摘   要：提出了鋼鐵分析檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化的概念，并以實(shí)物流過(guò)程自動(dòng)化，分析檢測(cè)過(guò)程自動(dòng)化，信息流過(guò)程自動(dòng)化以及實(shí)驗(yàn)室管理自動(dòng)化分類，闡述鋼鐵分析檢測(cè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基本內(nèi)容。文中還介紹了一個(gè)轉(zhuǎn)爐煉鋼廠分析檢測(cè)自動(dòng)化的實(shí)例。 
        關(guān)鍵詞：鋼鐵分析檢測(cè)；自動(dòng)化；LIMS 
        引 言 
        在現(xiàn)代大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，分析檢測(cè)系統(tǒng)已成為生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制與管理，企業(yè)經(jīng)營(yíng)銷售活動(dòng)不可缺少的重要組成部分。從進(jìn)廠原料質(zhì)量把關(guān)，中間產(chǎn)品監(jiān)控，成品檢驗(yàn)判定，到售后質(zhì)量異議處理，分析檢測(cè)起著企業(yè)眼睛的作用。隨著當(dāng)今鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的大型化、現(xiàn)代化、生產(chǎn)過(guò)程越來(lái)越高速化、連續(xù)化、自動(dòng)化，分析檢測(cè)系統(tǒng)的配備除滿足分析檢測(cè)的準(zhǔn)確性外，還要求具備適時(shí)性、快速性[1]。傳統(tǒng)的分析檢測(cè)方法已無(wú)法適應(yīng)生產(chǎn)的快節(jié)奏，提高鋼鐵分析檢測(cè)的自動(dòng)化水平已成為當(dāng)今世界先進(jìn)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)必不可少的手段。國(guó)外先進(jìn)企業(yè)在這方面投入大量資力，在盡量采用高精度、高穩(wěn)定、快速化、自動(dòng)化的光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)一體化大型精密儀器的同時(shí)，在整個(gè)分析檢測(cè)流程的每個(gè)環(huán)節(jié)都不惜重金大量配備自動(dòng)化儀器和采樣、制樣裝置。國(guó)內(nèi)近十幾年來(lái)，大多數(shù)大型鋼鐵企業(yè)都開始引進(jìn)先進(jìn)的分析檢測(cè)儀器，如光電直讀光譜儀、X熒光光譜儀等大型精密儀器，逐步淘汰了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)“瓶瓶罐罐，手忙腳亂”的手工濕法分析方法，縮短了與國(guó)外先進(jìn)分析檢測(cè)技術(shù)的距離。然而，將分析檢測(cè)過(guò)程自動(dòng)化作為系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)考慮并加以現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，國(guó)內(nèi)還遠(yuǎn)不成熟，國(guó)際上也正處于不斷探索前進(jìn)的狀況?，F(xiàn)就筆者近10年來(lái)，在漣鋼鋼鐵分析檢測(cè)自動(dòng)化實(shí)踐中形成的一些不成熟的觀點(diǎn)探討如下。 
        1、樣品實(shí)物流過(guò)程自動(dòng)化 
        實(shí)物流過(guò)程是指被分析檢測(cè)的對(duì)象既試樣的流轉(zhuǎn)過(guò)程。一般有以下幾個(gè)主要過(guò)程： 
        1)原料進(jìn)廠的樣品采集、制樣和傳送，如礦石、精粉試樣流轉(zhuǎn)； 
        2 )中間產(chǎn)品的樣品采集、制樣和傳送，如燒結(jié)礦、鐵水、鋼水、鋼坯料試樣流轉(zhuǎn)； 
        3)成品的樣品采集、制樣和傳送，既成品鋼材試樣的流轉(zhuǎn)。 
        樣品從被采集開始，經(jīng)過(guò)加工制成適應(yīng)于某種分析檢測(cè)方法的試樣，到最終被送至某類儀器分析檢測(cè)，始終是一種實(shí)物形態(tài)。一方面，實(shí)物本身在流轉(zhuǎn)過(guò)程中應(yīng)該一直具有其代表性，才能保證分析檢測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性；另一方面，流轉(zhuǎn)過(guò)程還應(yīng)該滿足快速性以保證工藝上對(duì)分析檢測(cè)數(shù)據(jù)的適時(shí)性要求。而傳統(tǒng)的“人工取樣，肩挑步送”的實(shí)物流過(guò)程隨意性大、周期長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝和管理的要求，因此，實(shí)物流過(guò)程自動(dòng)化水平的提高是分析檢測(cè)系統(tǒng)提高準(zhǔn)確性最基本的要求，也是其提高快速性最關(guān)鍵的手段。 
        目前，先進(jìn)的試樣自動(dòng)采集、自動(dòng)制樣、自動(dòng)傳送的裝置大都采用機(jī)電一體化技術(shù)，為保證可靠性、穩(wěn)定性和快速性，較高檔的裝置還配備了PLC控制系統(tǒng)、液壓氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)、光電或超聲波位置檢測(cè)系統(tǒng)、計(jì)量?jī)x表系統(tǒng)、CRT監(jiān)視系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)通信與管理系統(tǒng)等。典型裝置有汽車、火車自動(dòng)采樣裝置、光譜試樣全自動(dòng)磨樣裝置、風(fēng)動(dòng)送樣裝置等。這些裝置的采用，無(wú)疑使分析檢測(cè)實(shí)物流過(guò)程自動(dòng)化水平得以有效提高。 樣品實(shí)物流過(guò)程自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，可大大降低操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人為差錯(cuò)，縮短分析檢測(cè)周期。 
        2、分析檢測(cè)過(guò)程自動(dòng)化 
        2.1、儀器化分析檢測(cè)與自動(dòng)化 
        分析檢測(cè)過(guò)程是指具體使用某種分析檢測(cè)方法對(duì)實(shí)物試樣進(jìn)行分析檢測(cè)并獲得結(jié)果數(shù)據(jù)的過(guò)程。傳統(tǒng)的鋼鐵分析檢測(cè)過(guò)程，是以手工化學(xué)分析“濕法分析”方法為主的。這種分析方法過(guò)程長(zhǎng)、強(qiáng)度高、功能單一、穩(wěn)定性差、人為誤差大。要在這種分析方法的基礎(chǔ)上通過(guò)裝置改進(jìn)達(dá)到實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化目的是很困難的，雖然以往也有不少提高自動(dòng)化分析程度的裝置如多元素聯(lián)測(cè)快速分析儀等面市，但這類儀器仍是基于化學(xué)反應(yīng)的改進(jìn)，不能使鋼鐵分析檢測(cè)過(guò)程自動(dòng)化得到根本改觀。 
        近十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)大多數(shù)大型鋼鐵企業(yè)通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)儀器迅速提高了分析檢測(cè)的自動(dòng)化程度。在企業(yè)鋼鐵主體生產(chǎn)體系，通常采用光電直讀光譜儀，X熒光光譜儀這兩類儀器，實(shí)現(xiàn)儀器化分析改進(jìn)。這類儀器是利用物理電能激發(fā)，使試樣中不同化學(xué)元素原子發(fā)生能級(jí)躍遷而產(chǎn)生不同光譜，并使其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行定量檢測(cè)的大型精密儀器。 
        儀器化分析方法在鋼鐵分析檢測(cè)中的應(yīng)用，簡(jiǎn)化了試樣備制過(guò)程（鋼鐵試樣的備制只需簡(jiǎn)單的表面拋光加工），取消了手工分析方法過(guò)程中的試樣粉碎、酸溶加熱分解、化學(xué)反應(yīng)、比色分析、人工讀數(shù)等繁雜流程。目前，光電直讀光譜儀已成為鋼樣化學(xué)成分分析的首選儀器，X熒光光譜分析儀則是生鐵和其它礦類樣化學(xué)成分分析的首選儀器。它的應(yīng)用是很成功的。一方面，這類儀器具有選擇性好、靈敏度高、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了其分析檢測(cè)的核心功能；另一方面，這類大型精密儀器的設(shè)計(jì)制造從一開始就是本著高精度、高穩(wěn)定、快速化、自動(dòng)化、多功能整體優(yōu)化原則進(jìn)行的[2]，從分析檢測(cè)過(guò)程自動(dòng)化的角度來(lái)看，這類儀器集光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)等方面的最新技術(shù)于一體，具有相當(dāng)精密的物理與幾何光學(xué)系統(tǒng)，精密機(jī)械系統(tǒng)，電子傳感測(cè)量系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)處理及人機(jī)界面系統(tǒng)，是一種近乎完美的自動(dòng)化分析檢測(cè)裝置。其多通道多元素同時(shí)分析檢測(cè)的快速化特點(diǎn)，多用途可擴(kuò)展的配置方式，以及多功能計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)技術(shù)，使分析檢測(cè)過(guò)程自動(dòng)化的提高易于實(shí)施。 
        2.2、分析檢測(cè)模式與自動(dòng)化 
        鋼鐵生產(chǎn)作為一種流程工業(yè)，規(guī)模大、覆蓋面廣、效益高。產(chǎn)品質(zhì)量控制是系統(tǒng)主控目標(biāo)之一，分析檢測(cè)過(guò)程的模式也必須適應(yīng)這種流程工業(yè)的特點(diǎn)而不同于一般的實(shí)驗(yàn)室分析檢測(cè)過(guò)程模式。因此，如何在特定的分析檢測(cè)模式下提高自動(dòng)化水平，是值得探討的問(wèn)題。 
        目前，國(guó)內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)在主體生產(chǎn)體系中普遍采用3種分析檢測(cè)模式，既離線分析、臨線分析和在線分析模式。3種分析檢測(cè)模式各有所長(zhǎng)。 
        離線分析。是一種分析檢測(cè)儀器遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的一種集中分析模式，往往一臺(tái)儀器可擔(dān)負(fù)多個(gè)工序點(diǎn)產(chǎn)品的分析檢測(cè)任務(wù)，可以充分發(fā)揮大型精密儀器的運(yùn)行效率，且儀器遠(yuǎn)離環(huán)境惡劣生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)能夠保證較高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，主要矛盾是如何提高試樣傳送速度以保證時(shí)效性的問(wèn)題。這種模式下主要通過(guò)裝備可靠的遠(yuǎn)程送樣系統(tǒng)（如風(fēng)動(dòng)送樣裝置）和遠(yuǎn)程報(bào)數(shù)系統(tǒng)（如計(jì)算機(jī)儀器通信自動(dòng)數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程專線調(diào)制解調(diào)器或聯(lián)網(wǎng)報(bào)數(shù)系統(tǒng)）來(lái)提高自動(dòng)化程度。 
        臨線分析。是一種分析檢測(cè)儀器緊臨生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)（如煉鋼平臺(tái)）的專項(xiàng)單點(diǎn)分析模式。要求儀器具備較好的抗干擾、抗震、防塵、抗溫度變化性能。 在這種模式下，應(yīng)盡量改善機(jī)房條件如裝備封閉式機(jī)房或集裝箱式機(jī)房，并通過(guò)裝備全自動(dòng)制樣設(shè)備（PLC控制的機(jī)械手系統(tǒng)）及計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集與報(bào)數(shù)系統(tǒng)來(lái)提高其自動(dòng)化程度。 
        在線分析。是一種分析檢測(cè)儀器的部分元器件（如傳感器或探頭）或整機(jī)位于生產(chǎn)流程線上，并與被測(cè)對(duì)象直接或間接接觸的一種連續(xù)單點(diǎn)分析模式。一般稱這類儀器為過(guò)程分析儀器（process analyzer）[2]。在線分析是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制的必要手段，也是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的理想手段。但由于鋼鐵分析檢測(cè)過(guò)程中被檢測(cè)對(duì)象的復(fù)雜性與采樣技術(shù)上的困難性以及高靈敏、高可靠等方面的要求，這種分析模式在鋼鐵主體生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用較少，僅在個(gè)別場(chǎng)合使用，如TC氧槍探頭用于鋼水溫度、碳氧成分含量測(cè)定、質(zhì)譜儀用于煉鋼爐煙氣成分分析。[2~3] 然而，鋼鐵分析檢測(cè)的在線分析隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展，必將取得突破性進(jìn)展。 
        3、信息流過(guò)程自動(dòng)化 
        鋼鐵分析檢測(cè)的主要目的是傳遞鋼鐵產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量信息，便于指導(dǎo)生產(chǎn)，控制質(zhì)量。這里所指的信息流過(guò)程，是指分析檢測(cè)得到的結(jié)果數(shù)據(jù)從分析檢測(cè)儀器處到達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需求者處或其它部門的過(guò)程。 
        在鋼鐵生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)鋼鐵冶煉成分信息需求是有很強(qiáng)的時(shí)效性的。特別是煉鋼爐前，要求中間冶煉鋼水成分從試樣送出至得到分析檢測(cè)的結(jié)果數(shù)據(jù)的周期控制在3min以內(nèi)，煉鐵高爐、燒結(jié)機(jī)爐前對(duì)產(chǎn)品成分的實(shí)時(shí)掌握也有相應(yīng)的周期要求。傳統(tǒng)的報(bào)數(shù)是通過(guò)電話通告或人工報(bào)告單傳送的方式進(jìn)行的，前者容易出差錯(cuò)，后者滿足不了及時(shí)性要求。因此，如何通過(guò)遠(yuǎn)程自動(dòng)報(bào)數(shù)的方式提高分析檢測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)出的速度和準(zhǔn)確性，幾乎自然地成了大型鋼鐵企業(yè)要解決的問(wèn)題。在這一前提下，各種遠(yuǎn)程報(bào)數(shù)裝置應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)際上就是通過(guò)采用這種裝置，實(shí)現(xiàn)分析檢測(cè)數(shù)據(jù)信息流過(guò)程的自動(dòng)化。 
        3.1、分析檢測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程報(bào)數(shù)裝置的發(fā)展概況 
        國(guó)內(nèi)分析檢測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程報(bào)數(shù)裝置的經(jīng)歷了從手動(dòng)到自動(dòng)的過(guò)程，大體出現(xiàn)了以下幾代傳送方式的產(chǎn)品： 
        (1) 手動(dòng)撥碼數(shù)據(jù)輸出→多芯電纜傳送→現(xiàn)場(chǎng)燈泡或LED發(fā)光二極管顯示； 
        (2) 手工書寫報(bào)單數(shù)據(jù)→攝象頭成象，同芯電纜圖象信號(hào)傳輸→現(xiàn)場(chǎng)電視CRT顯
示； 
        (3) 儀器串口自動(dòng)數(shù)據(jù)輸出→雙芯電纜傳輸→現(xiàn)場(chǎng)串行打印機(jī)打印； 
        (4) 儀器串口自動(dòng)數(shù)據(jù)輸出→計(jì)算機(jī)串口自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，專線或無(wú)線modem傳送→現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)接收，計(jì)算機(jī)CRT顯示； 
        (5) 儀器聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)輸出→計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線傳輸→網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)接收→現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)工作站CRT顯示。
目前，國(guó)內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)開始采用上述(4)、(5)方式。 
        3.2、分析儀器檢測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集 
        實(shí)現(xiàn)報(bào)數(shù)自動(dòng)化首先必須實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器結(jié)果的自動(dòng)采集。近年來(lái)，國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)大型精密儀器，基本上都具有計(jì)算機(jī)RS232串行接口數(shù)據(jù)輸出的功能，有的還具有直接聯(lián)網(wǎng)功能。儀器計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信軟件接口開始透明化，儀器廠商可為用戶提供或在隨機(jī)技術(shù)資料中寫明相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，用戶通過(guò)編制簡(jiǎn)單的VB、DEPHI等語(yǔ)言程序即可完成對(duì)儀器數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。 
        3.3、數(shù)據(jù)集中采集與處理 
        數(shù)據(jù)集中采集。設(shè)置一臺(tái)專門的數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，對(duì)多臺(tái)儀器的數(shù)據(jù)輸出口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通常采用多串口卡的方法實(shí)現(xiàn)。對(duì)相隔距離較遠(yuǎn)的儀器還應(yīng)配置相應(yīng)的專線調(diào)制解調(diào)器（modem）。另外，由于從儀器數(shù)據(jù)輸出口采集到的數(shù)據(jù)一般只是一些代碼，還必須進(jìn)行軟件上的數(shù)據(jù)處理，將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的文本文件格式或數(shù)據(jù)庫(kù)文件格式以及對(duì)其進(jìn)行試樣識(shí)別編碼等。在離線分析模式下，往往一臺(tái)儀器擔(dān)負(fù)著多個(gè)工序點(diǎn)的試樣的分析檢測(cè)任務(wù)，集中采集計(jì)算機(jī)還必須將相應(yīng)的數(shù)據(jù)送往相應(yīng)的工序點(diǎn)，硬件上通常也是采用多串口卡加專線或無(wú)線modem傳送，軟件上要建立科學(xué)的試樣來(lái)源識(shí)別編碼體系保證數(shù)據(jù)信息適時(shí)有序流轉(zhuǎn)。 
        3.4、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 
        在數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集中采集的基礎(chǔ)上，可建立分析檢測(cè)專用數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)，可配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器形成實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)并建立分析檢測(cè)數(shù)據(jù)管理中心。在具備局域網(wǎng)和公司級(jí)CIMS網(wǎng)的條件下，可實(shí)現(xiàn)分析檢測(cè)數(shù)據(jù)的全面聯(lián)網(wǎng)，達(dá)到信息資源的有效共享。圖1是漣鋼在轉(zhuǎn)爐煉鋼廠實(shí)現(xiàn)分析檢測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化的實(shí)例。