陳英博  張榮軍  羅涵  王希坤  楊笑

（鞍鋼股份煉鐵總廠  遼寧 鞍山 114001）

摘要：本文首先介紹鞍鋼股份有限公司進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智慧制造的發(fā)展情況，并以該公司煉鐵集控中心項(xiàng)目作為案例，分析鞍鋼煉鐵工藝數(shù)字化轉(zhuǎn)型的方式，提出“智慧煉鐵”建議為鋼鐵企業(yè)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供借鑒和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鋼鐵企業(yè)；數(shù)字化轉(zhuǎn)型；智慧煉鐵

煉鐵總廠是鞍鋼股份有限公司下屬的主體生產(chǎn)廠，擁有大型燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵工藝技術(shù)裝備，目前高爐群各個(gè)零散的操作室處于分散管理，存在信息流傳遞滯后，海量數(shù)據(jù)沒有互聯(lián)互通等問題。為此鞍鋼股份煉鐵總廠運(yùn)用數(shù)字化、智能化手段通過煉鐵高爐集控中心項(xiàng)目有效解決上述問題，并全面提升高爐產(chǎn)線智能化水平。本文對(duì)此做一介紹。

1  鞍鋼股份有限公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智慧制造發(fā)展情況

在國(guó)家“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的指引下，鞍鋼股份有限公司戰(zhàn)略方向明確,以《智慧鞍鋼發(fā)展規(guī)劃》和《鞍山鋼鐵集團(tuán)有限公司推進(jìn)智慧制造的指導(dǎo)意見》為指引，加速推進(jìn)“工業(yè)化、信息化深度融合，打造智慧鞍鋼”，全面提升鞍山鋼鐵核心競(jìng)爭(zhēng)力。智能制造已成為世界制造業(yè)發(fā)展的容觀趨勢(shì)，世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正在大力推廣和應(yīng)用。^[1-2]

2  煉鐵集控中心項(xiàng)目背景

煉鐵總廠是鞍鋼股份有限公司下屬的主體生產(chǎn)廠之一，始建于1917年，擁有大型燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵工藝技術(shù)裝備，具備年產(chǎn)1800萬噸的生鐵產(chǎn)能，是國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)單廠產(chǎn)能最大的煉鐵廠。目前煉鐵廠區(qū)內(nèi)的6個(gè)高爐工序、55個(gè)操作室分散管理，存在信息流傳遞滯后，海量數(shù)據(jù)沒有實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通等問題。急需提升生產(chǎn)操作效率，打破工序間數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，為后續(xù)智慧煉鐵、智能決策提供支撐。

為此建設(shè)高爐區(qū)域集數(shù)據(jù)采集、智能視頻、智能操控、數(shù)據(jù)可視化與智慧分析決策等系統(tǒng)于一體的智慧生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，并通過煉鐵集控中心項(xiàng)目提高鐵前工藝智能化水平。

3  煉鐵集控中心場(chǎng)景描述

煉鐵集控中心項(xiàng)目是鞍山鋼鐵踐行新鞍鋼內(nèi)涵，建設(shè)數(shù)字鞍鋼、創(chuàng)新鞍鋼、綠色鞍鋼的重點(diǎn)工程。于2019年開始規(guī)劃，充分學(xué)習(xí)考察韶鋼、寶鋼、馬鋼、新?lián)徜摰绕髽I(yè)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)后，于2021年開工建設(shè)，2022年4月集控一期項(xiàng)目成功并網(wǎng)運(yùn)行，2022年12月集控二期項(xiàng)目成功并網(wǎng)運(yùn)行。一期項(xiàng)目主要包含1#、4#、5#、10#四座高爐集控，二期項(xiàng)目主要包括2#、3#兩座高爐集控。隨著六座高爐先后順利并網(wǎng)，操控人員入駐集控中心，整體項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)投運(yùn)，煉鐵集控中心項(xiàng)目初期目標(biāo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

為實(shí)現(xiàn)煉鐵工序協(xié)同生產(chǎn)和無障礙溝通，該項(xiàng)目結(jié)合鞍鋼自身特點(diǎn)，以安全生產(chǎn)、效率提升為目標(biāo)，創(chuàng)新性制定出跨工序、跨區(qū)域、跨界面的一體化智慧集控方案。在工業(yè)日益進(jìn)步，生活品質(zhì)日益提高的今天，對(duì)工業(yè)產(chǎn)品品質(zhì)的要求，也越來越高。因此對(duì)自動(dòng)化機(jī)械的精度要求，也相對(duì)提高^[3]。該項(xiàng)目采用了信息化、智能化、數(shù)字化等主要技術(shù)，融合了現(xiàn)有高爐各工序布局和工藝特性。在方案設(shè)計(jì)階段，為打破工序間的數(shù)據(jù)壁壘，改善原有操作模式不統(tǒng)一的現(xiàn)象，通過匯總高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)和操控?cái)?shù)據(jù)，形成了模板化、一體化、規(guī)范化的操控界面，實(shí)現(xiàn)了高爐爐長(zhǎng)集中管控，為今后崗位兼崗、并崗打下基礎(chǔ)。同時(shí)，該項(xiàng)目創(chuàng)造性地開發(fā)出操控賦權(quán)、界面分屏、數(shù)據(jù)疊加、電子操作牌等技術(shù)，使操控系統(tǒng)能夠更好的服務(wù)于生產(chǎn)和管理，讓操作人員的工作更加安全、高效、便捷。

該項(xiàng)目將分布在鞍鋼廠區(qū)內(nèi)的6個(gè)高爐工序、55個(gè)操作室、108個(gè)控制系統(tǒng)全部整合融合到煉鐵中心大樓集控大廳內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了各崗位職能橫向聯(lián)通、縱向融合，提升了生產(chǎn)信息流傳遞和操作效率。同時(shí)，為確保不影響高爐生產(chǎn)，有效利用生產(chǎn)間隙完成操作系統(tǒng)調(diào)試，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)使用虛擬仿真技術(shù)，在編程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模擬測(cè)試，使開發(fā)的新系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)確率達(dá)到100%，有效縮短了熱試時(shí)間，順利完成了新系統(tǒng)與原系統(tǒng)的切換，并取得了控制零差錯(cuò)、熱試一次性成功。

該項(xiàng)目的成功投運(yùn)是鞍鋼智能制造建設(shè)發(fā)展的又一重要里程碑，為集團(tuán)各大鋼鐵生產(chǎn)基地通過數(shù)字化賦能，實(shí)現(xiàn)由經(jīng)驗(yàn)性管理向數(shù)字化、精益化管理轉(zhuǎn)變提供了示范，更為鋼鐵行業(yè)提供了可復(fù)制、應(yīng)用性強(qiáng)、極具推廣價(jià)值的智慧集控“鞍鋼模式”。

4  煉鐵集控中心主要技術(shù)應(yīng)用

1、口令牌+分步操控賦權(quán)技術(shù)：

多層級(jí)、多品牌、跨系統(tǒng)的HMI畫面與集控平臺(tái)SCADA軟件之間采用口令牌和分布操控賦權(quán)相融合技術(shù)，保證多地操作的唯一性要求，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作室最高級(jí)權(quán)限優(yōu)先使用。

2、容錯(cuò)服務(wù)器和系統(tǒng)虛擬化融合軟硬件冗余技術(shù)：

硬件采用容錯(cuò)服務(wù)器技術(shù)，結(jié)合虛擬化技術(shù)融合搭建SCADA操控平臺(tái)。其中硬件切換時(shí)間19S，虛擬化技術(shù)切換時(shí)間10S，平臺(tái)整體穩(wěn)定性提高100%。保證集控中心SCADA操控平臺(tái)高穩(wěn)定性運(yùn)行。

3、高爐全系統(tǒng)SCADA操控平臺(tái)離線模擬仿真：

對(duì)高爐生產(chǎn)線全系統(tǒng)進(jìn)行多品牌PLC與SCADA操控平臺(tái)聯(lián)動(dòng)的離線模擬仿真。對(duì)于操控平臺(tái)的問題程序可以準(zhǔn)確的離線甄別，實(shí)現(xiàn)離線仿真準(zhǔn)確率100%。平臺(tái)系統(tǒng)上線熱負(fù)荷試車一次性成功率100%，產(chǎn)線熱負(fù)荷試車時(shí)間壓縮90%。

5  鞍鋼鐵前工藝數(shù)字化轉(zhuǎn)型的方式

國(guó)內(nèi)目前大多大型治金設(shè)備 （高爐、轉(zhuǎn)爐、電弧爐、平爐、冶金爐、爐外精煉裝備、連鑄設(shè)備、鑄鍛設(shè)備、成型設(shè)備等）都沒有信息檢測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，即便是引進(jìn)設(shè)備也多處在離線監(jiān)測(cè)狀，設(shè)備安全運(yùn)行存在隱患，利用數(shù)宇化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)研制和裝備監(jiān)測(cè)智能設(shè)備勢(shì)在必行^[4]。

鞍鋼鐵前工藝數(shù)字化轉(zhuǎn)型采取系統(tǒng)架構(gòu)，以點(diǎn)帶線，以線帶面，由底至頂，小步快跑的建設(shè)方式進(jìn)行開展。

以點(diǎn)帶線：以局部工藝段無人化控制、智能化分析為切入點(diǎn)，帶動(dòng)整條產(chǎn)線的數(shù)字化能力提升。如：智能巡倉(cāng)系統(tǒng)、無擾動(dòng)智能噴吹系統(tǒng)、燒結(jié)漏風(fēng)率智能檢測(cè)系統(tǒng)等。

以線帶面：以煉鐵集控中心項(xiàng)目的產(chǎn)線集控為契機(jī)，拉動(dòng)鐵前工藝數(shù)字化升級(jí)改造。打破數(shù)據(jù)孤島，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，結(jié)合高爐各工序布局和工藝特性，形成了模板化、一體化、規(guī)范化的操控界面。搭建生產(chǎn)主數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、匯聚、清洗、轉(zhuǎn)化、入庫(kù)存儲(chǔ)等工作。為下一步“智慧煉鐵大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)”的開發(fā)和使用打好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

由底至頂：在進(jìn)行整體系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先完成邊緣層和LaaS層的建設(shè)，在夯實(shí)“智慧煉鐵大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)”基礎(chǔ)的同時(shí)開展工業(yè)PaaS平臺(tái)層和工業(yè)SaaS應(yīng)用層的研發(fā)工作。最終實(shí)現(xiàn)基于邊緣控制、數(shù)據(jù)治理、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全防護(hù)、算法模型計(jì)算、智能決策分析、數(shù)字孿生于一體的“智慧煉鐵”高爐群。

“智慧煉鐵”場(chǎng)景架構(gòu)如下：

圖3.1 “智慧煉鐵”場(chǎng)景架構(gòu)

6  “智慧煉鐵”模式展望

冶金行業(yè)鐵前工藝來說，“智慧煉鐵”的含義不應(yīng)僅局限于數(shù)字高爐，應(yīng)當(dāng)擴(kuò)展至“智慧燒結(jié)”、“智慧煉焦”，將鐵前全部工藝納入進(jìn)來。因此“智慧煉鐵”的前行之路還很遠(yuǎn)。

不積跬步無以至千里，不積小流無以成將海。未來的鞍鋼股份有限公司必將在建設(shè)數(shù)字鞍鋼的航程中揚(yáng)帆遠(yuǎn)航，為鋼鐵行業(yè)提供可復(fù)制、應(yīng)用性強(qiáng)、極具推廣價(jià)值的數(shù)字化“鞍鋼模式”。

參考文獻(xiàn)

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