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( R9 b" V+ [) X' M! u/ E 劉文仲/北京科技大學
在鋼鐵工業生產過程中，帶鋼熱連軋的生產是各種高新技術應用較為廣泛的一個領域。在軋鋼過程自動化方面，帶鋼熱連軋計算機控制系統是發展得最迅速、最成熟，并且取得經濟效果最明顯的計算機系統。
1 發展歷程
1.1帶鋼熱連軋機
如果從1924年阿斯蘭1470 mm和1926年巴特勒1070 mm帶鋼熱連軋機計算起，帶鋼熱連軋機已經有八十多年的發展歷史了。它具有綜合技術性強、生產效率高、經濟效益大、發展迅速、自動化程度高、新技術應用廣泛等特點。可以作為衡量國家工業發展水平的一個重要標志。現在，我國已經具備設計和制造帶鋼熱連軋機的能力了。
1.2帶鋼熱連計算機控制系統的發展特點
帶鋼熱連軋計算機控制系統也有將近五十年的發展歷史了。1958年以前，實現了模擬AGC（自動厚度控制）；1960年以前，實現了軋機調速、壓下、活套控制的電動自動化；1962年，美國在麥克勞斯（Mclouth）鋼鐵公司1525 mm熱軋機上實現了計算機控制；1964年，日本在新日鐵堺廠1420 mm熱軋上實現了計算機控制；1971年11月日本新日鐵大分廠2235 mm熱軋計算機控制系統投入運行，該熱軋計算機控制系統作為當時的設計典范。1980年以后，帶鋼熱連軋計算機控制系統發展得更加迅速，趨向成熟。
按照國際上的一般方法，帶鋼熱連計算機控制系統的分級如下：
0級 傳動級(Drive) 簡稱Level 0；
1級 基礎自動化級(Basic Automation)簡稱Level 1；
2級 過程控制級(Process Control) 簡稱Level 2；
3級 生產控制級(Production Control) 簡稱Level 3；
更上一級的有MES、ERP、生產管理、產銷一體化系統等。
起源于上個世紀60年代初的帶鋼熱連軋計算機控制系統，經歷了幾十年的發展歷程，到了上世紀80年代，已經發展得日臻成熟。從系統的分級與基本結構來看，它主要經歷了單機控制、多機分級分區集中控制、分散系統控制這樣幾個階段。它的發展特點主要集中在以下五個方面。
（1）計算機系統的結構逐步分散化
系統的結構從最初的單機集中控制，發展到后來的多級分區的集中控制，再發展到分散控制，這種變化過程是為了更好地滿足生產技術發展的需要，也是隨著計算機和電氣傳動技術的發展不斷變化的。
（2）控制功能不斷完善
控制功能從最初的代替人工操作的設定控制，發展到生產全線的自動控制、產品質量控制、節能控制，再發展到設備故障診斷，以及近年來的產品的微結構性能預報、性能控制。控制功能不斷完善，從簡單到復雜，從低級到高級，這些也是來自于提高產品質量、降低生產成本、減少環境污染等方面的需求。
（3）控制精度不斷提高
隨著控制功能的不斷完善，對產品的控制精度也在不斷提高。下表綜合給出了國外公司對產品質量的考核保證指標，從中可以看出產品質量達到的水平。
（4）控制范圍不斷擴大
上世紀60年代初期，以控制精軋機為主。主要是進行壓下位置和軋機速度的預設定。上世紀60年代中后期，控制范圍擴大到加熱爐、粗軋機、精軋機、卷取機。到了上世紀80年代，控制范圍又擴大到板坯庫、鋼卷庫、成品庫和熱平整線、熱剪切線，從而覆蓋了整個熱軋廠
（5）硬件標準化
應用軟件產品化基礎自動化級使用高性能控制器（HPC）和PLC。較為著名的HPC有美國GE公司的INNOVATION系統、VMIC控制器；德國西門子公司的SIMATIC TDC系統、SIMADYN-D系統；日本三菱公司的MELPLAC系統日本芝菱公司的V系列；法國ALSTOM公司的ALSPA系統等。過程控制級過去使用ALPHA服務器，現在逐步使用PC服務器。硬件產品標準化，應用軟件產品化，可以適應各種類型的熱軋生產線。
2 我國的發展狀況
1978年12月投產的武漢鋼鐵（集團）公司的1700 mm熱連軋機控制系統是我國引進的第一套帶鋼熱連軋計算機控制系統。這個系統基本是按照日本新日鐵大分廠的模式設計的。
1993年11月，在武漢鋼鐵（集團）公司、重慶鋼鐵設計研究院、北京科技大學的共同合作下，完成了武漢鋼鐵（集團）公司1700 mm熱連軋機計算機系統的更新改造工程。在國內首次采用“硬件引進，軟件立足國內”的方針，新系統在不停產的情況下順利投入使用，并獲得了比原有系統更好的控制效果。該系統已正常運行至今，產品的控制精度得到提高，該項目獲得了冶金部科技進步特等獎，獲得了國家科技進步一等獎。
隨后，在1995年5月，武漢鋼鐵（集團）公司、北京科技大學、冶金自動化研究院、北京鋼鐵設計研究院等單位又共同完成了太原鋼鐵（集團）公司ffice:smarttags" />1549mm熱連軋機控制系統的建立和開發。
這兩個項目的實施，標志著我國已經有能力依靠自己的力量設計和開發像熱連軋這樣過程控制極為復雜、要求快速響應的計算機控制系統的軟件（包括數學模型的軟件）
下面的表格給出了我國國內帶鋼熱連軋計算機控制系統的狀況。
從表2可以看出：我國國內帶鋼熱連軋計算機控制系統已經囊括了世界上所有先進電氣公司的硬件設備和軟件技術(包括控制軟件和數學模型)。這在世界上是僅有的現象。
3 一些思考
3.1 經歷的五種工作模式
1974年簽訂合同，1978年12月投產的武鋼1700熱連軋生產線是我國引進的第一條熱連軋生產線，其計算機控制系統是我國引進的第一個帶鋼熱連軋計算機控制系統。從那時開始，以帶鋼熱連軋為代表，我國軋鋼過程自動化進程曾經經歷過以下五種工作模式：
（1）全面引進、學習掌握
以武鋼1700 mm熱連軋生產線和寶鋼2050 mm熱連軋生產線的計算機控制系統為代表。采取的模式為：外方總包、技術總負責；中方技術人員學習掌握。
（2）外方總包、中方分包
以寶鋼梅山1422 mm熱連軋生產線的計算機控制系統（第一次改造）為代表。采取的模式為：外方總包、技術總負責；中方（武漢鋼鐵公司、北京科技大學）分包了部分軟件編程和現場調試工作。
（3）硬件引進、軟件自己開發
以武鋼1700 mm熱連軋生產線計算機控制系統更新改造工程和太鋼1549 mm熱連軋生產線的計算機控制系統為代表。采取的模式為：中方總包，技術總負責；從國外僅僅引進計算機硬件系統，全部軟件的設計和開發由國內自主完成。
（4）關鍵部分引進、中外合作開發
以寶鋼1580 mm熱連軋生產線和鞍鋼1780 mm熱連軋生產線的計算機控制系統為代表。采取的模式為：軟件系統由中、外雙方聯合設計、聯合開發。
（5）系統集成、自主設計
以鞍鋼1700 mm中薄板坯連鑄連軋生產線的計算機控制系統為代表。采取的模式為：中方（鞍山鋼鐵公司、北京科技大學）總包，技術總負責；不再引進整個計算機硬件系統，僅僅從國際市場上采購硬件部件，然后自己集成和設計整個系統。全部軟件由國內自主開發完成。
3.2 關于簡單重復引進的思考 但是，從近幾年來的情況看，從主流方面，幾乎又回到了第一種模式，即全面引進。
從1974年算起，如果以10年為一代的話，在建設軋鋼過程自動化工程方面，在鋼鐵工業過程自動化的進程中，我們已經走過了幾代人的道路。回顧這一歷程，引發出我們的一些思考。
我國已經成為世界上鋼鐵生產的大國，伴隨而來的是，我國也成為引進國外軋鋼過程自動化系統的大國。在我們國內有世界上最先進的熱軋帶鋼廠和冷軋帶鋼廠。在我們國內有世界上最先進的帶鋼熱軋計算機控制系統和帶鋼冷軋計算機控制系統。當我們在國外考察時，外國人會說：世界上最先進的鋼鐵冶金設備在中國。
即使是全盤引進的系統也并不是就沒有問題了。例如，我國引進的熱連軋數學模型種類很多，也幾乎包括世界著名公司的數學模型了。但是，在實際生產應用中仍然存在著一些問題。根據調查，應用得最好的是RSU、FSU、CSU、CTC。應用有問題的是板形設定模型和板形控制模型。應用得不太好的是加熱爐燃燒控制模型，有的甚至一直沒有投入在線控制。從產、學、研三方面來說，國內并不缺乏從事鋼鐵工業過程自動化的技術人員。看一看國際上知名的電氣公司和機械設備公司中都有中方雇員，許多人還擔當了重要的領導職務或重要的技術職務。其中，許多人原來就是國內鋼鐵企業、科研機構、大學中的自動化或計算機 技術人員。這從另一個側面也充分說明了國內技術人員的水平也并不低。
事實上，國內仍然有一些已經投產和在建的寬帶鋼熱軋計算機控制系統是由國內單位承包完成的，舉例如下表。
但是，由于缺乏一個能站在較高層面上的并具有權威性的機構或組織的協調，激烈的市場競爭使得技術引進者對局部利益的保護意識過強，“我花錢買的技術，為什么要告訴你？”，這樣，阻礙了引進技術的消化吸收、創新和推廣，使得同樣的技術重復引進多次。 * W/ o: z% `2 |" \& I* A
由于缺少相應配套的政策，有了國家貼息貸款或低息貸款以后，卻促進了鋼鐵企業的引進熱情高漲，忽視國內已有的先進技術，而一味追求進口。
由于缺少相應的法規或者行業規定以及執行法規的力度問題，當國內承包方所建設的工程項目未能按期完成、未能達產達標時，業主方只能承受經濟損失。這樣，業主在選擇工程承包單位時，更傾向于外國公司。項目越大、投資越多、越是這樣。
由于缺少相應的考核與獎勵標準，對企業（特別是國營企業）領導者來說，如果“立足國內”，將要承擔一定風險；如果“全面引進”，即使搞砸了，也可將責任推給外國人。使得領導者在決策時更傾向于引進。
由于缺少相應的機制，國內已有的先進技術未能形成產業化，國內已有的技術隊伍未能形成“聯合艦隊”，未能樹立起更多的“立足國內”的樣板工程。
這些都阻礙或者延緩了我國軋鋼過程自動化方面“立足國內”的進展。
4 結束語
引進，落后，再引進，再落后。我們似乎走進了一個怪圈。近幾年來鋼鐵工業每年新建項目和技術改造的投資費用都在數百億元以上，其中自動化系統約占百分之五到百分之十，大部分項目的投標為國際上知名電氣公司獲得。在其他行業同樣也存在著類似簡單引進的問題。這些問題的確值得我們思考，如何避免簡單引進，加速自主開發。
行業中各單位的團結協作、聯合攻關是重要的。但這僅是問題的一方面。
[作者簡介] 劉文仲 北京科技大學 研究員，高效軋制國家工程研究中心 副主任，主要從事軋鋼計算機控制系統的設計和數學模型的研究工作。獲得部級科技進步一等獎和特等獎；獲得國家科技進步三等獎、二等獎和一等獎。
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發表于 2006-10-6 01:33:29
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