中國冶金自動化技術發展狀況與趨勢分析
http://www.xibaipo.cc 2009-03-19 15:37 中企顧問網
本文導讀：中國冶金自動化技術發展狀況與趨勢分析
我國冶金自動化發展狀況
(1)基礎自動化和過程控制系統
在基礎控制方面，以PLC、DCS、工業控制計算機為代表的計算機控制取代了常規模擬控制，在冶金企業全面普及。近年發展起來的現場總線、工業以太網等技術逐步在冶金自動化系統中應用，分布控制系統結構替代集中控制成為主流。
在控制算法上，重要回路控制普遍采用PID算法，智能控制、先進控制在電爐電極升降控制、連鑄結晶器液位控制、加熱爐燃燒控制、軋機軋制力控制等方面有了初步應用，取得了一定成果。
在檢測方面，與回路控制、安全生產、能源計量等相關的流量、壓力、溫度、重量等信號的檢測儀表的配備比較齊全；高爐的軟熔帶形狀與位置、高爐爐缸渣鐵液位、煉鋼過程的熔池鋼水含碳量和溫度、連續鑄鋼過程的結晶器鋼坯拉漏預報、鋼材質量和機械性能預報等軟測量技術取得了初步成果。
在電氣傳動方面，用于節能的交流變頻技術普遍采用；國產大功率交、直流傳動裝置在軋線上得到成功應用。
在過程控制方面，計算機過程控制系統普及率有較大幅度提高，根據最近中國鋼鐵工業協會的調查結果，按冶金工序劃分，57.54%的高爐、56.39%的轉爐、58.56%的電爐、60.08%的連鑄、74.5%的軋機采用計算機過程控制系統。把工藝知識、數學模型、專家經驗和智能技術結合起來，在煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼等典型工位的過程模型和過程優化方面取得了一定的成果，如高爐煉鐵過程優化與智能控制系統、有副槍轉爐動態數學模型、電爐供電曲線優化、智能鋼包精煉爐控制系統、連鑄二冷水優化設定、軋機智能過程參數設定等等。
(2)信息化
根據中國鋼鐵工業協會的調查結果，10%左右的煉鐵工序、25%左右的煉鋼工序、50%左右的軋鋼工序采用了生產管理計算機系統。冶金企業逐步認識到MES(制造執行系統)的重要性，在綜合應用運籌學、專家系統和流程仿真等技術，協調生產線各工序作業，進行全線物流跟蹤、質量跟蹤控制、成本在線控制、設備預測維護等方面取得了初步成果。
隨著企業管理水平的不斷提高，“信息化帶動工業化”在冶金企業成為共識，企業信息化方興未艾，受到企業領導高度重視，各企業紛紛開始信息化規劃和建設，很多企業已經構造了企業信息網，為企業信息化奠定了良好的基礎。根據中國鋼鐵工業協會報告，“我國鋼年產量500萬噸以上的8家企業100%上了信息化的項目，鋼年產量50萬噸以上的58家企業中有45家上了企業信息化的項目，占77.6%”。
寶鋼股份、武鋼、寶鋼集團不銹鋼分公司等企業建成了主要產線的MES和產銷一體化系統。寶鋼集團不銹鋼分公司在鋼鐵企業率先建成了企業生產指揮駕駛艙。鋼鐵企業信息化已經從信息的整合深入到知識的挖掘。寶鋼在建立生產經營數據倉庫和知識獲取方面走在了國內同行的前列，開發了綜合數據挖掘系統、基于數據挖掘的質量分析技術、基于數據倉庫的客戶服務知識庫，創建了智能質量設計知識庫，取得了顯著的成果。
冶金自動化技術在信息化、自動化技術的推動和冶金行業可持續發展需求的拉動雙重機制作用下，必將取得更大進展，主要發展趨勢體現在以下方面：
1)基礎自動化和過程控制系統
冶金流程在線連續檢測和監控系統。
采用新型傳感器技術、光機電一體化技術、軟測量技術、數據融合和數據處理技術、冶金環境下可靠性技術，以關鍵工藝參數閉環控制、物流跟蹤、能源平衡控制、環境排放實時控制和產品質量全面過程控制為目標，實現冶金流程在線檢測和監控系統，包括鐵水、鋼水及熔渣成分和溫度檢測和預報，鋼水純凈度檢測和預報，鋼坯和鋼材溫度、尺寸、組織、缺陷等參數檢測和判斷，全線廢氣和煙塵的監測等。
冶金過程關鍵變量的高性能閉環控制。基于機理模型、統計分析、預測控制、專家系統、模糊邏輯、神經元網絡、支撐矢量機(SVM)等技術，以過程穩定、提高技術經濟指標為目標，在上述關鍵工藝參數在線連續檢測基礎上，建立綜合模型，采用自適應智能控制機制，實現冶金過程關鍵變量的高性能閉環控制。包括高爐順行閉環專家系統、鋼水成分和溫度閉環控制、鑄坯和鋼材尺寸和組織性能閉環控制等。
大功率高性能電氣傳動。采用新型電力電子元件，大功率高性能的交直交變頻傳動、高中壓變頻傳動和超大功率交交變頻傳動。
2)企業信息化
冶金流程的全息集成。實現鐵-鋼-軋橫向數據集成和相互傳遞，實現管理-計劃-生產-控制縱向信息集成，同時，整合生產實時數據和關系數據庫為數據倉庫，采用數據挖掘技術提供生產管理控制的決策支持。
計算機全流程模擬，實現以科學為基礎的設計和制造。采用計算機仿真技術、多媒體技術和計算力學技術，基于各種冶金模型，進行流程離線仿真和在線集成模擬，生成一個分布式、網絡化、集成的“虛擬工廠”軟件系統環境，通過人機交互和協同計算，模擬鋼鐵工業產品生產全過程。支持生產組織優化、生產流程優化、新生產流程設計和新產品開發優化。
提升鋼鐵生產制造智能。在生產組織管理方面，基于事例推理、專家知識的生產計劃與運籌學中網絡規則技術，提供快速調整作業計劃的手段和能力，以提高生產組織的柔性和敏捷化程度；根據各工序參數，自動計算各工序的生產順序計劃及各工序的生產時間和等待時間，實現計劃的全線跟蹤和控制，并能根據現場要求和專家知識，進行靈活的調整；異常情況下的重組調度技術以及在多種工藝路線情況下，人機協同動態生產調度。在質量管理方面，基于數據挖掘、統計計算與神經網絡分析技術，對產品的質量進行預報、跟蹤和分析；根據生產過程數據和實際數據，判定在生產中發生的品質異常。在設備管理方面，采用生產設備的故障診斷與預報技術，建立設備故障、壽命預報模型，實現預測維護。在成本控制方面，采用數據挖掘與預報技術，建立動態成本模型預測生產成本；利用動態跟蹤控制技術，優化原材料的配比、能源介質的供應、產線定修制度、生產的調度管理，動態核算成本，以降低生產成本。
能源管理和優化系統。針對新一代可循環鋼鐵制造流程，采用能源介質和主要能效設備在線監測、能源負荷預測和能源供需平衡分析、能源結構和調度優化等關鍵技術，形成能源在線監測裝置、能效分析工具和企業級能源優化系統。
企業信息集成到行業信息集成。信息化的目的之一是實現信息共享，在有效競爭前提下趨利避害，在企業信息化編碼體系標準化、企業異構數據/信息集成基礎上，進一步實現協作制造企業信息集成，全行業信息網絡建設及宏觀調控信息系統，直至全球行業信息網絡建設及宏觀調控信息系統。
管控一體化，實現實時性能管理(RealPerformanceManagement)。協調供產銷流程，實現從訂貨合同到生產計劃、制造作業指令、到產品入庫出廠發運的信息化。生產與銷售連成一個整體，計劃調度和生產控制有機銜接；質量設計進入制造，質量控制跟蹤全程，完善PDCA質量循環體系；成本管理在線覆蓋生產流程，資金控制實時貫穿企業全部業務活動，通過預算、預警、預測等手段，達到事前和事中的控制。
知識管理和商業智能。利用企業信息化積累的海量數據和信息，按照各種不同類型的決策主題分別構造數據倉庫，通過在線分析和數據挖掘，實現有關市場、成本、質量等方面數據—信息—知識的遞階演化，并將企業常年管理經驗和集體智慧形式化、知識化，為企業持續發展和生產、技術、經營管理各方面創新奠定堅實的核心知識和規律性的認識基礎。
(1)基礎自動化和過程控制系統
在基礎控制方面，以PLC、DCS、工業控制計算機為代表的計算機控制取代了常規模擬控制，在冶金企業全面普及。近年發展起來的現場總線、工業以太網等技術逐步在冶金自動化系統中應用，分布控制系統結構替代集中控制成為主流。
在控制算法上，重要回路控制普遍采用PID算法，智能控制、先進控制在電爐電極升降控制、連鑄結晶器液位控制、加熱爐燃燒控制、軋機軋制力控制等方面有了初步應用，取得了一定成果。
在檢測方面，與回路控制、安全生產、能源計量等相關的流量、壓力、溫度、重量等信號的檢測儀表的配備比較齊全；高爐的軟熔帶形狀與位置、高爐爐缸渣鐵液位、煉鋼過程的熔池鋼水含碳量和溫度、連續鑄鋼過程的結晶器鋼坯拉漏預報、鋼材質量和機械性能預報等軟測量技術取得了初步成果。
在電氣傳動方面，用于節能的交流變頻技術普遍采用；國產大功率交、直流傳動裝置在軋線上得到成功應用。
在過程控制方面，計算機過程控制系統普及率有較大幅度提高，根據最近中國鋼鐵工業協會的調查結果，按冶金工序劃分，57.54%的高爐、56.39%的轉爐、58.56%的電爐、60.08%的連鑄、74.5%的軋機采用計算機過程控制系統。把工藝知識、數學模型、專家經驗和智能技術結合起來，在煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼等典型工位的過程模型和過程優化方面取得了一定的成果，如高爐煉鐵過程優化與智能控制系統、有副槍轉爐動態數學模型、電爐供電曲線優化、智能鋼包精煉爐控制系統、連鑄二冷水優化設定、軋機智能過程參數設定等等。
(2)信息化
根據中國鋼鐵工業協會的調查結果，10%左右的煉鐵工序、25%左右的煉鋼工序、50%左右的軋鋼工序采用了生產管理計算機系統。冶金企業逐步認識到MES(制造執行系統)的重要性，在綜合應用運籌學、專家系統和流程仿真等技術，協調生產線各工序作業，進行全線物流跟蹤、質量跟蹤控制、成本在線控制、設備預測維護等方面取得了初步成果。
隨著企業管理水平的不斷提高，“信息化帶動工業化”在冶金企業成為共識，企業信息化方興未艾，受到企業領導高度重視，各企業紛紛開始信息化規劃和建設，很多企業已經構造了企業信息網，為企業信息化奠定了良好的基礎。根據中國鋼鐵工業協會報告，“我國鋼年產量500萬噸以上的8家企業100%上了信息化的項目，鋼年產量50萬噸以上的58家企業中有45家上了企業信息化的項目，占77.6%”。
寶鋼股份、武鋼、寶鋼集團不銹鋼分公司等企業建成了主要產線的MES和產銷一體化系統。寶鋼集團不銹鋼分公司在鋼鐵企業率先建成了企業生產指揮駕駛艙。鋼鐵企業信息化已經從信息的整合深入到知識的挖掘。寶鋼在建立生產經營數據倉庫和知識獲取方面走在了國內同行的前列，開發了綜合數據挖掘系統、基于數據挖掘的質量分析技術、基于數據倉庫的客戶服務知識庫，創建了智能質量設計知識庫，取得了顯著的成果。
冶金自動化技術在信息化、自動化技術的推動和冶金行業可持續發展需求的拉動雙重機制作用下，必將取得更大進展，主要發展趨勢體現在以下方面：
1)基礎自動化和過程控制系統
冶金流程在線連續檢測和監控系統。
采用新型傳感器技術、光機電一體化技術、軟測量技術、數據融合和數據處理技術、冶金環境下可靠性技術，以關鍵工藝參數閉環控制、物流跟蹤、能源平衡控制、環境排放實時控制和產品質量全面過程控制為目標，實現冶金流程在線檢測和監控系統，包括鐵水、鋼水及熔渣成分和溫度檢測和預報，鋼水純凈度檢測和預報，鋼坯和鋼材溫度、尺寸、組織、缺陷等參數檢測和判斷，全線廢氣和煙塵的監測等。
冶金過程關鍵變量的高性能閉環控制。基于機理模型、統計分析、預測控制、專家系統、模糊邏輯、神經元網絡、支撐矢量機(SVM)等技術，以過程穩定、提高技術經濟指標為目標，在上述關鍵工藝參數在線連續檢測基礎上，建立綜合模型，采用自適應智能控制機制，實現冶金過程關鍵變量的高性能閉環控制。包括高爐順行閉環專家系統、鋼水成分和溫度閉環控制、鑄坯和鋼材尺寸和組織性能閉環控制等。
大功率高性能電氣傳動。采用新型電力電子元件，大功率高性能的交直交變頻傳動、高中壓變頻傳動和超大功率交交變頻傳動。
2)企業信息化
冶金流程的全息集成。實現鐵-鋼-軋橫向數據集成和相互傳遞，實現管理-計劃-生產-控制縱向信息集成，同時，整合生產實時數據和關系數據庫為數據倉庫，采用數據挖掘技術提供生產管理控制的決策支持。
計算機全流程模擬，實現以科學為基礎的設計和制造。采用計算機仿真技術、多媒體技術和計算力學技術，基于各種冶金模型，進行流程離線仿真和在線集成模擬，生成一個分布式、網絡化、集成的“虛擬工廠”軟件系統環境，通過人機交互和協同計算，模擬鋼鐵工業產品生產全過程。支持生產組織優化、生產流程優化、新生產流程設計和新產品開發優化。
提升鋼鐵生產制造智能。在生產組織管理方面，基于事例推理、專家知識的生產計劃與運籌學中網絡規則技術，提供快速調整作業計劃的手段和能力，以提高生產組織的柔性和敏捷化程度；根據各工序參數，自動計算各工序的生產順序計劃及各工序的生產時間和等待時間，實現計劃的全線跟蹤和控制，并能根據現場要求和專家知識，進行靈活的調整；異常情況下的重組調度技術以及在多種工藝路線情況下，人機協同動態生產調度。在質量管理方面，基于數據挖掘、統計計算與神經網絡分析技術，對產品的質量進行預報、跟蹤和分析；根據生產過程數據和實際數據，判定在生產中發生的品質異常。在設備管理方面，采用生產設備的故障診斷與預報技術，建立設備故障、壽命預報模型，實現預測維護。在成本控制方面，采用數據挖掘與預報技術，建立動態成本模型預測生產成本；利用動態跟蹤控制技術，優化原材料的配比、能源介質的供應、產線定修制度、生產的調度管理，動態核算成本，以降低生產成本。
能源管理和優化系統。針對新一代可循環鋼鐵制造流程，采用能源介質和主要能效設備在線監測、能源負荷預測和能源供需平衡分析、能源結構和調度優化等關鍵技術，形成能源在線監測裝置、能效分析工具和企業級能源優化系統。
企業信息集成到行業信息集成。信息化的目的之一是實現信息共享，在有效競爭前提下趨利避害，在企業信息化編碼體系標準化、企業異構數據/信息集成基礎上，進一步實現協作制造企業信息集成，全行業信息網絡建設及宏觀調控信息系統，直至全球行業信息網絡建設及宏觀調控信息系統。
管控一體化，實現實時性能管理(RealPerformanceManagement)。協調供產銷流程，實現從訂貨合同到生產計劃、制造作業指令、到產品入庫出廠發運的信息化。生產與銷售連成一個整體，計劃調度和生產控制有機銜接；質量設計進入制造，質量控制跟蹤全程，完善PDCA質量循環體系；成本管理在線覆蓋生產流程，資金控制實時貫穿企業全部業務活動，通過預算、預警、預測等手段，達到事前和事中的控制。
知識管理和商業智能。利用企業信息化積累的海量數據和信息，按照各種不同類型的決策主題分別構造數據倉庫，通過在線分析和數據挖掘，實現有關市場、成本、質量等方面數據—信息—知識的遞階演化，并將企業常年管理經驗和集體智慧形式化、知識化，為企業持續發展和生產、技術、經營管理各方面創新奠定堅實的核心知識和規律性的認識基礎。
