工业4.0对长材轧制的影响

工业4.0对
长材轧制的影响

钢铁生产数字化的当前趋势对长材轧制领域产生了巨大影响,正在改变后者的面貌。


如今的钢铁企业面临着确保按时交货和满足日益严格的产品要求的双重挑战,同时还要实现精益生产。长材轧制企业需要在日常管理中持续优化操作制度和商业实践。

 

想象一下为满足这些苛刻要求而打造的长材轧制企业:工厂内的不同设备之间相互通信;传感器信息不仅能够用于控制,也能用于设备状态监测;模型被用来确认工艺是否保持在正常范围之内;设备在需要维修时自动提醒操作人员。

让投资发挥最大效益,是每一家工厂的目标。智能传感器等装置提供的新数据,预见性维修的进步,状态监测系统的应用,等等,使长材轧制企业朝着这个目标迈进了一大步。想象一下,1号机架告知2号机架产品的状态,然后根据1号机架的轧制状态确定需要在2号机架采取的措施。想象一下,粗轧机与中间轧机保持通信。

革命性发展

这种理想的长材轧制企业可能会在不久的将来成为现实。目前,数据采集、通信、物联网、控制和智能传感器等方面的技术进步正在产生比以往任何时候都丰富得多的信息。对这些数据的分析首先将帮助改进对设备性能的控制和监测。不过,从长期来说,它将使世界各地的长材轧制企业发生变革,优化它们的整个价值链,大幅度提高生产灵活性。

现在,工厂控制和监测系统采用的是传统的横向和纵向集成。但是,将来的这些技术变革将使工厂内部实现无缝通讯,使长材轧制企业的负责人能够对所有传感器、设备和处理器以物联网为主要途径提供的数据迅速作出响应。

长材轧制行业对工业4.0、数字化或智能工厂有着极大的兴趣。虽然每家工厂的具体要求各不相同,但遵循工业4.0理念提供的方案包涵盖了智能传感器、机电一体化方案、机器人技术、信息物理模型、维修系统和整个工厂的生产。这些方案包专为满足客户对提高产能、质量和灵活性的要求而设计,通过采用先进的实时数据分析而依靠获取的信息来了解和优化生产工艺。


长材轧制企业满足未来行业需求需要具备的特点

 


一批新技术

必须知道的是,工业4.0不是一种产品,而是一批能够支持长材轧制企业实现转型,以适应未来工厂数字化要求的技术、工艺和维修方案包。

数字化的进程在若干年前就已开始,而且不会很快结束。供应商将根据各家工厂的短期和长期需要及发展战略开发一系列方案包和服务,积极帮助生产企业完成数字化转型。具体实施将很可能采取分阶段小规模改造的方式,以最低限度降低对正常生产的影响。

作为钢铁行业的一家可靠合作伙伴和领先供应商,普锐特冶金技术坚持与客户密切合作,共同开发长材轧机新技术方案和功能,以全面提高轧机的产能、灵活性、效率和产品质量。这样的关系使开发团队能够充分了解客户面临的问题,从而为帮助长材轧制企业今后的发展和进步提供必要的工具。这样的工具已经存在,长材轧制“智能工厂”将包括许多生成数据的部件和分析新信息的系统。


普锐特冶金技术提供的一套长材轧机的冷床。

 


智能传感器

总的来说,智能传感器能够提供关于设备或生产工艺本身状态的更多信息。它们或者直接测量物理数据,或者利用现有测量值通过间接计算而获取其他信息。它们使先进的自动化功能、工艺模型和状态监测得以实施⸺还能随时随地传送这些信息。

对于长材轧制,普锐特冶金技术提供一系列能够测量和支持工艺改进的传感器,比如:用于测量产品高度、长度和速度的视觉系统和非接触式激光测量仪,它们实现了以前无法在粗轧机和中间轧机上进行的测量;还有用于产品跟踪和物流控制的射频识别技术。

视觉系统能够监测“眼睛看不到的东西”,因为这些相机可以安装在工厂内对操作人员不安全的区域。它们连续传送图像,用于工艺的实时分析和动态控制。在危险区域安装相机提高了操作安全性,特别是对轧机操作人员来说。

激光测量仪能够测量“产品的真实速度”。沿整个轧制线获取这一信息,不仅能够优化轧机控制和轧机设置,而且能够提高切剪的定尺切割精度。

当视觉系统和非接触式激光测量仪结合使用时,轧机控制系统能够沿整个轧制线动态监测产品的高度和宽度。激光测量仪跟踪产品从加热炉出口直到精整段末端的速度。这些系统通过动态控制而使轧机设置保持稳定,对提高产品的收得率、公差指标和质量水平十分有利,还能增大运行灵活性和降低运行成本。


普锐特冶金技术开发的工艺专家(Process Expert)模块概览

 


工艺专家系统

新型传感器提供的信息只有在经过分析并用于轧制工艺的情况下才有意义。为了满足如今对于长材生产灵活性和经济性的要求,需要以精确的工艺模型、高性能的控制系统和对长材轧制技术的深入了解为基础开发的生产工艺及电气和自动化方案。这些为长材轧机开发的工具全都被视为工业4.0方案包的组成部分。

工艺专家(Process Expert)是普锐特冶金技术和长材生产商密切合作的成果。该系统将工厂的生产运行作为一套系统而不是许多单独运行的小系统来考虑,使轧机操作人员能够获得现有的轧机过程自动化系统中缺失的信息。普锐特冶金技术的基础自动化、过程自动化及技术和工艺管理专家紧密配合,开发出了一套能够补上那些缺失环节的系统。

通过通信模块,工艺专家监测从原料到成品的整个流程并采集数据。它涵盖的范围上至企业资源计划,下至一级装置,中间还有制造执行系统和控制系统。跟踪的区域通常包括料架、加热炉和轧机,根据生产线配置可能还包括棒材线和线材线。最后还有一个模块用于轧制产品的称重和贴标,但除生产线之外系统也能跟踪铸坯和产品库存。系统向操作人员和管理人员给出轧机报告,使他们能够评估设备性能和优化生产。该系统不仅限于一个工厂,还支持在公司层面上对不同工厂之间的性能进行比较和分析。


作为基于规则的系统的一个例子,本图示意了一种在生产过程中更新产品工艺要求的动态质量控制系统。像这样的系统能够监测从钢水到成品整个工艺流程的质量。

 


状态监测

您的轧机感觉如何?如果长材轧机运行良好,工厂经理会希望确保它在今后几周内保持同样良好的状态。供应商能够保证确定所有影响设备运行的因素,尤其是依靠机械和电气方面的相关设备和工艺知识监测全厂的状态⸺不只是轧机设备,而且包括上游和下游设备。这些信息是制定预见性维修计划的依据,能够保证任何停机或停产都预先安排,从而最大限度提高生产效率和减轻维修人员压力。

作为工业4.0范畴内的数据采集的一部分,轧机工艺得到不间断的分析和记录,以保证始终处于可接受范围内。如果工艺超出限值,控制系统将把这些信息输入控制算法,以使工艺回到正常范围之内。

设备状态数据在每个设备的层面采集,经过处理后同已知的运行标准对照分析,最后再反馈回设备级。利用供应商的设备知识,系统能够处理数据,并在需要维修时给出提示。掌握整个工艺线的设备状态,有助于保证工艺质量和提高工厂产能。

信息物理系统

长材轧机工业4.0方案包的另一个组件是信息物理系统。用于验证设备状态改变后果的信息物理模型以虚拟模型⸺真实工厂或工艺的数字化表现(“数字孪生体”)⸺为基础,集成了计算、联网和物理工艺。内置的计算机和网络利用反馈回路监测并控制物理工艺,反映出物理工艺和计算之间的相互影响。

长材轧制企业需要在生产中达到灵活性和高效性。软件和功能强大的网络系统的发展为大量数据的采集、分类和分析提供了可靠的工具。在用于信息物理系统时,这些工具可以进行离线生产模拟,监测、分析和测量规定的关键性能指标,评估计划的生产能否达到更高标准。

信息物理系统代表了过程自动化的未来。它们能够模拟单项工艺,比如冷却模块,以计算钢轨轧机的温度均匀性、传统线材或棒材轧机的水箱设置或者轧机设置和孔型计算。有了信息物理系统,将来,轧机操作人员和管理人员就能在实际作出改变之前了解到某项工艺设置或某台设备的变化会产生怎样的影响,从而在作出这些改变时充满信心。更广泛地说,信息物理系统的使用将是优化整个价值链,分析新业务模式,开展新业务合作的一个关键因素。

全流程工艺优化

已在长材轧机上得到应用的又一个工业4.0方案包,全流程工艺优化(TPO),能够帮助轧机操作人员达到期望的产品规范,并且支持质量管理。它能够沿整个钢铁生产链发现不合规问题,确定问题根源,给出纠正和补救措施建议。

该系统将产品的质量诀窍和实时生产工艺结合在一起。一套基于规则的系统检查每个工艺事件生成的数据,根据定义的规则来判定产品质量是否处在规定范围内。然后,系统确定上游和下游工艺应为作出纠正而进行的动态调节。这样,从防止质量问题继续出现和对已发生问题进行补救双管齐下,保证了产品质量全面提高。

生产和维修管理系统

长材轧机生产和维修管理系统是工业4.0方案包的又一个数据源。为了保证生产设备得到充分利用,生产管理系统动态计划和跟踪工厂的生产,以优化每一个工艺步骤⸺从最初的产品订单直到最终的发货。依靠这些数据,工厂经理能够以更大的灵活性和精益化生产对客户的要求作出响应。

对于当前的设备维修,计算机化维修管理系统与生产管理系统并行运行,通过标记出应执行的任务和采取其他预定的措施来管理和执行维修工作,提高了效率。系统内置了工厂的所有维修制度和生产系统的相关知识,并据此对现场传感器提供的数据进行分析。

革命性还是渐进性?

工业4.0对长材轧制行业来说是革命性还是渐进性的技术?从技术角度来说,它是渐进性的发展,不仅需要在长材轧制领域,而且需要在整个冶金行业实施。一旦工业4.0方案的分析能力应用到生产工艺中,它就能带来革命。从许多方面来说,工业4.0都不再是对遥远未来的憧憬,它已经来到了我们的面前。符合这一理念的方案已经在世界各地被开发出来,安装使用,并且得到验证。通过采取本文所述措施,长材轧制企业就能充分利用供应商的知识,实现生产设施的数字化转型。它们可以设立短期和长期目标,分阶段实施,以最佳方式利用这些不断发展的技术,充分挖掘工业4.0的潜力。

它会把我们带向何方?有人说,它将推动全自动工厂的发展。如今,已经有了可以让整个长材轧制企业从钢水直到成品都实现数字化的方案。计划在不久的将来采用这些新技术的钢铁企业将会发现,向专业技术公司⸺比如普锐特冶金技术⸺进行咨询并与其展开合作,将会得到极大的帮助。

为长材轧制应用而开发的智能传感器精选

非接触式速度测量

  • 切头优化

  • 夹送辊控制

  • 张力控制

  • 动态轧机设置

成像技术

 

  • 棒材计数

  • 产品测量

  • 钢坯定位

  • 盘卷定位

智能温度测量

  • 热机轧制控制

  • 产品转变点控制

  • 温度控制改进

成品跟踪和物流

 

  • 盘卷跟踪

  • 棒捆跟踪

  • 盘卷库和棒材库物流

  • 运输物流