孙洪军
（本钢板材股份有限公司）
摘 要 文章详细介绍集控的建设目标和总体架构，围绕组织集约化、工序数字化、操业标准化、生产智能化、安全可视化、物流高效化对集控项目进行了介绍，最后对集控的应用效果进行了剖析。
关键词 集控 模型 数字化转型
0 引言
钢铁行业作为碳排放大户，其排放量在全国总排放中占比高达40%-50%。在“双碳”目标的大背景下，发展新质生产力成为钢铁行业实现可持续发展的关键路径。习近平总书记多次强调制造业应朝着高端化、智能化、绿色化方向发展，国有大企业需为中国式现代化贡献力量。
本钢板材炼铁总厂，成立于2021年1月15日，是由原本钢板材炼铁厂、焦化厂、原料厂合并成立。包含炼铁、烧结、焦化、原料四个工序，具备年产生铁1100万吨、烧结矿1512万吨、焦炭465万吨生产能力，总厂成立初期全厂职工4000余人，下设科室和作业区24个。高炉冶炼诊断主要依赖经验，加之入炉原料品质波动、操作工操炉水平参差不齐，导致量压关系紧张、炉内煤气流分布失常等异常炉况频发。打造铁前集控中心，建立数字化、智能化、标准化技术管理体系，对实现高炉高效、低耗、绿色冶炼，推动钢铁行业转型升级意义重大。
1 建设目标
“智慧管控、智慧操业与决策、智慧作业与装备”作为铁前集控的三个层级：智慧管控即铁区一体化动态管控，以集中一贯、精益生产为设计理念，围绕提高铁水综合竞争力，构建铁区精益生产统一管控平台，实现炼铁生产管理的的事前规划、事中跟踪和事后分析。智慧操业与决策是铁前集控的核心，用以支撑岗位重塑，实现生产组织流程再造，以此驱动现场装备适应性改造，从而提升现场智慧作业水平。这三个层级自上而下贯穿铁区一体化管控，将原有分散的中控+现场=N+N的方式转变为集控中心+现场=1+N的方式，并将工业互联网平台、可视化、视频技术、云计算、大数据、人工智能等新一代信息化技术与钢铁技术相结合，从生产组织流程再造，操业决策水平提升以及现场作业及装备的智能化水平提升，致力将板材炼铁总厂打造成新一代智慧工厂。通过对标行业一流企业，从“智能工厂体系、关键指标、岗位设计标准、四个一律指数”这四个维度进行设计，以“提高生产效率、实现铁区信息流数据全方位动态贯穿、提升智慧操业与决策、提升本质化安全，进而创造铁区一流经济技术指标”为项目目标，建设板材铁前集控项目。
2 建设内容
总体规划内容：本项目新建铁前集控中心，高炉、烧结及焦炉各工序以集控中心为载体实现岗位融合，配套现场工艺设备及基础化控制系统改造。项目范围包括：原料、烧结、焦炉、高炉及炼铁配套公辅（除尘、脱硫、高炉气净化）等工序。总体建设包含：（1）集控中心赋能：主要包含架构及平台的、边缘节点的建设；基础应用、智能操业与决策应用以及辅助决策应用的覆盖。（2）集控中心配套建设：主要包含供配电设计、电气工程设计、自动化设计、电讯设计以及安全策略设计。（3）智慧作业与装备：主要包含焦炉的无人化作业提升以及各工序的装备提升。（4）现场设备适应性改造：主要包含焦炉四大车智能化提升改造、高炉6、7炉轨道衡大修以及全厂高压变电所无人值守改造。整体项目建设围绕组织集约化、工序数字化、操业标准化、生产智能化、安全可视化、物流高效化进行设计。下面对六方面内容进行简单介绍。
2.1 组织集约化
秉持‘专业集中管理，工序高效协同’理念建设铁前集控中心，根据工长与岗位工信息交互情况设计工位布局（如图一所示）。在一个工业互联网平台上构建全厂一体化的炼铁智控系统，取消分厂制，53个操作室集控到1个集控中心，原24个作业区优化为13个，将183个操作岗位优化至56个，加速铁区全流程信息流贯穿，支撑炼铁全工序岗位融合，实现减岗82个，提升劳动效率。
2.2 工序数字化
通过超融合服务器打造10万点的数据池，对生产过程、设备信息、物料信息、环保、检化验等炼铁全要素数据应采尽采，并把各工序数据按照数据来源、对象属性等进行标准化设计，形成数据字典，再利用专家助手等分析工具，进行相关性分析，形成有效数据资产。最后通过过程控制、手机app等模式（如图二所示），为全厂生产、技术、管理人员定制化数据服务，辅助不同层级岗位人员实时监控生产操业信息，以数字应用加速生产决策。
2.3 操业标准化
主要通过高炉智能操炉系统实现操作导航、区域指示、全厂指示功能设计及实现。高炉区域指示包含生产过程数据以及专家规则库。生产过程数据以每日高炉操作方针、关键数据（风温，风压，风量，探尺，顶压，顶温）为核心，另外包括操作评分、出铁信息、预警及提示等相关板块数据。高炉操作方针主要指导操作人员对炉况进行调整。高炉操作评分主要是对当班操炉进行评分，通过计算规则，将风量稳定率、班出铁合格率等参数根据权重系数进行综合评定。专家指导规则：为了维护炉况稳定顺行和提高生产产质量而制定的，根据不同的专家规则，区域指示会对操作工做出不同的炉况调整指导，针对不同炉况的变化情况，做出事前预警，事中调整，事后及时处理等多方面指导建议。如图3所示
2.4 生产智能化
利用模糊逻辑推理和冶炼工艺知识库技术，对高炉冶炼生产全面跟踪分析、集合和归纳，实现快速精准判定高炉炉况并进行标准化操作指导，促进本钢炼铁操炉水平智慧化。基于LSTM、CNN等机器学习算法+机理数学模型，结合本钢专家知识，构建了事前异常预警、事中调剂操作、事后异常归因分析的全链路高炉压差预测模型，有效辅助工长判断加减风时间，缩短观望时间，保证高炉稳定顺行。
2.5 安全可视化
主要是通过可视化，实现铁厂生产安全本质化。针对高炉内部黑箱特质，对高炉炉体各部分等比例建模，对高炉生产状态进行3D实时展示，并对关键信息进行实时数据推送。针对消防设施分散不易管理等问题，在铁前集控中心设置消防监控站，实现各作业区消防报警监控、智造中心报警监视的消防管理模式。针对高炉风口、热风炉等位置的高危环境。通过安装红外成像摄像头，建立整个高炉风口、热风炉整体温度实时感知监控系统，降低安全风险，有效提升危险源监测预警和事故隐患排查、治理能力逐步做到全厂少人化巡检，降本增效。
2.6 物流高效化设计
通过对料场进行智能化改造，皮带流程智能决策系统实现全厂皮带智能规划、选择及控制；堆取料机无人化改造实现料机进行协同调度，实现在集控中心1人操作3台堆取料机，提高料机利用率；混匀配料模型实现料机堆积流程计算机全自动控制，规范料堆形状、提高料场利用率。
3 实施效果
3.1 高炉稳定顺行是降低成本的关键
铁前集控通过标准化、规范化操炉，提升冶炼过程控制和管理水平，将炉况波动控制在萌芽初期，避免严重危害。系统在数据处理方面表现出色，在准确性、时序性和完整性上大幅提升，且与高炉冶炼工艺、实际生产和动态操作紧密结合，为高炉冶炼领域计算机控制设计开辟了新道路，具有在钢铁行业广泛推广应用的价值。自系统投产以来，运行趋于稳定，异常炉况发生次数显著减少，燃料比等指标明显改善，燃料比由 533kg/t 降至 528kg/t。经计算，年直接经济效益约为 10000 万元（计算方式：5kg/t × 2 元 /kg × 1000 万 t / 年）。
3.2 提高劳动生产率
通过集控建设，达到生产流程再造与优化，组织与岗位深度融合，将36个操作室集控到1个集控中心（炼铁分厂15个操作室、烧结分厂8个操作室、焦化分厂13个操作室），将24个科室、作业区优化为13个，将操作室99个岗位优化至44个，优化操作人员220人，降低人资成本3300万元，现场各操作室实现无人值守，在铁前集控大厅统一操控。
4 结语
炼铁总厂铁前集控通过创新的技术架构、丰富的功能模块和先进的算法模型，在解决高炉冶炼实际问题方面取得了显著成效。系统的应用不仅提升了高炉生产的稳定性和效率，降低了燃料消耗和成本，提高了劳动生产率，还为钢铁行业的智能化转型提供了成功范例。在未来的发展中，随着技术的不断进步和数据的持续积累，该系统有望进一步优化和拓展功能，为钢铁行业的绿色、高效发展提供更有力的支持。
