带钢热连轧过程自动化系统

zcb2006 发表于 2006-10-6 01:33:29

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立足国内高效轧制我国带钢热连轧过程自动化系统的发展及其思考<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" /><o:p></o:p></TD></TR>
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                                                     刘文仲/北京科技大学       在钢铁工业生产过程中，带钢热连轧的生产是各种高新技术应用较为广泛的一个领域。在轧钢过程自动化方面，带钢热连轧计算机控制系统是发展得最迅速、最成熟，并且取得经济效果最明显的计算机系统。  1 发展历程  1.1带钢热连轧机      如果从1924年阿斯兰1470 mm和1926年巴特勒1070 mm带钢热连轧机计算起，带钢热连轧机已经有八十多年的发展历史了。它具有综合技术性强、生产效率高、经济效益大、发展迅速、自动化程度高、新技术应用广泛等特点。可以作为衡量国家工业发展水平的一个重要标志。现在，我国已经具备设计和制造带钢热连轧机的能力了。  1.2带钢热连计算机控制系统的发展特点        带钢热连轧计算机控制系统也有将近五十年的发展历史了。1958年以前，实现了模拟AGC（自动厚度控制）；1960年以前，实现了轧机调速、压下、活套控制的电动自动化；1962年，美国在麦克劳斯（Mclouth）钢铁公司1525 mm热轧机上实现了计算机控制；1964年，日本在新日铁堺厂1420 mm热轧上实现了计算机控制；1971年11月日本新日铁大分厂2235 mm热轧计算机控制系统投入运行，该热轧计算机控制系统作为当时的设计典范。1980年以后，带钢热连轧计算机控制系统发展得更加迅速，趋向成熟。      按照国际上的一般方法，带钢热连计算机控制系统的分级如下：      0级  传动级(Drive) 简称Level 0；      1级  基础自动化级(Basic Automation)简称Level 1；      2级  过程控制级(Process Control) 简称Level 2；      3级  生产控制级(Production Control) 简称Level 3；      更上一级的有MES、ERP、生产管理、产销一体化系统等。      起源于上个世纪60年代初的带钢热连轧计算机控制系统，经历了几十年的发展历程，到了上世纪80年代，已经发展得日臻成熟。从系统的分级与基本结构来看，它主要经历了单机控制、多机分级分区集中控制、分散系统控制这样几个阶段。它的发展特点主要集中在以下五个方面。  （1）计算机系统的结构逐步分散化      系统的结构从最初的单机集中控制，发展到后来的多级分区的集中控制，再发展到分散控制，这种变化过程是为了更好地满足生产技术发展的需要，也是随着计算机和电气传动技术的发展不断变化的。  （2）控制功能不断完善      控制功能从最初的代替人工操作的设定控制，发展到生产全线的自动控制、产品质量控制、节能控制，再发展到设备故障诊断，以及近年来的产品的微结构性能预报、性能控制。控制功能不断完善，从简单到复杂，从低级到高级，这些也是来自于提高产品质量、降低生产成本、减少环境污染等方面的需求。  （3）控制精度不断提高      随着控制功能的不断完善，对产品的控制精度也在不断提高。下表综合给出了国外公司对产品质量的考核保证指标，从中可以看出产品质量达到的水平。      <?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" /><v:shapetype id=_x0000_t75 coordsize="21600,21600" o:spt="75" o:preferrelative="t" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" filled="f" stroked="f"><v:stroke joinstyle="miter"></v:stroke><v:formulas><v:f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"></v:f><v:f eqn="sum @0 1 0"></v:f><v:f eqn="sum 0 0 @1"></v:f><v:f eqn="prod @2 1 2"></v:f><v:f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"></v:f><v:f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"></v:f><v:f eqn="sum @0 0 1"></v:f><v:f eqn="prod @6 1 2"></v:f><v:f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"></v:f><v:f eqn="sum @8 21600 0"></v:f><v:f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"></v:f><v:f eqn="sum @10 21600 0"></v:f></v:formulas><v:path o:extrusionok="f" gradientshapeok="t" o:connecttype="rect"></v:path><o:lock v:ext="edit" aspectratio="t"></o:lock></v:shapetype><v:shape id=_x0000_i1025 style="WIDTH: 337.5pt; HEIGHT: 261pt" type="#_x0000_t75" alt=""><v:imagedata src="file:///C:\DOCUME~1\zcb\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image001.jpg" o:href="http://www.ie51.cn/UploadFile/UserAdmin/200591152050715.jpg"></v:imagedata></v:shape> （4）控制范围不断扩大      上世纪60年代初期，以控制精轧机为主。主要是进行压下位置和轧机速度的预设定。上世纪60年代中后期，控制范围扩大到加热炉、粗轧机、精轧机、卷取机。到了上世纪80年代，控制范围又扩大到板坯库、钢卷库、成品库和热平整线、热剪切线，从而覆盖了整个热轧厂  （5）硬件标准化      应用软件产品化基础自动化级使用高性能控制器（HPC）和PLC。较为著名的HPC有美国GE公司的INNOVATION系统、VMIC控制器；德国西门子公司的SIMATIC TDC系统、SIMADYN-D系统；日本三菱公司的MELPLAC系统日本芝菱公司的V系列；法国ALSTOM公司的ALSPA系统等。过程控制级过去使用ALPHA服务器，现在逐步使用PC服务器。硬件产品标准化，应用软件产品化，可以适应各种类型的热轧生产线。  2 我国的发展状况      1978年12月投产的武汉钢铁（集团）公司的1700 mm热连轧机控制系统是我国引进的第一套带钢热连轧计算机控制系统。这个系统基本是按照日本新日铁大分厂的模式设计的。      1993年11月，在武汉钢铁（集团）公司、重庆钢铁设计研究院、北京科技大学的共同合作下，完成了武汉钢铁（集团）公司1700 mm热连轧机计算机系统的更新改造工程。在国内首次采用“硬件引进，软件立足国内”的方针，新系统在不停产的情况下顺利投入使用，并获得了比原有系统更好的控制效果。该系统已正常运行至今，产品的控制精度得到提高，该项目获得了冶金部科技进步特等奖，获得了国家科技进步一等奖。       随后，在1995年5月，武汉钢铁（集团）公司、北京科技大学、冶金自动化研究院、北京钢铁设计研究院等单位又共同完成了太原钢铁（集团）公司<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" /><st1:chmetcnv UnitName="mm" SourceValue="1549" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0" w:st="on">1549mm</st1:chmetcnv>热连轧机控制系统的建立和开发。      这两个项目的实施，标志着我国已经有能力依靠自己的力量设计和开发像热连轧这样过程控制极为复杂、要求快速响应的计算机控制系统的软件（包括数学模型的软件）      下面的表格给出了我国国内带钢热连轧计算机控制系统的状况。      从表2可以看出：我国国内带钢热连轧计算机控制系统已经囊括了世界上所有先进电气公司的硬件设备和软件技术(包括控制软件和数学模型)。这在世界上是仅有的现象。  3  一些思考  3.1 经历的五种工作模式      1974年签订合同，1978年12月投产的武钢1700热连轧生产线是我国引进的第一条热连轧生产线，其计算机控制系统是我国引进的第一个带钢热连轧计算机控制系统。从那时开始，以带钢热连轧为代表，我国轧钢过程自动化进程曾经经历过以下五种工作模式：   （1）全面引进、学习掌握      以武钢1700 mm热连轧生产线和宝钢2050 mm热连轧生产线的计算机控制系统为代表。采取的模式为：外方总包、技术总负责；中方技术人员学习掌握。  （2）外方总包、中方分包      以宝钢梅山1422 mm热连轧生产线的计算机控制系统（第一次改造）为代表。采取的模式为：外方总包、技术总负责；中方（武汉钢铁公司、北京科技大学）分包了部分软件编程和现场调试工作。  （3）硬件引进、软件自己开发      以武钢1700 mm热连轧生产线计算机控制系统更新改造工程和太钢1549 mm热连轧生产线的计算机控制系统为代表。采取的模式为：中方总包，技术总负责；从国外仅仅引进计算机硬件系统，全部软件的设计和开发由国内自主完成。  （4）关键部分引进、中外合作开发      以宝钢1580 mm热连轧生产线和鞍钢1780 mm热连轧生产线的计算机控制系统为代表。采取的模式为：软件系统由中、外双方联合设计、联合开发。  （5）系统集成、自主设计      以鞍钢1700 mm中薄板坯连铸连轧生产线的计算机控制系统为代表。采取的模式为：中方（鞍山钢铁公司、北京科技大学）总包，技术总负责；不再引进整个计算机硬件系统，仅仅从国际市场上采购硬件部件，然后自己集成和设计整个系统。全部软件由国内自主开发完成。  3.2 关于简单重复引进的思考   但是，从近几年来的情况看，从主流方面，几乎又回到了第一种模式，即全面引进。      从1974年算起，如果以10年为一代的话，在建设轧钢过程自动化工程方面，在钢铁工业过程自动化的进程中，我们已经走过了几代人的道路。回顾这一历程，引发出我们的一些思考。        我国已经成为世界上钢铁生产的大国，伴随而来的是，我国也成为引进国外轧钢过程自动化系统的大国。在我们国内有世界上最先进的热轧带钢厂和冷轧带钢厂。在我们国内有世界上最先进的带钢热轧计算机控制系统和带钢冷轧计算机控制系统。当我们在国外考察时，外国人会说：世界上最先进的钢铁冶金设备在中国。      即使是全盘引进的系统也并不是就没有问题了。例如，我国引进的热连轧数学模型种类很多，也几乎包括世界著名公司的数学模型了。但是，在实际生产应用中仍然存在着一些问题。根据调查，应用得最好的是RSU、FSU、CSU、CTC。应用有问题的是板形设定模型和板形控制模型。应用得不太好的是加热炉燃烧控制模型，有的甚至一直没有投入在线控制。从产、学、研三方面来说，国内并不缺乏从事钢铁工业过程自动化的技术人员。看一看国际上知名的电气公司和机械设备公司中都有中方雇员，许多人还担当了重要的领导职务或重要的技术职务。其中，许多人原来就是国内钢铁企业、科研机构、大学中的自动化或计算机 技术人员。这从另一个侧面也充分说明了国内技术人员的水平也并不低。      事实上，国内仍然有一些已经投产和在建的宽带钢热轧计算机控制系统是由国内单位承包完成的，举例如下表。  但是，由于缺乏一个能站在较高层面上的并具有权威性的机构或组织的协调，激烈的市场竞争使得技术引进者对局部利益的保护意识过强，“我花钱买的技术，为什么要告诉你？”，这样，阻碍了引进技术的消化吸收、创新和推广，使得同样的技术重复引进多次。  <o:p></o:p>
   <v:shape id=_x0000_i1026 style="WIDTH: 337.5pt; HEIGHT: 163.5pt" type="#_x0000_t75" alt=""><v:imagedata src="file:///C:\DOCUME~1\zcb\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image002.jpg" o:href="http://www.ie51.cn/UploadFile/UserAdmin/200591151919202.jpg"></v:imagedata></v:shape>     由于缺少相应配套的政策，有了国家贴息贷款或低息贷款以后，却促进了钢铁企业的引进热情高涨，忽视国内已有的先进技术，而一味追求进口。      由于缺少相应的法规或者行业规定以及执行法规的力度问题，当国内承包方所建设的工程项目未能按期完成、未能达产达标时，业主方只能承受经济损失。这样，业主在选择工程承包单位时，更倾向于外国公司。项目越大、投资越多、越是这样。  由于缺少相应的考核与奖励标准，对企业（特别是国营企业）领导者来说，如果“立足国内”，将要承担一定风险；如果“全面引进”，即使搞砸了，也可将责任推给外国人。使得领导者在决策时更倾向于引进。      由于缺少相应的机制，国内已有的先进技术未能形成产业化，国内已有的技术队伍未能形成“联合舰队”，未能树立起更多的“立足国内”的样板工程。     这些都阻碍或者延缓了我国轧钢过程自动化方面“立足国内”的进展。  4  结束语           引进，落后，再引进，再落后。我们似乎走进了一个怪圈。近几年来钢铁工业每年新建项目和技术改造的投资费用都在数百亿元以上，其中自动化系统约占百分之五到百分之十，大部分项目的投标为国际上知名电气公司获得。在其他行业同样也存在着类似简单引进的问题。这些问题的确值得我们思考，如何避免简单引进，加速自主开发。  行业中各单位的团结协作、联合攻关是重要的。但这仅是问题的一方面。      [作者简介] 刘文仲 北京科技大学 研究员，高效轧制国家工程研究中心 副主任，主要从事轧钢计算机控制系统的设计和数学模型的研究工作。获得部级科技进步一等奖和特等奖；获得国家科技进步三等奖、二等奖和一等奖。<o:p></o:p>
<o:p> </o:p></TD></TR></TBODY></TABLE></DIV>

syw开门造车 发表于 2006-10-6 10:35:49

Re: 带钢热连轧过程自动化系统

楼主网友好！

文章高屋建领，使我对我国目前该领域有了一个概括的了解。

收藏。

谢谢！

syw 061006---10.35

livecs68 发表于 2006-10-8 10:31:39

Re: 带钢热连轧过程自动化系统

文章不错，可惜我们又回到了引进的时代，无人可以改变，遇到朋友说起连我们早年可以设计的东西也引进了，感叹呀！

sqks20 发表于 2006-10-26 14:02:52

Re: 带钢热连轧过程自动化系统

是啊，工作这么长时间了。就是这样的，现在很多东西还在引进。

东陆发表于 2006-11-20 16:52:39

Re: 带钢热连轧过程自动化系统

是啊，什么时候才能够引进-消化-模仿-自主。

victoryfgh 发表于 2006-11-20 20:59:29

Re: 带钢热连轧过程自动化系统

这个东西太老了，也太概括了，可能在现在的生产线已经不适用了！！！

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