1、自動控制在鋼鐵生產中的應用目錄摘要 3正文4參考文獻19摘要鋼鐵行業自動化技術經過多年的研究和發展，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內推廣應用，自動化在各個鋼鐵領域中得到推廣：1.基礎自動化已經普及。.生產過程控制自動化有了提高。.車間管理級或生產制造執行系統受到關注。自動化有著一下現狀：(1)燒結系統自動化；（2)煉鐵系統自動化；（3)煉鋼系統自動化；（4)連鑄系統自動化；(5)軋鋼系統自動化；關鍵詞：煉鐵 煉鋼，連鑄 軋鋼自動化技術第一章 緒論鋼鐵行業自動化技術經過多年的研究和發展，水平得到顯著提高，有的已經

2、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內推廣應用。 鋼鐵工業是經濟的命脈，在國民的生活中起著舉足輕重的作用。睡著經濟的發展，自動化在鋼鐵工業中的應用在逐漸增多。鋼鐵行業自動化技術經過多年的研究和發展，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、市場國際化的大環境下，企業認識到自動化技術在企業發展中的重要作用，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

3、競爭中占有一席之地；二是企業看到了自動化所產生的實實在在的效果，為企業帶來的巨大效益；三是企業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展和廣泛應用的推動下，鋼鐵工業向高精度、連續化、自動化、高效化快速發展，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、連續化邁進。信息技術、控制技術使檢測和執行設備取代了傳統的人工操作，工藝參數的檢測方法和檢測儀表得到了高

4、速發展；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，傳統的計電儀功能劃分不再明顯；仿真技術在鋼鐵工業中日益廣泛應用，不僅用于控制系統的培訓和新工藝、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；可視化技術和監控系統為無人化工廠提供了條件。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

5、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達國家20世紀7080年代初的水平。“八五期間，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，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%。 鋼鐵企業在

6、“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得到了企業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行系統，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或購買軟件平臺，加速建設。這一級系統的陸續投產運行，將會對鋼鐵企業產銷一體、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

7、化系統，瞄準了國內外先進技術，力爭達到國際先進水平。1.基礎自動化已經普及在鋼鐵企業的燒結、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。基礎自動化級普遍采用各種可編程控制器(plc)、集散控制系統(dcs)和成套工業控制機。它們對設備級的控制發揮重要作用。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，高爐系統甚至接近100%，連鑄、軋鋼達到99%。2.生產過程控制自動化有了提高過程計算控制

8、系統即生產過程自動化是提高產品質量、保證生產過程優化控制的重要的環節，般由過程控制計算機系統完成，包括生產過程控制系統、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展，較“七五”、“八五”期間有很大增加。大量數學模型和人工智能技術，如模糊控制、專家系統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、基于模糊控制的電弧爐電極提升系統、采用神經元網絡的連鑄漏鋼預報系統、均熱爐模糊控制系統、鋼板冷卻智能化控制系統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發展

9、。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及配套的自動化控制系統，使得軋鋼系統的過程控制自動化程度提高幅度最大。由于受優化數學模型的開發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。3.車間管理級或生產制造執行系統受到關注車間管理級或生產制造執行系統(ues)近年來得到鋼鐵企業的普遍關注，已經有部分企業在新建或改造生產線的同時，引進國內外先進技術開發生產制造執行系統，這些系統在一兩年內將陸續投入運行。生產制造執行系統主要由區域管理計算機系統完成在線作業計劃和生產調度管理、質量跟

10、蹤控制等許多功能。這一級系統在企業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，才能使控制系統和管理信息系統實現無縫對接和系統集成，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。為了實現企業信息化，今后應進一步認識它的重要性并努力發展之。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。第二章 煉鋼系統自動化 本章系統介紹煉鋼系統工藝過程中的自動化情況。2.1燒結系統自動化燒結系統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

11、控制和管理。2.1.1 燒結系統基本設計及控制思想燒結基礎自動化系統的配置按電氣儀表一體化考慮，具有方便、快捷和友好的人機界面。一、系統設計原則1.滿足燒結的各種工藝控制要求；2.實現新一代電儀一體化、數據通訊網絡及人機操作接口一體化；3.操作監視集中化，采用hmi操作站，人機界面一體化；主要工藝如原料混合及上料系統、燒結、冷卻系統等設備均采用plc進行控制，hmi進行操作；4.具有高穩定性、高可靠性及可操作性，便于設計、維護和擴展；二、系統設計方案 根據上述設計原則，本燒結的電儀自動化控制系統按工藝分區分組結構的思想進行配置，利用數據網絡通訊技術，不僅完成本燒結工藝系統內各級之間的數據通訊任

12、務，而且還可完成與將來增加的上位過程控制管理計算機的數據通訊任務，使之將來成為鋼鐵廠提高生產管理水平的一個重要組成部分。并預留與二期工程的接口。 根據燒結的生產條件，燒結基礎自動化系統采用siemens公司的s7-300plc系統對工藝過程進行控制和監視。控制系統劃分根據燒結工藝流程及自動化控制的特點，將全車間劃分為4個控制子系統。原料混合及布料系統；l燒結、冷卻系統；l機頭電除塵系統；l機尾電除塵系統；l原料混合及布料系統、燒結、冷卻系統采用plc控制，用接點信號與混料及布料系統plc聯絡以實現配料、混料、布料三個系統間的生產聯絡控制。其余2個系統采用常規電氣控制。 2.高爐煉鐵的控制一般是

13、在高爐里連續進行的。高爐又叫鼓風爐，這是因為要把熱空氣吹入爐中使原料不斷加熱而得名的。這些原料是鐵礦石、石灰石及焦炭。因為碳比鐵的性質活潑，所以它能從鐵礦石中把氧奪走，而把金屬鐵留下。煉鐵的工藝流程中自動化程度越來越高，多種控制系統應用在煉鐵過程中.2.2煉鐵系統自動化煉鐵系統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。煉鐵系統自動化主要是改善操作、穩定爐況、提高質量、增加產量、降低能耗、延長爐體壽命。在高爐煉鐵系統中，重點鋼鐵企業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，自動化的比重達到100%。過程控制系統的自動化比重已經超過50%以上，

14、部分高爐上配置了國內外先進的高爐冶煉專家系統等。 高爐自動化成套技術和系統包括: 1.高爐自動化控制系統 2.高爐檢測儀表 3.各類繼電器柜和操作臺 * 高爐自動控制系統* 高爐控制模型* 可提供的高爐特殊檢測儀表和控制裝置 下面以寶鋼高爐作為工程實例進行分析 寶鋼高爐高爐自動控制系統* 高爐自動控制系統可由設備控制級、過程控制級、工廠管理級和區域級構成。* 設備控制級主要對上料、配料、無料鐘爐頂、熱風爐等設備進行控制。* 過程控制級主要包括模型計算、過程數據處理、設備診斷、一代爐齡數據庫、生產報 表和工藝參數管理等。* 工廠管理級負責煉鐵廠的生產管理，并與原料、焦化、燒結等計算機進行數據通訊

15、。* 區域級計算機負責鐵區的生產協調，并與公司管理計算機進行數據通訊。高爐控制模型-爐熱指數模型-go-stop模型-軟熔融帶推斷模型-無料鐘爐頂布料模型-熱風爐燃燒設定模型-爐底侵蝕模型-高爐操作預測模型-高爐冶煉專家系統可提供的高爐特殊檢測儀表和控制裝置-高爐爐身靜壓檢測吹掃裝置-高爐風口破損檢測及報警裝置-高爐風口流量檢測-高爐砌體燒損檢測-高爐冷卻壁水溫檢測系統-噴吹煤粉單支管流量檢測裝置-智能料線測量儀-無料鐘爐頂溜槽轉角及傾角檢測-透氣性檢測裝置-熱圖象儀窗口系統2.3煉鋼系統自動化 煉鋼系統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

16、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計算機控制范圍從鐵水預處理開始，經轉爐吹煉、爐外精煉直至將鋼水送到連鑄機為止。該系統具有以下特點:(1)優化全生產線生產過程,提高綜合效益;(2)控制優良過程的再現性,為整個生產過程實現均一高質量和穩定高效益提供手段;(3)滿足多段煉鋼、全量鐵水預處理、少渣吹煉和全連鑄等新工藝及產品方案系列鋼種生產的需要;(4)提高產量、產品合格率和金屬收得率以及節能降耗并延長設備壽命;(5)為實現多成分、多目標、降低綜合成本提供手段;(6)在生產控制計算機協調下,最大限度地實現計劃作業,減少工序等待,使從鐵水預處理到連鑄全線生產穩定和高效地進行

17、;(7)改善勞動條件,節省人力,提高勞動生產率;(8)提供近期和歷史數據,以提高質量分析、技術分析和生產管理水平。其主要功能有:生產管理及跟蹤,實況和數據采集,設定控制,主原料計算,廢鋼、生鐵配比及稱重管理,副原料管理,吹煉模式管理,轉爐吹煉終點控制,合金和冷卻劑管理與轉爐出鋼控制,再吹管理,與連鑄、化驗室等計算機的通信,引風機速度設定,打印各種報表,轉爐作業時間管理,爐次跟蹤、品質判定,設備狀態管理,成品出廠管理等。 2.4連鑄系統自動化連鑄自動化系統能夠改善鑄坯質量、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。在連鑄系統中，重點鋼鐵企業的連鑄機

18、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%，生產制造執行系統為15.37%。連鑄，產品質量，自動化產品質量是連鑄生產的最重要的方面，自動化是獲得最高產品質量的一個重要因素。先進的質量控制功能的采用使得所安裝的設備的能力得以充分利用。此外，產品質量控制之外的其他重要的自動化問題也須予以認識。網絡和系統性能方面的巨大發展為全球通訊提供了新的可能性，并且隨著這些發展也實現了客戶支持和服務的新方式。連鑄工藝的數學模型 連鑄是煉鋼生產的最復雜的工藝。近年來，人們付出了許多的努力采用數學模型來描述該

19、工藝，同時以數字來模擬此工藝的不同方面。這一努力在許多方面取得了卓有成效的結果。快速增長的計算機能力允許人們在過程計算機上實現越來越復雜的數學模型，這些模型的結果就能夠用于在線過程控制和優化。基于結晶器內部新增加了傳感器而獲得的測量值可以得到新的固態化過程的在線信息，這樣就可以使用新的模型。 連鑄自動化系統已高度發展，并逐漸走向集成化。產品質量是開發先進的質量控制系統的重要方面，今天的質量控制技術能讓鋼鐵企業充分挖掘設備的潛能。自20世紀80年代初以來，奧鋼聯就致力于連鑄自動化技術的研究開發，工藝控制系統開發所取得的突皮性進展，工藝模型的應用以及處理工藝和產品質量信息的先進方法的采用，極大地提

20、高了連鑄產品的質量。這是秘更高效，更具競爭力的生產邁出的重大一步。 2.5軋鋼系統自動化隨著軋鋼生產向大型化、高速化、精密化、連續化方向發展，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，軋鋼系統中采用的自動化設備和系統比較多，各級自動化控制程度也比較高，是現代鋼鐵工業自動化技術應用最集中的地方。其中12家大型鋼鐵企業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的平均數。由于自動化控制技術的發展，薄板坯連鑄連軋計算機控制系統的控制范圍擴大，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

21、控制級以協調煉鋼、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。基于鋼鐵工業自動化在企業信息化中的重要地位和作用，為了使各級系統的指令或數據能夠順暢地傳遞，達到各級系統的無縫對接，形成一個整體，發揮最大的綜合效益。因此，在各級自動化系統的設計和實施過程中，要充分考慮與上下級系統的信息傳遞接口。例如在本級系統的建設中，盡可能收集并保存將來上級系統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時，就可以順利地將這些信息傳遞上去

22、。在各重點鋼鐵企業內都設有自動化專業技術管理部門和實施隊伍。盡管每個企業的機構設置不同，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揮了重要的作用。如今在鋼鐵行業信息化的進程中，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的決策層。隨著企業信息化建設的深入和自動化信息化技術的發展，企業要全面健康、協調、可持續的發展，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，走新型工業化道路。在今后若干年里，隨著企業的工藝流程控制、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，

23、鋼鐵企業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、堅持技術不斷創新，肩負著光榮而艱巨的信息化建設的重要任務。自動化和信息化技術促進高檔軋鋼產品生產能力的提升。我國近年來新建和投產了一大批軋鋼生產線(包括熱軋、冷軋、中板、厚板、涂鍍生產線等)，這些生產線都配備了先進的自動化和計算機控制系統，使我國軋鋼裝備的整體水平得到了很大的提升，使軋鋼行業信息化和自動化的應用水平得到提升，這也使我國生產高檔軋鋼產品的能力得到了很大的提升。自動化和信息化技術使得先進企業軋鋼工序的能源消耗指標得到改善。軋鋼工序是鋼鐵材料生產能源消耗的主要工

24、序之一，在軋鋼加工費用中，能源消耗占65%-70%。從軋鋼生產主要工藝流程看，坯料加熱、熱軋、冷軋和熱處理是主要的能耗環節。坯料加熱節能技術主要有鑄坯(錠)熱送熱裝、加熱爐結構優化、燃燒控制、煙氣余熱回收利用和加熱爐計算機控制等。熱軋工序節能技術主要有快速軋制、無頭和半無頭軋制、一火成材、熱軋工藝潤滑、軋制工藝優化、減少軋制間隙時間和提高軋機傳動效率等。3結論綜上所述，普及基礎自動化，大力發展生產過程自動化，重視生產控制系統生產制造執行系統的建設，加快企業管理信息化的建設進程，早日實現我國鋼鐵行業企業信息化、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。需要加強國產化工作的組織協調，特別是加強跨企業的協調推進的長效工作機制，使產、學、研單位發揮各自的優勢，團結協作，在鋼鐵行業的核心技術和關鍵軟件方面立足國內。中國鋼鐵工業的發展歷程表明，單純依靠引進裝備，以市場換技術，買不來也換不來屬于企業自身的能力。必須努力提升原始創新、集成創新、引進消化吸收再創新能力，實現企業成長由設備驅動向技術驅動的轉變選擇一批具有行