Современные условия производства металлопроката характеризуются несколькими особенностями. Первой из них является переход металлургических предприятий в частную собственность и соответственно изменение отношения к планированию производства и учету произведенной продукции. Необходимо видеть реальную картину наличия сырья, полуфабриката и готовой продукции с реальными показателями затрат на ее производство. Причем эта информация требуется не в конце года, квартала или месяца, а ежедневно или лучше всего ежечасно. Второй особенностью является ужесточение требований потребителей к качеству продукции. По информации европейских реализаторов металла, сегодня фактические допуски на отклонения геометрии проката от номинала в два раза жестче действующего стандарта DIN. В соответствии со сложившейся ситуацией стала актуальной задача автоматизации процессов контроля качества продукции, производимой на прокатных станах, а также планирования и учета объемов производства. Современный уровень развития средств вычислительной техники и сетевых технологий позволяет решить обе задачи, однако на этом пути есть ряд препятствий. Первым из них является высокая стоимость технических средств, позволяющих контролировать геометрию проката и его механические свойства в производственном потоке. Вторым препятствием для организации автоматизированного планирования и учета производства является неготовность административных служб большинства предприятий к работе с безбумажным компьютерным документооборотом. Оба эти препятствия будут постепенно терять свою остроту. Электронные устройства дешевеют, на предприятия приходит молодежь, владеющая компьютерной техникой. Поэтому в ближайшее десятилетие будут активно разрабатываться и внедряться автоматизированные системы контроля качества и управления производством сортовых прокатных станов и других объектов металлургического производства. Системы подобного назначения классифицируются в технической литературе как MES (Manufacturing Execution System). На сегодняшний день подобные системы уже работают на ОАО Магнитогорский металлургический комбинат, где охвачен сквозной технологический передел, включающий два электросталеплавильных агрегата, два агрегата доводки стали, две установки печь-ковш, две сортовых, одну слябовую МНЛЗ и три сортопрокатных стана с промежуточным складом заготовки. Из множества задач, решаемых MES, для металлургического производства наиболее важными являются следующие:
-составление графика проката товарных партий продукции;
-отслеживание хода производства и движения единиц продукции;
-мониторинг технологической информации;
-мониторинг времени прокатки и времени работы оборудования;
-визуальное представление информации;
-составление отчетности.
В целом процесс производства прокатной продукции на непрерывном стане характеризуется показателями: производительностью за определенный период времени; удельным расходом топлива и электроэнергии; отношением массы поступивших заготовок к массе произведенной продукции (расходный коэффициент).
Для определения этих показателей в составе оборудования прокатного стана должны быть предусмотрены следующие компоненты: весы для взвешивания поступающих заготовок и готовой продукции; расходомер газа; счетчик электрической энергии; расходомер воды (при отсутствии оборотного цикла водоочистки в составе прокатного стана).
Согласно требованиям стандарта ISO 9001 любое производство материальной или интеллектуальной продукции должно быть представлено в виде последовательности процессов с входными и выходными параметрами, которые могут быть измерены. Для условий непрерывного прокатного стана в соответствии с его технологической схемой размещения оборудования могут быть выделены процессы, показанные на рис. 2.
Для приема заготовок контролируемыми параметрами являются размеры каждой заготовки (длина, ширина, высота) и ее масса, состояние поверхности, число заготовок. Дополнительными, непроверяемыми данными являются химический состав металла поступивших заготовок и марка стали. Для измерения вышеперечисленных параметров на участке загрузки заготовок в печь должны быть установлены весы и оптическая измерительная система, позволяющая определить как размер заготовки, так и такие ее расчетные параметры как криволинейность, стабильность площади сечения по длине.
В процесса нагрева металла контролируемыми параметрами является температура поверхности металла на выходе из печи, расчетная среднемассовая температура заготовок, расход газа, масса металла, выданного из печи. Для контроля качества нагрева металла в нагревательной печи обычно используют оптический пирометр, измеряющий температуру поверхности заготовок. Расчет среднемассовой температуры производят на основании математической модели процесса нагрева, входными данными для которой являются временные параметры прохождения заготовкой длины печи и температурные режимы по зонам. Для получения более достоверной информации о среднемассовой температуре заготовок можно использовать данные за цикл прокатки о энергозатратах электроприводов первых клетей черновой группы.
Размеры на выходе прокатного стана должны определятся с помощью бесконтактных оптических (лазерных) измерительных приборов. В потоке стана для контроля размеров проката, выходящего из каждой клети можно использовать расчетные данные, полученные сопоставлением измеряемых кинематических и энергосиловых параметров (скорость и момент привода) с теоретической моделью энергозатрат.
В процессе термоупрочнения контролируемым параметром является температура металла. Определение температуры производят оптическим пирометром низкотемпературного диапазона и на основании расчета по математической модели, входными данными для которой являются расход воды и время нахождения металла в зоне охлаждения.
В процессе порезки металла на холодильник контролируемым параметром является длина прутков. Измерение длины осуществляют с помощью системы оптических датчиков в линии стана.
Для процесса пакетирования контролируемым параметром является число прутков в пакете. Подсчет числа прутков осуществляют с помощью емкостного датчика и датчиков срабатывания механизма перекладывателя.
Для процесса порезки проката на товарные длины контролируемыми параметрами являются длина пакета и его масса. Длину пакета определяют с помощью системы оптических датчиков, а. массу пакета - с помощью весов в линии стана.
В процессе складирования контролируемым параметром является размещение продукции на площадях склада. Для контроля размещения продукции по складу используют систему бирок и устройств считывания.
В процессе отгрузки контролируемым параметром является масса продукции, которую определяют с помощью железнодорожных весов.
Минимальной отслеживаемой единицей при производстве проката является заготовка. Укрупненной отслеживаемой единицей является партия. Отслеживание прохождения партии по прокатному стану производится от момента ввода данных «Начало партии № …» оператором поста загрузки до момента ввода данных «Конец партии №…» оператором ножниц холодной резки. В пределах одной партии заготовки нумеруются от 1 до n, где n- количество заготовок в партии. Присвоение номеров заготовкам в пределах одной партии осуществляется автоматически по срабатыванию механизма загрузки печи на интервале от поступления сигнала «Начало партии № …» до момента ввода данных «Конец партии №…» оператором поста загрузки. С момента загрузки каждой заготовки в печь до момента ее выдачи для нее производят расчет теплового состояния. Для решения этой задачи рассчитывается ее положение в печи по сигналам срабатывания механизма перекладывателя.
С момента выдачи заготовки из печи ее положение в линии стана определяется по срабатыванию фотодатчиков и датчиков наличия металла в прокатных клетях. В случае «бурежек» металла на основании информации о работе аварийных ножниц и датчиков наличия металла в клетях, порезанные на скрап заготовки исключают из состава партии, а данные о количестве потерянного металла включаются в соответствующий раздел протокола отчетных данных.