工业大数据在炼铁生产过程中的应用

李长江

黄石新兴管业有限公司 湖北黄石 435005

1 工业大数据概念

大数据技术发端于高速发展的互联网行业，并在互联网的应用中得到发展和成熟。大数据应用已经纳入国家战略并在各个层面落实为具体行动，国家和地方政府出台了很多政策，大力支持相关产业发展，大数据技术生态快速形成，大数据的相关应用迅速从互联网渗透到政务、交通、医疗、金融、制造业等行业，“工业大数据”指的就是大数据技术在制造行业的应用。

早在2015 年8 月，国务院发布的《促进大数据发展行动纲要》中就提出，发展工业大数据，推动大数据在工业研发设计、生产制造、经营管理、市场营销、售后服务等产品全生命周期、产业链全流程各环节的应用，促进大数据、物联网、云计算等在制造业全产业链集成运用，推动制造模式变革和工业转型升级。

工业大数据倍受关注，和当今全球制造业正在向智能化发展密切相关。无论是智能化的产品还是产品制造过程中所使用的智能化设备，在运行过程中都会产生大量的（往往是PB 级的）、多源异构的，甚至是实时的数据。这些数据经过处理后，与特定的业务场景相结合，将呈现出巨大的价值[1]。

2 工业大数据在炼铁领域的应用

2.1 保障生产设备的使用安全和生产过程

通过可视化技术能够直接感知发现并排除生产过程中炼铁设备存在的各种隐患，提升生产装备全生命周期的管理水平。

借助于工业互联网、物联网和可视化智能设备，利用有大数据技术支撑的操作平台，每台电脑屏幕上准确地跟踪显示着高炉每一个部位、每一道工序的运行参数和状态。高炉各项运行参数和影像在电脑屏幕上都清晰可见。如通过高炉剖面影像，焦炭和矿石在炉内交替均匀分层结构清晰可见。再有系统自动收集高炉内部各测温点的检测数值，对高炉炉缸安全状态进行实时监测，并通过高炉剖面图将炉衬、炉底的最大侵蚀厚度及位置直观地显示出来，进行实时预测报警，有效指导炉缸维护，从而保障了高炉的安全稳定运行[2]。

利用大数据对时间序列信息进行有效利用，可对高炉即时生产状况和将来趋势进行预测，对设备状态不良，如高炉超常规范围的波动现象，并由此造成铁制产品质量指标变化、生产过程中各项重要技术指标异动等现象，及时做出研判，并进行快速纠正。

2.2 大数据监控平台

大数据监控平台包括实时数据监控和基础作业数据监控两方面，实时监控数据是指生产现场具有监控仪表进行实时自动采集的数据，如流量、温度、压力、重量、料位、速度、电压、电流等数据，数据采集周期可以达到秒级的数据。基础作业数据是指非实时自动采集，但有相对固定的周期作业产生并不断上传至相关信息系统的数据，如各种原料及中间产品、产品与各有关作业的检验检测数据等[3]。

数据输出模式选择有以下三种：

（1）画面模式：适应于对主要生产系统的直观观察，包含焦化、烧结、高炉等各作业单元的重要生产工序，不仅能实时显示当前数据，还支持往前快速递推检索功能，在各个实时监控画面点击某个具体的设备参数能够快速查看其历史趋势数据。

（2）曲线模式：适应于少量数据的简单分析，基于监控画面选择相关参数的变化曲线，让平台操作人员在监控画面上点击某参数附近按钮即可显示该参数的变化曲线。

（3）EXCEL 表格模式：适应于数据的分析与深加工处理，如进一步进行相关、回归、等方差检验等分析。

该项内容原则上要求在现有PLC 一级机上，在主要监控画面上纳入了监视范围的数据点，均应予以长期保存。同时需各单位对现有实时监控数据点进行筛选，找出具有长期监控意义、需要长久保持的数据点，剔除仅有瞬时观察意义的实时观察数据。

2.3 生产技术的优化

炼铁高炉生产过程采用自动化控制能够消除系统自生产生的干扰因素，比如高炉生产时输入的参数会有明显的变化，变化会引起较大的误差，再加上设备故障的干扰，进而产生了数据波动，不利于参数的准确测量，为了消除干扰就要通过自动化控制系统进行数据审核，经过审核的数据会输出评估结果，根据最终的评估结果调整炼铁高炉生产过程的参数，利用计算机技术和自动化控制系统提前预测炼铁高炉的生产数据，这样自动化控制系统才能把生产过程中的数据控制在可靠的范围中，排除误差的影响[4]。

生产过程自动化控制可以分为两种控制类型：

（1）开环控制。计算机提供测试的结果，主要根据炼铁高炉给出的反馈结果进行测试，只能按照操作指示以及现存的数据进行测试，生产控制中以调整为主，而控制能力比较低，最后还需要技术人员分析计算机给出的自动化控制系统的结果，在此基础上才能为生产过程提供自动化的参数，决策与决断的时间比较长。

（2）闭环控制。技术人员根据炼铁高炉生产特定的结果进行计算，调整实际生产方案中的数据，计算机全面分析生产系统的数据，综合比较并判断参数之后给出适合高炉生产的方案，计算机给出的信息能够快速的反馈到生产系统中，闭环控制的过程中操作人员不参与自动化的过程，此项控制是现代炼铁高炉自动化生产中常用的方式，全面提高了自动化生产的效率。

3 结语

根据《中国制造2025》行动纲领，坚持走中国特色新型工业化道路，以促进制造业创新发展为主题，以提质增效为中心，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，以满足经济社会发展对重大技术装备的需要为目标，强化工业基础能力，提高综合集成水平，完善多层次多类型人才培养体系，促进产业升级，培育有中国特色的制造文化，实现制造业由大变强的历史跨越。这些也为炼铁产量占全球一半以上的我国炼铁业的发展指出了明确的目标，给出了清晰的路径，提供了可行的方法。