热轧厂智能化制造方案

广州番禺珠江钢管有限公司3352热轧厂智能制造方案中冶赛迪电气技术有限公司二○一六年十一月广州番禺珠江钢管有限公司3352热轧厂智能制造方案I目录1项目概述..........................................................1 1.1项目背景.....................................................1 1.2项目目标.....................................................1 1.3项目范围.....................................................3 2项目建设的必要性..................................................3 3项目建设方案......................................................3 3.1热轧智能工厂总体架构.........................................3 3.2智能化信息平台...............................................4 3.3车间无线网络系统............................................8 3.4高级计划排产................................................10 3.5质量分析与预测..............................................13 3.6产品开发平台................................................18 3.7工序级成本分析..............................................20 3.8智慧能源管控系统............................................25 3.9设备资产管理................................................29 3.10关键设备监测...............................................40 3.11智能板坯库.................................................43 3.12智能钢卷库.................................................48 3.13智能磨辊间.................................................53 3.14虚拟工厂..................................................57 3.15产销一体化系统.............................................66 3.16掌上工厂...................................................75 3.17综合监控展示系统...........................................86 广州番禺珠江钢管有限公司3352热轧智能工厂技术方案11项目概述1.1项目背景智能制造是未来钢铁行业升级的重要推动力。以德国蒂森、日本新日铁、韩国浦项为代表的国外先进钢铁企业在智能工厂的研究和实践上走在前列。他们认为，钢铁企业的集成智慧制造是一种对包含所有工艺、制造过程、供应链进行集中监控和管理的、具有附加智慧的、先进的制造方式。我国钢铁工业提出以工业4.0概念为指导，通过物联网、互联网、移动互联网、云计算、大数据及智能优化模型技术等技术的应用，使钢铁制造领域内的资源、信息、物品和人之间相互关联，形成“虚拟网络——实体物理相互映射的系统（CPS）”，最终实现包括智能制造、智慧设备、智慧安全、智慧物流、智慧能源、智能机器人、智慧工作环境在内的预测式智能制造系统。经过十年的快速增长，中国钢铁产能遥遥领先，装备水平及技术指标步入国际先进行列，但是在高端品种、先进流程、生产能耗及产品质量等方面仍与国际领先水平有较大差距，原创性技术少。与此同时，由于产能严重过剩，环境急剧恶化，使得钢铁企业在提升产品质量、节能减排方面面临巨大的压力，如何提升核心企业竞争力并寻求企业转型升级的发展方向是摆在中国钢铁业面前的重要课题。面对当前的“行业寒冬”，钢铁企业为了挖潜增效，必须以质量成本为基础，以优化产能为核心，以创新为驱动，落实两化深度融合，打造钢铁工业的升级版。以物联网、云计算、大数据等先进技术与智能设备/装备融合应用为特征的智能工厂建设已成为驱动钢铁企业形成创新发展机制、突破增长极限、保障企业持续稳定发展的主要动力，能够有效解决钢铁企业在提升效率、节能降耗、提高设备服役能力、减少不合格品率、降低资金占用等方面面临的问题，达到生产的最优化、流程的最简化和效率的最大化，使传统工厂升级为智能工厂。从全球范围来看，智能工厂建设已成为传统制造业升级转型的主要突破方向。发展面向钢铁行业的智能工厂技术集成应用，是抢占新一轮竞争制高点的关键一步。1.2项目目标在3352热轧现有设计基础上，对设备进行升级改造、应用新技术，提升智能化程度，提高经济技术指标，建成3352热轧智能工厂，形成一系列可示范、可复制、可推广的智能制造技术。1.2.1技术经济目标1）稳步推进新产品智能设计平台建设，精准识别客户需求，研发主导市场型广州番禺珠江钢管有限公司3352热轧智能工厂技术方案2新产品。利用智能化的新技术、新工具提升设计研发团队研发效率和对市场的掌控能力，缩短产品研发周期。2）通过无人天车、智能装备的应用，使部分工序实现无人化和少人化，实现部分智能决策和管控功能，减少人工参与，提高劳产率；智能仓储和生产计划柔性动态优化技术相结合，加快物流周转速度，完善客户营销服务平台的建设和运用，实现订单即时响应。通过对工厂柔性生产关键支撑技术的研究和应用推广，自动化、信息化深度融合，装备和管理智能化水平大幅度提升，提高生产效率整体。3）通过工艺参数溯源、优化工艺匹配，实现产品性能不良品率降低1%；通过系统智能判定与分切，降低产品表面质量不良品率。提升工艺、质量、设备等智能管控水平，在质量相关数据的全流程收集、挖掘基础上进行分析和决策，降低产品不良品率。4）通过通过高效电机、高效水泵的推广应用节约电能消耗。深度优化能源调控，消除无效能耗，全面推广高效节能技术和节能设备应用，优化生产工艺，提高能源利用率。5）通过缩短研发周期，开发高附加值新产品，提高核心产品盈利能力和市场竞争能力；通过结合关键设备运行状态监控，优化检修模式，提高设备作业率，同时降低备件消耗和设备故障停机时间；通过工艺提升和新技术引进，降低轧辊消耗；通过质量智能管控，提高对原料、过程品和最终产品的质量跟踪，实现质量预警和管控，大幅提高成材率和降低不良品率；通过能源管控，推广节能措施，提高能源利用率；降低运营成本。1.2.2智能制造技术1）基于无线通信的移动互联技术2）基于图像识别、射频识别的物料跟踪技术3）基于3D扫描、激光定位的无人天车及智能库管技术4）基于增强现实的虚拟工厂5）融合工业大数据的新一代热轧工艺及过程控制模型6）基于工业大数据分析的设备状态诊断技术7）基于数据挖掘的全流程质量智能管控与溯源技术8）柔性生产计划调度优化技术9）基于仿真机知识库的产品智能设计技术10）工艺流程及过程控制数字化仿真技术广州番禺珠江钢管有限公司3352热轧智能工厂技术方案311）基于轧辊全生命周期管理的磨辊间智能化提升技术12）基于大数据的成本分析管理系统12）基于智能化决策的能源协同管控技术13）基于大数据平台的数据分析与应用技术1.3项目范围本项目应用于3352热轧车间，涵盖板加区、轧线、钢卷库、精整线。2项目建设的必要性1)是提升企业提高质增效，创造稳定经济效益的需要2）是提高创新能力，持续发展的需要3）是改善生产运行环境，提高运营管理水平的需要。3）是促进区域工业企业整体水平提高的需要3项目建设方案3.1热轧智能工厂总体架构智能工厂功能架构如图3.1-1所示。智能工厂分为智能装备层、智能控制层、智能管理层、决策支持层等四个层级，各层级之间通过有线及无线一体化网络实现数据互通、高速数据采集、远程诊断维护。图3.1-1热轧智能工厂功能架构图广州番禺珠江钢管有限公司3352热轧智能工厂技术方案4基于以上功能架构，结合3352热轧生产线实际，在不改变原有自动化系统设计基础上，通过增加智能传感器、无人化装备、大数据云平台，及相关智能管控软件，提高生产、质量、设备、产销等方面控制水平和智能决策能力，减少操作运维人员，降低劳动强度，提高生产效率和产品质量。新增建设的智能化系统如表3.1-1所示。表3.1-1新建智能化系统序号名称说明1智能化信息平台虚拟服务器及大数据云平台2无线网络系统用于天车通信、点巡检、远程监控3高级计划排产生产计划自动生成4质量分析与预测质量一体化管理，质量预测及诊断5产品开发平台基于大数据分析，用于控制模型参数自动优化6工序级成本分析按日计算吨钢成本，按批次计算生产消耗7智慧能源管控8产销一体化9设备资产管理10关键设备监测11智能板坯库行车无人操作，自动调度，自动倒垛，数字化库图12智能钢卷库行车无人操作，自动调度，自动倒垛，数字化库图13智能磨辊间14虚拟工厂厂房、设备三维仿真，生产过程动态仿真，所见即所得15掌上工厂显示生产、质量、设备管理信息，推送重大事件信息16综合监控展示系统3.2智能化信息平台智能工厂的智能化信息平台系统网络架构如图3.2-1所示。该平台包括：为热轧自动化系统、数据采集系统、大数据平台、私有云平台、智能应用、外部访问接口六大部分。其中数据采集系统和智能应用基于云平台实现，即采用服务器虚拟化技术，在云平台的物理服务器上虚拟若干虚拟机，分配给数据采集系统和智能应用，通过基于微软Hyper-V云平台解决方案，能有效利用硬件服务器资源，并达到高效的容错和备份恢复能力。广州番禺珠江钢管有限公司3352热轧智能工厂技术方案1图3.2-1智能化信息平台广州番禺珠江钢管有限公司3352热轧智能工厂技术方案13.2.1虚拟化云平台智能工厂中的MES及实时性要求不高的各类智能管控系统基于虚拟化服务器的云平台进行部署，采用微软WindowsServer2008及以上版本的Hyper-V软件实现基于服务器虚拟化的云平台，微软Hyper-V虚拟化云平台解决方案的技术优势有：64位高性能体系结构支持、支持32位和64位的多种不同服务器平台操作系统如Windows、Linux等操作系统、支持对称多处理器（SMP）支持、支持虚拟VLAN的支持、支持网络负载均衡、具有丰富的性能监控指标、具有完整和开放的虚拟化扩展架构。硬件服务器配置如表3.2-1所示。表3.2-1硬件服务器配置序号项目设备数量单位部署1服务器PC服务器：IntelXeonE7；4颗cpu；64GB内存；8TSATA硬盘。8台计算和存储资源池2服务器PC服务器：IntelXeonE5；2颗cpu；32GB内存；8TSATA硬盘。2台云平台监控网站、管理和备份服务器3服务器PC服务器：IntelXeonE7；4颗cpu；64GB内存；8TSATA硬盘。3台linux大数据平台及云端分析服务器在计算和存储资源池上虚拟化若干虚拟化操作系统，满足数据采集和智能化应用子系统的部署需要，当计算和存储资源不足时，只需要增加一定数量的高性能PC服务器就能虚拟化更多的虚拟化操作系统，用于部署新增的应用系统。作为计算和存储资源池的8台高性能PC服务器可虚拟化17台虚拟操作系统，每2-3台虚拟化操作系