摘要：从L2基本功能的配置角度，介绍钢管热处理生产线L2系统功能和结构，详细描述了L2系统的信息通讯、物料跟踪/数据采集、工艺参数预控和生产过程管理等基本功能实现。由此衍生，在冶金行业其他生产线L2系统上也可按照此基本功能进行结构配置。
关键词：L2系统；信息通讯；物流跟踪；数据采集；工艺参数预控；生产过程管理
引言
随着“中国制造2025”战略的提出，信息化技术在各个行业的使用越加深入，冶金行业作为我国工业体系中的重要一环，对于信息化的需求更加旺盛，在国内各大钢厂已基本形成了1到4级的工业网络体系。即，1级为设备控制层；2级为产线级生产过程管理层；3级为车间级生产管理层；4级为集团战略管理层。下文将以钢管热处理生产线L2系统为例提出我的一些见解。
1.概述
顾名思义，L2系统是冶金工业生产中的第二层生产管理系统，起着承上启下的作用。其与基础自动化控制下的设备控制层（L1系统）共同组成了生产线的生产控制系统，同时，其与上级管理系统进行通讯，将本工序产生的信息流转至其他工序，从而实现车间级的信息无缝连接，减少原有纸质化生产中的人为因素，真实体现产线的数据化生产过程，进而为最终产品的追溯提供可靠的依据。
从基本功能的角度划分，L2由信息通讯、物料跟踪/信息采集、预控工艺参数计算/设定、生产过程管理和辅助系统五部分功能组成。L2系统结构图如图-1所示
图-1 L2系统结构图
2.信息通讯
L2系统信息通讯主要分为与上级管理系统通讯、与一级控制器通讯和L2进程间通讯三种形式。
2.1L2与上级管理系统通讯
此部分通讯完成功能：本工序入口原料信息、工艺预控信息、出口目标信息的接收；本工序生产过程中产生的实绩信息的发送。
通讯网络由上级管理计算机系统统一部署，本工序L2系统为其中的一个节点。
通讯可采用TCP/IP Socket电文通讯或OLE-DB/DB-LINK等方式。
图-2 L2通讯结构图
2.2.L2与一级控制器通讯
此部分通讯完成功能：本工序实时生产过程数据、实时工位信号等的接收；本工序对应不同工位预控参数的实时发送。
通讯网络由L2系统统一部署，将L2服务器与一级控制器各站点配置于同一网络中。
通讯可采用TCP/IP Socket电文通讯、OLE-DB/DB-LINK、OPC通讯等方式。
2.3.L2进程间通讯
此部分通讯完成功能：L2系统各进程之间信息共享，保证各进程动作及信息的同步性。
通讯采用OLE-DB/DB-LINK、WCF通讯等方式。
2.4.L2通讯结构图
L2通讯结构如图-2所示
3.物料跟踪/信息采集
此功能是L2系统的基础，贯穿钢管在热处理工序的全流程生产过程，即对钢管在工序入口至工序出口的所有工位生产情况进行跟踪，并将不同工位生产过程中产生的信息进行记录、归集，从而形成完整的钢管生产过程报告，为产品的最终质量追溯提供可靠的信息依据。
物料跟踪方式采用单点信号（一步一动）跟踪和队列（先进先出）跟踪两种方式。
钢管热处理生产线包含以下工位：入口上料拨叉及上料辊道、淬火炉、高压水除磷及钢管输送辊道、水淬、冷床、回火炉、矫直机、探伤机、下料辊道及下料拨叉。
基于上述工位布置，此功能由入口段、工艺段和出口段的钢管跟踪处理组成。
3.1.入口段跟踪处理
入口段钢管处理包括来料计划处理、钢管上线处理、钢管跟踪处理。
来料计划处理：来料钢管计划为批/捆次下发，L2系统在接收到来料计划时，根据计划中的捆支数，以捆号+流水号的形式，分解来料批/捆计划，转换为支钢管计划。
钢管上线处理：钢管上线包括捆钢管上线和支钢管上线两种形式。当钢管捆到达产线上料架时，通过条码扫描和人工确认的方式，操作人员将实物与计划信息比对，以实物为准，确认或修正钢管计划，从而使捆钢管计划信息开始进入生产线。拆捆后，系统根据上料拨叉信号，将当前拆捆的支钢管计划上线，将钢管开始生产信息进行记录，从而单支钢管信息进入生产线，当支钢管计划的上线数量与捆内的钢管数一致时，捆钢管计划完成上线过程。
钢管跟踪处理：对入口上料架到加热炉前辊道之间的钢管进行跟踪。此段跟踪为单点信号跟踪。
3.2.工艺段跟踪处理
工艺段钢管处理是对淬火炉至出口辊道前的钢管信息进行跟踪，采集钢管进/出各工位的时间和钢管在各个工位的控制参数（如水压、温度等），将前工位信息不断向后续工位转移，通过L2进程间通讯，将跟踪结果发送预控参数计算模型。其中加热炉段、回火炉段和3/4#冷床段为队列跟踪，其他段均为单点信号跟踪。
3.3.出口段跟踪处理
出口段钢管处理是对探伤机出口至出口辊道料筐的钢管信息进行跟踪，根据探伤结果按照成品与否进行分类，并记录钢管下线的信息（时间，成品标志等）。此段均为单点信号跟踪。
此段处理包含支钢管产品生产完成、新捆生产完成和来料批/捆次钢管生产完成处理。
支钢管产品生产完成：待钢管跟踪至出口料筐辊道时，根据探伤结果，系统直接控制或提示操作人员辊道拨叉的拨料方向，将钢管拨料至成品或废品料筐，并根据拨叉的动作方向将成品和废品钢管分类记录，打印支钢管标签，钢管进入料筐跟踪。
新捆生产完成：当出口料筐（成品、废料）满足钢管成捆要求时，系统直接控制或提示操作人员进行料筐内钢管打捆操作，待打捆完成后，系统记录捆包（包含捆内支钢管）信息，并打印捆钢管标签，清空料筐内钢管信息，钢管在本工序的生产跟踪完成。
批/捆次钢管生产完成：支钢管进入料筐时，将当前支钢管与批/捆次计划进行比对，若当前支钢管为计划的最后一根钢管，则将钢管对应计划生产情况进行总结，生成 计划批/捆的生产记录，计划捆钢管完成在本工序的生产。
4.预控工艺参数计算/设定
预控工艺参数是根据钢管跟踪的结果作为输入，通过模型计算出各工位对于当前钢管的最优控制参数，并下发给一级控制器，一级控制器在生产过程中根据钢管控制参数评价系统（可由人工结合检测设备共同给出），二级系统连续采集实际工艺控制参数，不断优化预控参数计算模型，从而实现钢管生产的最优控制，进而产生最大经济效益。
预控工艺参数计算/设定有模型计算和专家智能数据库两种方式。本系统采用专家智能数据库查表的方式进行预控。
4.1.淬火预控参数设定
淬火工艺设备包括淬火炉、高压水除磷、水淬装置及相应钢管转运辊道。淬火工艺过程是：淬火炉先将钢管加热至临界点以上的淬火温度并保持一定的时间后，然后快速将钢管转运至水淬装置进行淬火操作。
为了保证淬火质量，在整个淬火过程中，淬火炉内加热段/均热段温度与炉内步进梁转运控制需紧密配合，使整支钢管均匀受热并达到淬火临界温度且又不使其弯、扭变形（若钢管变形，可能会引起炉内步进梁后续钢管堵料，从而引发炉内钢管受热时间过长引起的产品质量、设备故障等问题）。L2系统根据经验及加热炉性质，形成有效的入口钢管的规格参数（钢种、壁厚、管径、目标温度等）与淬火炉工艺参数（淬火炉加热段、均热段温度及步进梁转运周期）及水淬装置工艺参数（出炉速度、水压、水量、喷淋时间及压紧压力）之间的对应关系表，当钢管规格发生变化时，取出对应的工艺参数下发一级控制器。
4.2回火预控参数设定
回火工艺用于将淬火后急速冷却的钢管在回火炉加温并保持一定的时间后，再通过3#冷床将钢管降至室温，从而消除淬火产生的内应力，降低钢管的硬度和脆性。L2系统形成有效的入口钢管的规格参数与回火炉工艺参数（温度与步进梁转运周期）之间的对应关系表，当钢管规格发生变化时，取出对应的工艺参数下发一级控制器。
5.生产过程管理
在生产过程中，可能会出现不可预知的设备故障或人员失误，从而对产品本身的质量、产品信息的准确性、产品成本的控制乃至整个车间生产的节奏造成影响。生产过程管理功能通过人为修正和报警的方式可以有效的防止或减少此类事件的发生。
生产过程管理功能包括产品数据管理、停机管理、能耗管理、设备管理、报表管理、交互信息管理。
5.1产品数据管理
此功能对从入口计划直至产品生产完成的过程信息进行监控，当操作人员发现产品信息与实物不符时，可以人工进行修正，以保证产品生产数据的完整性和可靠性。主要是针对系统在钢管跟踪过程出现的错误进行修正。
5.2.停机管理
此功能对生产线的生产和非生产状态下的停机情况进行记录，用于对产线的作业效率和进行统计，通过对生产状态下停机原因的分布分析，找出影响作业效率的负面因素（设备、人为等），对产线生产做出改进，从而提高产线的作业效率。
5.3.能耗管理
此功能对生产过程中的能源介质（水、电、气等）的使用情况进行统计，将能源介质的使用情况分配至班组或单批/支产品上，便于产品的成本核算，并配合其他生产参数分析，找出影响能耗的负面因素，对产线生产做出改进，从而增产降耗的目的。
5.4.设备管理
此功能记录产线各工位设备的使用情况和维护情况。在设备使用标准和维护标准的基础上，根据当前的使用和维护情况，给出设备在使用和维护的过程中需要注意的提示，减少设备在使用过程中的故障率，提高设备使用寿命。
5.5.报表管理
以班、日、月、年的形式生成产品、能耗及设备使用情况的报表。
5.6交互信息管理
此功能记录通讯过程、人工操作、工位事件产生的信息，在重大事件（报警）出现时给出提示，并为产品追溯及设备故障定位原因分析提供部分依据。
6.辅助系统
辅助系统包括班组管理、标签打印、时钟同步等功能。
6.1班组管理
各个钢厂会根据自身所处的地理环境、社会环境以及钢厂内部由于产线和效益的限制产生的员工情况，会排出不同的诸如四班三倒、三班两倒等班制，对于各班的换班时间也会有不同的要求，甚至在同一个钢厂可能会出现根据市场或季节情况做出调整。这种需求决定了系统的班组管理功能具有灵活可调、可控的特性。
基于上述需求，班组管理提供了班制调整、换班时间调整、对应班制下的班组调整等功能，班组管理功能再根据调整后的班制、换班情况实现自动换班，有效的避免了各生产班组由于人工换班不及时造成的绩效、责任不清等后果。
6.2标签打印
当产品下线时，跟踪模块会根据产品的性质（成品、废料、中间过程料），通过L2进程间信息通讯模块发送给标签打印模块对应的标签性质、标签内容，标签打印模块自动打印出标签，由人工粘贴，为后续工序提供标识，从而为后续工序钢管的按支跟踪奠定基础。
6.3时钟同步
时钟同步服务通过接收上级管理计算机的时间信息，首先同步服务器系统时间，服务器在L2系统内部将自己的时间进行广播，各终端根据广播信息同步各自的系统时间，从而达到L2系统网络内的时钟与网络外的相关时钟保持一致，为生产线设备故障原因定位和产品质量追溯提供一致的时间基础。
7.结语
钢管热处理L2系统基于L2基本功能配置进行架构，完好的实现了工序L2系统建设初期所预想的入口计划接收、钢管按支跟踪、生产过程数据收集、设备使用状况监控、钢管产品实绩归集、标签打印及报表生成等功能，起到了减轻操作人员劳动强度、提高产品质量、缩短制造时间、提高生产和管理效率、减低制造成本的作用。
而且，使用L2基本功能配置（信息通讯、物料跟踪/采集、工艺参数预控、生产过程管理）架构系统，在冶金行业诸如炼钢、连铸及精整等工序也得到了很好的应用，此功能配置对所有冶金L2系统的架构均可实用。
参考文献：
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作者简介：
杨文峰（1980—），男，山西忻州人，汉族，学士，工程师. 主要研究方向：钢厂产线L2系统。
论文作者:杨文峰,韩俊峰,区兴华,侯小光,李宏伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/18
标签：钢管论文; 系统论文; 通讯论文; 信息论文; 参数论文; 工序论文; 生产过程论文; 《基层建设》2018年第25期论文;