带钢热连轧计算机控制系统的发展及其在我国的状况

带钢热连轧计算机控制系统的发展及其在我国的状况PostBy：2009-7-1413:59:02带钢热连轧计算机控制系统的发展及其在我国的状况刘文仲北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京100083摘要回顾了我国带钢热连轧计算机控制系统的发展状况，讨论了关于我国发展带钢热连轧计算机控制系统方面的对策。关键词带钢热连轧机；计算机控制系统；发展趋势DevelopmentofcomputercontrolsystemforHotRollingStripmillandcurrentsituationinChinaLiuWenZhongNationalEngineeringResearchCenterforAdvancedRollingTechnology,USTB,Beijing100083ABSTRACTThedevelopmentstatusofcomputercontrolsystemforhotrollingstripmillinChinawasreviewed，Andthecountermeasureswerealsodiscussed.KEYWORDShotrollingstripmill，computercontrolsystem，developmenttrend1前言由于带钢热连轧生产线的高效率性和高效益性，使得它成为各种新技术应用广泛的一个工业生产生产线。所以在工业控制过程自动化领域中，带钢热连轧计算机控制系统成为迅速发展、逐渐成熟、并且取得了明显经济效益的计算机系统。本文简要评述带钢热连轧计算机控制系统的发展历程及其在我国的应用状况。2带钢热连轧计算机控制系统的分级和功能按照国际上的通用分类方法，工业控制过程自动化系统的分级如下：0级传动级(Drive)简称Level0；1级基础自动化级(BasicAutomation)简称Level1；2级过程控制级(ProcessControl)简称Level2；3级生产控制级(ProductionControl)简称Level3；更上一级的系统还有MES系统、ERP系统、生产管理系统、产销一体化系统等等，系统的名称和功能就不那么统一了。按照上述分级方法，对带钢热轧生产线来说，将第1、2、3级统称为带钢热连轧计算机控制系统。基础自动化级（L1级）主要完成设备的顺序控制、位置控制、速度控制以及质量控制（产品的厚度、宽度、温度、凸度、平直度、卷形等）。过程控制级（L2级）主要完成基于数学模型的轧制规程设定和数学模型自学习功能，完成生产工艺过程参数的设定计算与优化。生产控制级（L3级）主要完成生产计划的编制、调整和发行，生产实绩的收集、处理，对板坯库、钢卷库、成品库进行管理，以及进行产品质量监控等功能。3发展历程及其特点1962年，美国在麦克劳斯（Mclouth）钢铁公司的1525mm热轧机上实现了用计算机控制热轧精轧机组的压下位置和速度，这是世界上第一个带钢热连轧计算机控制系统。1964年，日本新日公司堺厂的1420mm热轧机实现了计算机控制；1971年11月日本新日铁大分厂2235mm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，国际上，带钢热连轧计算机控制系统发展得更加迅速，并且趋向于成熟。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，再发展到现在按照生产工艺流程的分区、分功能的分散控制，即在硬件系统和网络配置上，按照区域、按照功能来划分。（2）控制功能不断完善，逐渐细化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，轧制润滑控制、自由轧制控制、产品性能控制、柔性轧制控制等等。控制功能不断完善，从简单到复杂，从低级到高级，这些功能的完善也是来自于提高产品质量、降低生产成本、减少环境污染、操作维护方便、实现柔性轧制等方面的需求。（3）控制精度不断提高随着设备制造技术、检测仪表技术、数学模型技术的发展，对产品的控制精度也在不断提高，并且趋于稳定。例如，宝钢2050热轧和1580热轧厚度偏差±0.03㎜的控制水平分别达到98.4％和97.1％，宽度偏差（0－12.5㎜）和（0－15㎜）的控制水平分别达到99.5％和99.8，凸度偏差（±0.02㎜）的控制水平分别达到99.3％和98.7％，精轧温度偏差（±20℃）的控制水平分别达到96.7％和99.2％，卷取温度偏差（±20℃）的控制水平分别达到97.5％和96.4％。（4）控制范围不断扩大，覆盖全厂上世纪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、热分卷线、热剪切线，从而覆盖了整个热轧厂。（5）硬件标准化，应用软件和数学模型产品化基础自动化级使用基于国际标准的高性能控制器（HPC）和PLC。按照近些年在国内占有热轧市场份额较大的有：德国西门子公司的SIMATICTDC系统和日本芝菱公司的V系列。还有GEFanuc的PAC系统、法国ALSTOM公司的系统等。过程控制级以前用ALPHA服务器，现在使用PC服务器和容错计算机。硬件产品标准化，应用软件产品化，包括数学模型软件也实现了产品化，通过系统配置，就可以生成适应于各种类型热轧生产线的应用软件，从而大大减少了编程、调试的工作量和时间。4在我国的发展和应用状况4.1概况国内新建1250mm以上的带钢热连轧生产线和对老热轧生产线的改造,其中重要的一项内容就是建立带钢热连轧计算机控制系统。我国1250mm以上的带钢热连轧生产线中，基础自动化级(L1)和过程控制级(L2)计算机系统的投入率已经达到百分之百。1978年12月，我国引进的第一套带钢热连轧计算机控制系统即武汉钢铁公司1700mm热连轧机控制系统投入运行。这个系统由日本东芝公司按照新日铁大分厂2235mm热轧计算机控制系统的模式设计的。宝钢2050mm热连轧机计算机控制系统是我国引进的第二套带钢热连轧计算机控制系统，采用了德国西门子的系统和技术。1993年11月，在武汉钢铁公司、重庆钢铁设计研究院、北京科技大学的共同合作下，完成了武汉钢铁公司1700mm热连轧机计算机系统的更新改造工程。在国内热轧领域中，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，产品的控制精度得到提高。这是一个重要的标志，标志着在二十世纪九十年代，我国已经有能力依靠自己的力量设计和开发出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。上世纪末和本世纪初，我国捆绑式引进的三条CSP热轧生产线，即珠（江）钢CSP、邯（郸）钢CSP和包（头）钢CSP相继投产，这三个热轧计算机控制系统都采用了德国西门子公司的系统和技术。当时，想以市场换技术，所以才有了捆绑式引进。后来的结果是：市场让出去了，核心技术却仍然掌握在外国公司手中，仍然没能改变引进的状态。笔者统计，我国已经投产的50多条热轧生产线中（包含常规热轧、CSP、FTSR、炉卷轧机等所有类型），从国外引进的计算机系统占四分之三还多。三十多年来，我国已经引进了世界上所有先进电气公司的带钢热连轧计算机控制系统（包括控制软件和数学模型）。其中，有美国通用电气、德国西门子、日本三菱电机、日本东芝、德国西马克、意大利ANSALDO、美国AEG、日本东芝GE、日本（东）芝(三)菱、奥地利VAI、法国ALSTOM、瑞典ABB、美国TIPPINS等公司。这在世界上是独一无二的现象。其中，德国西门子的系统和数学模型占的份额最大。4.2五种模式我总结和归纳出我国三十多年来，在建立带钢热连轧计算机控制系统时，所有的工作模式。按照其产生的时间顺序排列如下。（1）全面引进、学习掌握以武钢1700mm热连轧生产线和宝钢2050mm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。近些年来，这种模式依然居多。（2）外方总包、中方分包这种模式只有上世纪九十年代，宝钢梅山1422mm热连轧计算机控制系统的第一次改造一例。采取的模式为：外方（美国AEG公司）总包、技术总负责；中方（武汉钢铁公司、北京科技大学）又从外方手中分包了部分软件编程和现场调试工作，外方实实在在地付钱给中方。该生产线的第二次计算机系统改造就又采用第一种模式，由美国通用电气公司总包了。（3）硬件引进、软件国内自主设计和开发以武钢1700mm热连轧生产线计算机控制系统更新改造工程为代表。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。2005年投入运行的莱芜1500热轧和2006年投产的日照1580热轧计算机控制系统，也采用这种模式。（4）软件关键部分引进、中外合作开发以宝钢1580mm热连轧生产线和鞍钢1780mm热连轧生产线的计算机控制系统为代表。采取的模式为：软件系统由中方、外方联合设计、联合开发、联合调试。笔者认为，这种模式也只有这两例。其后至今，虽然有许多引进合同中也写着“合作开发”，但是外方至多让中方技术人员做做HMI画面和报表软件，因为其核心技术的软件已经产品化了。（5）硬件系统自主集成、软件国内自主设计和开发以鞍钢1700中薄板坯连铸连轧生产线的计算机控制系统为开始，继而在鞍钢2150热轧和济钢1700热轧、鞍钢营口鲅鱼圈1580热轧推广，采取的模式为：国内单位（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，而从国际市场上采购硬件部件，然后自己集成整个硬件系统。全部软件由国内自主设计，开发完成。宝钢1880热轧计算机控制系统的L2由宝钢自主设计完成，L1由日本芝菱公司提供，没有归并到上述模式。上述的第2种、第4种模式和宝钢1880热轧的模式属于特例，所以今后的选择主要集中在剩余的3种模式上。笔者认为：我们追求的第一目标应该是“硬件引进、软件国内自主设计和开发”（即第3种模式）；更进一步的目标是“硬件系统自主集成、软件国内自主设计和开发”（即第5种模式）；今后，应该尽量避免“全面引进”（即第1种模式）。5自主创新，促进我国带钢热连轧计算机控制技术的发展5.1从引进、消化、吸收到创新我国已经掌握了热轧计算机控制系统的设计和集成技术，开始实现从引进、消化、吸收到创新的跨越式发展。以鞍钢、宝钢、高效轧制国家工程研究中心等单位为代表，在国内走在技术和工程实践的前列。鞍钢已经有四条带钢热连轧生产线，即1780热轧、1700热轧、2150热轧和营口鲅鱼圈1580热轧。其中，1780热轧是中外合作设计、合作制造的，其余的三条带钢热连轧生产线都是国内自主设计、自主集成、自主制造的，包括计算机管理和控制系统。所有应用软件包括数学模型，都是由鞍钢和北京科技大学的技术人员合作设计和开发的。这两个单位还承担和完成了济钢1700热轧生产线的计算机控制系统设计、开发。宝钢在三热轧建设过程中，围绕高牌号无取向硅钢等高附加值产品的高精度和高强度要求，结合2050和1580热轧生产经验，使模型控制更加精细，更能适应品种变化的需要。这表明宝钢已经具备新产品、新工艺、新设备的建模创新能力及数学模型成套技术能力，实现了数模技术从引进、消化、吸收到创新的跨越式发展。高效轧制国家工程研究中心拥有成熟的基于PC服务器的L2级数学模型系统，拥有自主知识产权的轧钢系统中间件技术和软件产品；拥有成熟的轧钢板形控制技术和辊形设计技术，板形综合控制性能达到国际先进水平；成功完成了国内多条热连轧生产线的计算机控制系统新建和改造任务，在业绩方面处于全国领先地位。这些单位的实践，为我国轧钢自动化系统自主开发积累了经验，走出了一条产学研相结合的，起点高、投入少、产出快、效益高的企业技术改造和创新之路。引进不能代替创新。国外公司的技术平台不断更新。如果一直依赖于引进，就会