冶金業(yè)自動化技術(shù)研究
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1歷史回顧
自動化硬件技術(shù)仍然以國外產(chǎn)品為主的局面尚未被打破，但是自動化技術(shù)應(yīng)用軟件的發(fā)展開始取得了實質(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、知識法則等，都是由我國技術(shù)人員自主創(chuàng)新研制成功。事實證明，在自動化核心技術(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，雖然還沒有取得實質(zhì)性進(jìn)展，但已經(jīng)取得了階段性成果，如自動化煉鋼技術(shù)的成功開發(fā)并應(yīng)用于生產(chǎn)實際，就是最好的案例。在實現(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，取得的成績是比較明顯的。自動化技術(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。同時自動化技術(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、操作手冊的制定等各個方面發(fā)揮的作用越來越大。
2存在的問題
我國自動化系統(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)場總線控制系統(tǒng))、PAC(ProgrammableAutomationController，開放式自動化)等幾個階段后，現(xiàn)在已經(jīng)開始進(jìn)入大規(guī)模采用數(shù)學(xué)模型、實現(xiàn)智能控制的新時期。我國自動化信息技術(shù)的應(yīng)用，雖然取得了階段性成果，但和國際領(lǐng)先水平相比，還存在一定距離。要實現(xiàn)真正意義上的兩化融合，還有許多路要走。
（1）我國自動化硬件技術(shù)市場，目前國外的產(chǎn)品與技術(shù)依然占主要地位，縮小這一差距，還要靠我國硬件生產(chǎn)廠家的努力。
（2）目前許多自動化控制系統(tǒng)還處于開環(huán)控制，在局部環(huán)節(jié)實現(xiàn)了閉環(huán)控制，這從客觀上影響了自動化系統(tǒng)效果的發(fā)揮。
（3）以自主創(chuàng)新的產(chǎn)品與技術(shù)為核心實現(xiàn)自動化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新還有許多工作要做，如與自動化控制系統(tǒng)相關(guān)的儀表、傳動等專業(yè)的技術(shù)水平，也有可能影響到自動化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新工作。
（4）自動化系統(tǒng)的核心技術(shù)，有許多還被國外廠商壟斷或封鎖。
（5）作為自動化產(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，這是一個社會問題。應(yīng)當(dāng)鼓勵和提倡踏踏實實做事情，認(rèn)認(rèn)真真做學(xué)問。自動化行業(yè)的規(guī)模雖然已基本形成，但要做大做強，使之成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，還有許多工作要做。
3我國冶金工業(yè)自動化技術(shù)發(fā)展的預(yù)測與分析
制造業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展在很大程度上受到制造業(yè)本身特點的制約，行業(yè)特點比較明顯，冶金自動化技術(shù)的發(fā)展，離不開冶金工業(yè)的發(fā)展，我國“兩化融合”政策的推出，為今后我國自動化技術(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。對于冶金自動化技術(shù)的發(fā)展，目前完全可以定位于高端核心自動化技術(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現(xiàn)物與物、物與人、人與人之間按需的信息獲取、傳遞、儲存、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)的計算模式、移動通信等不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)的各個環(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、實時參數(shù)采集、生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測的能力和水平。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)過程中實現(xiàn)對加工產(chǎn)品的寬度、厚度、溫度的實時監(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，實現(xiàn)了對產(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)對設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測和實時監(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)測及能源管理物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保設(shè)備的融合實現(xiàn)了對工業(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)的實時監(jiān)控。在重點排污企業(yè)排污口安裝無線傳感設(shè)備，不僅可以實時監(jiān)測企業(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，可以感知危險環(huán)境中工作人員、設(shè)備機器、周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息，將現(xiàn)有分散、獨立、單一的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管平臺提升為系統(tǒng)、開放、多元的綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管平臺，實現(xiàn)實時感知、準(zhǔn)確辨識、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裝置，能夠測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、可存儲的電子信號或其他形式信息。工業(yè)用傳感器是實現(xiàn)工業(yè)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(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)是一種由大量隨機分布的、具有實時感知和自組織能力的傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)狀(Mesh)網(wǎng)絡(luò)，綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(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。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是繼現(xiàn)場總線之后工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的又一熱點技術(shù)，是降低工業(yè)測控系統(tǒng)成本、提高工業(yè)測控系統(tǒng)應(yīng)用范圍的革命性技術(shù)，也是未來幾年工業(yè)自動化產(chǎn)品新的增長點，已經(jīng)引起許多國家學(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)用要實現(xiàn)新突破
數(shù)學(xué)模型是冶金自動化中的核心技術(shù)?！盃颗Ｒ獱颗１亲印?，如果掌握了數(shù)學(xué)模型的這項技術(shù)，就掌握了自動化的主動權(quán)、話語權(quán)。核心技術(shù)是買不來的。要生產(chǎn)國家急需的鋼鐵產(chǎn)品，就要有相應(yīng)的高端自動化技術(shù)來做支撐，國外廠商出于自身利益，不會轉(zhuǎn)讓這類高端自動化技術(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)過時的產(chǎn)品與技術(shù)。開展高端冶金自動化領(lǐng)域數(shù)學(xué)模型的自主創(chuàng)新條件基本成熟。市場需求非常廣闊，我國的冶金自動化水平已經(jīng)發(fā)展到了一定的水平，一支技術(shù)創(chuàng)新的團(tuán)隊已經(jīng)基本形成，而且許多冶金企業(yè)都有著豐富的實踐經(jīng)驗，這些都為開展二級數(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)模型是控制對象的表征，是對象可執(zhí)行的表述，正是由于它與信息技術(shù)、自動控制技術(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)模型是我國鋼鐵工業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)出滿足國民經(jīng)濟發(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，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，提升核心競爭力的技術(shù)基礎(chǔ)。審視整個鋼鐵工業(yè)自動化信息化的發(fā)展趨勢，過程控制數(shù)學(xué)模型是鋼鐵工業(yè)自動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，形成社會的關(guān)注，這對數(shù)學(xué)模型的未來發(fā)展，會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)用從低級向高級逐步發(fā)展，不斷積累技術(shù)，不斷培養(yǎng)人才，踏下心來，抓上幾個項目，就一定能搞出名堂來，收到明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。發(fā)展以數(shù)學(xué)模型為核心的自動化技術(shù)，是落實“科技創(chuàng)造未來”的具體體現(xiàn)，也是我國鋼鐵工業(yè)實現(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，要實現(xiàn)重點突破，開發(fā)出有中國特色的數(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以國產(chǎn)化創(chuàng)新型產(chǎn)品與技術(shù)為核心的自動化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新
經(jīng)過幾年的努力，我國制造業(yè)自動化領(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)。這為今后自動化、信息化技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。但這僅僅是開始，堅冰雖然打破，但水下仍然潛藏著巨大的冰塊，所以發(fā)展以國產(chǎn)化的創(chuàng)新型產(chǎn)品與技術(shù)為核心的自動化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新今后還有許多工作要做。
3.3.1博弈要有實力
要在國際自動化領(lǐng)域取得話語權(quán)，就要靠實力。以前，依靠市場換取技術(shù)，只是一種低層次的對外開放，而且依靠錢是買不來核心技術(shù)的。如果我國在一定程度上掌握了自己的自動化、信息化核心技術(shù)，就可以由低層次的對外開放方式上升到較高層次的對外開放與交流。形成你中有我，我中有你的態(tài)勢，達(dá)到優(yōu)勢互補、互利共贏的良性局面。我國在引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)與產(chǎn)品的同時也可以對外輸出自己的產(chǎn)品與技術(shù)，同時還可以開展聯(lián)合研發(fā)等科技活動。
3.3.2新型自動化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新要實現(xiàn)全過程的集成與創(chuàng)新
目前，我國冶金工業(yè)自動化系統(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。而要實現(xiàn)真正意義的自動化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新就要在全過程方面實現(xiàn)真正的閉環(huán)。當(dāng)然，這還要涉及到有關(guān)執(zhí)行機構(gòu)、檢測單元等方面的支持與配合。其核心是國產(chǎn)化的技術(shù)與產(chǎn)品，并廣泛采用國內(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。對于全過程的認(rèn)識，我國著名自動化專家柴天佑院士曾經(jīng)有過一段精彩的論述：“采用自動化技術(shù)，以計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為手段，將生產(chǎn)過程的生產(chǎn)工藝、設(shè)備運行技術(shù)和生產(chǎn)過程管理技術(shù)進(jìn)行集成，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制、運行、管理的優(yōu)化集成，從而實現(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a(chǎn)化創(chuàng)新型產(chǎn)品與技術(shù)為核心的自動化系統(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化工作的重點
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，利用自動化技術(shù)來實現(xiàn)降低能耗，是冶金工業(yè)節(jié)能減排、實現(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)普遍實現(xiàn)的事實。針對冶金工業(yè)能源管控的特點，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)一平臺操作、改變傳統(tǒng)的能源計量方式以及能源安全管理預(yù)警等。能源管控中心建設(shè)的特點是控制模型和管理模型的融合。這也是能源實現(xiàn)智能化管控的著眼點，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)，實現(xiàn)從計劃層、執(zhí)行層到控制層的一體化；實現(xiàn)多種能源介質(zhì)協(xié)同一體化；單項能源管控一體化，同時引進(jìn)先進(jìn)算法，確定科學(xué)的解法。
4結(jié)語
通過對能源生產(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，爭取為我國的能源戰(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。“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”，在冶金工業(yè)自動化領(lǐng)域還有許多工作要做，所以尋找新的創(chuàng)新切入點，根據(jù)不同的環(huán)境，會有所不同，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化專業(yè)發(fā)展新篇章！