冶金业自动化技术研究

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1历史回顾

自动化硬件技术仍然以国外产品为主的局面尚未被打破，但是自动化技术应用软件的发展开始取得了实质性突破。以冶金工业为例，一些核心控制软件技术已经打破国外封锁，自主开发出了一批具有世界领先水平的核心控制软件。如自动化炼钢技术、高炉专家系统、冶金企业能源管理系统等，其核心算法、主要解法、控制思想、知识法则等，都是由我国技术人员自主创新研制成功。事实证明，在自动化核心技术方面，单靠引进是不成功的，也是模仿不来的，只有自主创新，才是最正确的道路。大型自动化系统的集成与创新，要以自主技术与产品为核心，虽然还没有取得实质性进展，但已经取得了阶段性成果，如自动化炼钢技术的成功开发并应用于生产实际，就是最好的案例。在实现系统开环控制、系统仿真、局部闭环控制等方面，特别是随着总线技术、嵌入式技术等方面的推广应用，取得的成绩是比较明显的。自动化技术在冶金生产流程中已经成为生产工艺中重要的组成部分。同时自动化技术的应用在冶金工业生产工艺文件编制、工艺流程优化、操作手册的制定等各个方面发挥的作用越来越大。

2存在的问题

我国自动化系统的发展在经历了PLC(ProgrammableLogicController，可编程控制器)、DCS(DistributedControlSystem，分散性控制器)、FCS(FieldbusControlSystem，现场总线控制系统)、PAC(ProgrammableAutomationController，开放式自动化)等几个阶段后，现在已经开始进入大规模采用数学模型、实现智能控制的新时期。我国自动化信息技术的应用，虽然取得了阶段性成果，但和国际领先水平相比，还存在一定距离。要实现真正意义上的两化融合，还有许多路要走。

（1）我国自动化硬件技术市场，目前国外的产品与技术依然占主要地位，缩小这一差距，还要靠我国硬件生产厂家的努力。

（2）目前许多自动化控制系统还处于开环控制，在局部环节实现了闭环控制，这从客观上影响了自动化系统效果的发挥。

（3）以自主创新的产品与技术为核心实现自动化系统的集成与创新还有许多工作要做，如与自动化控制系统相关的仪表、传动等专业的技术水平，也有可能影响到自动化系统的集成与创新工作。

（4）自动化系统的核心技术，有许多还被国外厂商垄断或封锁。

（5）作为自动化产业而言，有些方面比较“浮”，商业色彩浓厚，炒作内容较多，这是一个社会问题。应当鼓励和提倡踏踏实实做事情，认认真真做学问。自动化行业的规模虽然已基本形成，但要做大做强，使之成为我国的支柱产业，还有许多工作要做。

3我国冶金工业自动化技术发展的预测与分析

制造业自动化技术的发展在很大程度上受到制造业本身特点的制约，行业特点比较明显，冶金自动化技术的发展，离不开冶金工业的发展，我国“两化融合”政策的推出，为今后我国自动化技术的发展与应用在理论层面指明了方向，在操作层面，要求也更加具体、明确。对于冶金自动化技术的发展，目前完全可以定位于高端核心自动化技术与产品的创新与应用。

3.1物联网技术在冶金企业中的应用

物联网是指人们通过各类传感器实现物与物、物与人、人与人之间按需的信息获取、传递、储存、认知、分析和使用。

3.1.1物联网技术在工业领域中的应用

工业是物联网应用的重要领域。具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节，可大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。从当前技术发展和应用前景来看，物联网在工业领域的应用主要集中在以下几个方面。

（1）供应链管理物联网应用于企业原材料采购、库存、销售等领域，通过完善和优化供应链管理体系，提高了供应链效率，降低了成本。

（2）冶金生产过程工艺优化物联网技术的应用提高了生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水平。生产过程的智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护水平不断提高。钢铁企业应用各种传感器和通信网络，在生产过程中实现对加工产品的宽度、厚度、温度的实时监控，从而提高了产品质量，优化了生产流程。

（3）产品设备监控管理各种传感技术与制造技术融合，实现了对产品设备操作使用记录、设备故障诊断的远程监控。通过传感器和网络对设备进行在线监测和实时监控，并提供设备维护和故障诊断的解决方案。

（4）环保监测及能源管理物联网与环保设备的融合实现了对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理各环节关键指标的实时监控。在重点排污企业排污口安装无线传感设备，不仅可以实时监测企业排污数据，而且可以远程关闭排污口，防止突发性环境污染事故的发生。

（5）工业安全生产管理把感应器嵌入和装备到矿山设备、油气管道、矿工设备中，可以感知危险环境中工作人员、设备机器、周边环境等方面的安全状态信息，将现有分散、独立、单一的网络监管平台提升为系统、开放、多元的综合网络监管平台，实现实时感知、准确辨识、快捷响应、有效控制。

3.1.2冶金工业领域物联网应用的关键技术

从整体上来看，物联网还处于起步阶段。物联网在冶金工业领域的大规模应用还面临一些关键技术问题，概括起来主要有两个问题。

（1）进行关键特殊传感器的研制生产工业用传感器。工业用传感器是一种检测装置，能够测量或感知特定物体的状态和变化，并转化为可传输、可处理、可存储的电子信号或其他形式信息。工业用传感器是实现工业自动检测和自动控制的首要环节。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。可以说，没有众多质优价廉的工业传感器，就没有现代化工业生产体系。

（2）进行工厂传感网的布局和建设工业无线网络技术。工业无线网络是一种由大量随机分布的、具有实时感知和自组织能力的传感器节点组成的网状(Mesh)网络，综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，具有低耗自组、泛在协同、异构互连的特点。工业无线网络技术是继现场总线之后工业控制系统领域的又一热点技术，是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术，也是未来几年工业自动化产品新的增长点，已经引起许多国家学术界和工业界的高度重视。

3.2过程控制数学模型的开发与应用要实现新突破

数学模型是冶金自动化中的核心技术。“牵牛要牵牛鼻子”，如果掌握了数学模型的这项技术，就掌握了自动化的主动权、话语权。核心技术是买不来的。要生产国家急需的钢铁产品，就要有相应的高端自动化技术来做支撑，国外厂商出于自身利益，不会转让这类高端自动化技术与产品，他们所能转让的技术都是有条件限制的技术或已经过时的产品与技术。开展高端冶金自动化领域数学模型的自主创新条件基本成熟。市场需求非常广阔，我国的冶金自动化水平已经发展到了一定的水平，一支技术创新的团队已经基本形成，而且许多冶金企业都有着丰富的实践经验，这些都为开展二级数学模型的自主创新创造了极为有利的条件。数学模型是控制对象的表征，是对象可执行的表述，正是由于它与信息技术、自动控制技术、工艺能力的有效结合，发挥了重要的指挥与优化作用，所以数学模型才被称之为自动化与信息化的核心技术。建立高可用性、高精度的数学模型是我国钢铁工业开发和生产出满足国民经济发展需要的钢材品种；提高产品质量、节约能源、降低成本，从而实现可持续发展，提升核心竞争力的技术基础。审视整个钢铁工业自动化信息化的发展趋势，过程控制数学模型是钢铁工业自动化信息化最直接最有效的领域，也是最核心的技术，没有或者不掌握这种技术，钢铁工业的自动化信息化就难免流于形式，难以收到理想的效果。过程控制数学模型在国内钢铁行业的应用与发展，目前还刚刚起步，方兴未艾，随着需求的发展，未来的数学模型还有着极大的发展空间。从现在起，形成社会的关注，这对数学模型的未来发展，会起到一定的积极作用。打破数学模型的神秘感。相信自己的力量，鼓足自己的信心，模型应用从低级向高级逐步发展，不断积累技术，不断培养人才，踏下心来，抓上几个项目，就一定能搞出名堂来，收到明显的经济效益与社会效益。发展以数学模型为核心的自动化技术，是落实“科技创造未来”的具体体现，也是我国钢铁工业实现新的腾飞的助推器。在过程控制数学模型的研发与应用上，要实现重点突破，开发出有中国特色的数学模型产品与技术，走出一条“研制一批，储备一批，生产一批”以科研促生产、以生产出产品、以产品保应用的新的可持续发展之路来。

3.3以国产化创新型产品与技术为核心的自动化系统的集成与创新

经过几年的努力，我国制造业自动化领域已经拥有了一批自主开发创新的产品与技术。这为今后自动化、信息化技术的发展奠定了坚实的基础。但这仅仅是开始，坚冰虽然打破，但水下仍然潜藏着巨大的冰块，所以发展以国产化的创新型产品与技术为核心的自动化系统的集成与创新今后还有许多工作要做。

3.3.1博弈要有实力

要在国际自动化领域取得话语权，就要靠实力。以前，依靠市场换取技术，只是一种低层次的对外开放，而且依靠钱是买不来核心技术的。如果我国在一定程度上掌握了自己的自动化、信息化核心技术，就可以由低层次的对外开放方式上升到较高层次的对外开放与交流。形成你中有我，我中有你的态势，达到优势互补、互利共赢的良性局面。我国在引进先进技术与产品的同时也可以对外输出自己的产品与技术，同时还可以开展联合研发等科技活动。

3.3.2新型自动化系统的集成与创新要实现全过程的集成与创新

目前，我国冶金工业自动化系统的建设，许多都处于开环控制或局部闭环控制阶段。而要实现真正意义的自动化系统的集成与创新就要在全过程方面实现真正的闭环。当然，这还要涉及到有关执行机构、检测单元等方面的支持与配合。其核心是国产化的技术与产品，并广泛采用国内外其他先进技术做支持，以保证整套系统的品质与质量。如果仍然还是停留在实现局部闭环控制上，就不能真正称之为系统的集成与创新。对于全过程的认识，我国著名自动化专家柴天佑院士曾经有过一段精彩的论述：“采用自动化技术，以计算机和网络技术为手段，将生产过程的生产工艺、设备运行技术和生产过程管理技术进行集成，实现生产过程的控制、运行、管理的优化集成，从而实现管理的扁平化和与产品质量、成本、消耗相关的综合生产指标的优化。”以国产化创新型产品与技术为核心的自动化系统的集成与创新是在控制系统、控制工程设计和组态软件、工业通信网络、制造管理和执行软件等多方面的基础上，通过集成与优化，实现真正意义上的生产管控一体化和生产过程控制智能化。

3.4能源管控一体化建设是下一阶段冶金自动化工作的重点

冶金工业是耗能大户，能耗将制约冶金工业的发展，我国冶金工业也正面临着由粗放型向精细化转型。以耗能来核定产能，或许将成为可能。所以整个冶金工业的节能降耗、低碳减排工作十分繁重，利用自动化技术来实现降低能耗，是冶金工业节能减排、实现绿色工厂的重要手段之一。冶金企业能源管控一体化建设，如果只停留在数据采集阶段，那么意义不大。这也是目前已经普遍实现的事实。针对冶金工业能源管控的特点，一是耗能大户，二是在冶金生产过程中，又伴生出大量的可燃性气体，如焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等。所以能源管控的工作重心是能源使用管理的优化、二次能源的安全合理使用、多种能源介质统一平台操作、改变传统的能源计量方式以及能源安全管理预警等。能源管控中心建设的特点是控制模型和管理模型的融合。这也是能源实现智能化管控的着眼点，建设一套全新的基于热值流分析的能源管控一体化系统，实现从计划层、执行层到控制层的一体化；实现多种能源介质协同一体化；单项能源管控一体化，同时引进先进算法，确定科学的解法。

4结语

通过对能源生产管理模型的研究与开发，特别在能源预警模型、能源优化管理与调度模型，多种能源介质统一综合平衡成本分析与预警模型，以及热值能耗模型要有新的突破，争取为我国的能源战略的发展做出新的贡献。五年沧桑，十年巨变，曾经的辉煌只是昨日烟云。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，在冶金工业自动化领域还有许多工作要做，所以寻找新的创新切入点，根据不同的环境，会有所不同，一家之言不能概全貌，通过大家共同的努力，从不同角度、不同方面寻求新的自动化专业发展的新思路，这也是笔者的初衷，让我们共同谱写十二五期间自动化专业发展新篇章！