感应电炉迎春风 冶金自动化现状及其发展分析

第一篇：感应电炉迎春风 冶金自动化现状及其发展分析

国内冶金自动化现状及其发展分析

我国冶金自动化发展状况

（１）基础自动化和过程控制系统

在基础控制方面，以PLC、DCS、工业控制计算机为代表的计算机控制取代了常规模拟控制，在冶金企业全面普及。近年发展起来的现场总线、工业以太网等技术逐步在冶金自动化系统中应用，分布控制系统结构替代集中控制成为主流。

在控制算法上，重要回路控制普遍采用PID算法，智能控制、先进控制在电炉电极升降控制、连铸结晶器液位控制、加热炉燃烧控制、轧机轧制力控制等方面有了初步应用，取得了一定成果。

在检测方面，与回路控制、安全生产、能源计量等相关的流量、压力、温度、重量等信号的检测仪表的配备比较齐全；高炉的软熔带形状与位置、高炉炉缸渣铁液位、炼钢过程的熔池钢水含碳量和温度、连续铸钢过程的结晶器钢坯拉漏预报、钢材质量和机械性能预报等软测量技术取得了初步成果。

在电气传动方面，用于节能的交流变频技术普遍采用；国产大功率交、直流传动装置在轧线上得到成功应用。

在过程控制方面，计算机过程控制系统普及率有较大幅度提高，根据最近中国钢铁工业协会的调查结果，按冶金工序划分，57.54%的高炉、56.39%的转炉、58.56%的电炉、60.08%的连铸、74.5%的轧机采用计算机过程控制系统。把工艺知识、数学模型、专家经验和智能技术结合起来，在炼铁、炼钢、连铸、轧钢等典型工位的过程模型和过程优化方面取得了一定的成果，如高炉炼铁过程优化与智能控制系统、有副枪转炉动态数学模型、电炉供电曲线优化、智能钢包精炼炉控制系统、连铸二冷水优化设定、轧机智能过程参数设定等等。

（２）信息化

根据中国钢铁工业协会的调查结果，10%左右的炼铁工序、25%左右的炼钢工序、50%左右的轧钢工序采用了生产管理计算机系统。冶金企业逐步认识到MES（制造执行系统）的重要性，在综合应用运筹学、专家系统和流程仿真等技术，协调生产线各工序作业，进行全线物流跟踪、质量跟踪控制、成本在线控制、设备预测维护等方面取得了初步成果。

随着企业管理水平的不断提高，“信息化带动工业化”在冶金企业成为共识，企业信息化方兴未艾，受到企业领导高度重视，各企业纷纷开始信息化规划和建设，很多企业已经构造了企业信息网，为企业信息化奠定了良好的基础。根据中国钢铁工业协会报告，“我国钢年产量500万吨以上的8家企业100%上了信息化的项目，钢年产量50万吨以上的58家企业中有45家上了企业信息化的项目，占77.6%”。宝钢股份、武钢、宝钢集团不锈钢分公司等企业建成了主要产线的MES和产销一体化系统。宝钢集团不锈钢分公司在钢铁企业率先建成了企业生产指挥驾驶舱。钢铁企业信息化已经从信息的整合深入到知识的挖掘。宝钢在建立生产经营数据仓库和知识获取方面走在了国内同行的前列，开发了综合数据挖掘系统、基于数据挖掘的质量分析技术、基于数据仓库的客户服务知识库，创建了智能质量设计知识库，取得了显著的成果。

冶金自动化技术在信息化、自动化技术的推动和冶金行业可持续发展需求的拉动双重机制作用下，必将取得更大进展，主要发展趋势体现在以下方面：

1）基础自动化和过程控制系统

冶金流程在线连续检测和监控系统。采用新型传感器技术、光机电一体化技术、软测量技术、数据融合和数据处理技术、冶金环境下可靠性技术，以关键工艺参数闭环控制、物流跟踪、能源平衡控制、环境

排放实时控制和产品质量全面过程控制为目标，实现冶金流程在线检测和监控系统，包括铁水、钢水及熔渣成分和温度检测和预报，钢水纯净度检测和预报，钢坯和钢材温度、尺寸、组织、缺陷等参数检测和判断，全线废气和烟尘的监测等。

冶金过程关键变量的高性能闭环控制。基于机理模型、统计分析、预测控制、专家系统、模糊逻辑、神经元网络、支撑矢量机（SVM）等技术，以过程稳定、提高技术经济指标为目标，在上述关键工艺参数在线连续检测基础上，建立综合模型，采用自适应智能控制机制，实现冶金过程关键变量的高性能闭环控制。包括高炉顺行闭环专家系统、钢水成分和温度闭环控制、铸坯和钢材尺寸和组织性能闭环控制等。大功率高性能电气传动。采用新型电力电子元件，大功率高性能的交直交变频传动、高中压变频传动和超大功率交交变频传动。

2）企业信息化

冶金流程的全息集成。实现铁-钢-轧横向数据集成和相互传递，实现管理-计划-生产-控制纵向信息集成，同时，整合生产实时数据和关系数据库为数据仓库，采用数据挖掘技术提供生产管理控制的决策支持。计算机全流程模拟，实现以科学为基础的设计和制造。采用计算机仿真技术、多媒体技术和计算力学技术，基于各种冶金模型，进行流程离线仿真和在线集成模拟，生成一个分布式、网络化、集成的“虚拟工厂”软件系统环境，通过人机交互和协同计算，模拟钢铁工业产品生产全过程。支持生产组织优化、生产流程优化、新生产流程设计和新产品开发优化。

提升钢铁生产制造智能。在生产组织管理方面，基于事例推理、专家知识的生产计划与运筹学中网络规则技术，提供快速调整作业计划的手段和能力，以提高生产组织的柔性和敏捷化程度；根据各工序参数，自动计算各工序的生产顺序计划及各工序的生产时间和等待时间，实现计划的全线跟踪和控制，并能根据现场要求和专家知识，进行灵活的调整；异常情况下的重组调度技术以及在多种工艺路线情况下，人机协同动态生产调度。在质量管理方面，基于数据挖掘、统计计算与神经网络分析技术，对产品的质量进行预报、跟踪和分析；根据生产过程数据和实际数据，判定在生产中发生的品质异常。在设备管理方面，采用生产设备的故障诊断与预报技术，建立设备故障、寿命预报模型，实现预测维护。在成本控制方面，采用数据挖掘与预报技术，建立动态成本模型预测生产成本；利用动态跟踪控制技术，优化原材料的配比、能源介质的供应、产线定修制度、生产的调度管理，动态核算成本，以降低生产成本。

能源管理和优化系统。针对新一代可循环钢铁制造流程，采用能源介质和主要能效设备在线监测、能源负荷预测和能源供需平衡分析、能源结构和调度优化等关键技术，形成能源在线监测装置、能效分析工具和企业级能源优化系统。

企业信息集成到行业信息集成。信息化的目的之一是实现信息共享，在有效竞争前提下趋利避害，在企业信息化编码体系标准化、企业异构数据/信息集成基础上，进一步实现协作制造企业信息集成，全行业信息网络建设及宏观调控信息系统，直至全球行业信息网络建设及宏观调控信息系统。

管控一体化，实现实时性能管理（Real Performance Management）。协调供产销流程，实现从订货合同到生产计划、制造作业指令、到产品入库出厂发运的信息化。生产与销售连成一个整体，计划调度和生产控制有机衔接；质量设计进入制造，质量控制跟踪全程，完善PDCA质量循环体系；成本管理在线覆盖生产流程，资金控制实时贯穿企业全部业务活动，通过预算、预警、预测等手段，达到事前和事中的控制。

知识管理和商业智能。利用企业信息化积累的海量数据和信息，按照各种不同类型的决策主题分别构造数据仓库，通过在线分析和数据挖掘，实现有关市场、成本、质量等方面数据―信息―知识的递阶演化，并将企业常年管理经验和集体智慧形式化、知识化，为企业持续发展和生产、技术、经营管理各方面创新奠定坚实的核心知识和规律性的认识基础。

感应电炉迎春风-国务院审议钢铁、汽车产业振兴规划

感应电炉行业的两大支柱行业—钢铁、汽车产业将迎来政策面暖风，国务院明天审议钢铁、汽车产业振兴规划，这无疑给神光电炉巨大的市场空间。（行业分析可见“★陈总:中频电炉行业分析”）

十大产业振兴规划钢铁、汽车先行一步。昨日，权威人士向本报记者透露，钢铁产业振兴规划已由发改委最终修订完毕，昨天晚上打印后即报送国务院。目前的安排是，本周三国务院办公会议将讨论钢铁、汽车产业振兴规划，而汽车将排在第一个议程，最终的结果还要看国务院的安排。

据了解，近期发改委会同相关行业协会和研究机构对两大产业规划进行了具体的修改，最终意见稿已经完成，春节前公布问题不大。

参与制定钢铁业振兴规划的专家告诉记者，“规划不是方案，只是指出方向性的纲领，具体的政策措施还需要中央和地方进一步完善。”而争议较大的钢材储备计划写入产业振兴规划的可能性极小，此前产业政策规定的300立方米高炉以下落后产能需淘汰的标准，在规划中将提高，最低落脚可能在400立方米。

上述权威人士表示，此次规划中淘汰落后产能不搞一刀切，而是根据不同企业、不同产品结构和技术标准来确定，有的企业可能连800立方米的高炉也得淘汰，这也是对产业政策的修改和完善。同时还要限制规模增长，建立落后产能的退出机制，由中央和地方出资进行补偿，政府实施监督。规划中对联合重组在税收、人员安置等各方利益兼顾也有重点安排，以尽快提高集中度。而在资源战略上，重点仍是海外，要建立长期、稳定多渠道多元化的海外资源基地，国内资源优先配给优势企业。此外，产业升级、技术改造都是规划的重点。

记者同时也从工业和信息化部了解到，汽车振兴规划的目标是保证未来3年内，汽车产销增幅每年能达到12%。此外，包括汽车消费税、购置税和废旧汽车回收都在考虑范围之内。据了解，2.0L或者1.6L以下车型的购置税可能免征；另外，提前一年强制报废的车辆将给予数百元的补贴。

知情人士透露，汽车信贷由于贷款比例小以及银行方面的原因，此次可能不会出台具体方案，但会用多种方式来鼓励、促进消费，力度相当大。

除了在消费层面出台鼓励政策外，此次规划还将从企业层面进行扶持，可能涉及退税、企业所得税或是企业资质认定。

第二篇：铅冶金的发展现状

铅冶金的发展现状

摘要：本文以铅冶炼生产为主线，以有关资料统计为基础，通过几种直接炼铅工艺介绍和评价来认识铅冶金的发展现状，如基夫赛特法、QSL法、艾萨法等在一些冶炼厂得到了广泛的应用。目前，粗铅的生产仍采用火法，湿法炼铅仍处于试验阶段。烧结焙烧鼓风炉还原熔炼是占主导地位的炼铅方法，大多数铅厂采用这一流程。硫化铅精矿的直接熔炼法与烧结焙烧鼓风炉还原熔炼法相比，有着显著的优越性。但直接熔炼法的主要困难是，要想获得含硫很低的粗铅，就无法获得含铅很低的炉渣。国内外的这些直接炼铅技术既充分利用了硫化物氧化放出的热量，降低了能耗，又完全回加入铅精矿、含铅烟尘、熔剂及少量粉煤，从熔池底部的氧枪喷入工业纯氧，将部分铅氧化成氧化铅，氧化铅和熔池上部的硫化铅发生交互反应生成一次铅、氧化铅渣和二氧化硫，渣铅沉淀分离分别放出。因此，本文是通过对几种铅冶金的方法来了解铅冶金的发展现状。

关键词：铅冶金冶金工艺发展现状引言

铅冶炼已有悠久的历史，尚书禹贡记载，商朝以前，山东青州已生产铅。但由于铅比较柔软、强度不高，不适宜做生产工具和武器；又由于铅在潮湿空气中，表面极易氧化而失去光泽，也不适合做各种装饰品，因此铅冶炼在人类历史的长河中发展较慢。在古代，铅主要用于医药和化妆品，且用量较少。近10年来，铅的生产技术并没有像70年代末80年代初那样得到实质性的突破和飞跃发展，不过当时发展起来的几种硫化铅精矿直接熔炼法，铅的工业规模生产是16世纪开始的，到19世纪中叶，人们发现了铅的许多特殊性质，如耐酸、耐碱、防辐射、便于与其他金属组成合金、能用于制造蓄电池等，使铅冶炼工业有了重大发展。同时，铅又是有毒金属，铅在冶炼过程中产生大量二氧化硫气体和铅蒸气，严重污染了环境。为了消除铅冶炼时对环境的危害，近百年来，特别是20世纪70~80年代，各国冶金工作者开展了铅冶炼的新工艺（包括火法和湿法工艺）和新设备研究，并取得了一批成果，推动了铅工业的发展。但自20世纪90年代起，由于铅价长期低迷，对铅冶炼的研究走向低潮，新的铅冶炼工艺和设备尚难在生产中得到应用。几种直接炼铅工艺

2.1基夫赛特法

基夫赛特法是较为成功的一种直接炼铅工艺。这种方法的核心设备是基夫赛特炉，由带火焰喷嘴的反应塔、填有焦炭过滤层的熔池、立式余热锅炉、铅锌氧化物的还原挥发电热区组成。干燥后的炉料通过喷嘴与工业纯氧同时喷入反应塔

内，炉料在塔内完成硫化物的氧化反应，并使炉内的颗粒熔化，生成金属氧化物。金属铅滴在下落过程中形成熔体。此熔体通过浮在熔池表面的焦炭过滤层时，其中大部分的氧化铅被还原成金属铅而沉降到熔池底部。基夫赛特法有如下好处:

（1）产出的烟气二氧化硫浓度高达20%～50%，烟气体积小；（2）炉料不需要烧结，生产环节少，在同一台设备中进行氧化还原两个过程；（3）焦耗少，精矿热能利用率高。原料中含硫大于14%时就无须另加燃料，而且可以自热熔炼；

（4）系统排放的有害物质含量低于环境允许的标准；（5）生产成本低；（6）对炉料成分无严格要求，试验时曾处理过含铅18%~70%的原料，均能顺利运行，而且能维持很好的综合回收率；（7）对不同原料的适应性强，可以处理各种不同品位的铅精矿、铅银精矿、铅锌精矿和鼓风炉难以处理的硫酸盐残渣、湿法锌厂产出的铅银渣、废铅蓄电池糊、各种含铅烟尘。

2.2QSL法

QSL法是将铅精矿加入炉内，鼓入富氧，在硫化铅被氧化成氧化铅时，会放出大量热量使过程自热，氧化铅和硫化铅交互反应生成金属铅，部分反应不完全的氧化铅在还原区加还原剂还原成金属铅，硫氧化成二氧化硫。因采用富氧熔炼，烟气中的二氧化硫浓度高达15%左右，有利于制酸。总的来看，该工艺的“三废”排放完全达到国际环保要求，因此不会污染环境。韩国温山冶炼厂是最后引进QSL技术的，他们吸取了前几家企业的经验和教训，并作了如下改进:(1)将隔墙后移了1650mm，使之离最近的喷枪的距离达到了3m，从而使隔墙寿命从3个月延长到5个月。这样改造后，氧化段的容积增加了，还增加了余热锅炉的面积，从而提高了处理能力；（2）把放铅虹吸口的铅溜槽改为法兰连接，并准备了一个备用的虹吸口溜槽，从而缩短了维修更换的时间；（3）改进了喷枪结构，采用机械顶进技术，每3天顶进一次；（4）取消了还原段中的两道挡圈。目前，韩国温山冶炼厂QSL炉的情况非常稳定，每年能生产10万t粗铅，超过了6.1万t的设计能力。QSL法改善了卫生条件，简化了操作，比传统流程的投资少，生产成本低，二氧化硫浓度高，但其烟尘率达25%，必须返回处理。此外，渣含铅高，一定要配合烟化炉才能得到弃渣。

2.3卡尔多法

先用于处理各种杂料，后由于瑞典政府对铅烟尘排的要求日趋严格，在经过多次试验的基础上，建了一个11m3的卡尔多炉代替电炉来处理铅精矿就工艺流程而言，卡尔多炉是十分简单的，加料、氧化、还原和排渣这四步均在一个相对较小的空间中完成。与QSL法、基夫赛特法和艾萨法等方法相比，卡尔多法没有流态物料的任何形式的转运过程。干精矿通过喷枪喷至喷嘴时与氧气或空气混合，熔炼反应即刻发生。氧化放热在大多数情况下足以熔化精矿和熔剂，熔炼中有一部分铅氧化成渣，为此，在熔炼之后需对渣中的铅进行还原。因此，整个过

程是先备料，加入焦炭、熔剂、浮渣等底料预热，再进行氧化熔炼，在炉内的物料全部熔融、氧化过程终结后，再喷油和氧进行还原。随着还原反应和造渣过程的进行，炉内熔体粘度降低，预示可以放渣，在放渣前取样，放渣后加入石灰石降低铅温后再放铅，然后再投料预热，分解后的石灰石留作下一炉的部分熔剂，开始第二个周期，每炉周期为4.5h。

2.5奥托昆普法

奥托昆普法由芬兰的奥托昆普公司开发，是一种闪速熔炼法。和基夫赛特法相似，混合好的炉料以悬浮状态通过立式反应室，自上而下，完成氧化和熔化。过程是连续的。整个工艺分干燥、闪速熔炼、炉渣贫化和烟气处理等几个部分。奥托昆普炉的体积较小，密闭性好，可避免铅和硫对工作环境的污染。精矿中的硫被氧化成二氧化硫进入烟气，产生的熔融粗铅和炉渣在炉子的沉淀区聚集，粗铅的硫含量非常低，通过较彻底的氧化，可使粗铅的含硫量小于0.1%。燃烧器的效率很高，而且通过它能对氧化过程进行严格控制，因此在该工艺中，氧气的利用率接近100%。在炉子的沉降槽中，熔融的颗粒从烟气流中分离出来，形成炉渣层。贵金属进入粗铅，和粗铅一道从沉降槽底部连续放出。由于使用氧气，铅和二氧化硫的逸出量很少。采用奥托昆普法，可将所有的过程，包括炉渣贫化放在一个设备中进行，粗铅的产率较高，而炉渣的产率较低。炉内的温度较低，能处理湿的物料。

2.6水口山炼铅法

水口山炼铅法由国家科委列为“六五”科技攻关项目。该项目是综合参考了80年代国内外直接炼铅工艺，并结合水口山矿的具体情况而开发出来的直接炼铅工艺。其特点是:(1)设备紧凑，生产率高，原料制备简单，因此投资省，见效快；（2）设备密闭性好，并应用了纯氧，因此烟气二氧化硫的浓度高，硫的利用率高，可消除二氧化硫对环境的污染；（3）原料含水分6%~8%，处于湿润状态，可控制铅尘的飞扬。由于密闭性好，易形成负压并有效控制漏风率，可防止含铅烟尘的逸出，工作环境可达到国家工业卫生标准。在开发中，考虑到将氧化和还原分别在不同熔炉中进行将能获得如下的好处:(1)氧化、还原两个过程要求的氧势和温度相差甚远，在同一室内很难同时存在两个截然不同的热力学区域，而两室法可以有两个完全不同的热力学区域；（2）氧化和还原要求不同的渣型，采用两室法，可有效地进行调整；（3）氧化和还原两个过程产生的烟尘成分不同，两室法有利于将其分离；（4）氧化和还原产生的气体成分不同，还原段二氧化硫含量极微，两室法可将其分开，从而进入制酸系统的烟气量大幅度减少，有利于二氧化硫的回收。基于上述原因，水口山炼铅法选择了两室法的工艺流程。其氧化设备采用圆筒形卧式转炉，特点是设备简单，密封性能好，操作方便，反应过程容易控制，采用底吹方式，炉衬寿命长。而其还原设备曾考虑过用贫化电

炉加喷煤，但未获得成功。后考虑到鼓风炉还原炼铅技术成熟可靠，因此决定采用鼓风炉作为还原设备。北京有色冶金设计研究总院在水口山炼铅法半工业性试验和消化吸收QSL法技术的基础上，将氧化和还原分两段进行，在一个水平回转式熔炼炉中，加入铅精矿、含铅烟尘、熔剂及少量粉煤从熔池底部的氧枪喷入工业纯氧，将部分铅氧化成氧化铅，氧化铅和熔池上部的硫化铅发生交互反应生成一次铅、氧化铅渣和二氧化硫，渣铅沉淀分离分别放出。氧化铅渣铸块后送鼓风炉熔炼产出二次粗铅。熔炼炉采用微负压作业，车间含铅尘低于0.1mg/m，符合国家环保标准。此工艺经半工业性试验证明，鼓风炉处理含铅40%左右的氧化铅渣是可行的，鼓风炉渣含铅可小于4%。用氧气底吹熔炼炉可取代串通的烧结机，利用了硫化物氧化的热，在采用纯氧时基本可自热，降低了能耗，二氧化硫浓度高便于制酸，解决了硫污染的问题。

2.8低温碱熔炼法

俄罗斯学者提出了铅生产的生态低温炼铅工艺低温碱熔炼法。含铅原料和碱在600～700，下熔炼得到含铅小于97%的粗铅，硫和其它组分进入碱性熔体，用湿法处理再生碱，回收铜、锌等，该工艺可减少1/2～1/3投资。

综上所述，国内外的这些直接炼铅技术既充分利用了硫化物氧化放出的热量，降低了能耗，又完全回加入铅精矿、含铅烟尘、熔剂及少量粉煤，从熔池底部的氧枪喷入工业纯氧，将部分铅氧化成氧化铅，氧化铅和熔池上部的硫化铅发生交互反应生成一次铅、氧化铅渣和二氧化硫，渣铅沉淀分离分别放出。氧化铅渣铸块后送鼓风炉熔炼产出二次粗铅。熔炼炉采用微负压作业，车间含铅尘低于0.1mg/m3，符合国家环保标准。此工艺经半工业性试验证明，鼓风炉处理含铅40%左右的氧化铅渣是可行的，鼓风炉渣含铅可小于4%。用氧气底吹熔炼炉可取代串通的烧结机，利用了硫化物氧化的热，在采用纯氧时基本可自热，降低了能耗，二氧化硫浓度高便于制酸，解决了硫污染的问题。综上所述，国内外的这些直接炼铅技术既充分利用了硫化物氧化放出的热量，降低了能耗，又完全回和冰铜。金、银、铋富集于粗铅中，冰铜中富集了大部分铜、硫和锌。冰铜经湿法处理，可回收苏打并返回配料。浸渣可提炼铜、锌。此法使硫转化为硫化钠，不产生二氧化硫，便于运输保管。

3传统工艺的不足

上述直接炼铅工艺的产生，冶炼界普遍认为烧结焙烧鼓风炉熔炼工艺具有一些该工艺固有的弊病：即生产环节多，流程长，返料多，不能充分利用精矿的表面能和燃烧热。特别是由于该工艺生产环节多，产生粉尘、烟尘的污染源也随之增多，因此烟气难以治理。发达国家的铅冶炼厂在不断地比较新旧方法在经济和技术方面的孰优孰劣。新方法在技术方面的优势十分明显，但都有一个投资庞大的弊端。投资过大的弊端严重地制约了新方法的推广和应用。在这种情况下，许多发达国家的铅冶炼厂仍保留了传统的烧结焙烧鼓风炉熔炼工艺，全力搞好设备密封和烟气治理，同样达到了治理环境污染和改善工业卫生的目标。如欧洲金属公司在法国的诺瓦耶尔(哥达尔特冶炼厂通过采用丹麦托普索公司的湿气制酸技术，成功地治理了低浓度二氧化硫烟气(约含SO23%)，将硫的年排放量从原来的2.6万t降低到现在的600t，满足了法国政府的环保要求。此外，国外一些厂还对烧结焙烧鼓风炉熔炼工艺进行了许多改进:如有的厂采用了预热空气和富氧，既降低了热能消耗，又提高了生产能力；许多工厂采用了汽化水套，有效地利用了废热；加强了过程控制的自动化，既减轻了工人的劳动强度，又减少了工人人数。从管理角度来看，每个人都是一个管理点，操作人员越多，表明管理点越多，不确定因素也越多，因此，随着操作人员人数的减少，不确定因素减少了，人为事故的发生率也随之下降了。我国沈阳冶炼厂的70m2烧结机采用了氧浓度为23%~24%的富氧，烧结能力比原来提高了15%，二氧化硫浓度得到提高，达到2%。奇姆肯特铅厂在其两台75m2的烧结机上也采用了富氧，不但烟气中的二氧化硫浓度达到了5%左右，而且烧结机的处理量达到了41.4t/(m2(昼夜)，使产量翻了一番。国外很多铅厂在鼓风炉熔炼时也采用了富氧鼓风，显著提高了粗铅产量，同时焦耗明显下降。日本、加拿大、英国等国家的冶炼厂还在鼓风炉熔炼时往鼓风中加入天然气，或采用热风。其中，采用热风能使炉床熔炼能力提高30%，焦耗则下降30%。而且由于热风的采用，使炉内的高温区集中，从而降低了渣含铅量。结束语

铅冶金工艺及方法在近些年中并无实质性进展，只有一些针对上述工艺的局部改进。而由于铅价低迷不振，使得传统的烧结焙烧鼓风炉熔炼工艺仍在铅生产中占据着主导地位，且由于拥有传统工艺的厂家作了一些针对性改造，加强了自动化仪表控制和机械化力度，使得传统工艺仍显示出勃勃生机。与消费能力相比，铅的生产能力大一些。但由于铅这种金属比较容易生产，在铅价变好时，一些暂时潜伏起来的产能会大量释放出来，从而将压制铅价的大幅回升。硫化铅精矿的熔炼工艺在80年代就已经获得了巨大的进展，并完全可以满足未来的铅冶炼工业发展的需要。富氧的应用使烟气量减小，二氧化硫浓度提高，但如今的硫酸厂由于热平衡问题，还不能处理含二氧化硫高于9%的烟气。因此获得的高浓度烟气的许多优越性没有得到发挥。然而，硫酸的生产还取决于市场的需要量，目前由于环境的压力酸雨的问题和硫酸市场的饱和，应该研究以其它形式回收冶炼烟气中的硫，并拓展其市场。未来的硫化铅冶炼厂将是完全的连续熔炼、使用高强度的冶炼设备、全自动化和装备有能严密监控流量、温度和化学过程的全套检测设备，而这些都通过集散控制系统管理，全部操作过程在密封的室内完成，无任何烟气外泄。

文献：1中国大百科全书：铅冶炼的发展简史;矿冶卷.中国大百科全书出版社，1984

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第三篇：冶金自动化技术现状和发展趋势

冶金自动化技术现状和发展趋势

来源: 发表时间:2008-9-9 15:49:36

我国已连续4年成为世界钢材产量的第一大国，同时钢材品种、结构调整正在卓有成效地加速进行，冶金自动化也发挥着越来越重要的作用。回顾我国冶金自动化取得巨大成就的同时，应清楚地看到我们的差距和问题，按照我国走新型工业化道路的要求，结合我国冶金工业发展需求，制订我国冶金自动化技术的战略规划。

冶金自动化技术作为自动化在冶金行业的应用技术，其发展轨迹既遵从自动化学科自身的发展规律，也与钢铁工业的发展，包括工艺路线演化、制造装备的更迭、生产流程和组织方式、企业运营模式的改革和进步等密切关联。

一、冶金自动化技术现状和差距

按照目前流行的自动化体系结构，典型的冶金自动化系统按功能层次可分为过程控制系统、生产管理控制系统、企业信息化系统3个层面。

（一）过程控制系统

在基础控制方面，以PLC、DCS、工业控制计算机为代表的计算机控制取代了常规模拟控制，已在冶金企业全面普及。据最近中国钢铁工业协会的调查结果，按冶金工序划分，计算机控制的采用率分别为高炉100%，转炉95.43%，电炉95.9%，连铸99.42%，轧机99.68%。近年发展起来的现场总线、工业以太网等技术逐步在冶金自动化系统中应用，分布控制系统结构替代集中控制成为主流。在控制算法上，回路控制普遍采用PID算法，智能控制、先进控制技术在电炉电极升降控制、连铸结晶器液位控制、加热炉燃烧控制、轧机轧制力控制等方面有了初步应用，取得了一定成果。在检测方面，与回路控制、安全生产、能源计量等相关的流量、压力、温度、重量等信号的检测仪表的配备比较齐全；高炉的软熔带形状与位置、高炉炉缸渣铁液位、炼钢过程的熔池钢水含碳量和温度、连续铸钢过程的结晶器钢坯拉漏预报、钢材质量和机械性能预报等软测量技术取得了初步成果。在电气传动方面，用于节能的交流变频技术普遍采用；国产大功率交、直流传动装置在轧线上得到成功应用。

在过程建模和优化方面，计算机配置率有较大幅度提高，根据最近中国钢铁工业协会的调查结果，按冶金工序划分，计算机配置率分别为高炉57.54%，转炉56.39%，电炉58.56%，连铸60.08%，轧

机74.5%。但是，应当清醒地看到，过程计算机更多地起到了数据汇总、过程监视和打印综合报表的作用，由于冶金过程的复杂性，数学模型的适应性很差，过程优化方面的功能大打折扣，即使高价从国外引进的过程控制系统充分发挥作用的也不多。近年来，把工艺知识、数学模型、专家经验和智能技术结合起来，在炼铁、炼钢、连铸、轧钢等典型工位的过程模型和过程优化方面取得了一定的成果，如高炉炼铁过程优化与智能控制系统、有副枪转炉动态数学模型、电炉供电曲线优化、智能钢包精炼炉控制系统、连铸二冷水优化设定、轧机智能过程参数设定等等，但如何保证其长期稳定运行并推广普及还需进一步做工作。

（二）生产管理控制系统

根据最近中国钢铁工业协会的调查结果，按冶金工序划分，生产管理控制系统计算机配置率分别为高炉5.97%，转炉23.03%，电炉26.12%，连铸20.64%，轧机41.68%。从功能上来讲，信息集成和事务处理的层面多一些，决策支持和动态管理控制作用没有发挥出来。近年来，冶金企业逐步认识到MES（制造执行系统）的重要性，在综合应用运筹学、专家系统和流程仿真等技术，协调生产线各工序作业，进行全线物流跟踪、质量跟踪控制、成本在线控制、设备预测维护等方面取得了初步成果，但如何真正在冶金企业发挥作用并结合各企业现状进行推广还需做大量细致务实的工作。

（三）企业信息化系统

随着企业管理水平的不断提高，“信息化带动工业化”在冶金企业成为共识，企业信息化方兴未艾，受到企业领导高度重视，各企业纷纷开始信息化规划和建设，很多企业已经构造了企业信息网，为企业信息化奠定了良好的基础。漆永新在“解读钢铁企业信息化”的报告中指出:“我国钢年产量500万t以上的8家企业100%上了信息化的项目，钢年产量50万ｔ以上的58家企业中有45家上了企业信息化的项目，占77.6%”。从功能角度讲，企业资源计划（ERP）成为热点，以德国SAP为代表的ERP通用产品和韩国浦项、台湾中钢为代表的定制系统都在冶金企业找到了落脚点。此外，供应链管理系统（SCM）、客户关系管理（CRM）、企业流程重组（BPR）等概念也被冶金企业所熟悉。企业信息化工作是企业管理的一场革命，不可能毕其功于一役，需要对其本质意义的深刻理解和方方面面条件的支撑，从观念转变、管理机制变革到信息的上通下达，还有相当长的路要走，才能真正发挥效益，避免掉入信息化投入的“黑洞”。

二、钢铁行业未来发展对冶金自动化技术的需求

（一）钢铁行业未来发展及制约因素

党的十六大提出了全面建设小康社会的宏伟目标，2020年国民生产总值比2000年翻两番。要实现新型工业化的目标，离不开钢铁工业强有力的支持，中国钢铁工业将继续保持稳定发展态势。根据中国钢铁工业协会2003年组织的市场调查结果，预计2005年国内实际钢材消耗量达到2.5亿ｔ，2010年达

到3.1亿ｔ，要求国内钢铁产能有较大幅度的提高。目前我国仍有近2/3的优质钢材需要进口，国内钢铁企业在品种质量方面还需要做艰苦的努力。钢铁行业未来在数量和质量两方面的发展都存在着很多制约因素。在产能增加方面，首先是资源缺乏的矛盾日益突出，例如按目前的消耗水平，现有冶金矿产资源将很难保证本世纪内生产的需求；其次，能源结构不合理，二次能源利用还很不充分，能耗高；第三，推行高效、低耗、优质、污染少的绿色清洁生产虽已有了初步成效，但从总体上看还处于初始阶段。在品种质量方面，首先是淘汰落后工艺装备的任务还未完成，流程的全面优化和工艺装备的进一步优化还受各种条件的制约，大型设备依赖进口，特别是薄板连铸连轧生产线等基本全套引进；其次，在新品种开发方面，原创性自主创新不多，产品质量的技术保障体系尚需完善。

（二）冶金行业技术进步以及对冶金自动化技术的需求

以上问题的解决，最终必须依靠冶金行业技术创新能力的增强，同时，对冶金自动化技术提出了新的挑战。

炼铁系统（铁、焦、烧）是高炉-转炉流程降低成本和提高环境质量的瓶颈，目前现状和国际炼铁发展目标有相当的差距，要向渣量150～300kg/t、焦比240～300kg/t、喷煤250～300kg/t、风温1250～1300℃、寿命大于20年的21世纪国际先进目标努力。对自动化技术的需求主要有:（1）开发更多的专用仪表，特别是直接在线检测质量的仪表，采用数据融合技术；（2）针对高炉冶炼大滞后系统特点，前馈控制和反馈控制相结合，采用预测控制等先进控制技术；（3）数学模型、专家系统和可视化技术相结合，保证冶炼过程顺行；（4）信息技术与系统工程技术相结合，不断优化操作工艺，提高技术性能指标；（5）应当关注直接还原和熔融还原（HISmelt、Corex、Finex技术）等新一代炼铁生产流程对自动化技术的新需求。

炼钢是钢铁生产的重要工序，对降低生产成本，提高产品质量，扩大产品范围，具有决定性影响：（1）目前，国内绝大多数钢铁厂（转炉或电炉）均采用人工经验控制炼钢终点，效率低，稳定性差，无法满足洁净钢或高品质钢生产的质量要求，需要完善动态数学模型，并与炉气分析等技术结合，提高炼钢终点的自动控制水平。（2）炼钢采取了很多综合节能工艺技术，要求针对工艺的变化，建立能量/物料综合优化模型，确定合理化学能输入比例、顶底比例、优化电功率曲线和废钢/铁水比例，以提高冶炼强度，缩短冶炼周期，提高生产效率，达到节能降耗的目的。（3）铁水预处理和炉外精炼的发展要求建立化学成分、纯净度、钢水温度全线高精度预报模型，并对合金化、造渣、成分调节进行优化控制。（4）继续优化高效连铸和近终型连铸技术，要求提升电磁连铸自动控制技术；开发接近凝固温度、高均质、高等轴晶化的优化浇铸技术和铸坯质量保障系统；同时考虑薄板坯连铸、薄带连铸（StripCasting）等新工艺的自动化需求。

20世纪轧钢技术取得重大技术进步的主要特征是自动化技术的应用，如计算机自动控制在连轧机上首先应用，使板带材的尺寸精度控制得到了飞跃，AGC的广泛推广应用就是例证，以后的板形自动控制、中厚板的平面形状自动控制、自由规程轧制等，无一不是以计算机为核心的高新技术应用的结果。今后，轧钢生产工艺流程将更加紧凑，趋于铸轧一体化生产和柔性化生产，对自动化提出新的要求:（1）要求先进的高精度、多参数在线综合测试技术与高响应速度的控制系统相结合，保证轧钢生产的高精度、高速度以及产品的高质量。（2）数学模型和人工智能相结合，轧钢工艺控制和管理相结合，实现生产过程的优化和高品质化。（3）计算力学与数值模拟相结合，由轧制尺寸形状预报和力学模拟转到金属组织性能预报和控制。（4）扩展控轧控冷技术与“超级钢”技术相结合，在自由规程轧制基础上实现真正的柔性化生产，即用同一化学成分的钢坯，在轧机上通过工艺过程参数的控制，生产出不同级别性能的钢材，大大提高轧制效率。

现代化钢铁厂，无论是以高炉-转炉为代表的联合企业还是以废钢为原料的电炉短流程钢厂，都具有一个明显的特征，即以产品为目标，以生产物流、能量流和信息流为纽带，将几个相对独立的生产单元有机地结合起来，形成高效化生产线。由于钢铁企业生产效率高，物资、能源消耗、运输、供应与销售量大，使企业与外部市场、社会和环境建立起错综复杂的联系。因此，对钢铁厂的生产与管理进行计算机控制，要求适应以下发展趋势:

（1）生产过程随着钢铁生产技术特别是连铸与热轧热送的发展日趋连续化，高效化的连续生产，要求钢厂计划控制和管理系统对整个生产过程中的各工序间的物流、能流和生产时序进行准确预报，实现快速信息反馈，及时准确和灵活地调整生产工艺和产品方案。

（2）目前，产品万能化的传统钢铁厂正在消亡，代之而起的是产品专业化、生产集成化的新型钢铁厂。集成化钢厂的基本特征是生产工序少，生产设备单机匹配，生产中的各种缓冲能力或缓冲容量逐渐减少，产品生产周期大幅度缩短，这要求计算机系统能对整个复杂的钢铁生产过程实现集中统一的生产管理、信息追踪和决策调整。

（3）产品质量是钢铁企业的生命线。和传统钢铁厂相比，现代化钢铁厂的主要特点是不再单纯依赖某一单一的生产工序控制产品质量，而必须从原料开始对每一工序都实现严格的质量控制与管理，才能保证最终产品的质量。这就要求钢铁企业自动化系统应具备对产品进行质量预报、在线监测和智能控制的功能。

三、冶金自动化技术发展趋势

冶金自动化技术在自动化技术的推动和冶金行业技术需求的拉动的双重机制作用下，必将取得更大进展。

（一）过程控制系统

冶金流程在线连续检测和监控系统。采用新型传感器技术、光机电一体化技术、软测量技术、数据融合和数据处理技术、冶金环境下可靠性技术，以关键工艺参数闭环控制、物流跟踪、能源平衡控制、环境排放实时控制和产品质量全面过程控制为目标，实现冶金流程在线检测和监控系统，包括铁水、钢水、熔渣成分和温度的检测和预报，钢水纯净度检测和预报，钢坯和钢材的温度、尺寸、组织、缺陷等参数检测和判断，全线废气和烟尘的监测等。

冶金过程关键变量的高性能闭环控制。基于机理模型、统计分析、预测控制、专家系统、模糊逻辑、神经元网络、支撑矢量机（SVM）等技术，以过程稳定、提高技术经济指标为目标，在上述关键工艺参数在线连续检测基础上，建立综合模型，采用自适应智能控制机制，实现冶金过程关键变量的高性能闭环控制，包括高炉顺行闭环专家系统、钢水成分和温度闭环控制、铸坯和钢材尺寸及组织性能闭环控制等。

（二）生产管理控制系统

冶金流程的全息集成。实现铁-钢-轧横向数据集成和相互传递，实现管理-计划-生产-控制纵向信息集成，同时，整合生产实时数据和关系数据库为数据仓库，采用数据挖掘技术，提供生产管理控制的决策支持。

计算机全流程模拟，实现以科学为基础的设计和制造。采用计算机仿真技术、多媒体技术和计算力学技术，基于各种冶金模型，进行流程离线仿真和在线集成模拟，从而实现生产组织优化、生产流程优化、新生产流程设计和新产品开发。

提升钢铁生产制造智能。在生产组织管理方面，基于事例推理、专家知识的生产计划与运筹学中网络规则技术，提供快速调整作业计划的手段和能力，以提高生产组织的柔性和敏捷化程度；根据各工序参数，自动计算各工序的生产顺序计划及各工序的生产时间和等待时间，实现计划的全线跟踪和控制，并能根据现场要求和专家知识，进行灵活的调整；异常情况下的重组调度技术以及在多种工艺路线情况下，人机协同动态生产调度。在质量管理方面，基于数据挖掘、统计计算与神经网络分析技术，对产品的质量进行预报、跟踪和分析；根据生产过程数据和实际数据，判定在生产中发生的品质异常。在设备管理方面，采用生产设备的故障诊断与预报技术，建立设备故障、寿命预报模型，实现预测维护。在成本控制方面，采用数据挖掘与预报技术，建立动态成本模型预测生产成本；利用动态跟踪控制技术，优化原材料的配比、能源介质的供应、产线定修制度、生产的调度管理，动态核算成本，以降低生产成本。

（三）企业信息化系统

企业信息集成到行业信息集成。信息化的目的之一是实现信息共享，在有效竞争前提下趋利避害，在企业信息系统的编码体系标准化、企业异构数据/信息集成基础上，进一步实现协作制造企业信息集成，全行业信息网络建设及宏观调控信息系统，直至全球行业信息网络建设及宏观调控信息系统。

管控一体化，实现实时性能管理（RealPerformanceManagement）。协调供产销流程，实现从订货合同到生产计划、制造作业指令、产品入库、出厂发运的信息化。生产与销售连成一个整体，计划调度和生产控制有机衔接；质量设计进入制造，质量控制跟踪全程，完善PDCA质量循环体系；成本管理在线覆盖生产流程，资金控制实时贯穿企业全部业务活动，通过预算、预警、预测等手段，达到事前和事中的控制。

知识管理和商业智能。利用企业信息化积累的海量数据和信息，按照各种不同类型的决策主题分别构造数据仓库，通过在线分析和数据挖掘，实现有关市场、成本、质量等方面数据-信息-知识的递阶演化，并将企业常年管理经验和集体智慧形式化、知识化，为企业持续发展和生产、技术、经营管理各方面创新，奠定坚实的核心知识和规律性的认识基础。

四、小结

我国冶金自动化技术取得了很大的进步，为钢铁工业的发展做出了贡献，但与国际先进水平相比，还有相当大的差距。钢铁工业在数量和质量方面的发展为冶金自动化技术的发展既提供了机遇，也提出了新的挑战。面对冶金企业花巨资大量引进的国外软硬件产品、先进技术和自动化系统，我国冶金自动化工作者任重道远。

冶金自动化技术发展应紧密关注冶金行业技术发展动态和企业需求，在保障功能的前提下注重提升性能，加强过程工艺、工装设备、企业管理、生产组织、自动化等多专业的产学研联合攻关，以提高冶金企业经济效益、增强企业综合竞争力为主要目标，制定科学、合理的研究开发计划，走消化吸收、自主开发相结合，原始创新、集成创新相结合的技术路线，不断推出新的冶金自动化技术成果，形成一批具有自主知识产权的综合自动化软件和硬件产品，全面提高我国冶金工业经济效益和综合竞争力，促进我国冶金自动化软硬件产业的跨越式发展。

第四篇：模具制造自动化发展形势分析

台州亚古机床设备有限公司

模具制造自动化发展形势分析

在模具加工日益发达的今天，模具加工由原来的依赖工模师傅的做模经验，通过打样、雕刻、放电等模式进行模生产，发展到现在通过使用CAE进行流道分析/模拟、以CAD进行设计、以CAM进行编程、以CNC来加工工件及电极、以

至配件标准化/现代化的模具加工方式。

模具加工趋向模块化

在模具加工日益发达的今天，模具加工由原来的依赖工模师傅的做模经验，通过打样、雕刻、放电等模式进行模

生产，发展到现在通过使用CAE进行流道分析/模拟、以CAD进行设计、以CAM进行编程、以CNC来加工工件及电极、以至配件标准化/现代化的模具加工方式。近几年由于标准化夹具的使用日益普及，大量的模具型心及电极加工方式

得以实现标准化加工，模具加工向模块化方向发展。

模具加工周期缩短

现在商品的更新周期的缩短，市场的竞争日益激烈，因而要求模具的加工更加快速，于是模具加工周期由原来的30～40天减少到15～20天，甚至更少。模具加工企业就必须有更高效的生产效率，才能适应商品的更新周期。

模具加工自动化，大大提高了生产效率

随着人力成本的提高，原材料价格上涨，模具价格下降等原因，使模具加工企业必须改用新技术来提高模具的生

产效率。随着机器人技术的高速发展，模具加工自动化就出现在人们的眼前。自动化线体综合了多台CNC、EDM、CMM、机器人等众多设备，大大提高了生产效率。

凭可识别芯片能精确、可靠地识别任何一个工件和电极OPS-INGERSOLL公司为模具制造厂量身定做的模具中心，由一台电火花成形加工机床、一台CNC高速加工中心、一个料库和一台机器人所组成。由任务管理系统协调加工过

程，根据任务优先原则对加工进行排序。料库由可识别芯片的8个UPC工件托盘和70～180个ITS电极夹头组成，机器

人和机床凭可识别芯片能精确、可靠地识别任何一个工件和电极。

模具中心可连续24小时运作

模具中心可连续24小时进行可靠运行。工件在一次装夹后完成放入模具中心进行CNC加工及EDM放电加工，大大

提高了加工质量，成倍提高了加工速度和产量，从而缩短了模具的生产周期。这种通过系统自动化技术，集成不同加

工工艺已是模具制造技术的发展趋势。将电火花成形加工和高速铣削集成到了一个加工单元中，充分发挥各自的工艺

优势，明显提高了设备生产效率、缩短制造时间和模具生产周期，并提高模具加工精度和机床使用率，从而达到降低

模具加工成本。这些优势是采用单独运行的设备所不能取得的。

OPS-Ingersoll模具中心，实现工件的综合高效加工

OPS-INGERSOLL模具中心在接受作为订单的加工任务后，就可从CAD/CAM开始，建立加工项目，将工件加工

过程中的工件加工程式，电加工程式放入相应的加工项目中，通过模具中心的中央控制系统进行机床控制、工件搬运、托盘夹紧、电极装夹和刀具选取、机床加工启动和已完成加工的工件成品卸下，以及在料库上工件的存取。所有物

件移动工作由模具中心所控制的机器人自动进行，工人只需在装卸料工位把工件托盘装到加工单元的料库上便可。通

过自动化解决方案把两种不同加工方式的机床集成在一起，实现了工件的综合高效加工。

实际案例

某塑胶模具厂原有5台普通CNC加工中心，及4台EDM火花机，用传统的模具加工方式每月生产20多套手机模具，模具生产能力远不能达到其工厂订单要求。通过引进一套OPS-INGERSOLL模具中心，模具加工过程发生了根本性的变化，模仁通过在普通CNC加工中心进行粗加工，然后精加工及电极加工则在OPS-INGERSOLL模具中心的高速加

工中心进行加工，结果能达到每月生产起码40套模具。整个生产过程都变得轻松、高效、高质，客户对结果非常满意。

高速铣削和电火花加工的结合，体现了模具加工工艺朝着高效低成本发展的趋势。这种自动化集成的解决方案应

由一家同时生产电火花加工机床及高速铣床的制造厂家来供应。与同时掌握这两种工艺的厂家合作，无疑可获得工艺

上不偏不倚的意见和投资决策的帮助。这一篮子解决方案同时也便于设备的维护和检修，让设备发挥最高效率。

模具中心月产量（现状实际平均值）

•手机模具生产率;

•钢料平面与四周围光刀：平均1h×2件=2h;

•CNC和EDM碰数时间:平均1h×2件=2h;

•合计：30h（一出一之一套手机模具）;

•自动化月产量：24h×30天÷23h（30h-7h=23h）=31.3套手机模具。

可以进一步改善的环节

1、尽早导入CMM（三坐标）可节约：

◆钢料平面与四周围光刀2h；

◆CNC和EDM碰数时间2h。

2、导入NC刀具破损检测仪：

▼时刻监督钢料及石墨刀具使用过后的破损程度，以掌握加工电极或工件的精准精度；

▼每天钢料刀具在线测量2次/石墨刀具测量1次共计1h（平均值）。

3、编程工程优化：

目前钢件加工时，粗加工余量较多，为0.4~0.5mm，以Z013036前模为例：

粗加工余量为0.4～0.5mm,在半精加工时，编程由于担心余量过多，进行了2次半精加工，第1次半精加工留余量

为0.15mm，第2次半精加工留余量为0.08mm，如果在粗加工时留余量为0.3~0.4mm，则可以减少1次半精加工，可

以减少约10分钟的加工时间。

以3月份生产模具数量计（3月5日～27日计划完成日）

期间共用25套模具,其中有50%是需要淬火加工：

-1出1模具为15套,-1出2模具为10套,共计模仁70件，35×10=350分钟≈6小时

备注：

实现以上步骤，每月可节约时间及增加产量：

（2h+2h）×30天=120h（导入CMM），每月可多带来120h÷23h=5套模具（10件模仁）。

第五篇：编组站综合自动化的发展分析

编组站综合自动化的发展分析

摘 要

通过分析未来运输指挥对编组站的需求,确立了编组站综合自动化的研究方向,展望了未来的技术发展。

关键词:编组站综合自动化;数据集成;决策集中

编组站是铁路货运运输组织的核心单元,是保证路网畅通、提高运输效率的关键。如何通过先进的技术手段,提高编组站的作业效率,是铁路工作者的重要研究目标之一。本世纪前,编组站的研究主要划分为二大领域,一是以信息管理技术为核心的信息系统研究,其目标是如何高效管理信息,加快信息传递速度,加大传播范围,使运输指挥人员更快捷、更准确、更及时地掌握现场情况,提升运输组织水平,提高编组站效率;另一个是以自动控制技术为核心的控制系统研究,其目标是如何更安全、更高效地执行现场作业,使现场作业更安全、更高效,通过缩减单项作业时间来提高整体效率。

进入21世纪后,铁路运输供需关系的矛盾更加尖锐,编组站的编解任务不断加重,郑州北、新丰镇等路网性编组站的实际办理辆数已远远高于设计能力,传统的技术手段已难以满足日益迫切的市场需求。技术方面,经过几十年的研究、探索,编组站的管理系统、控制系统也逐步成熟,并已呈现出相互融合的趋势,综合管、控的新一代自动化系统呼之欲出。在此形势下,北京全路通号设计院、铁道科学研究院、铁道部信息中心开始了编组站综合自动化系统的设计和研发,并分别推出了“计算机集成过程系统”(ComputerIntegratedProcessSystem,简称CIPS)和“新一代编组站自动化系统”(SyntheticAutomationofMarshallingyard,简称SAM)两个解决方案。

一、编组站综合自动化产品现状

编组站综合自动化是管理信息系统和计算机联锁系统、驼峰自动化系统、峰尾停车器自动控制系统、调机安全监控系统等各种过程控制系统,以及安全监测、闭路电视监控、微机监测等监控系统,通过信息集成与整合,加上智能决策和调度信息综合运用,实现编组站高度自动化的复杂系统。编组站综合自动化的核心是管理系统和控制系统的集成,是编组站自动化技术的质的飞跃。从管理系统的角度看,由于共享了控制系统反馈的丰富信息,使信息系统对站场车辆、设备的状态掌握更加及时、准确,综合自动化已不再局限于简单的信息管理,而是从资源规划的角度,去辅助决策者统筹安排全站运输资源和生产计划,向智能化的方向发展。从控制系统的角度看,由于共享了管理系统的阶段计划等信息,控制的范围从针对单项作业的简单自动化,扩展为整个流程联控的综合自动化,使自动选择执行时机成为可能,理论上可以不再需要人工干预,自动化的程度大幅提高。当前的编组站综合自动化产品,包括铁科院、铁道部信息中心联合研发的SAM和通号院研发的CIPS两个解决方案。1.1 SAM特点

SAM通过管控结合来集成信息和控制系统,兼顾智能化和自动化两个方向，注重编组站和其他信息系统的信息共享,强调局站融合，其特点可归纳如下。1.1.1兼顾智能化和自动化两个方向

智能化是传统管理信息系统的发展目标,自动化是传统控制系统的发展目标。SAM的管控结合方式既保留了部中心车站系统的最佳实践,又继承了铁科院在驼峰、峰尾、调机等自动控制领域的丰富经验,因此,能够兼顾智能化、自动化两个方向,既注重通过宏观计划优化资源使用,又注重通过微观计划提高作业效率,从二方面促进编组站作业效率的提升。1.1.2强调信息共享和局站融合

由于部中心肩负了全路信息化的使命,因此能够从更大的视角来看待编组站系统,能够把编组站工作融入到全局运输指挥的大局来统一考虑,注重车站计划在全局日/班、阶段计划中的位置和作用,提倡局站融合的计划编制方式,并注重车站系统与货票等其他应用的信息共享,从全局角度定位车站信息化的目标。1.2 CIPS特点

CIPS通过管控一体化来实现综合自动化，所谓管控一体,是以控制系统为核心,通过扩大控制的外延,包容信息系统,形成的一体化系统，CIPS勇于创新,抛弃了传统的车站信息系统设计理念,带来了全新的设计思路;提出了“信息联锁”的概念,把编组站看成了一个大的联动机,编组站的所有活动,都按照预先排定的指令,一环扣一环的执行，因此, CIPS在自动化方面的贡献更加突出。其特点归纳如下。

1.2.1强调计划的具体化和可执行性。

CIPS的计划更接近控制系统的指令集,强调对计划细节的掌控和可执行性验证。尤其是调车计划,在编制计划时就预排执行进路,不允许编制当前无法执行的计划。因此, CIPS的计划都是可以转化为控制指令的真实计划,这是系统自动化的重要保证。1.2.2更加侧重自动化

按照“大联控机”的思路, CIPS理论上可以实现无人编组站,在自动化方面独树一帜,进行了较大创新,尤其在解放现场作业人员的手工劳动方面,取得了显著效果。综上所述, SAM和CIPS虽各辟蹊径,但异曲同工,都为编组站的综合自动化做出了成功的尝试,取得了长足的进步。但是,从运输组织对编组站自动化的要求来看,目前的编组站综合自动化研究还只是刚刚起步,远未达到成熟的水平,发展空间非常大。在当前铁路建设高速发展的大形势下,编组站自动化如何发展,才能适应未来运输组织的要求,是不可回避的问题。为此,从运输组织对编组站自动化的需求分析入手,阐述对编组站综合自动化发展方向的设想。

二、编组站综合自动化发展需求

随着以客专建设为代表的铁路建设的高速发展,中国将进入高铁时代,既有线的货运能力将得到较大释放,铁路运输的供需关系将趋于平衡。在此情况下,铁路的行车秩序将逐步得到改善对计划兑现率的要求也将不断提高。另一方面,随着计算技术的不断进步,机器的处理能力、存储能力成倍增长,云计算、虚拟存储等技术为今后的应用软件体系结构提供了全新的模式这些趋势,将对编组站的计划体系提出全新的要求。具体地说,可以归结为以下几类。2.1业务流程

随着计算技术的不断发展和铁路信息应用的不断成熟,集中、整合的要求越来越强烈,信息系统已经不满足于现在的信息共享方式,建立路局级数据中心,统一管理全局运输数据已成必然趋势。在技术上,云计算、虚拟存储等理念也为组织集中化数据服务提供了可能,软件即服务、信息即服务的时代已经到来,路局级的数据中心甚至并不需要设备的集中,而仅仅是逻辑上的集中。在此环境下,编组站所能获取的信息将得到极大丰富,信息的准确性、及时性也将得到极大提升。例如,在阶段计划、运行实绩、编组内容(确报)、货票等数据成功集成后,编组站的到达车流将非常准确,精确编制阶段作业计划成为可能。因此,未来的编组站自动化研究,首先要探索新的信息环境下,如何进一步再造业务流程,以适应新运输组织模式的需要。2.2计划评价体系

随着生产力布局的不断调整,目前的运输组织模式,已明显向集中化方向发展。数据中心模式下,路局和车站所掌握的信息是完全相同的,形成现有局、站分工模式的基础已不存在,决策必然要向路局端上移,车站将更多地扮演执行者而不是决策者的角色。在此模式下,编组站的计划体系将发生根本性的变化,局站融合是发展的必然趋势。因此,编组站自动化要把握住新布

局下车站系统的地位,侧重计划评价体系的研究,从辅助者的角度去配合路局阶段计划智能编制的研究,实现更深层次的局站一体化。2.3智能化

智能化是发达国家铁路信息化研究的最主要内容。随着我国铁路运能的不断提高、信息质量的不断加强,行车秩序的不断改善,智能化必然也成为主要的研究方向。编组站的智能化研究必须考虑局站一体的前提,更多侧重具体作业计划的安排。2.4控制方面

伴随着物联网技术的不断发展,RFID等技术将广泛应用于铁路运输,将引发编组站控制系统新的技术进步,对现场信息的掌握将更加快捷准确,对自动化的要求也将大幅提高。如何引领编组站进入物联网时代,以及在物联网环境下,如何发展控制系统,进一步加强编组站作业的自动化程度和安全保障,是未来编组站综合自动化研究的另一个重要内容

三、编组站综合自动化发展展望

综上所述,未来编组站综合自动化的发展方向,可概括为数据集成、决策集中、智能化、自动化4个方面。数据集成的核心是全局数据中心。全局数据中心可提供集成的列车阶段计划、运行实绩、编组内容,以及货票、机车状态、车辆检修等数据。数据集成就是要研究在新的数据条件下,如何改进编组站综合自动化系统,使之更充分地利用集成信息,简化作业流程,发挥更大效益。研究内容包括:如何调整岗位分工、作业流程,如何实现精确的车流推算,如何提高计划质量,等等。决策集中是研究局站一体化方式下如何实现车站的阶段作业计划编制,研究方向是更深入地与路局计划系统配合,共同完成计划编制。具体研究内容包括:如何重新确定局、站双方在阶段计划编制过程中的分工;如何建立有效的计划评价体系;需要为编制计划提供哪些数据,如何提供;如何整合货调、机车、车辆信息,编制一体化的车站阶段计划;如何将阶段计划转换为具体的作业计划、作业指令;如何更有效地提供执行反馈信息;如何更有效地进行计划调整,保证计划对具体作业的指导作用。

智能化是研究如何利用计算机的人工智能辅助计划编制,减少人工作业量,提高计划的准确性。智能化研究涉及的内容包括:如何确定解编顺序,保证车站的综合指标更优;如何分配调机、驼峰、股道等运输资源,保证计划的成功完成;如何自动生成解体、编组钩计划;如何动态推算,掌握阶段内任意时刻的车流,为智能编制提供决策依据。智能化研究的几个内容是密切相关,缺一不可的,其核心是解编顺序的确定。这是编组站综合自动化的一个难题,几十年来无数专家为此付出了艰辛的探索和努力,目前仍无获得普遍认可的可行方案。因此,在编组站智能化研究中,应注重理论和实践相结合的思路,既注重算法、理论的研究,也要注重经验的运用,从多方面入手解决问题。自动化是编组站系统永恒的目标,与智能化密切相关。在概念上,智能化是试图代替人的脑力劳动,更合理地规划资源运用,以提高整体作业效率;自动化是试图代替人的体力劳动,缩短现场作业时间,提高局部作业效率。自动化的研究内容,就是如何将计划转换为可以操作设备的指令集,以控制设备自动工作,完成运输任务。自动化要解决三个问题:如何确定任务的启动时机;如何验证计划的内容是安全的、可行的;如果无法按计划执行,如何调整计划,保证任务的完成。三个问题的关键,是如何更全面、更准确、更及时地掌握现场的设备状态。

四、总结

未来的研究,应考虑如何将物联网技术运用到编组站系统,使设备具有智能感知功能,实现数字化编组站,实现设备状态的精确掌握。编组站综合自动化是一个非常复杂的系统,SAM和CIPS对这一领域的探索,还只是刚刚起步,今后还有很长的路要走,我们要抓住机遇,认清形势,加紧编组站综合自动化的研究,赶上铁路发展的步伐,建设世界一流的编组站系统