钢铁业自动化高效应用和注重创新是关键
2005-12-02 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
面对国际钢铁行业自动化技术和装备迅猛发展的大趋势，原冶金自动化研究设计院副院长、总工程师马竹梧认为，我国钢铁行业要积极提升自动化技术装备水平，其中——
“在我国钢铁行业自动化技术中，以PLC、DCS、工业控制计算机为代表的计算机控制取代了常规模拟控制，并已经在钢铁企业中普及。据中国钢铁工业协会的最新调查结果显示：在基础自动化方面，按生产工序划分，计算机控制的采用率分别为高炉100%、转炉95.43%、电炉95.9%、连铸99.42%、轧机99.68%；在过程自动化方面，计算机配置率有了较大幅度的提高，按生产工序划分，高炉5.97%、转炉56.39%、电炉58.56 %、连铸20.64%、轧机41.68%。这些都标志着我国钢铁行业自动化技术水平有了很大的提高。”原冶金工作部冶金自动化研究设计院副院长、总工程师马竹梧向记者介绍了近年来我国钢铁行业在自动化技术方面取得的成绩。
在肯定成绩的同时，马竹梧还说：“我国钢铁行业自动化技术的发展虽然很迅速，但与国际先进水平相比还有一定差距。在开放的市场环境下，要尽快消除这种差距，我国适当从国外引进一些先进自动化技术是十分必要的。但是，国家要加强管理，尽量避免重复引进，使引进技术发挥应有的作用。更重要的是，我国应该通过自主创新形成具有自主知识产权的技术。”
钢铁行业自动化技术发展势头迅猛
马竹梧说，经过近年来的快速发展，国际钢铁行业自动化技术的最新进展呈现出以下主要特点：
自动化技术装备向高端化和高效化迈进。这主要体现在以下六个方面：一是虚拟化。在自动化领域中，用硬件与软件组成的虚拟仪器仪表最重要的应用是在软测量领域。软测量的基本概念是通过数学模型、状态估计等方法，通过运算对无法在线测量的参数进行在线估计。例如，高炉的软熔带形状与位置、高炉炉缸渣铁液位、转炉熔池钢水含碳量和温度的连续测量，连铸结晶器钢坯拉漏预报等，都是通过采用软测量的方法并嵌入工业控制系统及监视器中来实现的。二是网络化。通过以太网或现场总线把各种不同类型的网络化仪器仪表与计算机连接在同一网络中，其优点是可以使有关部门的数据实现共享，实现远距离监控、诊断和调整。三是智能化。人工智能对于提高装备的运行精度有重要作用。比如，利用逻辑树或统计模式、BP神经元网络及其自学功能、概率法神经元网络等人工智能技术来识别冷轧板表面缺陷；利用图像处理技术显示并定量测量烧结焦粒粒度及分布的仪表；用于测量钢板表面粗糙度的在线测量仪。四是高精度化。在钢铁生产中，1台150吨转炉装入铁水称量误差为1%时，出钢温度将会差5℃，石灰称量误差为5%时，出钢温度将会差7℃；高炉炼铁时，如果将铁水温度控制在±10℃以内，要求高炉煤气中氮气的分析精度高于0.1%，因而要求检测和控制的精确度必须提高。五是机电一体化与在线化。在钢铁生产中，典型的机电一体化多功能检测仪表有高炉软融带形状探测器、高炉水平探测器、高炉垂直探测器、高炉微波料面形状测量仪、炉外精炼在线分析仪、铁水含硅量在线分析仪、转炉测温定碳副枪、连铸多功能辊缝测量仪、结晶器锥度测量仪、钢板形状测量仪、冷热轧钢带板形测量仪、钢管质量多功能检测仪、线材直径及椭圆度测量仪等。六是卫星定位等高新技术的应用。该高新技术在钢铁行业应用的典型例子是在铁水调度过程中测量铁水车的位置。如宝钢铁水运输动态监测系统由中心站、车载设备和工位车号接收机组成，接收天空中的卫星信号，车辆定位则将卫星的基准点实测位置与预先精确测量的位置进行比较得出偏差，然后通过数据传输发送到各个车载的接收机系统，中心站的计算机将车辆定位信号经过处理后显示在大屏幕上。
自动化装备控制水平和设备诊断技术得到提升。自动化装备的进步包括现代工业控制装备的进展，主要是PLC、DCS的进一步发展以及FCS（现场控制系统）的出现。过去，PLC主要适宜于顺序控制以及不是特大规模的回路控制与数据采集。DCS是集通信、计算、控制等功能于一体的控制装置，主要适宜于大规模的回路控制、数据采集以及量不大的开关量和顺序控制。FCS是由PLC和DCS发展而来的，它是全数字化、智能化和多功能的取代模拟式单功能仪表和控制器的装置。FCS本质上是信息处理现场化的装置与系统，其特点是比较便宜，适宜于中等规模的回路控制、数据采集以及数量不大的开关量和顺序控制。
近年来，世界上较为先进的钢铁企业使用大规模包括有分析模型的设备诊断网络和计算机系统。设备诊断与过程诊断密切相关，例如轧钢产品尺寸不良，既有操作原因，也有设备劣化方面的原因。冷轧机监视系统包括过程诊断与设备诊断功能，前者主要是监视钢带尺寸、质量数据以及轧制压力等操作，后者主要监视设备状态，并具有分析支持功能以便进行设备和过程的综合分析。
机器人和可视化技术得到积极应用。机器人很早便应用在钢铁工业中，特别是在钢铁冶炼高温、粉尘大的区域，用于渣铁槽中取样、更换风口和打出铁口、铁水罐车喷浆等。近几年来，机器人技术的主要发展方向是智能机器人，并与工厂控制网相连，能完成辨别结晶器内钢水液位，保持渣是否不足并加入和分布保护渣，除去边渣和渣壳等任务。除了连铸机器人外，近来还有专门完成砌炉、拆炉任务的机器人。
高炉是密闭的，只能靠仪表检测数据对内部状态进行推测；连铸过程表面是敞开的，但其内部冷却过程、渣的影响仍然靠推断，故长期以来技术的发展，主要是靠试验和实践取得的。近来，由于测试技术、图像处理技术、工艺理论，特别是模型化的进步，使人们能够了解过程的进展，并实行定量控制。企业利用上述技术并结合多媒体虚拟技术，可以把本来模糊的生产过程变成透明化、可视化的过程。
钢铁行业自动化技术的主要发展趋势
当记者问起钢铁行业自动化技术今后的发展趋势时，马竹梧说：首先，自动化技术越来越遵循和满足钢铁工业发展的趋势和需要。在市场经济体制下，钢铁工业面临着激烈的市场竞争。为了提高钢铁企业自身的竞争力，采用新工艺、新流程、新设备、新技术和新理念是当代钢铁工业发展的主要趋向。其次，利用国内外自动化资源、先进技术、运行经验等构成先进的自动化系统。在开放的市场环境下，世界各国钢铁企业都是在相互借鉴、相互完善中提高自身自动化技术水平的，参照先进的相关制造企业的技术装备、技术解决方案以及经验、先进系统、数学模型等，经过学习、借鉴、创新进而形成具有自主知识产权自动化技术装备。其次，继续开发更多的钢铁行业自动化专用技术。其中，包括检测方法和仪表传感器、电控装备和技术，包括智能控制的先进自动化系统，数学模型等，特别是提高产品质量的自动化系统是重要发展方向。最后，自动化向多类型产业化方向发展是当前又一新的发展趋势。国内外钢铁企业和电气公司除了生产各种不同类型的自动化技术装备外，还研制各种不同类型的一体化装备和IT产品。
马竹梧最后说，我国钢铁行业自动化科技工作者要重点解决生产过程中出现的一些重大问题，如高炉长寿监控、热风炉无波动换炉与协调控制、中小高炉的操作支持系统，转炉在线钢水温度和成分预测，连铸漏钢预报，轧钢热连轧轧制力神经元网络模型，以及炼铁、炼钢、连铸、轧钢等生产工序的产品质量预测和制造执行系统等。此外，我国还应该对热门技术建立标准化软件以便于推广，对引进量大、较昂贵的自动化技术装备要立足于国内，诸如人工智能等各类平台、PLC、全数字电气传动的电子控制器等。只有通过以上措施，才能切实提高我国钢铁行业自动化领域的自主创新能力，为我国钢铁工业提供更多、更先进、附加值更高的自动化技术装备，最终提升我国钢铁工业的国际竞争力。（中国冶金报）
“在我国钢铁行业自动化技术中，以PLC、DCS、工业控制计算机为代表的计算机控制取代了常规模拟控制，并已经在钢铁企业中普及。据中国钢铁工业协会的最新调查结果显示：在基础自动化方面，按生产工序划分，计算机控制的采用率分别为高炉100%、转炉95.43%、电炉95.9%、连铸99.42%、轧机99.68%；在过程自动化方面，计算机配置率有了较大幅度的提高，按生产工序划分，高炉5.97%、转炉56.39%、电炉58.56 %、连铸20.64%、轧机41.68%。这些都标志着我国钢铁行业自动化技术水平有了很大的提高。”原冶金工作部冶金自动化研究设计院副院长、总工程师马竹梧向记者介绍了近年来我国钢铁行业在自动化技术方面取得的成绩。
在肯定成绩的同时，马竹梧还说：“我国钢铁行业自动化技术的发展虽然很迅速，但与国际先进水平相比还有一定差距。在开放的市场环境下，要尽快消除这种差距，我国适当从国外引进一些先进自动化技术是十分必要的。但是，国家要加强管理，尽量避免重复引进，使引进技术发挥应有的作用。更重要的是，我国应该通过自主创新形成具有自主知识产权的技术。”
钢铁行业自动化技术发展势头迅猛
马竹梧说，经过近年来的快速发展，国际钢铁行业自动化技术的最新进展呈现出以下主要特点：
自动化技术装备向高端化和高效化迈进。这主要体现在以下六个方面：一是虚拟化。在自动化领域中，用硬件与软件组成的虚拟仪器仪表最重要的应用是在软测量领域。软测量的基本概念是通过数学模型、状态估计等方法，通过运算对无法在线测量的参数进行在线估计。例如，高炉的软熔带形状与位置、高炉炉缸渣铁液位、转炉熔池钢水含碳量和温度的连续测量，连铸结晶器钢坯拉漏预报等，都是通过采用软测量的方法并嵌入工业控制系统及监视器中来实现的。二是网络化。通过以太网或现场总线把各种不同类型的网络化仪器仪表与计算机连接在同一网络中，其优点是可以使有关部门的数据实现共享，实现远距离监控、诊断和调整。三是智能化。人工智能对于提高装备的运行精度有重要作用。比如，利用逻辑树或统计模式、BP神经元网络及其自学功能、概率法神经元网络等人工智能技术来识别冷轧板表面缺陷；利用图像处理技术显示并定量测量烧结焦粒粒度及分布的仪表；用于测量钢板表面粗糙度的在线测量仪。四是高精度化。在钢铁生产中，1台150吨转炉装入铁水称量误差为1%时，出钢温度将会差5℃，石灰称量误差为5%时，出钢温度将会差7℃；高炉炼铁时，如果将铁水温度控制在±10℃以内，要求高炉煤气中氮气的分析精度高于0.1%，因而要求检测和控制的精确度必须提高。五是机电一体化与在线化。在钢铁生产中，典型的机电一体化多功能检测仪表有高炉软融带形状探测器、高炉水平探测器、高炉垂直探测器、高炉微波料面形状测量仪、炉外精炼在线分析仪、铁水含硅量在线分析仪、转炉测温定碳副枪、连铸多功能辊缝测量仪、结晶器锥度测量仪、钢板形状测量仪、冷热轧钢带板形测量仪、钢管质量多功能检测仪、线材直径及椭圆度测量仪等。六是卫星定位等高新技术的应用。该高新技术在钢铁行业应用的典型例子是在铁水调度过程中测量铁水车的位置。如宝钢铁水运输动态监测系统由中心站、车载设备和工位车号接收机组成，接收天空中的卫星信号，车辆定位则将卫星的基准点实测位置与预先精确测量的位置进行比较得出偏差，然后通过数据传输发送到各个车载的接收机系统，中心站的计算机将车辆定位信号经过处理后显示在大屏幕上。
自动化装备控制水平和设备诊断技术得到提升。自动化装备的进步包括现代工业控制装备的进展，主要是PLC、DCS的进一步发展以及FCS（现场控制系统）的出现。过去，PLC主要适宜于顺序控制以及不是特大规模的回路控制与数据采集。DCS是集通信、计算、控制等功能于一体的控制装置，主要适宜于大规模的回路控制、数据采集以及量不大的开关量和顺序控制。FCS是由PLC和DCS发展而来的，它是全数字化、智能化和多功能的取代模拟式单功能仪表和控制器的装置。FCS本质上是信息处理现场化的装置与系统，其特点是比较便宜，适宜于中等规模的回路控制、数据采集以及数量不大的开关量和顺序控制。
近年来，世界上较为先进的钢铁企业使用大规模包括有分析模型的设备诊断网络和计算机系统。设备诊断与过程诊断密切相关，例如轧钢产品尺寸不良，既有操作原因，也有设备劣化方面的原因。冷轧机监视系统包括过程诊断与设备诊断功能，前者主要是监视钢带尺寸、质量数据以及轧制压力等操作，后者主要监视设备状态，并具有分析支持功能以便进行设备和过程的综合分析。
机器人和可视化技术得到积极应用。机器人很早便应用在钢铁工业中，特别是在钢铁冶炼高温、粉尘大的区域，用于渣铁槽中取样、更换风口和打出铁口、铁水罐车喷浆等。近几年来，机器人技术的主要发展方向是智能机器人，并与工厂控制网相连，能完成辨别结晶器内钢水液位，保持渣是否不足并加入和分布保护渣，除去边渣和渣壳等任务。除了连铸机器人外，近来还有专门完成砌炉、拆炉任务的机器人。
高炉是密闭的，只能靠仪表检测数据对内部状态进行推测；连铸过程表面是敞开的，但其内部冷却过程、渣的影响仍然靠推断，故长期以来技术的发展，主要是靠试验和实践取得的。近来，由于测试技术、图像处理技术、工艺理论，特别是模型化的进步，使人们能够了解过程的进展，并实行定量控制。企业利用上述技术并结合多媒体虚拟技术，可以把本来模糊的生产过程变成透明化、可视化的过程。
钢铁行业自动化技术的主要发展趋势
当记者问起钢铁行业自动化技术今后的发展趋势时，马竹梧说：首先，自动化技术越来越遵循和满足钢铁工业发展的趋势和需要。在市场经济体制下，钢铁工业面临着激烈的市场竞争。为了提高钢铁企业自身的竞争力，采用新工艺、新流程、新设备、新技术和新理念是当代钢铁工业发展的主要趋向。其次，利用国内外自动化资源、先进技术、运行经验等构成先进的自动化系统。在开放的市场环境下，世界各国钢铁企业都是在相互借鉴、相互完善中提高自身自动化技术水平的，参照先进的相关制造企业的技术装备、技术解决方案以及经验、先进系统、数学模型等，经过学习、借鉴、创新进而形成具有自主知识产权自动化技术装备。其次，继续开发更多的钢铁行业自动化专用技术。其中，包括检测方法和仪表传感器、电控装备和技术，包括智能控制的先进自动化系统，数学模型等，特别是提高产品质量的自动化系统是重要发展方向。最后，自动化向多类型产业化方向发展是当前又一新的发展趋势。国内外钢铁企业和电气公司除了生产各种不同类型的自动化技术装备外，还研制各种不同类型的一体化装备和IT产品。
马竹梧最后说，我国钢铁行业自动化科技工作者要重点解决生产过程中出现的一些重大问题，如高炉长寿监控、热风炉无波动换炉与协调控制、中小高炉的操作支持系统，转炉在线钢水温度和成分预测，连铸漏钢预报，轧钢热连轧轧制力神经元网络模型，以及炼铁、炼钢、连铸、轧钢等生产工序的产品质量预测和制造执行系统等。此外，我国还应该对热门技术建立标准化软件以便于推广，对引进量大、较昂贵的自动化技术装备要立足于国内，诸如人工智能等各类平台、PLC、全数字电气传动的电子控制器等。只有通过以上措施，才能切实提高我国钢铁行业自动化领域的自主创新能力，为我国钢铁工业提供更多、更先进、附加值更高的自动化技术装备，最终提升我国钢铁工业的国际竞争力。（中国冶金报）
