煉鋼系統(tǒng)站室合并集控改造研究與實(shí)踐

唐山不銹鋼有限責(zé)任公司設(shè)備科 張士慧 姚旭亮

不銹鋼公司煉鋼3座轉(zhuǎn)爐一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、煙氣及汽化系統(tǒng)由兩個(gè)站室分別進(jìn)行監(jiān)控。隨著人員優(yōu)化降成本的需要，以及智能化建設(shè)在公司的推進(jìn)，自主實(shí)施了“微投入”風(fēng)機(jī)汽化站室合并集控的改造，改造過(guò)程中積累了管理和技術(shù)方面多項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)，為目前推動(dòng)的動(dòng)力設(shè)備集控到鋼軋產(chǎn)線提供了借鑒。集控后值守崗位人員優(yōu)化，并由值守職責(zé)轉(zhuǎn)向巡檢職責(zé)，提高勞動(dòng)效率。

隨著科技的迅猛發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等技術(shù)加速在冶金行業(yè)應(yīng)用，對(duì)優(yōu)化企業(yè)資源配置降低成本、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品工藝優(yōu)化方面起到了重大作用。

不銹鋼公司具有3座轉(zhuǎn)爐，2003年建設(shè)投產(chǎn)。在2014年轉(zhuǎn)爐工序增上了LOMAS煙氣分析二級(jí)自動(dòng)煉鋼技術(shù)，煉鋼轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼目前已達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)行列。2019年自主研發(fā)了自動(dòng)出鋼技術(shù)，為轉(zhuǎn)爐全流程自動(dòng)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

今年以來(lái)隨著公司人員優(yōu)化降成本和智能化建設(shè)推進(jìn)，轉(zhuǎn)爐汽化、風(fēng)機(jī)、水系統(tǒng)輔助工序還是傳統(tǒng)的站室單獨(dú)人工監(jiān)控，存在信息傳遞效率低、人工勞效低問(wèn)題。因此，借助數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化手段，輔助工序向主產(chǎn)線集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)人員優(yōu)化降成本、信息監(jiān)控一體化提效率的目標(biāo)。

1 設(shè)備現(xiàn)狀及操作

不銹鋼公司具有3座100t轉(zhuǎn)爐，應(yīng)用煙氣分析動(dòng)態(tài)控制技術(shù)與自動(dòng)化煉鋼技術(shù)；3座100tLF精煉爐；1座110t RH精煉爐；3臺(tái)直弧形1機(jī)1流板坯連鑄機(jī)，年產(chǎn)能力約為300萬(wàn)t。

1.1 轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

煉鋼風(fēng)機(jī)配置4臺(tái)風(fēng)機(jī)，目前生產(chǎn)為開(kāi)3備1，控制室配置三臺(tái)一級(jí)電腦監(jiān)控，電視監(jiān)控3臺(tái)，一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)，共28個(gè)畫(huà)面，每班配置崗位3人，進(jìn)行轉(zhuǎn)爐補(bǔ)爐、風(fēng)機(jī)高低速手動(dòng)及風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障應(yīng)急處理倒風(fēng)機(jī)等操作。每班4次對(duì)風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)備進(jìn)行巡檢，對(duì)煤氣呼吸器等安全工器具進(jìn)行檢查，排水器排污每周1次，排水器巡檢每班一次，并錄入系統(tǒng)。填寫(xiě)風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況及煤氣回收數(shù)量每爐記錄，煤氣報(bào)警做處置記錄、交接班記錄、倒閥倒風(fēng)機(jī)記錄。

1.2 轉(zhuǎn)爐汽化及煙氣系統(tǒng)

負(fù)責(zé)3座轉(zhuǎn)爐汽化及煙氣凈化系統(tǒng)、蓄熱器站、脫磷轉(zhuǎn)爐的操作及監(jiān)控。監(jiān)控電腦分別為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)轉(zhuǎn)爐汽化及煙氣6臺(tái)，脫硫轉(zhuǎn)爐汽化2臺(tái)，蓄熱器站1臺(tái)，監(jiān)控電視5臺(tái)，每班配置崗位4人。對(duì)蓄熱器水位控制，收汽、送汽調(diào)節(jié)，對(duì)轉(zhuǎn)爐汽化及煙氣凈化水泵及閥門(mén)啟停，排污操作。填寫(xiě)設(shè)備運(yùn)行及汽包上水記錄，交接班記錄、加油記錄、壓力容器檢查記錄、倒泵記錄。

2 集控目標(biāo)

將風(fēng)機(jī)、汽化站室合并至現(xiàn)汽化操作室內(nèi)，安排每班3人屋內(nèi)值守（每座轉(zhuǎn)爐汽化除塵1人，風(fēng)機(jī)1人，替班人員2人，共計(jì)14人）。其他人抽到檢修班組承接崗位點(diǎn)檢、應(yīng)急處置和部分檢維修作業(yè)。

設(shè)備異常自動(dòng)彈出，生產(chǎn)記錄（煤氣回收、設(shè)備工藝狀態(tài)）自動(dòng)生成，減少崗位操作強(qiáng)度。崗位記錄由自動(dòng)記錄替代后，盯電腦及記錄精力節(jié)省后，可以進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行曲線分析，從預(yù)防性維護(hù)角度每班寫(xiě)出設(shè)備運(yùn)行報(bào)告，為設(shè)備運(yùn)行管理提供支撐。

轉(zhuǎn)爐主控室遠(yuǎn)程具有控制風(fēng)機(jī)高速、低速、停止運(yùn)行三種模式，實(shí)現(xiàn)最大限度節(jié)能，風(fēng)機(jī)電耗加入轉(zhuǎn)爐班組績(jī)效。

輔助工序操作崗位由現(xiàn)在的操作、巡檢、記錄職能，隨著自動(dòng)化、信息化、智能化的實(shí)施，逐漸過(guò)渡到崗位巡檢、設(shè)備維護(hù)，設(shè)備運(yùn)行分析提出維護(hù)及改善建議的職責(zé)，最終達(dá)到設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可控、可預(yù)測(cè)的目標(biāo)。

3 改造思路及技術(shù)舉措

3.1 改造思路

在歷經(jīng)兩年公司創(chuàng)新改善活動(dòng)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步解放思想，通過(guò)對(duì)標(biāo)找差距，以極致思維方式開(kāi)展集控優(yōu)化工作。以提升生產(chǎn)及設(shè)備穩(wěn)定性、優(yōu)化人工成本為目標(biāo)。以最小的投入，提升生產(chǎn)過(guò)程信息流轉(zhuǎn)，用設(shè)備和系統(tǒng)替代人工操作。采用FMEA、防錯(cuò)、體系評(píng)審等管理方法，保證一次性改造到位，一次試車(chē)成功，永久穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 技術(shù)舉措

對(duì)電腦各個(gè)畫(huà)面根據(jù)功能進(jìn)行整合優(yōu)化，提升電腦終端顯示效率。采用語(yǔ)音播報(bào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)狀態(tài)異常、設(shè)備報(bào)警直接語(yǔ)音提示。采用自動(dòng)順序控制和過(guò)程控制技術(shù)，消除人員手動(dòng)操作。對(duì)于關(guān)鍵設(shè)備、事故應(yīng)急等采用軟防錯(cuò)和硬防錯(cuò)手段，消除誤操作、誤動(dòng)作的影響，提高系統(tǒng)可靠性。操作電腦和通訊線路供電分為雙路，實(shí)現(xiàn)通訊和供電雙路冗余，提升系統(tǒng)可靠性，采用數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程記錄自動(dòng)生成，節(jié)省崗位時(shí)間。使用硬盤(pán)錄像機(jī)，采用網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，減少了投資。

4 改造具體實(shí)施方案

4.1 畫(huà)面合并騰空間

集中控制室選擇在汽化操作室，原電腦汽化、煙氣兩個(gè)電腦畫(huà)面合并，實(shí)現(xiàn)3座轉(zhuǎn)爐汽化畫(huà)面集中在一個(gè)系統(tǒng)中，保證了汽化電腦切換實(shí)現(xiàn)備用，共整合4221變量，167條趨勢(shì)，2004條報(bào)警。節(jié)省出來(lái)的3個(gè)電腦位置，就可以納風(fēng)機(jī)電腦。

4.2 電視監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化節(jié)約成本

原模擬畫(huà)面在風(fēng)機(jī)房裝硬盤(pán)錄像機(jī)，在新風(fēng)機(jī)汽化操作室增加電腦，使用現(xiàn)有風(fēng)機(jī)32寸電視顯示。風(fēng)機(jī)房16路網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控畫(huà)面硬盤(pán)錄像機(jī)放到新風(fēng)機(jī)汽化操作室，使用現(xiàn)有風(fēng)機(jī)32寸電視顯示，使用現(xiàn)有光纖傳輸數(shù)據(jù)。在硬件投入1000元硬盤(pán)錄像機(jī)的情況下，實(shí)現(xiàn)了25個(gè)監(jiān)控畫(huà)面的搬遷。

4.3 硬防錯(cuò)消隱患

在每座風(fēng)機(jī)監(jiān)控畫(huà)面上增加“緊急提槍”“緊急放散”的彈出式確認(rèn)框，替代風(fēng)機(jī)房現(xiàn)有的應(yīng)急操作箱。對(duì)于事故應(yīng)急放散操作按鈕，采用PLC繼電器常閉點(diǎn)控制來(lái)替代，實(shí)現(xiàn)硬防錯(cuò)連鎖。遠(yuǎn)程控制采用了軟、硬防錯(cuò)手段，比人工操作更加可靠。

4.4 雙路備用保安全

從風(fēng)機(jī)房到新集控站室，利用備用光纖，實(shí)現(xiàn)雙路通信線路。電腦及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用2路UPS供電。實(shí)現(xiàn)了電腦、供電、通信線路的雙路備用，提高了監(jiān)控系統(tǒng)抗風(fēng)險(xiǎn)的能力。

4.5 生產(chǎn)及設(shè)備異常語(yǔ)音播報(bào)

風(fēng)機(jī)汽化操作室集控后，監(jiān)控設(shè)備達(dá)到了15臺(tái)套，生成異常畫(huà)面報(bào)警時(shí)，又被崗位忽略問(wèn)題。編制語(yǔ)音報(bào)表軟件，在PLC捏編制程序，根據(jù)觸發(fā)條件觸發(fā)變量，將語(yǔ)音代碼寫(xiě)入到WINCC的接口DB塊，編制的語(yǔ)音播報(bào)VB程序安裝到一級(jí)電腦上，檢查到有語(yǔ)音播報(bào)條件后，對(duì)應(yīng)播報(bào)語(yǔ)音。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)62條報(bào)警，汽化34條報(bào)警，提高了報(bào)警的準(zhǔn)確性，減少崗位時(shí)刻觀察電腦屏幕的勞動(dòng)強(qiáng)度，消除蜂鳴器報(bào)警需要畫(huà)面確認(rèn)報(bào)警內(nèi)容的滯后時(shí)間，第一時(shí)間得到報(bào)警信息。

4.6 自動(dòng)記錄提效率

采用數(shù)據(jù)采集技術(shù)，python編程寫(xiě)入到數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)寫(xiě)入到公司服務(wù)器excel文件，每天生成一個(gè)文件。風(fēng)機(jī)及汽化記錄替代了人工填寫(xiě)的記錄，減輕崗位勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)智能點(diǎn)檢網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到服務(wù)器10.60.2.11的MYSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，在辦公電腦上查詢(xún)，信號(hào)采集周期為1min到1h（根據(jù)需求，與自動(dòng)記錄相一致），永久存儲(chǔ)，采集代表設(shè)備長(zhǎng)期變化的趨勢(shì)（周或月），用于設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)。

4.7 PDA數(shù)據(jù)曲線采集

使用PDA軟件實(shí)現(xiàn)L1毫秒級(jí)數(shù)據(jù)采集，每10min生成數(shù)據(jù)文件，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到了公司服務(wù)器10.60.2.11，數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存，采集PLC所有輸入、輸出和畫(huà)面操作數(shù)據(jù)，部分重要中間數(shù)據(jù)，用于故障分析各種信號(hào)及動(dòng)作的邏輯關(guān)系。便于生產(chǎn)、工藝、設(shè)備人員在辦公電腦采用PDA分析軟件查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)趨勢(shì)。

4.8 建立智能點(diǎn)檢模型

設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的異常信息，通過(guò)自動(dòng)采集程序，進(jìn)行模型計(jì)算，對(duì)于超出標(biāo)準(zhǔn)值的異常，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)發(fā)送到智能點(diǎn)檢數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)發(fā)送到企業(yè)微信智能點(diǎn)檢群，微信智能點(diǎn)檢群，實(shí)現(xiàn)設(shè)備異常在1min內(nèi)發(fā)送到設(shè)備操作管理者、設(shè)備點(diǎn)檢、設(shè)備技術(shù)人員、設(shè)備管理人員及設(shè)備維修人員，實(shí)現(xiàn)設(shè)備異常五級(jí)管控。如對(duì)回收煤氣管道漏采用CO從2%降低到1%的時(shí)間進(jìn)行判斷，對(duì)機(jī)后水封、三通、旁通大型閥門(mén)劣化采用打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行判斷。智能點(diǎn)檢實(shí)施后，風(fēng)機(jī)汽化運(yùn)行參數(shù)及異常實(shí)時(shí)發(fā)送到微信群，共設(shè)計(jì)了230條規(guī)則，設(shè)備管理人員及時(shí)跟蹤采取措施，保設(shè)備及時(shí)消除隱患。

4.9 轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程操作

在轉(zhuǎn)爐一次風(fēng)機(jī)具有自動(dòng)控制模式（轉(zhuǎn)爐裝鐵或冶煉高速，出鋼低速，濺渣低速）基礎(chǔ)上，為了節(jié)省電能提高效率，在轉(zhuǎn)爐主控室遠(yuǎn)程控制一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的功能。轉(zhuǎn)爐畫(huà)面設(shè)計(jì)高速、低速、中速三個(gè)按鈕，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制風(fēng)機(jī)高速、低速、停止運(yùn)行三種模式，實(shí)現(xiàn)最大限度節(jié)能，風(fēng)機(jī)電耗加入轉(zhuǎn)爐班組績(jī)效。

5 改造效果

風(fēng)機(jī)控制合并到了汽化操作室改造完成以來(lái)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。近一兩年來(lái)策劃的站室合并費(fèi)用都在10萬(wàn)元以上（考慮站室新建等土建費(fèi)用），本次經(jīng)過(guò)方案優(yōu)化后，僅僅投入了2500元實(shí)現(xiàn)了合并的目標(biāo)。監(jiān)控手段升級(jí)，通過(guò)增加了智能點(diǎn)檢、自動(dòng)記錄及趨勢(shì)、語(yǔ)音播報(bào)功能，提升了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控水平。人員優(yōu)化，風(fēng)機(jī)及汽化值守人員由每班8人降低到6人，共優(yōu)化8人，節(jié)省了人工成本。

在站室合并過(guò)程中，采用了很多新思維、新方法，主要自主實(shí)施方式，多次優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)了少投入、零外委、見(jiàn)效快、高可靠的優(yōu)良效果。