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    借助施耐德电气基于物联网EcoStruxure 架构,山钢集团实现钢铁行业数字化转型

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  • 山钢集团

    作为全球能效管理和自动化领域数字化转型的领导者,施耐德电气依托先进的 EcoStruxure 架构,能够为钢铁企业提供包括全套工业自动化、中压配电及低压电气设备在内的完整解决方案。无论是旧系统的升级还是新项目的建设,施耐德电气都将不断利用创新的产品、方案和服务,为中国冶金行业的精细化管理和智能化转型注入源源不竭的动力。

    技术的更新换代正不断为中国钢铁产业的发展带来新的动力,同时也带来了新的挑战。当前,通过转型升级推进产能置换和智能制造,已经成为了冶金行业发展的核心课题。在这个严峻的课题面前,作为一家承载国有钢铁行业转型升级探索重任的行业巨头,山东钢铁集团有限公司选择了主动出击迎接挑战,早早将升级和创新提上了日程。


挑战

在升级改造这方面,山钢集团面临的一个问题就是现有设备基础的情况异常复杂。尽管山钢集团于2008年3月经过优势资源重组注册成立,但隶属于旗下的不少公司,都已经有非常长的建设和运营历史了。像最早成立于1958年的济钢、1970年初建立的莱钢,都是实打实的老牌钢铁企业。再加上很多项目在多个年代分批投产,使得应用在不同项目、不同工艺环节和不同年代的设备品牌五花八门。
 
对此,山钢集团日照公司设备管理部自动化管理室业务经理李开勇深有感触,他谈到:“目前一些大规模的钢铁企业,由于不同时期建设的历史原因,往往在自动化和电气设备上有过多的品牌同时存在。我们专门做过统计,一个钢铁企业里同时在用的PLC品牌就达到了20来种,好比是让人眼花缭乱的‘万国博览会’。” 

李经理认为,这种现实情况的出现,一方面反映了我国钢铁企业多年来不断探索,不断引入新技术、新设备的历程,是很多钢企带有时代印记的真实写照;但从一方面来看,庞杂繁多的设备品牌,也在客观上大大增加了开发、维护和后续升级改造的难度。 

他谈到:“首先,从维护角度来看,不同品牌的控制硬件增加了备件的难度。因为每种产品都需要储备一定比例的备件,如果一种硬件的品牌过于分散,就会大大增加相应的备件量和备件种类,占用大量资金。其次,不同厂商的硬件设备采用的编程语言也不一样,如果硬件的种类增加,维护、开发调试的人员也要去学习、适应各种不同的编程语言,带来不必要的负担和成本。” 

更重要的是,除了开发和维护难的因素外,这种“品牌林立”的现状还会给工厂的数字化进程带来挑战。实现各个系统的互联互通是数字化升级的基础,但过于繁杂的控制硬件品牌往往在底层的通讯协议上也各行其道,这会为系统之间的互联互通和整合增添很多麻烦,让集中监控全场数据这样的需求变得遥不可及。


解决方案

统一品牌显卓越性能,Modicon闪耀山钢日照项目

幸运的是,山钢集团日照钢铁精品基地的上马建设,却为山钢人改善这种控制设备品牌杂乱的不利现状提供了最佳的机遇。

山钢日照钢铁基地是国家加快钢铁产业结构调整,“上新压旧、上优汰劣”的核心项目,其产品主要应用于高端汽车、家电、机械制造、石油化工及新能源等国家倡导、支持的新产业。由于这是一个全新的项目,所以技术人员们得以用“重新打鼓另开张”的姿态,在一张白纸上对全厂的控制设备进行全新的规划。

经过反复探讨论证,山钢集团决定在控制设备采购上进行统一的品牌招标,针对整个项目各个工艺段的主辅控需求,原则上只选用统一品牌的PLC产品。这不仅能够扭转“万国牌”不易维护的顽疾,更有利于系统之间的集成和互联互通,从总体上对全厂数据进行统一监控和管理。

当然,要成为这家最终胜出的供应商,也绝非一件容易的事。山钢日照作为一家新兴的大型钢铁企业,不仅在原料场、烧结、高炉、转炉等工艺段上都具有超大规模的控制需求,还需要确保网络架构和设备运行的安全可靠性和易维护性,这些需求都为设备的遴选设置了很高的门槛。

通过综合的比较,施耐德电气Modicon系列大型控制器最终经过了山钢日照项目逐项严苛要求的层层考验,最终在这一精品工程的竞标中脱颖而出,承担起运行山钢日照各个工艺段主控和辅控系统控制方案的重任。

说起施耐德电气Modicon PLC,其实这个系列的产品,对于包括山钢集团在内的冶金行业用户来说并不陌生。从1968年推出全球首台PLC起,Modicon系列产品历经50余年的专业传承和技术创新,于2014年推出首款新一代的Modicon ePAC M580,2016年又推出了新一代冗余ePAC昆腾+产品,基于安全工业互联网ePAC,已经能够全面满足原料场、烧结、球团、焦化、高炉、转炉、精炼、连铸等工艺流程的各种复杂控制需求。在这方面,同属于山钢集团旗下的莱芜钢铁,应用Modicon控制器就已经有了20多年的历史。

尽管如此,像山钢日照项目这样,在全厂各个工艺段的主辅控全面统一使用Modicon控制器,仍然是一次很创新的尝试。在这个过程中,为了确保实现最佳的应用效果,施耐德电气和山钢日照的技术团队还进行了很多创造性的举措。

比如,焦化环节是钢铁企业一个典型的工业环节,它包含了煤场、备煤、焦炉、煤气净化、干熄焦及发电、废水处理等方面的控制需求。李经理谈到:“以往,钢铁企业通常采用DCS系统作为焦炉环节的主要控制系统。但在山钢日照项目中,我们进行了一系列细致的调研,还对相关示范项目进行了考察,决定将这一环节的控制设备也替换为施耐德电气Modicon的PLC,在实际的应用中取得了很好的效果。”

此外在山钢日照项目中,在高炉鼓风机等一些整机设备的选型中,同样贯彻了统一品牌的原则,要求供应商将设备的控制部分采用施耐德品牌的产品。通过这些努力,使得在整个山钢日照项目中,近乎在所有应用到控制器的场合都统一采用了施耐德电气的控制器,为项目各工艺的卓越控制性能和集中监控的实现打下了良好的基础。


成果

经受严苛环境挑战,数字化集中监控显身手 

事实证明,施耐德电气基于Modicon系列ePAC大型控制器,为山钢日照各个工艺段主控和辅控提供了当前最先进的系统控制方案,不仅大幅缩短了调试时间,还快速实现了规模化生产,达成投资收益。此外,施耐德电气在控制设备和网络架构上均采用了安全机制,还提供全生命周期的预防性维护,为全厂网络信息和系统运行的安全可靠提供了坚实的保障。 

谈到实际的应用效果,李经理也举了两个非常有典型性的例子。首先,是施耐德电气Modicon PLC控制器适应严苛恶劣环境的能力。李经理谈到:“在钢铁冶金行业中,经常会有一些非常严苛和恶劣的生产环境,比如有一些地方会有很多的导电性粉尘,还有一些像焦化区域这样带有腐蚀性气体的场合。针对这样的情况,施耐德电气能够提供带有防腐蚀涂层和防尘性能设计的PLC设备,大大提升了系统正常运行的稳定性。”尽管这是一个很小的细节,但也反映出施耐德电气产品在设计上对钢铁等行业特定需求的考量和洞察。 

另一个显著的效果,则是大大改善了数据的互联互通性和全厂数据的实时可视化。李经理谈到:“由于精细化管理,要求对全厂各个区域的能源数据进行集中监控,因此我们在能源数据采集系统中,采用了施耐德电气Modicon ePAC M580控制器负责各区域能源数据的采集和传输,实现了在能源管控大厅就能够实时监控全厂的能源数据,达到了项目设计时的预期效果。” 

他指出,这一改善,事实上也大大提升了整体的劳动生产率。比如在很多区域,以往需要安排人员值守或巡视,一度占用了很多人力。但现在,则可以通过数据、视频的远程监控来实现同样的效果,这对于一个工艺环节众多、占地面积广阔的钢铁项目而言,是非常有意义的。 

控制系统升级改造“闪电战”,助莱钢迎接未来挑战 

当然,施耐德电气的PLC不仅在山钢日照这样的新项目上大显身手,同样也充分考虑到了一些老项目与时俱进的升级换代需求。像刚才提到的同属山钢集团旗下的莱芜钢铁,就是一个非常典型的例子。 

莱芜钢铁始建于1970年,今天已经成为了一家年产量1200万吨以上的大型钢铁企业。20多年来,莱钢的九座高炉一直使用施耐德电气Modicon昆腾控制器,它稳定可靠的运行为莱钢提供了强大的保障。但随着技术的发展,高炉对控制器的控制效率和通讯能力提出了更高的要求,数字化的升级改造刻不容缓。 

因此,如何在保障设备稳定运行的前提下,高效、平稳地完成自控系统升级,就成为了莱芜钢铁关注的焦点。针对这样的需求,施耐德电气集结多位行业和技术产品专家,与莱芜钢铁相关管理及技术人员紧密合作,在提前完成程序的升级测试及昆腾+冗余控制器的安装、供电连接和网络接线后,现场仅用时20分钟便完成了系统迁移。整个过程,可谓是一场干净利落的“闪电战”。 

经测试,升级后的系统处理周期由50毫秒提高至2毫秒,原有的上位通信网络和设备管理网络均实现了同步无缝切换。数据的传输和共享速度的成倍提升为数字化工厂奠定了坚实的基础,使其更有信心迎接明天的挑战。 

对于这一项目的成功实施,莱芜钢铁集团电子有限公司总工程师郄锡才对施耐德电气给予了高度评价,并表示:“利用昆腾+冗余控制器在升级上的简捷易用性,已顺利完成了对4号、2号高炉控制系统的升级改造,不但系统运行及安全性大幅提高,还将进一步保障钢铁生产的稳定高效。在此基础上,我们希望将成功经验运用至更多系统的改造工作中,以提升系统维护便捷性和可持续性、信息安全防护及控制等方面的综合能力。” 

今天,除了在山钢集团日照项目和莱芜项目上的卓越表现,施耐德电气Modicon系列控制器更是已经走进了全国150多家钢铁企业,应用于300多座高炉、250多台烧结机、100多座焦炉的控制系统。施耐德电气将一如既往地与中国冶金行业保持紧密合作,不断利用创新的产品、方案和服务,为中国冶金行业的精细化管理和智能化转型升级提供助力。

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