
Чугун — сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода более 2,14%. Так звучит точное определение для металлургов. А для обывателей слово «чугун» ассоциируется с бабушкиной сковородкой или радиатором с закосом под старину. Это прежде всего металл, который затем становится сталью. Однако на качество сплава напрямую влияет время промежуточных операций с расплавленным чугуном. Чем быстрее мы довезем его от доменной печи до конвертерного цеха, тем лучше получится сталь, меньше потратится ресурсов на ее производство и лучше сохранится ковш, в котором едет чугун.
Почему для отслеживания ковшей с расплавленным чугуном мы выбрали технологию RFID и почему наши метки не горят — расскажу в этой статье.
Сохраняя градусы
Температура чугуна на выходе из печи составляет примерно 1500℃. На пути от доменной печи к конвертерному цеху он охлаждается. Наша задача — потерять как можно меньше градусов и довезти его максимально горячим. Для этого ковши необходимо отслеживать на всем пути их следования.
Раньше этот процесс был исключительно аналоговым. Вся информация — между диспетчерами, железнодорожниками, машинистами — передавалась по телефону или рации. Данный способ имеет более низкую скорость передачи информации в отличие от цифрового способа.
Например, диспетчер неправильно оценил обстановку — ждал чугун с одной печи, а налили быстрее на другой. Пока тепловоз перегнали к нужной точке, миксерное отделение осталось без чугуна. График сорван.
Или произошла задержка в транспортировке — из-за поломки тепловоза или долгого осмотра ковша. Ковша нет, и мастер не может открыть выпуск. Приходится предпринимать какие-то корректировки, чтобы снизить потери производства.
Чтобы ковши не «терялись» или простаивали, нужно знать, где именно находится каждый из них в конкретную минуту. Можно отслеживать сам тепловоз (кстати, мы так тоже делали), но точной информации — куда он едет, с полными ковшами или пустыми — это тоже не дает.
DEM + RFID = наглядность
Для отслеживания ковшей мы решили использовать RFID-метки. В основе решения лежит платформа «DEM — Цифровая Модель Предприятия» и аппаратная система с RFID-оборудованием (метки, считыватели, антенны), железом для его коммутации и опорно-монтажными конструкциями.
Вообще миссия DEM — это внедрение комплексной цифровой прослеживаемости товарных, производственных логистических потоков с применением технологий «цифрового двойника», машинного зрения и RFID.
Вот за что мы любим это решение:
полная цифровизация и автоматизация операций считывания данных о бизнес-процессах;
есть интерфейс агрегации всех данных на удобной цифровой модели предприятия;
считывание идентификаторов происходит без участия человека — человеческий фактор полностью исключен;
может считывать сотни идентификаторов в секунду;
пользовательское ПО не требует установки на компьютер — это веб-интерфейс.
В рамках контроля циклов движения ковша наиболее оптимальный вариант применения DEM — это создание полноценного цифрового двойника комплекса с выводом мнемосхем в диспетчерские:
диспетчерская доменного цеха (ДЦ);
диспетчерская конвертерного цеха (КЦ);
диспетчерская комбината/ситуационный центр;
диспетчерская управления железнодорожного транспорта (УЖДТ).

Чтобы наша DEM могла следить за транспортировкой чугуна, нужно было не только разметить сами ковши, но и установить оборудование на всем пути их следования. А точнее, на ключевых точках этого маршрута:
на въезде и выезде с приемно-отправочного парка;
на въезде в миксерное отделение;
на весах;
на въезде в депо очистки ковшей (ДОК);
в доменном и конвертерном цехах.
В каждой точке мы смонтировали защищенный шкаф с RFID-оборудованием и две RFID-антенны. В зависимости от индивидуальных особенностей каждой конкретной точки монтаж производился либо на несущие элементы инфраструктуры, либо на специальные кронштейны. RFID-антенны, расположенные в «горячих» цехах, оснастили дополнительными защитными кожухами.
Вот так выглядит шкаф с RFID-оборудованием:


На все чугуновозные ковши мы установили RFID-метки, по две на каждый (6 меток, 4 со стороны слива в МО и 2 со стороны слива на разливочные машины) — с двух сторон. Температура ковша снаружи довольно высокая — около 150-200 градусов, поэтому метки использовали жаростойкие.

На этом этапе мы столкнулись с определенными сложностями.
Несмотря на то, что футеровка ковша хорошо удерживает температуру, метку нельзя смонтировать прямо на корпус. И не только потому что очень горячо — из-за конструктивных особенностей ее просто невозможно там надежно закрепить.
Поэтому каждую метку мы поместили в стальной корпус особой конструкции и залили теплоизоляционным и жаропрочным материалом, который исключает прямой кондуктивный теплообмен метки с ковшом и собственным корпусом, а также конвективный теплообмен с окружающей средой.

Такая конструкция, помимо всего прочего, защищает метку от разного рода механических и климатических воздействий. Для монтажа корпуса метки на стенку ковша использовали старую добрую сварку — она обеспечивает надежную и долговечную фиксацию в суровых условиях металлургического комплекса.
Чтобы вся эта система — метки на ковшах, оборудование в полях и программная платформа, начали работать вместе, DEM нужно было настроить. Вот как это было.
Создали цифровую копию комплекса в виде мнемосхемы.
Отметили точки контроля и идентификации ковшей в соответствии с физическим расположением оборудования.
Интегрировали DEM с существующей ERP-системой.
Внесли метки в систему.
Разработали сценарии работы во встроенном в DEM редакторе.
Создали учетные записи для диспетчеров. (Мы создали сервисные УЗ для Горновых при входе на «банкоматы», а так все входят под своими УЗ).
Платформа готова к работе! Даже если в будущем комплекс или оборудования как-то изменяться, все эти изменения можно будет отразить в DEM, просто отредактировав, добавив или убрав соответствующие элементы.
Как это работает сейчас
Метка на ковше попадает в область сканирования антенн в какой-либо из точек, после чего информация мгновенно отображается в системе и на мнемосхемах. В диспетчерских ДЦ, КЦ и УЖДТ выводятся мнемосхемы в соответствии с их зонами ответственности, в диспетчерской комбината — мнемосхема всех зон в виде единой карты (все видят одинаково и могут любой участок открыть).
К каждой метке привязан уникальный ID ковша. По нему можно узнать много полезного — температуру, номер выпуска, химический состав, маршрут движения.

Благодаря мнемосхеме диспетчер (и не только, например горновые, газовщики, мастера и пр.) всегда знает, где находится каждый конкретный ковш, и может отследить весь его жизненный цикл, включая:
время закрытия выпуска;
время прохождения весов;
время возврата на весы;
время постановки под печь;
время нахождения ковша в КЦ;
время нахождения на участке разливки;
время заездов в ДОК;
точное время любых ожиданий на путях или под печью/при сливах ковша.
Теперь движение ковшей — максимально наглядный и прозрачный процесс. Их перемещения отображаются в режиме реального времени на мнемосхеме в диспетчерской (у всех, ЦПУ печей, банкоматы, ДОК, РМ, и множество прочих мест). В системе видны все ковши и их статус — груженые они или нет, где они находятся. Также информация выводится на сенсорную панель, с которой работают горновые. Они отмечают, какие ковши налиты, какие наливаются, уровень налива (уровень передается с уровнемеров).
Благодаря внедрению решения мы сократили время простоя ковшей и снизили теплопотери расплавленного чугуна при транспортировке. Прозрачность процессов значительно возросла: теперь мы точно знаем, насколько хватает ресурса ковшей, что позволяет эффективно планировать работу, избегать хаоса и действовать организованно.
А еще стало легче проводить плановое техническое обслуживание. Мы видим историю всех ковшей — и те, кто пережил более 450 наливов, подвергаются более тщательному осмотру и при необходимости отправляются на ремонт. За это отвечает наш сервис тепловизионного контроля — он отслеживает наружную температуру ковшей и выделяет зоны горячее 190 С. Ковши с превышением подвергаются более тщательному осмотру.
Вообще связку DEM + RFID можно без проблем масштабировать за пределы ковшей с чугуном. Например, теперь с помощью меток мы отслеживаем транспортировку лома и хотим реализовать еще один проект по отслеживанию сырья в стационарных бункерах.
Комментарии (24)
Artemys01
14.01.2025 07:32Мне мнемосхема очень сильно напоминает популярную игру "Mini Motorways". :-)
Есть идея! Теперь можно "запилить", игру по типу "Mini Motorways", только вместо машин, будут Ковши НЛМК )))
iliamsk
14.01.2025 07:32Прошло 5 лет как я диплом написал на похожую тематику, а RFID еще внедряется :)
Spartak13
14.01.2025 07:32Круто выглядит. Реально круто.
Но несколько вопросов осталось:
- Кому взвалили на плечи следить за работоспособностью терминалов считывания?
- Как проверяется работоспособность меток? Ситуации, когда метку в ее корпусе зальют чугуном по самое "перестала жить" вскоре могут начать возникать.
- Как проработан процесс замены меток?ivankn1984 Автор
14.01.2025 07:32За работоспособностью терминалов следят структурные подразделения Группы НЛМК + есть подрядчики на поддержку. Если совсем просто описать, то все оборудование находится на мониторинге, есть техническое обслуживание и ремонты.
almaz1c
14.01.2025 07:32Как будто бы идеальным решением могла бы стать разработка thermal harvesting датчика температуры с TDOA геолокацией и передачей данных по LoRaWAN. Не думали о таком варианте решения задачи?
vvzvlad
14.01.2025 07:32Понимаете, там люди приземленные. Им задачу решить надо, а не с новыми технологиями поиграться.
Refridgerator
14.01.2025 07:32Наконец-то нормальная автоматизация, а не нейросети с камерами и облачными хранилищами для петабайтов архивов. Наш завод пока не настолько продвинутый, рфиды пока только на вагонах стоят, парами, чтобы ещё и направление движения можно было определять (лично писал алгоритм для этого, в тч и для случаев, когда одна из меток не читается или даже обе).
Germanjon
14.01.2025 07:32Интересная автоматизация, хороший проект.
В системе видны все ковши и их статус — груженые они или нет
Как определяете статус ковша: по нагрузке на оси или по температуре внешней поверхности ковша? Или пока рабочий вручную вводит "Ковш Х залит"?
ivankn1984 Автор
14.01.2025 07:32Спасибо за комментарий! Под печами вручную проставляют статусы на сенсорных терминалах, а по маршруту движения по алгоритмам.
Frankenstine
14.01.2025 07:32Благодаря внедрению решения мы сократили время простоя ковшей и снизили теплопотери расплавленного чугуна при транспортировке.
На сколько?
Xexa
"Бытовой" блок питания в шкафу уличном на предприятии с системой такой "важной" - эт как-то сомнительно.
На каждом ковше на фото есть цифры крупные, чёткие и видимо по ним идёт запись "бумажная" и исторически к ним привыкли. Камера с распознаванием не решила б задачу за одно и фотофиксацию?
inkelyad
Скорее всего получилось бы плохо. Смотри историю штрихкодов(их изобретения) на железнодорожном транспорте. И которые забросили из за проблем техобслуживания этих маркеров. И в конце концов перешли на пассивную электронику.
Xexa
Штрихкоды были "навязанным" к существующей инфраструктуре(к слову на жд составах номера нанесены издревле). На жд в целом много чего не прижилось, т.к цель зачастую "освоить". Поработал там 6 лет на разработке и внедрении аппаратуры обслуживания и диагностики.
inkelyad
Да не, тогда, когда это изобреталось - компаниям оно действительно нужно было, как я понимаю. Только с обслуживанием не справились.
JBFW
Засор объектива - отказ "всех ковшей", надо бежать чистить.
Отказ метки - отказ одного ковша.
Ридер в ящике надёжнее, да и заменить на резервный быстрее. Если вообще понадобится..
ivankn1984 Автор
Касательно камер с распознаванием номеров — ответ здесь достаточно простой: участков много, и каждый из них имеет свою специфику. Сложно поставить камеры на каждом из сотен участков одинаково, чтобы они хорошо видели номера ковшей. Кроме того, настройка и обучение каждой камеры под индивидуальные условия каждого участка потребовали бы значительных ресурсов, что делает этот подход нецелесообразным. А так, если у вас есть идеи, будем рады их выслушать)
xFFFF
Рассматривали ли вариант использовать QR-код? Распознается значительно легче, чем просто номер. Полно готовых библиотек для распознавания. Можно добавить коррекцию ошибок, на случай повреждения/загрязнения.
seregina_alya
И всё равно никак не решается проблема, показанная на фотографии - просто плохое освещение и засветка прямо перед камерой, разобрать не получится ни номер, ни код. А если они ещё и на платформе стоят не одним боком, а разными?
Ридер надёжнее. Мгновенно и без ошибок считывает правильный id. В случае с qr кодом мы либо делаем резервирование, но мелкий код, либо крупный код и страдаем от ошибок. Плюс как нанести на огромный горячий металлический ковш также огромный QR код? Это цифры можно нанести как угодно и где угодно, ровно или неровно, лишь бы человек прочитал. Гиперусложнение какое-то с зависимостью от внешних условий. Датчики, опять же - дороже, сложнее, больше рисков неисправности из-за грязи. Радио как-то надёжнее
Wesha
Зачем QR? Там же не миллион ковшей. Обычного UPС за глаза хватит.
event1
Блоки питания не делятся на "бытовые" и "не бытовые". Они различаются по диапазону температур и уровню защиты от окружающей среды (знаменитые IP-рейтинги). Ещё бывает электроизоляция. Учитывая, что блок в ящике, ip-рейтинг, скорее всего, не актуален. А определение диапазона рабочих температур на глаз по фотографии не представляется возможным.
Javian
Пользователи ожидают несколько другое от индустриального блока питания, чем только защиту от факторов окружающей среды.
Формально здесь отличная защита:
event1
Пользователи ожидают наличия соответствующих сертификатов. Если приведённый на картинке блок сертифицирован под необходимые требования и укладывается в бюджет, то его и купят.