冶金業(yè)自動(dòng)化技術(shù)研究

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1歷史回顧

自動(dòng)化硬件技術(shù)仍然以國(guó)外產(chǎn)品為主的局面尚未被打破，但是自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用軟件的發(fā)展開始取得了實(shí)質(zhì)性突破。以冶金工業(yè)為例，一些核心控制軟件技術(shù)已經(jīng)打破國(guó)外封鎖，自主開發(fā)出了一批具有世界領(lǐng)先水平的核心控制軟件。如自動(dòng)化煉鋼技術(shù)、高爐專家系統(tǒng)、冶金企業(yè)能源管理系統(tǒng)等，其核心算法、主要解法、控制思想、知識(shí)法則等，都是由我國(guó)技術(shù)人員自主創(chuàng)新研制成功。事實(shí)證明，在自動(dòng)化核心技術(shù)方面，單靠引進(jìn)是不成功的，也是模仿不來的，只有自主創(chuàng)新，才是最正確的道路。大型自動(dòng)化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新，要以自主技術(shù)與產(chǎn)品為核心，雖然還沒有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，但已經(jīng)取得了階段性成果，如自動(dòng)化煉鋼技術(shù)的成功開發(fā)并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，就是最好的案例。在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開環(huán)控制、系統(tǒng)仿真、局部閉環(huán)控制等方面，特別是隨著總線技術(shù)、嵌入式技術(shù)等方面的推廣應(yīng)用，取得的成績(jī)是比較明顯的。自動(dòng)化技術(shù)在冶金生產(chǎn)流程中已經(jīng)成為生產(chǎn)工藝中重要的組成部分。同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用在冶金工業(yè)生產(chǎn)工藝文件編制、工藝流程優(yōu)化、操作手冊(cè)的制定等各個(gè)方面發(fā)揮的作用越來越大。

2存在的問題

我國(guó)自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了PLC(ProgrammableLogicController，可編程控制器)、DCS(DistributedControlSystem，分散性控制器)、FCS(FieldbusControlSystem，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng))、PAC(ProgrammableAutomationController，開放式自動(dòng)化)等幾個(gè)階段后，現(xiàn)在已經(jīng)開始進(jìn)入大規(guī)模采用數(shù)學(xué)模型、實(shí)現(xiàn)智能控制的新時(shí)期。我國(guó)自動(dòng)化信息技術(shù)的應(yīng)用，雖然取得了階段性成果，但和國(guó)際領(lǐng)先水平相比，還存在一定距離。要實(shí)現(xiàn)真正意義上的兩化融合，還有許多路要走。

（1）我國(guó)自動(dòng)化硬件技術(shù)市場(chǎng)，目前國(guó)外的產(chǎn)品與技術(shù)依然占主要地位，縮小這一差距，還要靠我國(guó)硬件生產(chǎn)廠家的努力。

（2）目前許多自動(dòng)化控制系統(tǒng)還處于開環(huán)控制，在局部環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，這從客觀上影響了自動(dòng)化系統(tǒng)效果的發(fā)揮。

（3）以自主創(chuàng)新的產(chǎn)品與技術(shù)為核心實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新還有許多工作要做，如與自動(dòng)化控制系統(tǒng)相關(guān)的儀表、傳動(dòng)等專業(yè)的技術(shù)水平，也有可能影響到自動(dòng)化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新工作。

（4）自動(dòng)化系統(tǒng)的核心技術(shù)，有許多還被國(guó)外廠商壟斷或封鎖。

（5）作為自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)而言，有些方面比較“浮”，商業(yè)色彩濃厚，炒作內(nèi)容較多，這是一個(gè)社會(huì)問題。應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)和提倡踏踏實(shí)實(shí)做事情，認(rèn)認(rèn)真真做學(xué)問。自動(dòng)化行業(yè)的規(guī)模雖然已基本形成，但要做大做強(qiáng)，使之成為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，還有許多工作要做。

3我國(guó)冶金工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的預(yù)測(cè)與分析

制造業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展在很大程度上受到制造業(yè)本身特點(diǎn)的制約，行業(yè)特點(diǎn)比較明顯，冶金自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，離不開冶金工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)“兩化融合”政策的推出，為今后我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用在理論層面指明了方向，在操作層面，要求也更加具體、明確。對(duì)于冶金自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，目前完全可以定位于高端核心自動(dòng)化技術(shù)與產(chǎn)品的創(chuàng)新與應(yīng)用。

3.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在冶金企業(yè)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)是指人們通過各類傳感器實(shí)現(xiàn)物與物、物與人、人與人之間按需的信息獲取、傳遞、儲(chǔ)存、認(rèn)知、分析和使用。

3.1.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

工業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要領(lǐng)域。具有環(huán)境感知能力的各類終端、基于泛在技術(shù)的計(jì)算模式、移動(dòng)通信等不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，可大幅提高制造效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和資源消耗，將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能工業(yè)的新階段。從當(dāng)前技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用前景來看，物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面。

（1）供應(yīng)鏈管理物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于企業(yè)原材料采購、庫存、銷售等領(lǐng)域，通過完善和優(yōu)化供應(yīng)鏈管理體系，提高了供應(yīng)鏈效率，降低了成本。

（2）冶金生產(chǎn)過程工藝優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提高了生產(chǎn)線過程檢測(cè)、實(shí)時(shí)參數(shù)采集、生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測(cè)的能力和水平。生產(chǎn)過程的智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護(hù)水平不斷提高。鋼鐵企業(yè)應(yīng)用各種傳感器和通信網(wǎng)絡(luò)，在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)加工產(chǎn)品的寬度、厚度、溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化了生產(chǎn)流程。

（3）產(chǎn)品設(shè)備監(jiān)控管理各種傳感技術(shù)與制造技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品設(shè)備操作使用記錄、設(shè)備故障診斷的遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過傳感器和網(wǎng)絡(luò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控，并提供設(shè)備維護(hù)和故障診斷的解決方案。

（4）環(huán)保監(jiān)測(cè)及能源管理物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保設(shè)備的融合實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理各環(huán)節(jié)關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在重點(diǎn)排污企業(yè)排污口安裝無線傳感設(shè)備，不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)企業(yè)排污數(shù)據(jù)，而且可以遠(yuǎn)程關(guān)閉排污口，防止突發(fā)性環(huán)境污染事故的發(fā)生。

（5）工業(yè)安全生產(chǎn)管理把感應(yīng)器嵌入和裝備到礦山設(shè)備、油氣管道、礦工設(shè)備中，可以感知危險(xiǎn)環(huán)境中工作人員、設(shè)備機(jī)器、周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息，將現(xiàn)有分散、獨(dú)立、單一的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管平臺(tái)提升為系統(tǒng)、開放、多元的綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知、準(zhǔn)確辨識(shí)、快捷響應(yīng)、有效控制。

3.1.2冶金工業(yè)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

從整體上來看，物聯(lián)網(wǎng)還處于起步階段。物聯(lián)網(wǎng)在冶金工業(yè)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用還面臨一些關(guān)鍵技術(shù)問題，概括起來主要有兩個(gè)問題。

（1）進(jìn)行關(guān)鍵特殊傳感器的研制生產(chǎn)工業(yè)用傳感器。工業(yè)用傳感器是一種檢測(cè)裝置，能夠測(cè)量或感知特定物體的狀態(tài)和變化，并轉(zhuǎn)化為可傳輸、可處理、可存儲(chǔ)的電子信號(hào)或其他形式信息。工業(yè)用傳感器是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量?？梢哉f，沒有眾多質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的工業(yè)傳感器，就沒有現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)體系。

（2）進(jìn)行工廠傳感網(wǎng)的布局和建設(shè)工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)是一種由大量隨機(jī)分布的、具有實(shí)時(shí)感知和自組織能力的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)狀(Mesh)網(wǎng)絡(luò)，綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，具有低耗自組、泛在協(xié)同、異構(gòu)互連的特點(diǎn)。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是繼現(xiàn)場(chǎng)總線之后工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的又一熱點(diǎn)技術(shù)，是降低工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)成本、提高工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用范圍的革命性技術(shù)，也是未來幾年工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品新的增長(zhǎng)點(diǎn)，已經(jīng)引起許多國(guó)家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。

3.2過程控制數(shù)學(xué)模型的開發(fā)與應(yīng)用要實(shí)現(xiàn)新突破

數(shù)學(xué)模型是冶金自動(dòng)化中的核心技術(shù)?！盃颗Ｒ獱颗１亲印?，如果掌握了數(shù)學(xué)模型的這項(xiàng)技術(shù)，就掌握了自動(dòng)化的主動(dòng)權(quán)、話語權(quán)。核心技術(shù)是買不來的。要生產(chǎn)國(guó)家急需的鋼鐵產(chǎn)品，就要有相應(yīng)的高端自動(dòng)化技術(shù)來做支撐，國(guó)外廠商出于自身利益，不會(huì)轉(zhuǎn)讓這類高端自動(dòng)化技術(shù)與產(chǎn)品，他們所能轉(zhuǎn)讓的技術(shù)都是有條件限制的技術(shù)或已經(jīng)過時(shí)的產(chǎn)品與技術(shù)。開展高端冶金自動(dòng)化領(lǐng)域數(shù)學(xué)模型的自主創(chuàng)新條件基本成熟。市場(chǎng)需求非常廣闊，我國(guó)的冶金自動(dòng)化水平已經(jīng)發(fā)展到了一定的水平，一支技術(shù)創(chuàng)新的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)基本形成，而且許多冶金企業(yè)都有著豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這些都為開展二級(jí)數(shù)學(xué)模型的自主創(chuàng)新創(chuàng)造了極為有利的條件。數(shù)學(xué)模型是控制對(duì)象的表征，是對(duì)象可執(zhí)行的表述，正是由于它與信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、工藝能力的有效結(jié)合，發(fā)揮了重要的指揮與優(yōu)化作用，所以數(shù)學(xué)模型才被稱之為自動(dòng)化與信息化的核心技術(shù)。建立高可用性、高精度的數(shù)學(xué)模型是我國(guó)鋼鐵工業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)出滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的鋼材品種；提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)基礎(chǔ)。審視整個(gè)鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化信息化的發(fā)展趨勢(shì)，過程控制數(shù)學(xué)模型是鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化信息化最直接最有效的領(lǐng)域，也是最核心的技術(shù)，沒有或者不掌握這種技術(shù)，鋼鐵工業(yè)的自動(dòng)化信息化就難免流于形式，難以收到理想的效果。過程控制數(shù)學(xué)模型在國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展，目前還剛剛起步，方興未艾，隨著需求的發(fā)展，未來的數(shù)學(xué)模型還有著極大的發(fā)展空間。從現(xiàn)在起，形成社會(huì)的關(guān)注，這對(duì)數(shù)學(xué)模型的未來發(fā)展，會(huì)起到一定的積極作用。打破數(shù)學(xué)模型的神秘感。相信自己的力量，鼓足自己的信心，模型應(yīng)用從低級(jí)向高級(jí)逐步發(fā)展，不斷積累技術(shù)，不斷培養(yǎng)人才，踏下心來，抓上幾個(gè)項(xiàng)目，就一定能搞出名堂來，收到明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。發(fā)展以數(shù)學(xué)模型為核心的自動(dòng)化技術(shù)，是落實(shí)“科技創(chuàng)造未來”的具體體現(xiàn)，也是我國(guó)鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)新的騰飛的助推器。在過程控制數(shù)學(xué)模型的研發(fā)與應(yīng)用上，要實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)突破，開發(fā)出有中國(guó)特色的數(shù)學(xué)模型產(chǎn)品與技術(shù)，走出一條“研制一批，儲(chǔ)備一批，生產(chǎn)一批”以科研促生產(chǎn)、以生產(chǎn)出產(chǎn)品、以產(chǎn)品保應(yīng)用的新的可持續(xù)發(fā)展之路來。

3.3以國(guó)產(chǎn)化創(chuàng)新型產(chǎn)品與技術(shù)為核心的自動(dòng)化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新

經(jīng)過幾年的努力，我國(guó)制造業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域已經(jīng)擁有了一批自主開發(fā)創(chuàng)新的產(chǎn)品與技術(shù)。這為今后自動(dòng)化、信息化技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但這僅僅是開始，堅(jiān)冰雖然打破，但水下仍然潛藏著巨大的冰塊，所以發(fā)展以國(guó)產(chǎn)化的創(chuàng)新型產(chǎn)品與技術(shù)為核心的自動(dòng)化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新今后還有許多工作要做。

3.3.1博弈要有實(shí)力

要在國(guó)際自動(dòng)化領(lǐng)域取得話語權(quán)，就要靠實(shí)力。以前，依靠市場(chǎng)換取技術(shù)，只是一種低層次的對(duì)外開放，而且依靠錢是買不來核心技術(shù)的。如果我國(guó)在一定程度上掌握了自己的自動(dòng)化、信息化核心技術(shù)，就可以由低層次的對(duì)外開放方式上升到較高層次的對(duì)外開放與交流。形成你中有我，我中有你的態(tài)勢(shì)，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、互利共贏的良性局面。我國(guó)在引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)與產(chǎn)品的同時(shí)也可以對(duì)外輸出自己的產(chǎn)品與技術(shù)，同時(shí)還可以開展聯(lián)合研發(fā)等科技活動(dòng)。

3.3.2新型自動(dòng)化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新要實(shí)現(xiàn)全過程的集成與創(chuàng)新

目前，我國(guó)冶金工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)，許多都處于開環(huán)控制或局部閉環(huán)控制階段。而要實(shí)現(xiàn)真正意義的自動(dòng)化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新就要在全過程方面實(shí)現(xiàn)真正的閉環(huán)。當(dāng)然，這還要涉及到有關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)單元等方面的支持與配合。其核心是國(guó)產(chǎn)化的技術(shù)與產(chǎn)品，并廣泛采用國(guó)內(nèi)外其他先進(jìn)技術(shù)做支持，以保證整套系統(tǒng)的品質(zhì)與質(zhì)量。如果仍然還是停留在實(shí)現(xiàn)局部閉環(huán)控制上，就不能真正稱之為系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新。對(duì)于全過程的認(rèn)識(shí)，我國(guó)著名自動(dòng)化專家柴天佑院士曾經(jīng)有過一段精彩的論述：“采用自動(dòng)化技術(shù)，以計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為手段，將生產(chǎn)過程的生產(chǎn)工藝、設(shè)備運(yùn)行技術(shù)和生產(chǎn)過程管理技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制、運(yùn)行、管理的優(yōu)化集成，從而實(shí)現(xiàn)管理的扁平化和與產(chǎn)品質(zhì)量、成本、消耗相關(guān)的綜合生產(chǎn)指標(biāo)的優(yōu)化?！币試?guó)產(chǎn)化創(chuàng)新型產(chǎn)品與技術(shù)為核心的自動(dòng)化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新是在控制系統(tǒng)、控制工程設(shè)計(jì)和組態(tài)軟件、工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)、制造管理和執(zhí)行軟件等多方面的基礎(chǔ)上，通過集成與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)真正意義上的生產(chǎn)管控一體化和生產(chǎn)過程控制智能化。

3.4能源管控一體化建設(shè)是下一階段冶金自動(dòng)化工作的重點(diǎn)

冶金工業(yè)是耗能大戶，能耗將制約冶金工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)冶金工業(yè)也正面臨著由粗放型向精細(xì)化轉(zhuǎn)型。以耗能來核定產(chǎn)能，或許將成為可能。所以整個(gè)冶金工業(yè)的節(jié)能降耗、低碳減排工作十分繁重，利用自動(dòng)化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)降低能耗，是冶金工業(yè)節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)綠色工廠的重要手段之一。冶金企業(yè)能源管控一體化建設(shè)，如果只停留在數(shù)據(jù)采集階段，那么意義不大。這也是目前已經(jīng)普遍實(shí)現(xiàn)的事實(shí)。針對(duì)冶金工業(yè)能源管控的特點(diǎn)，一是耗能大戶，二是在冶金生產(chǎn)過程中，又伴生出大量的可燃性氣體，如焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等。所以能源管控的工作重心是能源使用管理的優(yōu)化、二次能源的安全合理使用、多種能源介質(zhì)統(tǒng)一平臺(tái)操作、改變傳統(tǒng)的能源計(jì)量方式以及能源安全管理預(yù)警等。能源管控中心建設(shè)的特點(diǎn)是控制模型和管理模型的融合。這也是能源實(shí)現(xiàn)智能化管控的著眼點(diǎn)，建設(shè)一套全新的基于熱值流分析的能源管控一體化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從計(jì)劃層、執(zhí)行層到控制層的一體化；實(shí)現(xiàn)多種能源介質(zhì)協(xié)同一體化；單項(xiàng)能源管控一體化，同時(shí)引進(jìn)先進(jìn)算法，確定科學(xué)的解法。

4結(jié)語

通過對(duì)能源生產(chǎn)管理模型的研究與開發(fā)，特別在能源預(yù)警模型、能源優(yōu)化管理與調(diào)度模型，多種能源介質(zhì)統(tǒng)一綜合平衡成本分析與預(yù)警模型，以及熱值能耗模型要有新的突破，爭(zhēng)取為我國(guó)的能源戰(zhàn)略的發(fā)展做出新的貢獻(xiàn)。五年滄桑，十年巨變，曾經(jīng)的輝煌只是昨日煙云?！奥仿湫捱h(yuǎn)兮，吾將上下而求索”，在冶金工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域還有許多工作要做，所以尋找新的創(chuàng)新切入點(diǎn)，根據(jù)不同的環(huán)境，會(huì)有所不同，一家之言不能概全貌，通過大家共同的努力，從不同角度、不同方面尋求新的自動(dòng)化專業(yè)發(fā)展的新思路，這也是筆者的初衷，讓我們共同譜寫十二五期間自動(dòng)化專業(yè)發(fā)展新篇章！