刘亚伟，李爱英，刘晓东，关朋，孙陆楠（天津电气科学研究院有限公司，天津300180）



基于J2EE的炼铁厂物料跟踪系统设计与实现

刘亚伟，李爱英，刘晓东，关朋，孙陆楠
（天津电气科学研究院有限公司，天津300180）

摘要：针对某炼铁厂物料生产管理的现状和特点，开发了基于J2EE的炼铁厂物料跟踪系统。该系统的建设与实施实现了炼铁厂对物料的全程跟踪，可以促进炼铁厂生产过程管理等相关系统的有效运行，促进企业管理水平的提升，该系统可直接集成于制造执行（MES）系统。

关键词：物料跟踪；生产过程；信息管理；制造执行系统

本文设计开发的炼铁厂物料跟踪系统是对生产管理现场的实时监控，为生产管理提供决策，实现生产的精细化管理，通过实时了解堆场库存信息，物料当前所处的位置和状态信息，根据实际情况动态调整计划。

物料跟踪系统的建设与实施，能够真正实现生产的自动化，能够有效管理和控制从原料到最终产品的整个生产流程，进而提高车间的生产效率。满足企业或客户对产品生产信息透明化的要求，提高企业的市场竞争力。MES系统在生产制造企业中占有十分重要地位，它是连接ERP系统与底层二级控制系统的一个桥梁，本文设计的物料跟踪系统是执行制造MES系统的一个子系统，可以直接集成于MES系统，与MES系统中其他生产子系统共同服务，图1为炼铁厂物料跟踪系统在MES系统中的位置以及和其他系统的关系。

图1　炼铁厂物料跟踪整体框架Fig.1 Material tracking block graph for ironworks

1　关键技术

本系统使用B/S模式与C/S模式相结合来进行开发，B/S主要应用于用户信息界面和业务逻辑处理，C/S主要是针对自动化程序的数据采集，通过OPC将PLC设备的数据自动采集存入数据库中，数据库采用SQLServer2012，图2为本系统的核心架构图。

1）J2EE技术框架。近年来Sun的Java 2 En-terprise Edition（J2EE-Java2平台企业版）已经成为使用最广泛的Web程序设计技术，J2EE Web程序的开发已经成为信息系统的关键技术。J2EE为搭建具有可伸缩性、灵活性、易维护性的商务系统提供了良好的机制，J2EE使用多层的分布式应用模型，应用逻辑按功能划分为组件，各个应用组件根据他们所在的层分布在不同的机器上。本系统用户应用程序部分采用J2EE平台中的SSH框架进行开发。集成SSH框架的系统从职责上分为4层：表示层、业务逻辑层、数据持久层和域模块层。

2）OPC数据采集。OPC（OLE for procee control）是一个工业标准，基于微软的OLE（现在的Active X）、COM（部件对象模型）、DCOM（分布式部件对象模型）技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，OPC支持TCP/IP协议，通过OPC标准可以访问任意厂家任意型号的PLC设备，OPC真正建立了基于Windows的应用程序和现场过程控制的桥梁，这也为本文炼铁厂物料跟踪系统数据采集提供了解决方案。本文通过.NET程序应用OPC接口采集炼铁厂PLC设备，通过以太网进行数据传输，保证了数据传输的可靠性。

3）系统硬件。惠普机架式服务器2台，一台应用于应用程序服务器，用于部署应用程序，提供客户端浏览器访问；另一台应用于数据服务器，提供数据采集及数据存储。华为万兆以太网3层交换机48端口1台，通过vlan划分将生产网与信息网隔离。罗克韦尔1756-EN2T以太网通讯模块，用于以太网数据采集。

图2　系统架构图Fig.2 System architecture diagram

2　主体设计

本文设计的物料跟踪系统主要分为3个子模块：原料堆场管理、原料消耗管理、原料质量管理。原料堆场管理对原料进出场的库存和堆放进行管理，记录原料的详细来源情况，并规范原料在料场的合理堆放。原料质量管理提供原料在不同阶段的检测信息管理，分为进场检测，出场检测，标准管理。原料消耗发生在原料上料程序，是一个自动化的过程，完全通过PLC逻辑控制自动执行，本过程通过对PLC不同阶段的数据进行有效采集，完成原料在炼铁生产过程的跟踪。

本文设计的物料跟踪系统是MES系统的一个子系统，本系统的建设有效的将上层ERP信息与底层控制系统紧密的集成在一起。通过铁厂ERP物流系统提供的接口获取物料的入场信息，完成异构系统的通讯，保证了数据的共享。底层槽下控制系统和上料系统通过数据采集模块，将实时生产数据采集进入本系统数据库，通过历史数据可以回溯物料的各个阶段，见图3。

图3　物料跟踪数据流图Fig.3 Data flow graph for material tracking

2.1原料堆场管理

原料堆场管理分为库存管理和堆放管理两部分。库存管理记录原料进场运输车辆的牌号、厂家、种类、重量、堆放位置等信息，统计原料堆场的日库存及日消耗状况。

堆放管理是原料场对原料堆放位置的管理，通过“分堆开垛”的方式将原料堆入原料场。“分堆开垛”严格按照厂家、料种将原料通过不同的货位号分开，便于原料入炉，也为后期原料消耗分析打下基础。炼铁场传统的管理模式是通过纸质票据传送的方式来进行管理，这种管理方式信息严重滞后，且纸质票据容易丢失和损坏并对原料的统计、使用及质量管理带来了很大的不便。本系统通过无纸化自动管理，运输车辆信息通过磅房ERP物流系统提供的接口直接传送至本系统，然后料管员为运输车分配货位号，运输车根据分配的货位号在指定堆场进行卸料。

2.2原料消耗管理

高炉炼铁过程十分复杂，所以对于原料的追踪也相当困难。原料堆场通过皮带将不同种类的原料送至高炉高架料仓，槽下卷称岗位根据料单设定，将各种原料进行配比后由上料系统运至炉顶受料斗，再通过布料系统进入高炉，整个过程通过PLC控制自动执行，本系统通过对物料消耗过程中PLC信号触发将物料各阶段信息采集进入数据库完成生产过程跟踪。1）原料派料作业。原料主控根据高炉生产需要，将原料按照厂家、料种、货位通过传送带送至高炉料仓，岗位工通过系统将出料流水信息包括：料种，重量，货位，高炉号，料仓号等信息录入本系统。2）槽下称斗计量。由原料主控进入料仓的原料并不是原料的实际消耗，料仓相当于暂存仓，高炉冶炼实际消耗原料以料仓下的振筛振到称斗中的重量为准，当料仓振筛停止震动，称斗重量稳定后，采集模块采集各称斗的实际重量。3）中间斗计量。称斗的原料通过皮带传送至中间斗，当中间斗备料完成时，发送中间斗满信号，采集模块将称斗料种信息以及重量信息采集进入数据库。4）卷扬料车计量。中间斗中备好的原料需要通过卷扬小车送至高炉，小车满信号到来时，采集模块将卷扬的车次信息采集进入数据库。5）高炉中间罐计量。中间罐是原料由受料斗进入炉内的一个过渡，布料器依照岗位设定的布料参数将原料布入炉内。布料器参数设定完成时，发出信号，此时采集模块将本批料的布料设定参数采集进入数据库。6）高炉炉内计量。原料进入炉内，即作为已消耗原料进行计量，采集模块监听布料器信号，布料器布料完成时，此时采集这批料的实际布料参数信息。

2.3原料质量管理

原料质量管理相当重要，贯穿于整个原料的跟踪，是整个原料管理的重要组成部分。炼铁厂的原料分为入场检测，出场检测2个部分，系统记录每个阶段每种物料的成分检测结果，并依据检测结果对原料按厂标进行分类。高炉炉长根据原料成分合理调整原料配比，因此炉前原料检测结果直接影响炼铁的质量。物料跟踪系统可以通过各阶段的检测结果，结合出铁的质量，进行分析，协助炉长找出问题环节。

图4　物料出场跟踪Fig.4 Material tracking of leaving material yard　

3　系统评述及效果分析

炼铁厂炼铁工艺复杂，通过B/S与C/S模式相结合的方式对炼铁厂的物料进行追踪，B/S模式主要是针对用户界面与业务逻辑处理。为了方便用户访问系统，客户端计算机系统只需浏览器即能访问本系统，无需安装其他插件，系统界面风格统一，操作简便。C/S模式主要是针对数据采集，此程序无用户操作界面，对用户完全透明，直接通过OPC数据采集进入数据库。

炼铁厂物料跟踪系统现已进入试运行阶段，试运行期间，系统能够准确地记录下物料的各个阶段。图4为物料出场跟踪记录，左侧为料场的库存信息；右侧是每种料的出料详情，记录了每种料的去向信息；右下侧为每种料的化验情况，化验数据来自质量检测中心。图5为料车物料跟踪记录，记录了料仓称斗的物料信息，包括物料车次、性质、重量、料种等信息。物料跟踪系统的实施与应用，完善了生产的自动化、信息化，使得从原料到最终产品的整个生产流程得到了有效的管理和控制，满足了企业或客户对产品生产信息透明化的要求。

图5　料车物料跟踪Fig.5 Material tracking of material car

4　结论

炼铁厂物料跟踪系统将原料入场至高炉出铁进行了有效跟踪，通过质检部门的检测可以追溯至原料的每一个环节，加强和细化了炼铁厂对原料的管理。本文设计的炼铁厂物料跟踪系统可以无缝集成于制造执行MES系统，本系统虽完成了物料的有效追踪，但是智能程度还有待进一步完善，这将是本文系统后期的主要研究工作。

参考文献

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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

作者简介：刘亚伟（1987-），男，硕士研究生，Email：lywde2011@163.com

中图分类号：TP29

文献标识码：A