料器參數(shù)設(shè)定完成時(shí)，發(fā)出信號(hào)，此時(shí)采集模塊將本批料的布料設(shè)定參數(shù)采集進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)。6）高爐爐內(nèi)計(jì)量。原料進(jìn)入爐內(nèi)，即作為已消耗原料進(jìn)行計(jì)量，采集模塊監(jiān)聽布料器信號(hào)，布料器布料完成時(shí)，此時(shí)采集這批料的實(shí)際布料參數(shù)信息。

2.3原料質(zhì)量管理

原料質(zhì)量管理相當(dāng)重要，貫穿于整個(gè)原料的跟蹤，是整個(gè)原料管理的重要組成部分。煉鐵廠的原料分為入場(chǎng)檢測(cè)，出場(chǎng)檢測(cè)2個(gè)部分，系統(tǒng)記錄每個(gè)階段每種物料的成分檢測(cè)結(jié)果，并依據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)原料按廠標(biāo)進(jìn)行分類。高爐爐長(zhǎng)根據(jù)原料成分合理調(diào)整原料配比，因此爐前原料檢測(cè)結(jié)果直接影響煉鐵的質(zhì)量。物料跟蹤系統(tǒng)可以通過(guò)各階段的檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合出鐵的質(zhì)量，進(jìn)行分析，協(xié)助爐長(zhǎng)找出問(wèn)題環(huán)節(jié)。

圖4　物料出場(chǎng)跟蹤Fig.4 Material tracking of leaving material yard　

3　系統(tǒng)評(píng)述及效果分析

煉鐵廠煉鐵工藝復(fù)雜，通過(guò)B/S與C/S模式相結(jié)合的方式對(duì)煉鐵廠的物料進(jìn)行追蹤，B/S模式主要是針對(duì)用戶界面與業(yè)務(wù)邏輯處理。為了方便用戶訪問(wèn)系統(tǒng)，客戶端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只需瀏覽器即能訪問(wèn)本系統(tǒng)，無(wú)需安裝其他插件，系統(tǒng)界面風(fēng)格統(tǒng)一，操作簡(jiǎn)便。C/S模式主要是針對(duì)數(shù)據(jù)采集，此程序無(wú)用戶操作界面，對(duì)用戶完全透明，直接通過(guò)OPC數(shù)據(jù)采集進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)。

煉鐵廠物料跟蹤系統(tǒng)現(xiàn)已進(jìn)入試運(yùn)行階段，試運(yùn)行期間，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地記錄下物料的各個(gè)階段。圖4為物料出場(chǎng)跟蹤記錄，左側(cè)為料場(chǎng)的庫(kù)存信息；右側(cè)是每種料的出料詳情，記錄了每種料的去向信息；右下側(cè)為每種料的化驗(yàn)情況，化驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)自質(zhì)量檢測(cè)中心。圖5為料車物料跟蹤記錄，記錄了料倉(cāng)稱斗的物料信息，包括物料車次、性質(zhì)、重量、料種等信息。物料跟蹤系統(tǒng)的實(shí)施與應(yīng)用，完善了生產(chǎn)的自動(dòng)化、信息化，使得從原料到最終產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)流程得到了有效的管理和控制，滿足了企業(yè)或客戶對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)信息透明化的要求。

圖5　料車物料跟蹤Fig.5 Material tracking of material car

4　結(jié)論

煉鐵廠物料跟蹤系統(tǒng)將原料入場(chǎng)至高爐出鐵進(jìn)行了有效跟蹤，通過(guò)質(zhì)檢部門的檢測(cè)可以追溯至原料的每一個(gè)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)和細(xì)化了煉鐵廠對(duì)原料的管理。本文設(shè)計(jì)的煉鐵廠物料跟蹤系統(tǒng)可以無(wú)縫集成于制造執(zhí)行MES系統(tǒng)，本系統(tǒng)雖完成了物料的有效追蹤，但是智能程度還有待進(jìn)一步完善，這將是本文系統(tǒng)后期的主要研究工作。

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修改稿日期：2015-07-07

Design and Application for Ironworks Material Tracking System Based on J2EE

LIU Yawei，LI Aiying，LIU Xiaodong，GUAN Peng，SUN Lunan
（Tianjin Research Institute of Electric Science Co.，Ltd.，Tianjin 300180，China）

Abstract:In view of the present situation and features of a material ironworks production management，the newly ironworks material tracking system had been designed and developed，which was based on J2EE framework. Construction and implementation of the system achieve the ironworks of material tracking，which can facilitate the effective operation of the production process management and other related ironworks system.The most important，the system can be directly integrated into the manufacturing execution system（MES）.

Key words:material tracking；production process；information management；manufacturing execution system

收稿日期：2015-03-16

作者簡(jiǎn)介：劉亞偉（1987-），男，碩士研究生，Email：lywde2011@163.com

中圖分類號(hào)：TP29

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A