電氣自動化技術(shù)在冶金工業(yè)中的應(yīng)用探討

楊振華 劉建文

摘 要：隨著冶金工業(yè)的不斷發(fā)展，我國的工業(yè)生產(chǎn)對冶金工業(yè)的生產(chǎn)提出了越來越高的要求。為了達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目標(biāo)，必須在冶金工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用電氣自動化技術(shù)，并促進(jìn)電氣自動化技術(shù)在冶金工業(yè)中的發(fā)展、創(chuàng)新。本文首先研究了電氣自動化技術(shù)在冶金工業(yè)中的發(fā)展，并探討了電氣自動化技術(shù)在冶金工業(yè)中的應(yīng)用，最后提出了電氣自動化技術(shù)在冶金工業(yè)中的未來發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：電氣自動化技術(shù)；冶金工業(yè)；應(yīng)用探討

1 我國冶金工業(yè)自動化發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 我國冶金工業(yè)自動化現(xiàn)狀

在冶金企業(yè)中，控制系統(tǒng)為分級結(jié)構(gòu)：0級是采集執(zhí)行層（傳感器和執(zhí)行器），完成物理量的測量和控制命令的具體執(zhí)行；1級是控制層（即所謂的基礎(chǔ)自動化），完成生產(chǎn)工藝過程的集中控制；2級一般為生產(chǎn)模型計(jì)算，用于生產(chǎn)控制的優(yōu)化；3級為生產(chǎn)管理和調(diào)度系統(tǒng)，用于協(xié)調(diào)調(diào)度各工序間的協(xié)同工作；4級則是企業(yè)信息系統(tǒng)層。這些層面均需有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成互聯(lián)的有機(jī)整體。在2級以上（含2級）層面大都采用以太網(wǎng)，1級以下（含1級）一般是專用網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)有向工業(yè)以太網(wǎng)方向發(fā)展態(tài)勢），采用專用的控制設(shè)備及軟件。其中，各種網(wǎng)絡(luò)的無縫集成是冶金企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化建設(shè)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。因此做好控制和管理系統(tǒng)的信息集成，避免出現(xiàn)“自動化孤島”，企業(yè)信息化才能落到實(shí)處，且真正發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，我國鋼鐵工業(yè)自動化程度得到大大提高，從鐵礦石堆放場、選礦、燒結(jié)廠、高爐、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、爐外精煉、連鑄、軋鋼等鋼鐵生產(chǎn)的各個工序現(xiàn)場，自動化設(shè)備隨處可見，不僅配備了比較先進(jìn)的單機(jī)操作系統(tǒng)，而且還有完善的集散式分布系統(tǒng)。目前我國的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)比如：寶鋼、首鋼、武鋼等從國外引進(jìn)了先進(jìn)自動化控制系統(tǒng)和設(shè)備，然后進(jìn)行吸收消化、改進(jìn)創(chuàng)新，因地制宜，使之符合自身的實(shí)際生產(chǎn)需要，其自動化水平已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平；同時(shí)隨著國家對鋼鐵行業(yè)的越來越高的要求，一些落后的設(shè)備被淘汰，新建的項(xiàng)目大多數(shù)都配備了自動化系統(tǒng)和單機(jī)自動化生產(chǎn)設(shè)備，比如即將開工建設(shè)的武鋼的防城港和柳鋼的湛江項(xiàng)目，將會成為我國南方的精品鋼材基地。

1.2 我國與國際冶金自動化發(fā)展水平差距

在鋼鐵自動化生產(chǎn)產(chǎn)品方面，國內(nèi)從事冶金工業(yè)自動化工程建設(shè)的電氣公司與國外著名的公司相比，存在兩個方面的差距：第一，我國缺乏相應(yīng)的自主知識產(chǎn)權(quán)，大多都是依賴國外進(jìn)口，缺少一個固定的硬件和軟件運(yùn)轉(zhuǎn)平臺。沒有自己的品牌，比如這個項(xiàng)目配備的是德國西門子的系統(tǒng)，另一個項(xiàng)目也許選擇ABB作為控制系統(tǒng)，甚至一些國外幾年前已經(jīng)淘汰的自動化系統(tǒng)如：可編程邏輯控制器（PLC）、集散控制系統(tǒng)（DCS）也被一些企業(yè)引入到生產(chǎn)中來，即使是一個企業(yè)不同的單位使用的系統(tǒng)也可能不一樣，這樣就給選擇一個網(wǎng)絡(luò)平臺集合各個分系統(tǒng)帶來一定的難度；第二，在成套技術(shù)積累經(jīng)驗(yàn)方面，國內(nèi)沒有國外豐富。國內(nèi)的冶金自動化從改革開放才開始發(fā)展，起步較晚。一套完整的自動化系統(tǒng)除了包括方案說明、參數(shù)配置、程序調(diào)試、功能說明，還應(yīng)該包括一些關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)、檢測儀表的選型和安裝等。

2 自動控制技術(shù)在冶金工業(yè)中的運(yùn)用

2.1 現(xiàn)場總線技術(shù)

現(xiàn)場總線控制技術(shù)（fieldbus control system簡稱FCS）產(chǎn)生于上世紀(jì)80年代，經(jīng)過30多年的發(fā)展，目前有60多個不同廠家生產(chǎn)的總線產(chǎn)品，如基金會現(xiàn)場總線、Profibus、由德國BOSCH公司推出的CAN、由Rosemout公司開發(fā)并得到八十多家著名儀表公司支持HART（Highway Addressable Remote Transduer縮寫）等。其在實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)的無縫集成、溝通生產(chǎn)現(xiàn)場、控制設(shè)備、企業(yè)更高的系統(tǒng)管理層之間的聯(lián)系等方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢，因而被冶金行業(yè)廣泛運(yùn)用?，F(xiàn)場總線控制技術(shù)具有以下幾個特點(diǎn)：系統(tǒng)開放、各系統(tǒng)之間既可功能自治也可以互相操作、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)極其分散、對不同生產(chǎn)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。

2.2 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）的應(yīng)用

冶金行業(yè)和其他行業(yè)一樣，自動化控制裝備的進(jìn)展經(jīng)歷了從PLC、DCS到FCS的擴(kuò)展，近年來，隨著PC（個人計(jì)算機(jī)）機(jī)的出現(xiàn)，在自動化控制設(shè)備和系統(tǒng)中IPC得到了眾多企業(yè)的親睞。

所謂工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）就是指把個人計(jì)算機(jī)（PC）的硬件進(jìn)行加固，再安裝上系統(tǒng)控制軟件，這樣就可以用于工業(yè)生產(chǎn)控制、環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)。IPC具有高度開放。價(jià)格低廉、更加靈活、功能更加強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。從本質(zhì)上講，IPC就是在同一硬件運(yùn)行平臺上，把通信、人機(jī)界面及其他功能軟件集合在一起，它具有PLC及DCS的功能，PC機(jī)可以運(yùn)用更多款、價(jià)格較為低廉的系統(tǒng)，如Windows-NT，Windows-CE，還可以安裝各種系統(tǒng)級程序開發(fā)工具，成本也更加低廉。

3 將以太網(wǎng)應(yīng)用到有色冶金自動化的技術(shù)中

3.1 以太網(wǎng)的特點(diǎn)

有色冶金企業(yè)的不斷發(fā)展，使得有色冶金行業(yè)的競爭越加激烈，這就使企業(yè)通過改造、新建和淘汰舊的設(shè)備以及引進(jìn)新的設(shè)備來提升自身的競爭力。但是隨著一些新技術(shù)的更新，導(dǎo)致新技術(shù)與一些落后的技術(shù)很難在控制系統(tǒng)上達(dá)到高度集成。以太網(wǎng)就可以很好地解決這個問題，這是因?yàn)樵谟靡蕴W(wǎng)作為自動化的控制網(wǎng)絡(luò)具有很多的優(yōu)勢，如數(shù)據(jù)傳輸快，有足夠的帶寬和存在時(shí)間長，有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有相同的通信協(xié)議，在設(shè)置、診斷以及維修方面發(fā)展的較為成熟，所以才會被技術(shù)人員接受。還可以讓不同的通信協(xié)議在統(tǒng)一總線上運(yùn)行，作為企業(yè)的公共網(wǎng)絡(luò)平臺的鋪墊。

3.2 工業(yè)以太網(wǎng)在有色冶金自動化中的應(yīng)用

在有色冶金工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)用以太網(wǎng)可以把不同類型的網(wǎng)絡(luò)化的儀器儀表與IPC連接在統(tǒng)一總線上運(yùn)行，把這些系統(tǒng)連接起來，在加以控制。以太網(wǎng)的應(yīng)用使得一些企業(yè)現(xiàn)在都不再需要對原材料的銅礦石進(jìn)行成分的分析，這些分析多可以通過網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)，檢測出來的數(shù)據(jù)可以直接傳送到有關(guān)部門，而公司的成員和客戶也可以在網(wǎng)上看到或查詢到自己需要的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。如圖，可以在現(xiàn)場通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，以PLC作為主站而其他設(shè)備作為從站，這樣就可以保證每個獨(dú)立系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4冶金工業(yè)中應(yīng)用電子自動化技術(shù)的未來發(fā)展方向

雖然電氣自動化技術(shù)在冶金工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，且應(yīng)用發(fā)展速度較快。但是，從目前的整體現(xiàn)狀上來看，我國的電氣自動化技術(shù)與外國發(fā)達(dá)國家的電氣自動化技術(shù)相比，依舊存在著差距。尤其在新電子器件的生產(chǎn)研發(fā)、大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)研發(fā)上，依舊落后與一些國家。因此，我國的電氣自動化技術(shù)需要進(jìn)行全新的探索和創(chuàng)新，提高我國的電氣自動化技術(shù)。結(jié)合我國冶金工業(yè)中的現(xiàn)狀，我國的電氣自動化技術(shù)未來的發(fā)展方向集中在三個方面，即網(wǎng)絡(luò)化、智能化、公開化。

結(jié)束語

在鋼鐵冶金企業(yè)利用自動化網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)可以提高生產(chǎn)率和成品合格率，節(jié)能減排，同時(shí)還可以減少生產(chǎn)事故，是符合我國鋼鐵發(fā)展的總體方向。但是我國冶金自動化起步較晚，科研投入也不及國外，總體的自動化水平尤其是集成與開放程度不高。IPC與TCP/IP以太網(wǎng)結(jié)合進(jìn)行冶金自動化生產(chǎn)控制是比較理想的選擇，為冶金信息化提供了堅(jiān)固的通訊平臺，很好地解決了冶金企業(yè)控制與管理系統(tǒng)的集成問題，使整個工廠實(shí)現(xiàn)一網(wǎng)架構(gòu)，為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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