試論自動化網(wǎng)絡控制技術在我國冶金工業(yè)中的應用

杜平先

（云南恒豐工程建設監(jiān)理有限公司，云南 楚雄675000）

0 引言

冶金工業(yè)生產(chǎn)過程主要包括選礦、燒結、高爐、轉(zhuǎn)爐、軋鋼等環(huán)節(jié)，不僅生產(chǎn)過程繁雜，技術要求較高，而且生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高溫、高輻射以及粉塵等會對企業(yè)員工的身心健康造成較大危害，并且在有些工序或者生產(chǎn)環(huán)節(jié)，僅僅靠人力是無法完成的。因此，在冶金工業(yè)中，必須要大力運用生產(chǎn)自動化控制技術，借助于工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)及系統(tǒng)之間的有效聯(lián)結，以促進我國冶金工業(yè)的快速健康和可持續(xù)發(fā)展。

就自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)而言，網(wǎng)絡技術承擔著“中樞神經(jīng)”的功能。借助于網(wǎng)絡，人們可以把冶金工業(yè)中所有支持網(wǎng)絡的生產(chǎn)設備連接起來，不僅可以有效傳輸各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而且可以加強對冶金工業(yè)生產(chǎn)的控制，提高冶金工業(yè)的生產(chǎn)效率。在當前國內(nèi)外冶金工業(yè)生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)中，出現(xiàn)了很多網(wǎng)絡技術的應用，在提高冶金工業(yè)自動化控制方面發(fā)揮了重要作用。但是，無論是哪種網(wǎng)絡類型，實際上都是以某一種計算機接口和計算機網(wǎng)絡協(xié)議為基礎的。其中，以太網(wǎng)是當前應用最廣泛的計算機網(wǎng)絡技術。以太網(wǎng)具有很多明顯優(yōu)勢，主要包括：廣泛的技術支持、費用比較節(jié)省、信息傳輸速率高。因此，充分利用以太網(wǎng)的這些優(yōu)勢，就可以有效構建起高效、開放、穩(wěn)定的冶金工業(yè)自動化網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。

1 當前我國冶金工業(yè)中自動化控制技術的運用情況

對于冶金企業(yè)來說，由于冶金工業(yè)的生產(chǎn)過程比較冗長，而且包含很多繁雜的環(huán)節(jié)，從原材料購買到生產(chǎn)過程，再到最后生產(chǎn)出合格的工業(yè)產(chǎn)品，其工序繁瑣，工藝過程比較復雜。因此，隨著現(xiàn)代信息技術和自動化控制系統(tǒng)的快速發(fā)展，冶金自動化技術的運用越來越廣泛。

在冶金工業(yè)中，自動化控制技術系統(tǒng)采用分級結構。其中，0級包括傳感器和執(zhí)行器等，其主要功能是采集執(zhí)行，完成物理量的測量以及控制命令的執(zhí)行等；1級是基礎自動化，其主要功能是對生產(chǎn)工藝過程進行集中控制；2級是生產(chǎn)模型計算，其主要功能是對生產(chǎn)控制進行優(yōu)化；3級是生產(chǎn)管理及調(diào)度系統(tǒng)，其功能在于協(xié)調(diào)調(diào)度，推動各工序之間的工作協(xié)同；4級是企業(yè)信息系統(tǒng)層。冶金工業(yè)的自動化技術系統(tǒng)各層面之間，通過相應的網(wǎng)絡構成互聯(lián)互通的有機整體。其中，在自動化控制技術系統(tǒng)的2級以上（含2級）層面主要采用以太網(wǎng)，而1級以下（含1級）一般采用專用網(wǎng)絡。冶金工業(yè)自動化控制技術系統(tǒng)各網(wǎng)絡間的無縫聯(lián)結是實現(xiàn)信息化建設的關鍵環(huán)節(jié)。只有推動冶金工業(yè)控制及管理系統(tǒng)的信息集成，才能使自動化控制技術落到實處，并且充分發(fā)揮其應有作用。

1.1 我國冶金工業(yè)自動化控制技術運用的基本狀況

自20世紀80年代以來，我國冶金工業(yè)逐步將自動化控制系統(tǒng)引入工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，冶金工業(yè)的自動化控制技術得到快速發(fā)展。尤其在進入21世紀之后，我國冶金工業(yè)的自動化程度有了顯著提高，在冶金工業(yè)生產(chǎn)的各個工序中，自動化設備得到廣泛應用，不僅使用了先進的單機操作系統(tǒng)，而且構成完善的集散式分布，可以對冶金生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控和調(diào)整，自動檢測設備運行情況，在出現(xiàn)故障時及時發(fā)出指示信號，并且可以根據(jù)生產(chǎn)計劃自動化運行。目前，我國大型冶金企業(yè)，例如寶鋼、武鋼等，在引進國外先進自動化控制技術及設備的基礎上，進行消化、吸收，并不斷創(chuàng)新，不僅使這些自動化控制技術更加符合生產(chǎn)需要，而且自動化水平已經(jīng)逐步趕超國際先進水平。但是，應該看到，由于我國冶金工業(yè)的技術基礎比較薄弱，自動化技術水平整體不高，與國外發(fā)達國家先進的自動化控制技術相比，還存在著明顯的差距。

1.2 我國冶金工業(yè)自動化控制技術運用中存在的突出問題

（1）由于我國能源結構的不合理以及資源短缺的矛盾日益凸顯，在冶金工業(yè)生產(chǎn)過程中推行高效、低耗以及環(huán)境污染少的生產(chǎn)工藝，淘汰落后的生產(chǎn)設備，已經(jīng)成為我國工業(yè)生產(chǎn)的必然要求。但是，我國冶金工業(yè)生產(chǎn)所需要的大型設備還需要進口，工業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新不足，產(chǎn)品技術保障體系不夠完善。因此，自動化網(wǎng)絡控制技術的運用還需要進一步完善。

（2）由于冶金工業(yè)的生產(chǎn)過程比較復雜，自動化控制技術的數(shù)學模型適應性不足，很多引進的先進控制設備其性能沒有得到充分發(fā)揮，我國冶金工業(yè)的自動化網(wǎng)絡控制技術亟待進一步完善。

（3）我國冶金工業(yè)自動化網(wǎng)絡控制技術在性能維護以及數(shù)據(jù)分析方面還存在很多問題，自動化網(wǎng)絡控制技術在可靠性維護以及數(shù)據(jù)診斷分析等方面還存在著較大差距，不利于自動化網(wǎng)絡控制技術在我國冶金工業(yè)生產(chǎn)中的普遍推廣。

2 以太網(wǎng)控制技術在冶金工業(yè)中應用的優(yōu)勢

當前國際主流自動化控制技術廠商生產(chǎn)的控制器都提供以太網(wǎng)TCP／IP接口，這是因為以太網(wǎng)TCP／IP技術以及協(xié)議是完全公開的，并且已經(jīng)成為網(wǎng)絡互連的重要標準。因此，以太網(wǎng)控制技術在產(chǎn)品設計、材質(zhì)選用、產(chǎn)品強度、可互操作性、可靠性等方面能夠滿足冶金工業(yè)的生產(chǎn)需要。

（1）數(shù)據(jù)傳輸率高。數(shù)據(jù)傳輸率高的特點為以太網(wǎng)控制技術在冶金工業(yè)中的運用奠定了重要基礎，通信速率的提高不僅可以減輕網(wǎng)絡負荷，而且可以顯著提高時間確定性。一般來說，10Mb／s 的 以 太 網(wǎng) 傳 送 1 518 字 節(jié) 需 要 用1.2s，而1 000Mb／s的以太網(wǎng)僅需要12μs，而隨著百兆網(wǎng)、千兆網(wǎng)的廣泛使用和萬兆網(wǎng)的出現(xiàn)，冶金工業(yè)中以太網(wǎng)控制技術的數(shù)據(jù)傳輸率將會更快。

（2）交互式和開放的數(shù)據(jù)存取技術。由于具有開放式和交互式數(shù)據(jù)提取及存儲技術，以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的終端設備以及交換機端口之間可以采用全雙工通信線路，在交換機內(nèi)部多對端口之間采用并行交換，這樣不僅有助于消除以太網(wǎng)用于工業(yè)控制時所受到的制約，滿足生產(chǎn)過程中實時控制的要求，而且可以支持虛擬局域網(wǎng)，降低組網(wǎng)成木，提高網(wǎng)絡控制的靈活性。

（3）性能可靠，維護方便。由于以太網(wǎng)有統(tǒng)一的標準以及相同的通信協(xié)議，Ethernet和TCP／IP很容易集成到信息系統(tǒng)。所以在設置、診斷以及維護等方面的技術比較成熟，并且已經(jīng)被廣大技術人員所接受和熟練掌握。因此，以太網(wǎng)控制技術就為冶金工業(yè)建立公共網(wǎng)絡平臺奠定了基礎，并可以構成各種網(wǎng)絡拓撲結構，為冶金工業(yè)自動化網(wǎng)絡控制技術的運行提供可靠保障。例如，在網(wǎng)絡拓撲結構上，采用星形連接及交換式Hub，可以提供數(shù)據(jù)緩沖以及具有確定接收數(shù)據(jù)的網(wǎng)段智能，降低數(shù)據(jù)沖撞及重發(fā)機會。

總之，以太網(wǎng)技術具有高傳輸速率、高傳輸安全性和可靠性等優(yōu)勢，為解決冶金工業(yè)的控制、管理以及系統(tǒng)集成等問題提供了強大的技術支撐。例如，ODVA（Device Net供應商協(xié)會）就已經(jīng)發(fā)布了在工廠基層使用以太網(wǎng)服務的工業(yè)標準?？梢姡蕴W(wǎng)進入工業(yè)自動化控制領域已經(jīng)成為社會發(fā)展的必然趨勢。把以太網(wǎng)控制技術與現(xiàn)場總線結合起來，使冶金工業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)集中到統(tǒng)一的自動化網(wǎng)絡架構中，這樣就可以顯著提高冶金工業(yè)的生產(chǎn)效能。

3 自動化網(wǎng)絡控制技術在冶金工業(yè)綜合控制中的應用

自動化網(wǎng)絡控制技術在冶金工業(yè)的應用，不僅可以對各生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行監(jiān)控、調(diào)整和檢測，及時發(fā)現(xiàn)故障并發(fā)出指示信號，而且可以根據(jù)要求進行自動化工作。以以太網(wǎng)為基礎的自動化網(wǎng)絡控制技術在冶金工業(yè)綜合控制中的廣泛應用，不僅可以解決冶金工業(yè)生產(chǎn)中的系統(tǒng)控制等問題，而且可以有效提高冶金工業(yè)的生產(chǎn)效益。

（1）構建冶金基礎自動化系統(tǒng)。在冶金工業(yè)中，以PLC、DCS、工業(yè)控制計算機為代表的計算機控制，是對冶金生產(chǎn)現(xiàn)場級設備的控制，構成了冶金基礎自動化系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)中，PLC控制占據(jù)主導地位，是最基礎的自動化控制系統(tǒng)，其作用的發(fā)揮將會對冶金工業(yè)綜合控制系統(tǒng)產(chǎn)生直接影響。在冶金基礎自動化系統(tǒng)中，PLC發(fā)揮著回路控制的功能，DCS主要是用于改善順序控制功能，它們與工業(yè)控制計算機等設備構成了冶金工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的基本控制系統(tǒng)，發(fā)揮著極其重要的作用。

（2）構建冶金生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)。在冶金工業(yè)過程中，借助于生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對冶金生產(chǎn)流程進行集成控制，使其在協(xié)調(diào)工序、質(zhì)量監(jiān)控以及在線監(jiān)測等方面發(fā)揮積極作用。這是冶金工業(yè)自動化綜合控制系統(tǒng)的重要組成部分。因此，必須構建冶金生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)，促進冶金生產(chǎn)橫向數(shù)據(jù)的集成與相互傳遞，同時推動計劃—生產(chǎn)—控制等縱向的信息集成。在此基礎上，整合冶金生產(chǎn)中的實時數(shù)據(jù)和關系數(shù)據(jù)庫，為冶金生產(chǎn)管理控制提供決策支持。

（3）構建過程控制系統(tǒng)。在冶金工業(yè)生產(chǎn)中，采用光機電一體化、軟測量以及數(shù)據(jù)融合數(shù)據(jù)處理等技術，以關鍵工藝參數(shù)控制、物流跟蹤、能源控制以及產(chǎn)品質(zhì)量全過程控制為目標，實現(xiàn)對冶金工業(yè)流程的在線監(jiān)控。通過構建過程控制系統(tǒng)，借助于繼電器、傳感器等設備的應用，不僅可對冶金工業(yè)進行自動檢測和控制，而且可充分實現(xiàn)對冶金自動化的順序控制、過程控制、傳動控制以及運動控制，有效改進冶金工業(yè)自動化系統(tǒng)的效能。例如，采用RCS－9600CS系列裝置來保護測控產(chǎn)品，具有較高的靈活度，可有效對冶金工業(yè)生產(chǎn)進行自動檢測和自動控制。

（4）構建企業(yè)信息化系統(tǒng)。建立企業(yè)信息化系統(tǒng)的目的在于實現(xiàn)信息共享，不斷提升冶金工業(yè)的制造智能，以有效實施質(zhì)量管控、實時監(jiān)測、生產(chǎn)調(diào)度等的動態(tài)管理，這樣不僅可以降低冶金工業(yè)的生產(chǎn)成本，而且可以做到對能源的有效管控與性能管理，為冶金工業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展以及冶金工業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營管理等的創(chuàng)新奠定堅實的信息基礎。例如，利用計算機仿真技術及其他技術實現(xiàn)對冶金工業(yè)生產(chǎn)流程的模擬，可以實現(xiàn)對故障分析、在線監(jiān)測等多方面的智能管理，降低冶金工業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)利潤。

4 結語

在冶金工業(yè)中廣泛應用自動化網(wǎng)絡控制技術，不僅可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)事故，降低企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營風險，而且有助于實現(xiàn)冶金生產(chǎn)過程的優(yōu)化，提高我國冶金工業(yè)的經(jīng)濟效益和市場競爭實力，這已經(jīng)成為我國冶金工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。但是，應該看到，我國冶金工業(yè)的自動化網(wǎng)絡控制技術起步晚，技術基礎比較薄弱，冶金工業(yè)的自動化網(wǎng)絡控制技術的發(fā)展面臨很多不足。因此，必須把以太網(wǎng)控制技術與冶金工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展結合起來，推動我國冶金工業(yè)快速健康發(fā)展。

［1］張雨兵.多網(wǎng)絡協(xié)同控制技術在冶金自動化系統(tǒng)中的應用［J］.科技資訊，2012（12）.

［2］高貴敏.自動化網(wǎng)絡控制技術在冶金工業(yè)中的應用研究［J］.數(shù)字技術及應用，2014（6）.