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构筑新的冶金自动化发展之路 To Bu i l d a Ne w Ro a d o f M e t a l l u r g i c a l Au t o ma t i o n De ve l o p me n t 首钢总公司强伟 摘要文章结合我国钢铁工业转型发展的新思路，坚持创新原则，在提高自动集成能力、自动服务以及机电仪一体化测量技术等三个方面阐述 r冶金自动化 的发展方向。 关键词自动化；自主集成；服务；机电仪一体化 Ab s t r a c t Co mbin e d wi t h t h e n e w i d e a s o f C h i n a ’s s t e e l i n d u s t r y r e s t r u c t u r i n g a n d d e v e l o p me n t an d t h e p r i n c i p l e o f i n n o v a t i o n， thi s p a p e r d e s c r i b e d t h e d i r e c t i o n o f d e v e lo p me n t o f me t a l lu r g i c a l a u t o ma t i o n in t h r e e a s p e c t s o f t h e i mp r o v i n g a u t o ma t i c i n t e g r a t i o n c a p a b i l i t i e s ， s e r v i c e s ， a n d me c h a n i c a l a n d e l e c tr i c a l i n t e g r a t i o n ． Ke y wo r d s Au t o ma t i o n；Au t o ma t i c in t e g r a t i o n；S e rv i c e s ； Me c h an i c a l a n d E l e c t r i c a l i n t e g r a t i o n 当前我国冶金工业正处于一个 新的 发展战略拐点上，在这关键时期，通过创 新驱动，转型发展 ，才可以找到超越自我 的新思路、抓手和措施 ，使我国的冶金工 业实现可持续发展 。这是一场深刻的变 革，其实质是 自动化、信息化技术正逐步 演变成冶金工艺的重要组成部分。这就为 冶金自动化的发展提供了新的发展机遇与 空间，也提出了新的更艰难的挑战。推冶 金自动化之波，助冶金工业发展之澜，这 就需要持续优化冶金自动化的发展方向， 提高冶金自动化的发展质量 ，完善冶金 自 动 化的 发展 方式 。 1 冶 金 自动化 为新 一代 钢 铁 工艺流程提供了新的技术平台 我国 已经是一个钢铁大 国，但还不 是一个钢铁强国 ，我国钢铁工业 目前面临 的是资源短缺 、环境污染 、产品供大于 求 ，品种质量无法满足 日益发展的市场 36 i 醯 疆置A U T O M A T I O NP A N O R A M A 2 0 1 2 ．4 需要。因此，研发和推动更适应国家发展 需要的新一代钢铁工艺流程，较好的解决 资源、能源、环境和品种质量等方面的束 缚 ，实现钢铁工业的可持续发展 ，是冶金 自动化 目前的关注重点。 1 ． 1 新一代钢铁工艺流程的主要内容 新一代钢铁工艺流程主要具有三项 功能，即钢铁产品制造功能 构建高效 、 低 成本和洁净钢生产体 系、能源转换 功能 能量流网络体系构建、能源效率的 提高和充分利用、大宗废弃物消纳处理 和再利用 争取实现零排放，其主要内 容包括原料动态优化配置、钢铁液态过程 的连续与高效 ，特别是炼铁、炼钢界面技 术，以及连铸 一热轧界面技术和形变、相 变相结合的控轧控冷技术。新一代钢铁工 艺流程构建的是高效率、低成本洁净钢生 产体系，在能源方面 ，构建的是能量流网 络体系。从绿色工厂角度出发 ，构建废弃 物综合处理和再生资源利用体系，而这三 个体系的建设，都离不开自动化技术的支 持与保证。 1 ． 2 新一代钢铁工艺流程的特征 新一代钢铁工艺流程和传统的钢铁 工艺有着本质的不同，只有理解并掌握了 这些特点，才能更好地实现冶金自动化与 新一代钢铁工艺流程的深度融合。 1 新一 代钢铁 工艺流 程源于动 态 一精细准确的设计理 论研 究和 方法创 新，特别是物质流、能量流、信息流的三 流合一，都需要数学模型等方面的 自动化 技术手段 ，才能在工艺中实现 ，进而达到 生产出高效率、低成本的洁净钢。 2 新一代钢铁工艺流程的研发、 运行要落实到高效率、低成本洁净钢生产 和制造体系的构建、运行，能源调构中心 的构建和优化运行，并建立起全流程的数 据信息控制中心，通过数据挖掘与分析技 术，把新一代钢铁流程建设成数字化新一 代钢铁流程。 3 新一代钢铁工艺流程不仅适用 于高端钢铁产品生产的需要 ，同时也能满 足长才 、特殊钢的生产需要 ，不仅要实现 定制生产，同时也能满足不同用户的个性 化 需要 。 4 新一代钢铁工艺流程将推动冶 金企业向着资源节约、环境友好的方向发 展 ，并通过物质流 、能 源流 、信 息流和 资金流的延伸 ，推动冶金企业发展循环经 济，实现低碳、绿色的生产。这些特征恰 恰反映了自动化技术在新一代钢铁流程中 的作用与地位。 1 ． 3 冶金 自动化在 新一代钢铁工艺 流程中的作用与地位 新一代钢铁工 艺流程的发展离不开 冶金 自动 化的支撑 和保证 ，许多新的工 艺只有通过 自动化才能实现 ，自动化已 经成 为新一代钢铁 工艺 流程的重要组成 部分 。其次 ，新一代钢铁 工艺流程要实 现精细化管理 ，都要靠数据 来实现。而 数据的采集 、存储 、分析 、挖掘 以及 优 化等都离不开 自动化平 台技 术的保证 。 还 要 说 明 一 点 的 是 ，新 一 代 钢 铁 工艺 流 程要实现“ 运筹帷幄之 中，决胜千里之 外” ，没有 自动化技术的支持与保证 ， 是根本无法实现的 。进入新世纪 以来 ， 衡量我国钢铁工业水平的标准 已经发生 了很 大 的 变化 ，不 仅 要看 其机 械 化水 平 ，更要看其 自动化水平 。冶金 自动化 开始参与并主导着钢铁工业转型发展的 方向 ，使钢铁工业朝着高附加值 、绿 色 产业的方向发展。 2 在 新 一 代 钢 铁 工 艺 流 程 中，要重新认识自动化与信息化 在 传统钢铁工业生产中 ，自动化与 信 息化的概念是有所区别的 ，这个时期 的 自动化水平处于基本自动化阶段 ，只是 钢铁工业向着工业化方向发展的一个中间 手段 ，即采用计算机技术及 其它信息技 术，代替人的体力劳动 ，代替或辅助人的 脑力劳动 。而新一代钢铁流程中的 自动化 技术 ，是一个动态的不断发展的过程 ，有 着更加广泛和深刻的内涵。目前其功能已 经形成了一个有机体系，在钢铁过程中， 自动化不仅涉及到具体的生产工艺节点， 而且覆盖到钢铁生产的全流程 。信息化亦 是如此 ，其基本内容是指培育 、发展以智 能化工具为代表的新的生产力并使之创造 价值的过程。而在新一代钢铁流程中，对 信息化的要求是运用I T 技术改造传统钢铁 工业或构建新的钢铁生产工艺流程 ，实现 钢铁生产全流程范围内实现信息资源的高 度共享，推动包括人力资源、设备资源、 智力资源在内的所有资源潜力的发挥 ，使 钢铁工业向着绿色、环保、低成本和优质 高效的方向发展。在新一代钢铁工艺流程 中，无论是自动化还是信息化，都是从工 业经济向信息经济融合的动态过程。工业 化的发展直接导致信息化的发展 ，而信息 化的发展又以工业化发展为手段 ，二者相 辅相成 。自动化与信息化的融合最直接的 体现是数据融合，共用一个数据源、一个 数据库 ，对数据优化与挖掘的理念也是相 同的。二者之间你中有我 ，我 中有你，泾 渭分明的时期已经一去不复返 。自动化与 信息化实现了深度融合，共同构筑起新一 代钢铁工艺流程的技术平台，这也是钢铁 工业走新型工业化道路的需要 。而信息化 是在实施自动化之后，企业迫切需要引进 先进的管理理论与手段，企业信息化建设 势在必行，因此 ，信息化在本质上就是更 先进的 自动化。冶金工业走新型工业化之 路 ，开发新～代钢铁工艺流程 ，是冶金工 业实现可持续发展的必然选择 ，而新一代 钢铁工艺流程的建设的实质就是自动化信 息化与工业化有机结合，实施后发挥优势 战略，实现生产力的跨越式发展。这种方 式充分突出了科学技术的先导作用，其次 突出了经济增长模式的优化，有效克服了 先工业化再 自动化和信息化、粗放型经济 增长方式等问题，真正意义上实现了 自动 化、信息化带动工业化 ，工业化的发展又 促进了自动化、信息化的发展 ，实现可持 续发展。 首 钢 通 过搬 迁 调整 ，以新 一 代钢 铁 工艺流程 为基础的一座现代 化先进水 平 的钢 厂 一首钢 京唐公 司已经建成并投 入 使用。在整个 建设过程 中，自动化 、 信 息化 建设 与钢 厂建 设同步进行 ，同步 投入使 用，这在全 国冶金行业新厂建设 中尚属首次 。京唐钢铁公 司的许 多设备 都是在全国第一次使用 ，如5 5 0 O 立方米 特 大型高炉等等 ，这样对 自动化 、信息 化技术的要求不仅高而且许 多都是从零 开始 。如铁水包“ 一罐到底” 自动化控 制系统 ，特大型高炉专家系统以及大型 转炉高品质钢低成本冶炼新技术等等都 是在全国首次研制并成功投入使用 。在 I T 业内还在对物联网技术进行讨论时 ， 首钢京唐公司已经将该项技术成功应用 于实际 ，并取得了重大的科技突破与经 济 效 益 。通 过 这 一 成 功 的 案 例 说 明 ，深 化 自动化、信息化建设与应用是走新型 工业化道路的必然选择 ，是加大首钢转 型升级力度、提升首钢核心竞争力的重 要组成部分 ，是实现首钢精细化管理 ， 提高效益的重要载体和抓手 。今后 ，还 要继续深化 自动化、信息化的建设与应 用 ，不断适应首钢创新驱动、转 型发展 的强烈需要。 2 0 1 2 ．4 A U T O M A T I O N P A N O R A MA茸 萄咀盛 37 3我国冶金 自动化未来发展 的重点 我国冶金 自动 化几年来的发 展已经 取得了长足进步 ，但 由于受到各个方面的 影响与局限，全国冶金自动化发展的水平 是有差别的。由于起点不同，每个单位对 未来的发展思路也不尽相同，但有一点是 相同的，那就是 “ 年年岁岁花相似，岁岁 年年人不 同”，都要创新发展，每年都要 争取有较大的进步与提高。 3 ． 1 提高 自主集成大型数字化控制 系统的能力和水平 许多冶金行业 内部的 自动化单位 、 部 门或技术 队伍 ，都 曾经做过不少 自动 化集成项 目，但我们所讲的 自主集成大 型数字化控 制系统 是和一般 的集成项 目 有所区别 。 1 自主集成必须是以 “ 我”为主 自主 集成 大型数字 化控 制系统，必 须以 “ 我”为主，在这方面，首钢曾经有 过深刻的教训。以我为主 ，并不是孤芳自 赏 ，拒绝合作 ，而是集百家之长，持 开 放、平等、合作的态度去工作。对首钢而 言 ，这个“ 我” ，就是首钢的 自动化、 信息化专业队伍 ，它是一座“ 桥” ，一 头连 着钢 铁生 产 工艺 ，一头 连着 I T 技 术 厂 家，无论是对钢铁生产还是I T 技术厂家 ， 他都有发言权 ；其次 ，这支队伍还将承 担 自动化信息化技术应用后的维护工作及 后续开发工作等等。所以我们说没有桥怎 么能过河又怎能过了河就拆桥呢以我 为主其意味着核心技术是自己的 ，而不是 别人的 ，这样才能在实施自动化、信息化 工作中争取主动，而不会陷于被动。这个 问题现在提出来，可能觉得为时过早，其 实不然 。这个过程可能要经历挫折 ，甚 38 i m -l l A U T O M A T I O NP A N O R A M A 2 0 1 2 4 至失败，时间可能要很长 ，所以早动手， 早主动，用毛泽同志的一句诗词来说明这 个问题最恰当不过 “ 天将晓 ，莫道君行 早 ，踏遍青山人为老，风景这边独好”。 新一代钢铁工艺流程的建设，为自动化的 发展提供了广阔的空间 ，但是要求也相应 的越来越高。采用先进的数学模型技术 ， 实现智能化控制，数字化炼钢就是首钢坚 持以 “ 我”为主原则，开发的一项 自主集 成的大型数字化控制系统。数字化炼钢自 动化平台结合新一代钢铁工艺流程中炼钢 部分的 “ 全三脱”、精炼、连铸工艺 ，在 关注生产过程的同时 ，注重对生产过程进 行调优。不仅可以实现控制系统的优化， 而且还可以实现生产工艺的优化。而控制 系统的优化，又可以分别进行静态优化与 动态优化两种。该系统还具有强大的仿真 功能，在工艺模型及其参数基本稳定的情 况下，调整模拟历史生产操作过程 ，根据 调整后的操作进行仿真计算，模拟形成调 整操作后的预期效果。利用该系统 ，同时 还可以进行新钢种冶炼离线仿真操作，完 善模型、调整参数 ，待达到设计 目标后 ， 再上线实际操作。在这个系统中，转炉部 分、精炼炉部分等都不再独立存在 ，而是 作为一个整体统一考虑 ，所以 “ 一罐到 底”，炼钢模型、精炼模型等技术都作为 一 个个子系统存在，数字在整个系统中起 到了关键作用，实现了真正意义上的数字 化炼钢 。 2 整套系统要实现实时控制 自主集成的大型数字化控制 系统 ， 要具有很强大的实时性 ，不仅仅是实时的 数据 采集 ，更重要 的是数据的实时分析 与处理以及实时控制 ，否则无法满足新一 代钢铁工艺流程生产的需要 。钢铁生产过 程中，如果最终产品是低端产品时，对实 时性要求就不高，但是通过转型要生产高 端钢铁产品时 ，对实时性的要求就越来越 高 ，快速判断、快速诊断、快速处理都已 经成为基本要求。 3 数据挖掘与应用 为了提高企业的市场竞争力 ，满足 市场对高端钢铁产品的不断需求 ，通过提 高自动化控制 系统水平来提高钢铁产品 的质量 ，已经成为一项现实而又迫切的工 作，在钢铁 自动化控制系统中，对实际的 生产工艺数据进行必要的采集、统计和分 析，科学地管理大量的长期的生产工艺数 据，通过建立与生产实际相结合的数学模 型，并在此基础上提 出了对数学模型的优 化方向，达到对生产过程的精细化管理和 生产的智能化控制。目前在冶金自动化技 术的应用过程中，数采手段越来越完善 ， 数据量越来越庞大 ，数据质量也越来越 高 ，现场应用对数据的要求也越来越严 格 ，特别是各种数学模型、控制算法已经 普遍成为自动化控制系统的主要内容。所 以数据挖掘与应用愈加受到重视。例如 ， 冷连轧板形控制是一个多变量、时变、强 耦合和非线性的复杂过程。轧制过程中各 种板形影响因素，如轧制力、轧制速度、 弯辊、窜辊、冷却水流量、温度 、压力以 及张应力等都会随着时间进程与空间位置 而变化，并且相互影响、耦合。通过将这 些许多互不相关的元素 数据信息联系 到一起，工艺和模型的交互性操作就成为 新的应用方式并为程序规程提供了专业的 技术支持。 3 ． 2 提供优质的自动化服务 在冶金行业 内的自动化技术的研发 与应用，我们称之为冶金 自动化，这种说 法的本身没有问题，但长期以来，给大家 的感觉就是冶金 自动化是依附于冶金行业