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全國重點鋼鐵企業(yè)自動化現狀
這次調查的主要內容是重點鋼鐵企業(yè)主要生產工序的自動化基本狀況。諸如20m2以上燒結機的燒結系統(tǒng)、300m3以上高爐的煉鐵系統(tǒng)、30噸以上轉爐和25噸以上電爐和連鑄的煉鋼系統(tǒng)、管帶線熱冷軋的軋鋼系統(tǒng)，以及涂鍍及其他深加工系統(tǒng)的配置和應用情況，對上述這些系統(tǒng)中的基礎自動化、生產過程控制系統(tǒng)、車間管理或生產制造執(zhí)行系統(tǒng)中應用的可編程控制器、集散控制系統(tǒng)、工控機、計算機等的數量，以及數學模型的數量做了統(tǒng)計。同時還調查了各生產裝備的自動化水平、主要計算機和控制設備的型號。
調查的范圍包括65家鋼產量在百萬噸以上的重點鋼鐵企業(yè)，這些企業(yè)的自動化程度和水平基本上能夠代表全國鋼鐵行業(yè)的自動化的現狀。
最后，分別對65家重點鋼鐵企業(yè)和其中寶鋼、鞍鋼、首鋼、武鋼、馬鋼、攀鋼、本鋼、唐鋼、包鋼、太鋼、邯鋼和濟鋼12大鋼自動化現狀進行了匯總對比，分析了燒結系統(tǒng)已配置有基礎自動化、過程自動化和生產制造執(zhí)行系統(tǒng)的燒結機的臺車面積占所有企業(yè)臺車面積總和的比重；煉鐵系統(tǒng)已配置有基礎自動化、過程自動化和生產制造執(zhí)行系統(tǒng)的高爐容量分別占所有企業(yè)高爐總容量的比重；煉鋼、連鑄、軋鋼系統(tǒng)已配置有基礎自動化、過程自動化和生產制造執(zhí)行系統(tǒng)的裝備或生產線的生產能力分別占所有企業(yè)生產能力總和的比重。
在分析過程中，采用的是最簡單的認可方法，即只要配置了一臺自動化控制裝置或控制系統(tǒng)，就認可該裝備或系統(tǒng)初步具備了自動化的生產能力，對其自動化所應用的具體功能內容及其發(fā)揮的作用未做進一步調查。通過這樣初步的統(tǒng)計，計算出各主要生產裝備或工序采用自動化技術設備的比重，從而分析得出自動化的程度。
從調查結果看，鋼鐵行業(yè)自動化技術經過多年的研究和發(fā)展，水平得到顯著提高，有的已經領先國內，有的已經達到了國際先進水平，特別是有的已經具有了自主知識產權并形成了產品在行業(yè)內推廣應用，這些技術成果獲得了國家級、省部級的大獎。之所以有這樣的結果，一是在經濟全球化、市場國際化的大環(huán)境下，企業(yè)認識到自動化技術在企業(yè)發(fā)展中的重要作用，不采用新技術搞自動化，就難于提高生產效率和產品質量，就難于在激烈的國際國內的市場競爭中占有一席之地；二是企業(yè)看到了自動化所產生的實實在在的效果，為企業(yè)帶來的巨大效益；三是企業(yè)在基建和技改項目上重視上自動化項目，肯于投資。
進入20世紀90年代，在信息技術和控制技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用的推動下，鋼鐵工業(yè)向高精度、連續(xù)化、自動化、高效化快速發(fā)展，使鋼鐵生產工藝、產品和技術裝備呈現出如下特點：1.流程短、投資少、能耗低、效益高、適應性強和環(huán)境污染少的新技術、新工藝被不斷應用；2.提高產品的外形尺寸精度、改進表面形貌和改善內部質量的技術受到重視；3.生產技術裝備向大型化、現代化、連續(xù)化邁進。信息技術、控制技術使檢測和執(zhí)行設備取代了傳統(tǒng)的人工操作，工藝參數的檢測方法和檢測儀表得到了高速發(fā)展；在現代鋼鐵生產過程控制中，計算機技術的應用已深入各個領域，傳統(tǒng)的計電儀功能劃分不再明顯；仿真技術在鋼鐵工業(yè)中日益廣泛應用，不僅用于控制系統(tǒng)的培訓和新工藝、新控制方法的研究，而且易于模擬生產設備調試，指導生產和參與生產；人工智能技術已經廣泛應用，包括模糊控制、專家系統(tǒng)和神經元網絡在各個工序的應用已取得可喜成果和經濟效益；可視化技術和監(jiān)控系統(tǒng)為無人化工廠提供了條件：從現場總線到車間網、工廠網、企業(yè)網的綜合網絡系統(tǒng)構成了企業(yè)的信息高速公路。
根據有關資料，“七五”末，大中型設備實現自動化的比重約為總生產能力的30%，其中過程自動化為13.3%，基礎自動化為16.7%。按煉鐵、煉鋼和軋鋼三項主要工藝設備統(tǒng)計，裝備了基礎自動化設備和其他自動化檢測裝置的大中型高爐，占煉鐵總能力的41%。配備了過程計算機的大型轉爐占煉鋼總能力的16.3%，而實現基礎自動化的大中型轉爐占煉鋼總能力的7.9%，大型主力軋機實現了過程自動化的占全國成品材軋制能力的17%。上述配備了過程計算機生產設備是技術發(fā)達國家20世紀70—80年代初的水平�！鞍宋濉陂g，新建和改擴建的冶金大型工藝設備都已程度不同的裝備了過程計算機系統(tǒng)，各主要工序普遍提高了自動化的水平。如：煉鐵工序中，裝備了過程計算機的大型高爐生產能力占煉鐵總能力的比重達到19%；煉鋼工序中，實現了過程自動化的煉鋼能力占總能力的比重達到37%；連鑄自動化的比重也有了顯著提高；全國成品材軋制能力中過程自動化的比重達到20%。
通過2003年的調查了解到，鋼鐵企業(yè)在“十五”期間內新上或改造的自動化工程中，基礎自動化級已經普及。在重要的生產工藝過程的控制自動化系統(tǒng)得到了企業(yè)領導決策層的高度重視，在新建和技術改造項目建設的同時，加大投資力度，采用配套引進國外技術和裝備或選擇與國內科研部門聯(lián)合技術攻關相結合的道路，大大提高了生產過程的控制能力，提高了過程控制自動化的水平。第三級的生產制造執(zhí)行系統(tǒng)，作為近年國內外重要的生產管理控制技術以其所產生的關鍵作用，已經被許多企業(yè)所接受。在一些新建的生產流程線上，積極與國內外合作伙伴共同研發(fā)或購買軟件平臺，加速建設。這一級系統(tǒng)的陸續(xù)投產運行，將會對鋼鐵企業(yè)產銷一體、管控銜接、信息暢通的信息化起到至關重要的作用。新建設的自動化系統(tǒng)，瞄準了國內外先進技術，力爭達到國際先進水平。
下面，我們對截止到2003年6月，鋼鐵企業(yè)在主要生產工序中的基礎自動化、生產過程自動化、車間管理或生產制造執(zhí)行系統(tǒng)的應用現狀、鋼鐵企業(yè)自動化的發(fā)展程度和水平分別予以分析和對比。
1.基礎自動化已經普及
在鋼鐵企業(yè)的燒結、煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼等主要生產工序和流程中基本上普及了基礎自動化。
基礎自動化(一般稱為設備控制級)是生產過程自動化中最底層、最基礎的部分，由各種電子、液壓、氣動控制裝置組成，承擔各種生產工藝參數的計量檢測和設備控制�；A自動化級普遍采用各種可編程控制器(PLC)、集散控制系統(tǒng)(DCS)和成套工業(yè)控制機。它們對設備級的控制發(fā)揮重要作用。目前的應用基本上可以達到94%以上。生產工藝控制愈復雜，基礎自動化的程度就愈高，高爐系統(tǒng)甚至接近100%，連鑄、軋鋼達到99%。
我國重點鋼鐵企業(yè)共應用PLC約7226臺套，DCS約1280臺套，工業(yè)控制機約4791臺套。見圖1。
2.生產過程控制自動化有了提高
過程計算控制系統(tǒng)即生產過程自動化是提高產品質量、保證生產過程優(yōu)化控制的重要的環(huán)節(jié)，—般由過程控制計算機系統(tǒng)完成，包括生產過程控制系統(tǒng)、工藝控制數學模型和人工智能等技術的應用。近年來，生產過程控制自動化有了一定的發(fā)展，較“七五”、“八五”期間有很大增加，見圖2。
大量數學模型和人工智能技術，如模糊控制、專家系統(tǒng)和神經元網絡等在這一級廣泛應用。高爐爐況預報模型、軟熔帶推斷模型、爐料下降仿真模型、冷
軋設定模型等等，還有高爐冶煉專家系統(tǒng)、基于模糊控制的電弧爐電極提升系統(tǒng)、采用神經元網絡的連鑄漏鋼預報系統(tǒng)、均熱爐模糊控制系統(tǒng)、鋼板冷卻智能化控制系統(tǒng)等在各個工序的應用，已經取得重大成果和經濟效益，目前正在向多種技術的混合系統(tǒng)發(fā)展。
由于引進或改造了一批能夠生產高附加值產品的冷熱軋系統(tǒng)及配套的自動化控制系統(tǒng)，使得軋鋼系統(tǒng)的過程控制自動化程度提高幅度最大。見圖3。
在生產控制自動化級中，配置的生產過程控制計算機系統(tǒng)以小型機為主，共2108臺套，應用的控制優(yōu)化數學模型和人工智能軟件系統(tǒng)共1066個。
由于受優(yōu)化數學模型的開發(fā)及引進的模型的消化吸收滯后的制約，生產過程自動化仍有較大的發(fā)展空間。在“十五”期間乃至今后一些年里，在新建和改造的大中型設備上應配置過程控制計算機系統(tǒng)。
3.車間管理級或生產制造執(zhí)行系統(tǒng)受到關注
車間管理級或生產制造執(zhí)行系統(tǒng)(UES)近年來得到鋼鐵企業(yè)的普遍關注，已經有部分企業(yè)在新建或改造生產線的同時，引進國內外先進技術開發(fā)生產制造執(zhí)行系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在一兩年內將陸續(xù)投入運行。
生產制造執(zhí)行系統(tǒng)主要由區(qū)域管理計算機系統(tǒng)完成在線作業(yè)計劃和生產調度管理、質量跟蹤控制等許多功能。這一級系統(tǒng)在企業(yè)信息化架構中的位置和重要作用是不可或缺的，只有實現它們，才能使控制系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)實現無縫對接和系統(tǒng)集成，生產實際數據和生產指令才能順暢的上傳和下達，實現信息不落地傳輸。為了實現企業(yè)信息化，今后應進一步認識它的重要性并努力發(fā)展之。根據圖4我們可以看出，這一級的應用才剛剛起步，應用的水平還較低，許多地方僅僅是在車間或廠內建設了計算機局域網絡和少量的生產報表處理，大量的生產實際數據通過人工輸入。
車間管理或生產制造執(zhí)行系統(tǒng)應用的計算機共1502臺套。
4.主要生產工序自動化現狀
我們還可以通過以下各圖表顯示每個生產工序中各級自動化的現狀以及對比狀況。
(1)燒結系統(tǒng)自動化
燒結系統(tǒng)自動化包括對燒結的原料儲存、配料，混合燒結和冷卻等幾個部分的計量檢測、自動控制和管理。
從圖表中看出，在重點鋼鐵企業(yè)燒結系統(tǒng)中，20M2以上的燒結機的臺車總面積總計約15637平方米，已經配置有基礎自動化系統(tǒng)的臺車面積達到94%以上，過程控制自動化居中，車間管理級或生產制造執(zhí)行系統(tǒng)非常低。
表1 重點企業(yè)與12大鋼在燒結系統(tǒng)中各級自動化所占的比重
總臺車面積
基礎自動化級(L1)
過程自動化級(L2)
車間管理級或制造執(zhí)行系統(tǒng)(L3)
(M2)
臺車面積
比重
臺車
面積
比重
臺車面積
比重
重點鋼鐵企業(yè)
15637
14768
94．44％
6933
44．33％
299
1．91％
其中12大鋼
9410
8765
93．15％
4472
47．52％
0
0
(2)煉鐵系統(tǒng)自動化
煉鐵系統(tǒng)自動化是指在高爐本體、熱風爐等主要工藝部位的自動化控制系統(tǒng)。煉鐵系統(tǒng)自動化主要是改善操作、穩(wěn)定爐況、提高質量、增加產量、降氏能耗、延長爐體壽命。
在高爐煉鐵系統(tǒng)中，重點鋼鐵企業(yè)300m3以上的高爐總容積為159228立方米，并且全部配置了基礎自動化系統(tǒng)，自動化的比重達到100%。過程控制系統(tǒng)的自動化比重已經超過50%以上，部分高爐上配置了國內外先進的高爐冶煉專家系統(tǒng)等。
表2 重點企業(yè)與12大鋼在煉鐵系統(tǒng)中各級自動化所占的比重
總容積(M3) 基礎自動化級)(L1) 過程自動化級(L2) 車間管理或生產制造執(zhí)行系統(tǒng)(L3)
容積 比重 容積 比重 容積 比重
重點鋼
鐵企業(yè) 159228 159228 100.00% 85413 53.64% 5000 3.14%
其中12
大鋼 88960 88960 100.00% 54787 61.59% 4100 4.16%
(3)煉鋼系統(tǒng)自動化
煉鋼系統(tǒng)的自動化可以改善操作、延長爐齡，是提高鋼產量、保證鋼水質量、縮短冶煉時間、降低能源消耗、提高一次拉碳命中率的重要手段。煉鋼自動化包括轉爐自動化和電爐自動化。
表3 重點企業(yè)與12大鋼在煉鋼系統(tǒng)轉爐中各級自動化所占的比
重
轉爐 總生產能力 基礎自動化級(L1) 過程自動化級(L2) 車間管理級或生產
制造執(zhí)行系統(tǒng)(L3)
(萬噸／年) 年生產能力 比重 年生產能力 比重 年生產能力 比重
重點鋼鐵
企業(yè) 12576 12011 95.51% 6964 55.37% 3200 25.45%
其中12大
鋼 6300 6300 100.00% 4425 70.24% 2730 43.33%
表4 重點企業(yè)與12大鋼在煉鋼系統(tǒng)電爐中各級自動化所占的比重
電爐 總生產能力 基礎自動化級(L1) 過程自動化級(L2) 車間管理級或生產制造執(zhí)行系統(tǒng)(L3)
(萬噸／年) 年生產能力 比重 年生產能力 比重 年生產能力 比重
重點鋼鐵企業(yè) 2586 2506 96.91% 1257 48.61% 510 19.72%
其中12大鋼 821 781 95．13．％ 246 29.96% 100 12.18%
(4)連鑄系統(tǒng)自動化
連鑄自動化系統(tǒng)能夠改善鑄坯質量、提高產量、增加金屬收得率和提高連鑄比，應用人工智能控制的方法，加強對連鑄質量的預報和控制。
在連鑄系統(tǒng)中，重點鋼鐵企業(yè)的連鑄機總的年生產能力為13195萬噸，而已經配置有基礎自動化設備的生產能力達13117萬噸，所占的比重是99.41%。以此類推，過程控制自動化是54.31%，生產制造執(zhí)行系統(tǒng)為15.37%。
表5 重點企業(yè)與12大鋼在連鑄系統(tǒng)中各級自動化所占的比重
總生產能力 基礎自動化級(L1) 過程自動化級(L2) 車間管理級或生產制造執(zhí)行系統(tǒng)(L3)
連鑄 (萬噸／年) 年生產能力 比重 年生產能力 比重 年生產能力 比重
重點鋼鐵企業(yè) 13195 13117 99.41% 7166 54.31% 2028 15.37%
其中12大鋼 5693 5693 100.00% 3050 53.57% 1153 20.25%
(5)軋鋼系統(tǒng)自動化
隨著軋鋼生產向大型化、高速化、精密化、連續(xù)化方向發(fā)展，軋鋼生產對自動化裝備的要求比其他生產工序高，自動化系統(tǒng)和自動化裝備的水平對最終產品的質量影響也最大。因此，軋鋼系統(tǒng)中采用的自動化設備和系統(tǒng)比較多，各級自動化控制程度也比較高，是現代鋼鐵工業(yè)自動化技術應用最集中的地方。其中12家大型鋼鐵企業(yè)更加重視軋鋼生產工序中自動化技術的應用，相關數據普遍高于重點企業(yè)的平均數。
由于自動化控制技術的發(fā)展，薄板坯連鑄連軋計算機控制系統(tǒng)的控制范圍擴大，產品厚度越來越薄，對板形控制、自由軋制以及層流冷卻等特殊要求，加強第三級生產控制級以協(xié)調煉鋼、連鑄和熱軋的生產，保證100%的板坯熱裝熱送。提高了產品的外形尺寸精度和改進表面形貌，以及改善了板帶內部質量。在熱冷軋寬帶鋼的軋制工藝、軋機形式和控制技術等方面也采用了一系列新技術、新工藝和新設備，生產率大大提高。
表6 重點企業(yè)與12大鋼在軋鋼系統(tǒng)中各級自動化所占的比重
管、線、帶 總生產能力(萬噸/年) 基礎自動化級(L1) 過程自動化級(L2) 車間管理或生產制造執(zhí)行系統(tǒng)(L3)
年生產能力 比重 年生產能力 比重 年生產能力 比重
重點鋼鐵企業(yè) 16389 16336 99.67% 11273 68.76% 5731 34.97%
其中1
2大鋼 8918 8918 100.00% 6832 76.61% 4622 51.83%
基于鋼鐵工業(yè)自動化在企業(yè)信息化中的重要地位和作用，為了使各級系統(tǒng)的指令或數據能夠順暢地傳遞，達到各級系統(tǒng)的無縫對接，形成一個整體，發(fā)揮最大的綜合效益。因此，在各級自動化系統(tǒng)的設計和實施過程中，要充分考慮與上下級系統(tǒng)的信息傳遞接口。例如在本級系統(tǒng)的建設中，盡可能收集并保存將來上級系統(tǒng)所需要的各種現場生產過程信息，待條件成熟建設上級系統(tǒng)時，就可以順利地將這些信息傳遞上去。
鋼鐵企業(yè)自動化的專業(yè)職能管理
通過調查，在各重點鋼鐵企業(yè)內都設有自動化專業(yè)技術管理部門和實施隊伍。盡管每個企業(yè)的機構設置不同，有的在自動化部(所)、有的在計控部、技術中心，還有的在設備部門，但它們對自動化項目的建設管理和自動化技術的推廣應用發(fā)揮了重要的作用。如今在鋼鐵行業(yè)信息化的進程中，已經涌現出一批既懂自動化技術、又懂管理和生產工藝流程的信息化復合型人才進入企業(yè)的決策層。
隨著企業(yè)信息化建設的深入和自動化信息化技術的發(fā)展，企業(yè)要全面健康、協(xié)調、可持續(xù)的發(fā)展，就要加快推廣應用國內外先進、適用的冶金自動化技術和信息技術，走新型工業(yè)化道路。在今后若干年里，隨著企業(yè)的工藝流程控制、裝備的不斷更新改造，以及提高產品質量和生產精細管理的需要，鋼鐵企業(yè)必將投入建設更多的信息化、自動化應用項目。在信息化的大潮中，廣大自動化專業(yè)職能管理部門和自動化工程技術人員艱苦努力、堅持技術不斷創(chuàng)新，肩負著光榮而艱巨的信息化建設的重要任務。
綜上所述，普及基礎自動化，大力發(fā)展生產過程自動化，重視生產控制系統(tǒng)／生產制造執(zhí)行系統(tǒng)的建設，加快企業(yè)管理信息化的建設進程，早日實現我國鋼鐵行業(yè)企業(yè)信息化、管控一體化的目標仍是“十五”期間乃至以后若干年內的重要目標和艱巨任務。
參考資料：
1.《鋼鐵工業(yè)自動化功能規(guī)范》，冶金工業(yè)部科學技術司，1993年7月出版。
2.《鋼鐵企業(yè)信息化知識讀本》，漆永新、王巍巍主編，2001年12月出版。
作者：中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會信息統(tǒng)計部
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