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行數字化轉型、智慧制造的發展情況，并以該公司煉鐵集控中心項目作為案例，分析鞍鋼煉鐵工藝數字化轉型的方式，提出“智慧煉鐵”建議為鋼鐵企業進行數字化轉型提供借鑒和經驗。
關鍵詞：鋼鐵企業；數字化轉型；智慧煉鐵
煉鐵總廠是鞍鋼股份有限公司下屬的主體生產廠，擁有大型燒結、球團、煉鐵工藝技術裝備，目前高爐群各個零散的操作室處于分散管理，存在信息流傳遞滯后，海量數據沒有互聯互通等問題。為此鞍鋼股份煉鐵總廠運用數字化、智能化手段通過煉鐵高爐集控中心項目有效解決上述問題，并全面提升高爐產線智能化水平。本文對此做一介紹。
1 鞍鋼股份有限公司數字化轉型、智慧制造發展情況
在國家“十四五”數字經濟發展規劃的指引下，鞍鋼股份有限公司戰略方向明確,以《智慧鞍鋼發展規劃》和《鞍山鋼鐵集團有限公司推進智慧制造的指導意見》為指引，加速推進“工業化、信息化深度融合，打造智慧鞍鋼”，全面提升鞍山鋼鐵核心競爭力。智能制造已成為世界制造業發展的容觀趨勢，世界上主要工業發達國家正在大力推廣和應用。[1-2]
2 煉鐵集控中心項目背景
煉鐵總廠是鞍鋼股份有限公司下屬的主體生產廠之一，始建于1917年，擁有大型燒結、球團、煉鐵工藝技術裝備，具備年產1800萬噸的生鐵產能，是國內鋼鐵行業單廠產能最大的煉鐵廠。目前煉鐵廠區內的6個高爐工序、55個操作室分散管理，存在信息流傳遞滯后，海量數據沒有實現互聯互通等問題。急需提升生產操作效率，打破工序間數據壁壘，實現互聯互通，為后續智慧煉鐵、智能決策提供支撐。
為此建設高爐區域集數據采集、智能視頻、智能操控、數據可視化與智慧分析決策等系統于一體的智慧生產運營平臺，并通過煉鐵集控中心項目提高鐵前工藝智能化水平。
3 煉鐵集控中心場景描述
煉鐵集控中心項目是鞍山鋼鐵踐行新鞍鋼內涵，建設數字鞍鋼、創新鞍鋼、綠色鞍鋼的重點工程。于2019年開始規劃，充分學習考察韶鋼、寶鋼、馬鋼、新撫鋼等企業先進經驗后，于2021年開工建設，2022年4月集控一期項目成功并網運行，2022年12月集控二期項目成功并網運行。一期項目主要包含1#、4#、5#、10#四座高爐集控，二期項目主要包括2#、3#兩座高爐集控。隨著六座高爐先后順利并網，操控人員入駐集控中心，整體項目實現投運，煉鐵集控中心項目初期目標已經實現。
為實現煉鐵工序協同生產和無障礙溝通，該項目結合鞍鋼自身特點，以安全生產、效率提升為目標，創新性制定出跨工序、跨區域、跨界面的一體化智慧集控方案。在工業日益進步，生活品質日益提高的今天，對工業產品品質的要求，也越來越高。因此對自動化機械的精度要求，也相對提高[3]。該項目采用了信息化、智能化、數字化等主要技術，融合了現有高爐各工序布局和工藝特性。在方案設計階段，為打破工序間的數據壁壘，改善原有操作模式不統一的現象，通過匯總高爐生產數據和操控數據，形成了模板化、一體化、規范化的操控界面，實現了高爐爐長集中管控，為今后崗位兼崗、并崗打下基礎。同時，該項目創造性地開發出操控賦權、界面分屏、數據疊加、電子操作牌等技術，使操控系統能夠更好的服務于生產和管理，讓操作人員的工作更加安全、高效、便捷。
該項目將分布在鞍鋼廠區內的6個高爐工序、55個操作室、108個控制系統全部整合融合到煉鐵中心大樓集控大廳內，實現了各崗位職能橫向聯通、縱向融合，提升了生產信息流傳遞和操作效率。同時，為確保不影響高爐生產，有效利用生產間隙完成操作系統調試，項目團隊使用虛擬仿真技術，在編程實驗室進行點對點模擬測試，使開發的新系統運行準確率達到100%，有效縮短了熱試時間，順利完成了新系統與原系統的切換，并取得了控制零差錯、熱試一次性成功。
該項目的成功投運是鞍鋼智能制造建設發展的又一重要里程碑，為集團各大鋼鐵生產基地通過數字化賦能，實現由經驗性管理向數字化、精益化管理轉變提供了示范，更為鋼鐵行業提供了可復制、應用性強、極具推廣價值的智慧集控“鞍鋼模式”。
4 煉鐵集控中心主要技術應用
1、口令牌+分步操控賦權技術：
多層級、多品牌、跨系統的HMI畫面與集控平臺SCADA軟件之間采用口令牌和分布操控賦權相融合技術，保證多地操作的唯一性要求，實現現場操作室最高級權限優先使用。
2、容錯服務器和系統虛擬化融合軟硬件冗余技術：
硬件采用容錯服務器技術，結合虛擬化技術融合搭建SCADA操控平臺。其中硬件切換時間19S，虛擬化技術切換時間10S，平臺整體穩定性提高100%。保證集控中心SCADA操控平臺高穩定性運行。
3、高爐全系統SCADA操控平臺離線模擬仿真：
對高爐生產線全系統進行多品牌PLC與SCADA操控平臺聯動的離線模擬仿真。對于操控平臺的問題程序可以準確的離線甄別，實現離線仿真準確率100%。平臺系統上線熱負荷試車一次性成功率100%，產線熱負荷試車時間壓縮90%。
5 鞍鋼鐵前工藝數字化轉型的方式
國內目前大多大型治金設備 （高爐、轉爐、電弧爐、平爐、冶金爐、爐外精煉裝備、連鑄設備、鑄鍛設備、成型設備等）都沒有信息檢測和故障診斷系統，即便是引進設備也多處在離線監測狀，設備安全運行存在隱患，利用數宇化、網絡化、智能化技術研制和裝備監測智能設備勢在必行[4]。
鞍鋼鐵前工藝數字化轉型采取系統架構，以點帶線，以線帶面，由底至頂，小步快跑的建設方式進行開展。
以點帶線：以局部工藝段無人化控制、智能化分析為切入點，帶動整條產線的數字化能力提升。如：智能巡倉系統、無擾動智能噴吹系統、燒結漏風率智能檢測系統等。
以線帶面：以煉鐵集控中心項目的產線集控為契機，拉動鐵前工藝數字化升級改造。打破數據孤島，實現互聯互通，結合高爐各工序布局和工藝特性，形成了模板化、一體化、規范化的操控界面。搭建生產主數據倉庫，完成生產數據采集、匯聚、清洗、轉化、入庫存儲等工作。為下一步“智慧煉鐵大數據應用平臺”的開發和使用打好數據基礎。
由底至頂：在進行整體系統架構的基礎上，首先完成邊緣層和LaaS層的建設，在夯實“智慧煉鐵大數據應用平臺”基礎的同時開展工業PaaS平臺層和工業SaaS應用層的研發工作。最終實現基于邊緣控制、數據治理、網絡和數據安全防護、算法模型計算、智能決策分析、數字孿生于一體的“智慧煉鐵”高爐群。
“智慧煉鐵”場景架構如下：
圖3.1 “智慧煉鐵”場景架構
|
層級介紹 |
詳細描述 |
|
工業SaaS應用層：系統縱橫一體化 |
依托平臺海量數據和生產工藝數學模型，建立高爐預警檢測系統，構建物料及能量利用系統、技術經濟指標系統、安全預警系統、冶煉機理系統。實現對高爐全生命周期實時生產運行狀態在線監測、趨勢預測和優化控制，提高生產效率，達到工序間無邊界協同提升效率的目標，實現集中操控一體化、遠程監控一體化、統籌管理一體化，實現智能分析、智能決策，保證高爐安全、長壽、高效、穩定運行。 |
|
工業PaaS平臺層：多維度數據分析處理 |
工業PaaS平臺層全系統采用數字化診斷、多維對標在線分析、參數合理范圍分析等數字化手段實現高爐精益管控。主要數字模型：入爐物料質量報警；高爐運行潛力分析；高爐配料優化；噴吹煤粉合理配煤；高爐裝料狀態跟蹤；料面預測分析；高爐爐內可視化分析；氣流診斷及優化系統；出鐵模型系統；高爐整體監測預警系統；高爐運行狀態在線智能診斷系統；水溫差熱負荷監測預警系統；爐底爐缸侵蝕監測計算模型 |
|
LaaS層：系統高可靠行和可擴展性 |
使用容錯服務器和虛擬化技術相融合搭建更加安全穩健的冗余操控平臺系統。采用多路鏡像同步技術實現了故障系統的秒級切換，保證了高可靠性。運用動態擴展技術實現了新服務器設備無縫接入及運行系統的硬件資源動態擴展。 |
|
邊緣層：通信類型統一化，實現海量數據匯集 |
采用智能網關技術，實現多品牌設備、多系統數據接入；通過多協議轉換技術將多模數據類型（結構化、非結構數據等）集成匯聚并且對集成的數據進行數據清洗和治理。 |
6 “智慧煉鐵”模式展望
冶金行業鐵前工藝來說，“智慧煉鐵”的含義不應僅局限于數字高爐，應當擴展至“智慧燒結”、“智慧煉焦”，將鐵前全部工藝納入進來。因此“智慧煉鐵”的前行之路還很遠。
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數字鞍鋼的航程中揚帆遠航，為鋼鐵行業提供可復制、應用性強、極具推廣價值的數字化“鞍鋼模式”。
參考文獻
[1] 趙邦,謝書凱,周福寬,智能制造領域研究現狀及未來趨勢分析[J].現代制造技術與裝備,2018(2):180-181.
[2] 何成奎,郎朋飛,康敏,我國智能制造的發展展望[J].機床與液壓,2018,46(16):126-129.
[3] 龍立新.工業機械手的分析分析[J].機械, 2003(3):15‐17.
[4] 趙萍.我國智能制造業的發展現狀與需求分析[J].遼寧省交通高等專科學校學報,2018,20(5):36-39