DE102009053893A1

DE102009053893A1 - System zur Verfolgung von Anlageneigenschaften

Info

Publication number: DE102009053893A1
Application number: DE102009053893A
Authority: DE
Inventors: Jochen SCHLÜTER; Markus Dr. Reifferscheid; Ina Dr. Hüllen
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2010-06-10
Also published as: US20110251712A1; RU2516209C2; RU2011124892A; EP2346630A1; WO2010057656A1; CN102223968A; CN102223968B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aktiven Verfolgung spezifischer Daten zu Anlagen oder deren Komponenten einer hüttenmännischen Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass mit jeder Komponente wenigstens ein beschreib- und auslesbares Speichermedium für die spezifischen Daten fest verbunden ist und dass die spezifischen Daten periodisch und/oder eingabeabhängig veränderbar sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine hüttenmännische Anlage, insbesondere ein integriertes Hüttenwerk oder eine Mini-mill, umfassend wenigstens eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung wenigstens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Elektro- oder Konverterstahlwerk und/oder in Anlagen der Sekundärmetallurgie und/oder in Gießanlagen, insbesondere Stranggießmaschinen, und/oder in Flüssigstahltransporteinheiten und/oder in Ofenanlagen und/oder in Warm- und Kaltwalzanlagen und/oder in Walzgutbehandlungsanlagen, insbesondere Bandbehandlungsanlagen.

Description

I. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aktiven Verfolgung spezifischer Daten zu Anlagen oder deren Komponenten in einer hüttenmännischen Anlage, insbesondere die Verwendung einer derartigen Vorrichtung in einem Elektro- oder Konverterstahlwerk, der Sekundär-Metallurgie oder einer Gießanlage, in Flüssigstahltransporteinheiten oder Ofenanlagen, in Warm- und Kaltwalzanlagen oder aber Bandbehandlungsanlagen.
II. Stand der Technik
Hüttenmännische Anlagen wie etwa integrierte Hüttenwerke oder Minimills bestehen aus einer Vielzahl von Anlagen, die im Verbund miteinander zum Ziel haben, ein hochqualitatives Produkt mit höchstmöglicher Anlagenausnutzung zu erzeugen. In den jeweiligen Anlagentypen des Gesamtsystems gibt es wiederum Baugruppen, bestehend aus Bauuntergruppen und Einzelkomponenten. Nur beispiel haft wird hierbei eine Stranggießanlage erwähnt, welche aus einem Vorratsbehältnis für den Flüssigstahl, einem Tundish, verschiedenen Stopfenstangen und Tauchausgüssen, wenigstens einer Kokille sowie der unterhalb der jeweiligen Kokille angeordneten Strangführung mit entsprechender Kühlgruppe besteht.
Aus Gründen der Materialwirtschaft, der Qualitätssicherung und der Instandhaltung ist es erforderlich, dass sämtliche Komponenten einer jeden Bauuntergruppe oder Baugruppe oder eines Gesamtsystems mit allen ihren spezifischen Daten, beispielsweise ihrer Geometrie, ihren physikalischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften, ihres Funktionsumfangs und der Funktionsfähigkeit aber auch im Hinblick auf historische und aktuelle Einsatzinformationen wie etwa die Einsatzdauer, die zeitliche Lokalisierung, ihren Lastkollektiven und Verschleißzuständen regelmäßig und dauerhaft erfasst werden.
Eine derartige Datenerfassung und Nachverfolgung sowie Pflege der Daten hat sich jedoch ausgesprochen zeit- und kostenaufwendig sowie fehleranfällig erwiesen. Es besteht daher seit langem der Wunsch, eine weitgehende Automatisierung der oben beschriebenen Funktionen vornehmen zu können.
III. Aufgabe der Erfindung
Es war daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur aktiven Verfolgung spezifischer Daten zu Anlagen oder deren Komponenten einer hüttenmännischen Anlage zur Verfügung zu stellen, welche gegenüber dem Stand der Technik eine geringere Fehleranfälligkeit und einen geringen Mannstunden-Aufwand erfordert.
Diese Aufgabe wird im erfindungsgemäßen Sinne mit einer Vorrichtung, umfassend die Merkmale des Anspruchs 1, eine hüttenmännische Anlage, umfassend die Merkmale des Anspruchs 12 sowie durch die erfindungsgemäße Verwendung einer derartigen Vorrichtung, wie sie in Anspruch 13 definiert ist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
IV. Zusammenfassung der Erfindung
Im erfindungsgemäßen Sinne ist jeder Komponente der hüttenmännischen Anlage wenigstens ein beschreib- und auslesbares Speichermedium für die spezifischen Daten fest angeschlossen, wobei diese spezifischen Daten periodisch und/oder eingabeabhängig veränderbar sind.
Vorzugsweise erfolgt dabei die aktive Verfolgung von Eigenschaften von Gesamt-, Einzelanlagen bzw. einzelnen Anlagenkomponenten in der stahlerzeugenden Industrie unter Nutzung von drahtloser Informationsübertragung (RFID – Radio Frequency Identification), beispielsweise durch Übertragung von Signalen im Mikrowellenbereich. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, die spezifischen Daten vorzugsweise vollautomatisch auszulesen und/oder zu überarbeiten und diese überdies zentralen Datenspeichern und/oder Prozesssteuereinheiten zugänglich zu machen.
Im erfindungsgemäßen Sinne besteht das Gesamtsystem der hüttenmännischen Anlage und das System zur Verfolgung von Eigenschaften in einer Baumstruktur aus Baugruppen, diese Baugruppen wiederum aus Bauuntergruppen und diese Bauuntergruppen wiederum aus Einzelkomponenten. Im erfindungsgemäßen Sinne werden sowohl die Einzelkomponenten als auch Baugruppen mit beschreib- und auslesbaren Speichermedien, insbesondere RFID-Chips, ortsfest verbunden. Die auf den Speichermedien vorliegenden Informationen sind beispielsweise eine Komponentenkennung sowie die historischen Eigenschaften der Einzelkomponente bzw. Baugruppe, wobei diese Informationen vorzugsweise an physikalisch un terschiedlichen Orten generiert oder abgefragt werden können. Dabei ist die Zusammenstellung und/oder Zugehörigkeit mehrer Komponenten zu einer übergeordneten Einheit vorzugsweise modular, um hierdurch die Materialplanung und Anlagenbewirtschaftung sowie deren Instandhaltung vorteilhaft zu unterstützen.
Sowohl das Gesamtsystem als auch die einzelnen Baugruppen, Bauuntergruppen und Anlagenkomponenten unterliegen in hüttenmännischen Anlagen Umwelteinflüssen sowie Arbeitsprozessen, welche üblicherweise bewirken, dass sich die Eigenschaften der einzelnen Elemente des Gesamtsystems oder des Gesamtsystems selber sowohl über die Zeit als auch einsatzabhängig ändern. Nur beispielhaft sind hierbei übliche Anlagenverschleiße oder Materialverbräuche zu nennen. In der Materialplanung und der Prozessteuerung sind diese Eigenschaftsänderungen jedoch Kenngrößen, die von größter Bedeutung sind, um einen sichern Arbeitsablauf des Gesamtsystems ohne unnötige Ausfallzeiten und eine gleichbleibende Qualität des Produkts sicherstellen zu können.
Im erfindungsgemäßen Sinne wird der Status eines Systems, somit des Gesamtsystems, der Baugruppen, der Bauuntergruppen und Einzelkomponenten hinsichtlich ihrer Zusammenstellung und ihrer Eigenschaften durchgängig lokal auf dem Speichermedium abgelegt und kann von diesem beliebig ausgelesen werden. Hierzu können Schreib- bzw. Leseeinheiten bei beweglichen Anlagenkomponenten ortsfest oder bei feststehenden Anlagenkomponenten auch mobilausgeführt sein.
Durch die Kommunikationsfähigkeit des Speichermediums mit der Schreib- bzw. Leseeinheit können die spezifischen Daten oder weitere Informationen sowohl lokal auf dem Speichermedium als auch zumindest teilweise auf einem zentralen Datenspeicher abgelegt werden. Insbesondere im Fall der Verwendung zentraler Datenspeicher kann hierbei die Speicherkapazität des Speichermediums auf das notwendige Minimum beschränkt werden.
Sowohl der zentrale Datenspeicher als auch die zentrale Prozesssteuereinheit sind vorzugsweise mit Steuereinheiten der Materialbeschaffung und/oder der Ersatzteilbeschaffung und/oder der Produktionsplanung und/oder der Instandhaltungswirtschaft verbunden, um hierdurch den Automatisierungsgrad der hüttenmännischen Anlage oder zumindest von Teilen hiervon vorteilhaft zu erhöhen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist das Speichermedium eine RFID-Einheit, welche wenigstens mindestens einmal beschreib- und auslesbar ist. Eine derartige Beschreibbarkeit und Auslesbarkeit sollte vorzugsweise an wenigstens zwei unterschiedlichen Orten und insbesondere bevorzugt drahtlos erfolgen können. Die eingelesenen Daten können dabei sowohl codiert als auch uncodiert auf die Datenspeichereinheit des RFID-Chips eingelesen werden, wobei codierte Daten auch aufgrund der Tatsache, dass durch die Codierung die Datenmengen reduziert werden können und hierdurch die Speichergröße auf einen notwendiges Minimum beschränkt werden kann, bevorzugt wird.
Die Beschreibbarkeit kann dabei sowohl variierend durch Überschreiben vormals eingelesener Daten erfolgen, oder aber durch Anhängen neuer Datensätze an bereits eingelesene und bestehende Datensätze.
Die feste Verbindung des Speichermediums der jeweiligen Komponente wird im erfindungsgemäßen Sinne dadurch verwirklicht, dass ein unbeabsichtigtes Lösen des Speichermediums von der Anlagenkomponente im Wesentlichen vermieden wird. Denkbar ist jedoch eine Ausgestaltungsform, bei der das Speichermedium beispielsweise unter Lösen einer Verriegelung bei Bedarf von der Komponente trennbar und mit dieser wieder verbindbar ist. Hierdurch wird ein Austausch bei Ausfall des Speichermediums oder bei Änderung der Verwendung der Komponente und dementsprechende Änderungen der Kennung besonders vorteilhaft unterstützt.
Bevorzugt wird insbesondere, wenn das Speichermedium, welches mit der Komponente fest verbunden ist, gegenüber der Umgebung gekapselt, besonders bevorzugt wärme- und feuchtigkeitsisoliert, ist. Hierdurch wird der Einsatz in hüttenmännischen Anlagen besonders vorteilhaft unterstützt und ein Ausfall des Speichermediums aufgrund eines Kontakt mit den in hüttenmännischen Anlagen oft vorliegende schadhaften Umgebungsbedingungen weitestgehend vermieden.
Besonders bevorzugt wird eine drahtlose Beschreibbarkeit und Auslesbarkeit des Speichermediums, insbesondere mittels drahtloser Übertragungen im Mikrowellenbereich. Hierdurch wird die Schaffung sowohl globaler als auch lokaler Kommunikationswege zwischen den RFID/Mikroprozessoreinheiten und den Einzelkomponenten, den Baugruppen, Anlagen oder aber mit anlagenübergreifend arbeitenden Datenbanksystemen sowie den angeschlossenen internen und externen Wartungs- bzw. Instandhaltungsbetrieben und/oder den Betrieben zur Material- und Ersatzteilbeschaffung und der Produktionsplanung bedeutend verbessert. Lokal kann dann drahtlos zwischen den im Anlagenkomponenten integrierten RFID-Tags bzw. Mikroprozessoreinheiten und integrierten, feststehenden bzw. mobilen Lese- und Schreibeinheiten kommuniziert werden.
Als konkrete Einsatzbeispiele für mit jeder Komponente fest verbundene beschreib- und auslesbare Speichermedien für die spezifischen Daten werden besonders bevorzugt:

1. Roheisen- und Stahlwerkpfannen, Torpedowagenverfolgung, insbesondere die Pfannenzustellung, Pfannenstationen im Stahlwerk und Krane. Die Einsatzgebiete sind hierbei die Komponentenerkennung von Zustellungsfutter, die Schieber und AMEPA-Einheit, die im erfindungsgemäßen Sinne jeweils mit wenigstens einem RFID-Chip, enthaltend spezifische Daten zu den einzelnen Komponenten, verbunden sind. Die spezifischen Daten können hierbei die örtliche und zeitliche Lokalisierung der einzelnen Komponenten im Stahlwerk, insbesondere Wartezeiten, Heizzeiten, Einsatzzeiten und Einsatzparameter umfassen und somit die Überwachung des Zustandes im Verschleißzyklus, des thermischen Zustandes, der Restmengen sowie etwaiger Verbärungen ermöglichen.
2. Stranggießkokille, insbesondere die Kokillenwerkstatt und die Gießanlage selbst. Im erfindungsgemäßen Sinne können RFID-Chips zur Komponentenerkennung (Baustruktur) von Wasserkästen, Kokillenplatte und Thermoelementbestückung dienen. Eine örtliche und zeitliche Lokalisierung in der Gießanlage, insbesondere die Einsatzzeiten, die Einsatzparameter, Einsatzmengen und die thermischen und mechanischen Lastkollektive können erfasst werden, wodurch die Überwachung des Zustandes im Verschleißzyklus, insbesondere der Anzahl und der Gründe für Nacharbeiten sowie der Status der Thermoelemente, ermöglicht wird. Analoge Anwendungen im Bereich des Stranggießens können auch im Verteiler und Verteilerwagen, den Stopfen- und Schiebe-Mechanismen, den Segmenten der Strangführung sowie in der Brennschneidmaschine vorliegen.
3. Arbeitswalzen, insbesondere die Walzenwerkstatt und das Walzwerk selbst. Hierbei kann die Komponentenerkennung und Zuweisung von Eigenschaften, insbesondere des Durchmessers, des Schliffes sowie der Oberflächenrauheit, in den RFID-Chips gespeichert sein. Eine örtliche und zeitliche Lokalisierung im Walzwerk, insbesondere die Einsatzzeiten, die Einsatzparameter, die Einsatzmenge sowie die thermischen und mechanischen Lastkollektive können hierdurch nachverfolgt werden und der Zu stand im Verschleißzyklus, insbesondere die Anzahl und die Gründe für Nacharbeiten der Arbeitswalzen, können überwacht werden.
4. Bandschweißanlage, insbesondere die Bandanlage sowie deren Instandhaltungsbetrieb. Die Komponentenerkennung und die Zuweisungseigenschaften, insbesondere der Scherenmesser und der Schweißelektroden, können in den RFID-Chips hinterlegt sein. Hierdurch wird eine örtliche und zeitliche Lokalisierung der Komponenten im Walzwerk, insbesondere deren Einsatzzeiten, die Einsatzparameter, Einsatzmengen sowie die elektrischen und mechanischen Lastkollektive, gewährleistet und der Zustand der Einzelkomponente im Verschleißzyklus wird auch im Hinblick auf eine präventive Instandhaltung überwachbar.

5. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 3, welche zusammenfassend Darstellung einzelner Verwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellen, erläutert.
In den Figuren
1 ein Power-Point-Slide zur Komponenten-Erkennung in der Stranggießanlage,
2 ein Power-Point-Slide zur Komponenten-Erkennung in der Stranggießanlage am Beispiel der Kokille, und
3 ein Power-Point-Slide zur Pfannen-Erkennung.
6. Wege zur Ausführung der Erfindung
1 zeigt beispielhaft die erfindungsgemäße Komponenten-Erkennung mittels eines RFID-Tags in einer Stranggießanlage und die hierdurch ermöglichte automatische Identifizierung und den Informationsaustausch in Betrieb und Werkstatt. Die mit den einzelnen Komponenten verbundenen RFID-Tags für die Pfanne, den Verteilwagen, den Verteiler und das Stopfengestänge stehen in Kommunikation mit einem Empfänger oberhalb der Gießbühne, wohingegen die RFID-Tags für die Kokille, insbesondere deren Rahmen, die verschiedenen Wasserkästen, die Schmalseitenstützplatten, die Kupferplatten-Breitseiten und die Kupferplatten-Schmalseiten mit einem Empfänger/Codierer in der Kokillenwerkstatt in Kommunikation stehen. Die letztgenannten, mit der Kokille verbundenen RFID-Tags, stehen zusammen mit RFID-Tags zumindest am ersten Stützsegment unterhalb der Kokille zudem in Kommunikation mit einem Empfänger/Codierer auf der Gießbühne. RFID-Tags an den Stützsegmenten im Bogenbereich der Strangführung unterhalb der Kokille stehen in Kommunikation mit einem Empfänger an den Bodensegmenten und RFID-Tags an den Stützsegmenten stromabwärts der Bogensegmente im Horizontal-Strangführungsbereich stehen in Kommunikation mit einem Empfänger auf Höhe der horizontalen Segmente. Vorzugsweise erfolgt ein automatischer Input der Kennungen aus dem Equipment-Katalog, aus dem IRP-PPS-System und ohne händische Eingabe, wodurch eine zuverlässige Datenbasis für das Anlagenmanagement, die Ressourcen-Planung, die anlagenbedingte Prozessanalyse sowie Level II-Modelle erhalten wird.
2 zeigt am Beispiel der Kokille selbst die geschlossene Informationskette zwischen dem Arbeitsplatz „Gießbetrieb”, dem Arbeitsplatz „Kokillenwerkstatt”, dem Arbeitsplatz „Automation” und dem Arbeitsplatz „Technologie” mit die den einzelnen Arbeitsplätzen zugewiesenen einzelnen spezifischen Daten für die Komponenten der Kokille. Am Arbeitsplatz „Kokillenwerkstatt” sind dies die Kennungen der Kokille, des Rahmens, des Wasserkastens sowie der Kupferplatten, etwaige Ursachen für bereits durchgeführte Instandhaltungs-Maßnahmen, spezifische Ereignisse sowie zusätzliche Informationen für den Gießbetrieb. Am Arbeitsplatz Automation sind die spezifischen Daten insbesondere der Kokillentyp, die Kupferplatten und die Beschichtungsdicke für BPS. Am Arbeitsplatz „Technologie” wiederum umfassen die spezifischen Daten eine Korellation zwischen den Produktionsdaten und dem Anlagenzustand und im Arbeitsplatz „Gießbetrieb” umfassen die spezifischen Daten insbesondere die Anzahl der bereits erfolgten Überarbeitungen, die Anzahl der durch die Kokille bereits vergossenen Schmelzen, die bereits vergossene Menge an Stahl in Tonnen, die Anzahl der in der Kokille erfolgten Breitenverstellungen sowie den Status der eingesetzten Thermoelemente.
3 schließlich zeigt im Bereich unten links eine schematische Darstellung eines sogenannten SAW-Transponders, der akustische Oberflächenwellen (Surface-Acoustic-Wave SAW) verwendet und reflektiert. Im Bereich der hier dargestellten Pfannen-Erkennung werden Pfannen mit SAW-Tags kodiert und die Pfannen können sich durch die Verwendung der Speichermedien automatisch an der jeweiligen Produktionsstufe, beispielsweise an der VD-Anlage, der RH-Anlage, dem Pfannenofen oder der Stranggießanlage anmelden. Hierdurch wird eine händische Eingabe von spezifischen Daten vermieden, wodurch nicht erfolgte oder fehlerhafte Eingaben reduziert werden. Es wird eine stabile Level-II-Schnittstelle geschaffen, welche die Prozessstabilität erhöht und die Produktqualität sichert. In der Figur unten rechts sind überdies verschiedene bereits erhältliche Bauformen wärmeresistenter SAW-Tag mit einer maximalen Einsatztemperatur von 400 Grad Celsius dargestellt, welche sich bei geeigneter Platzierung an der Pfanne und gegebenenfalls unter Verwendung einer geeigneten Kapselung als widerstandsfähig gegen den in hüttenmännischen Anlagen üblicherweise auftretenden Umgebungstemperaturen und Feuchtigkeitsniveaus erweisen.

Claims

Vorrichtung zur aktiven Verfolgung spezifischer Daten zu Anlagen oder deren Komponenten einer hüttenmännischen Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass mit jeder Komponente wenigstens ein beschreib- und auslesbares Speichermedium für die spezifischen Daten fest verbunden ist und dass die spezifischen Daten periodisch und/oder eingabeabhängig veränderbar sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifischen Daten eine Kennung der Komponente oder von Komponentengruppen umfassen.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifischen Daten historische Eigenschaften wie Einsatzzeiten und Verschleißzustände umfassen.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifischen Daten physikalische und/oder mecha nische und/oder chemische Eigenschaften der jeweiligen Komponente oder von deren Inhalt beschreiben.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Speichermedium mit einem vorzugsweise zentralen Datenspeicher verbunden ist.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Speichermedium mit einer vorzugsweise zentralen Prozesssteuereinheit verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesssteuereinheit mit Steuereinheiten der Materialbeschaffung und/oder der Ersatzteilbeschaffung und/oder der Produktionsplanung und/oder der Instandhaltungswirtschaft verbunden ist.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Speichermedium ein RFID-Chip ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Chip mit einer Mikroprozessoreinheit verbunden ist.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Speichermedium gegenüber der Umgebung gekapselt, insbesondere wärme- und feuchtigkeitsisoliert, ist.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation mit dem Speichermedium, insbe sondere das Beschreiben und/oder das Auslesen des Speichermediums, mittels Mikrowellenübertragung bewirkbar ist.
Hüttenmännische Anlage, insbesondere integriertes Hüttenwerk oder Minimill, umfassend wenigstens eine Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche.
Verwendung wenigstens einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Elektro- oder Konverterstahlwerk und/oder in Anlagen der Sekundärmetallurgie und/oder in Gießanlagen, insbesondere Stranggießmaschinen, und/oder in Flüssigstahltransporteinheiten und/oder in Ofenanlagen und/oder in Warm- und Kaltwalzanlagen und/oder in Walzgutbehandlungsanlagen, insbesondere Bandbehandlungsanlagen.