淺談?dòng)?jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用

林邁迦

摘 要：計(jì)算機(jī)自動(dòng)化在革新工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，提高工業(yè)生產(chǎn)效率方面起著無(wú)法替代的作用，通過(guò)歸納總結(jié)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)在采礦、冶金和鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用上的優(yōu)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上提出計(jì)算機(jī)自動(dòng)化在工業(yè)應(yīng)用上的一些展望，為工業(yè)技術(shù)提升提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；自動(dòng)化；采礦；冶金；鋼鐵

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）20-0017-02

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，單機(jī)自動(dòng)化已不能滿(mǎn)足提升勞動(dòng)生產(chǎn)率和增強(qiáng)企業(yè)效益的要求，而計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展已經(jīng)影響到社會(huì)的各個(gè)方面，逐漸成為社會(huì)生活不可或缺的一部分，極大豐富了人們的物質(zhì)、精神生活水平。因此計(jì)算機(jī)自動(dòng)化將計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化相結(jié)合，極大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)在增加企業(yè)效益方面發(fā)揮著無(wú)可替代的作用。通過(guò)歸納總結(jié)目前計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)在采礦、冶金和鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)帶來(lái)的便利，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)未來(lái)工業(yè)上的前進(jìn)方向進(jìn)行展望。

1 計(jì)算機(jī)自動(dòng)化在采礦業(yè)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)自動(dòng)化在我國(guó)的采礦業(yè)中發(fā)揮著重要作用，將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于采礦業(yè)中，可以在采礦過(guò)程中極大提高工作效率。如現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的地理信息系統(tǒng)（GIS）、新型傳感器和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)收集和分析技術(shù)，可以更加準(zhǔn)確快速地處理礦山復(fù)雜的空間信息，為采礦計(jì)劃編制、采礦自動(dòng)化調(diào)度、采礦生產(chǎn)過(guò)程控制等提供保障，當(dāng)?shù)V山工作環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)，可全面細(xì)致地研究分析客觀(guān)情況，制定相應(yīng)的措施，提高采礦效率，擴(kuò)大采礦生產(chǎn)規(guī)模，保證采礦業(yè)績(jī)的最佳化。

1.1 采礦計(jì)劃編制

采礦計(jì)劃是幫助礦山?jīng)Q策者做出最佳決策，使礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)能夠獲得最大效益的基礎(chǔ)。將計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于采礦計(jì)劃編制就是將礦山的各種參數(shù)運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立礦山模型并進(jìn)行工作模擬，如計(jì)算機(jī)輔助地質(zhì)力學(xué)模型、基于GPS的礦物質(zhì)量和位置數(shù)據(jù)測(cè)量、爆破模擬、地下礦產(chǎn)有限元模型等，使決策者對(duì)礦產(chǎn)的分布、質(zhì)量有深入的了解，從而編制出最佳采礦計(jì)劃，為公司在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中提供優(yōu)勢(shì)[1]。目前采礦技術(shù)編制應(yīng)用最為廣泛的是線(xiàn)性規(guī)劃，ECS公司將人工智能技術(shù)（專(zhuān)家系統(tǒng)或黑板技術(shù)）與線(xiàn)性規(guī)劃相結(jié)合編制采礦計(jì)劃，在各類(lèi)條件的約束下，使采礦作業(yè)確保產(chǎn)量與質(zhì)量的最佳化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的提高，Data Mine公司利用線(xiàn)性規(guī)劃技術(shù)開(kāi)發(fā)出了圖形軟件，為不同時(shí)間長(zhǎng)短的采礦作業(yè)設(shè)計(jì)最佳采礦計(jì)劃，克服了先前線(xiàn)性規(guī)劃軟件公式復(fù)雜，效率低的缺點(diǎn)，同時(shí)具有環(huán)境適應(yīng)性好，利用范圍廣的優(yōu)勢(shì)。

1.2 采礦自動(dòng)化調(diào)度

自動(dòng)化調(diào)度是提高采礦工作效率的關(guān)鍵，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化在調(diào)度上的應(yīng)用就是利用礦石配置軟件分析原始礦石材料可用價(jià)值，確定礦石性?xún)r(jià)比，科學(xué)推測(cè)重選、浮選、篩分的作業(yè)狀況，將礦石和廢巖進(jìn)行篩選，后通過(guò)GPS定位技術(shù)獲取采礦場(chǎng)中所有設(shè)備的位置，再利用自動(dòng)化礦石裝車(chē)系統(tǒng)為采礦場(chǎng)中的貨車(chē)分配相應(yīng)的運(yùn)輸任務(wù)，從而使礦石調(diào)度系統(tǒng)高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，保證礦石的產(chǎn)量與質(zhì)量[2]。采礦自動(dòng)化調(diào)度過(guò)程如圖1所示。

美國(guó)模塊采礦系統(tǒng)公司研發(fā)的DISPATCH（智能礦山）是全面采礦管理的決策平臺(tái)，它受到許多大型礦產(chǎn)企業(yè)的親睞，被作為生產(chǎn)過(guò)程中的控制工具，這個(gè)平臺(tái)為自動(dòng)化調(diào)度起到了很大的幫助作用。

1.3 生產(chǎn)過(guò)程控制

生產(chǎn)過(guò)程控制的目的是確保生產(chǎn)工作的穩(wěn)定，利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)控制生產(chǎn)過(guò)程可以有效減少人為失誤，同時(shí)在工作中得到各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)，決策者利用這些指標(biāo)及時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程做出改進(jìn)，從而保證生產(chǎn)的品質(zhì)與數(shù)量。在收到大容量的礦山采集任務(wù)時(shí)，利用約束編程與分析數(shù)學(xué)編程相結(jié)合的方法，克服礦山模型巨大、計(jì)算復(fù)雜和信息不確定等缺點(diǎn)，為決策者提供實(shí)時(shí)最佳解決方案。美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制的專(zhuān)用于生產(chǎn)過(guò)程控制的計(jì)算機(jī)控制器（PLC）具有使用簡(jiǎn)單、配套設(shè)施齊全、適用性強(qiáng)與抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的使用需求。德國(guó)的赫斯曼公司研制出的導(dǎo)軌系列交換機(jī)可以實(shí)現(xiàn)智能控制，在線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)可迅速切換至冗余鏈路，使網(wǎng)絡(luò)的安全性與抗風(fēng)險(xiǎn)性得到保障。通過(guò)實(shí)踐表明，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化在生產(chǎn)過(guò)程中的控制極大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)利潤(rùn)的最大化。

2 計(jì)算機(jī)自動(dòng)化在冶金業(yè)的應(yīng)用

2.1 冶金企業(yè)信息管理

冶金企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)需要大量數(shù)據(jù)作為輔助，冶金企業(yè)信息管理就是對(duì)企業(yè)經(jīng)營(yíng)中產(chǎn)生的信息進(jìn)行整合，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立一個(gè)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)，將企業(yè)生產(chǎn)信息妥善儲(chǔ)存，讓技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行管理，從而更加高效地利用數(shù)據(jù)，提高企業(yè)工作效率。我國(guó)的馬鞍山鋼鐵股份有限公司使用的煉鋼管理信息系統(tǒng)（MIS）集中管理公司的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，使資源組合達(dá)到了最佳化。

2.2 冶金過(guò)程控制

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以在冶金過(guò)程中對(duì)各個(gè)工藝流程加以控制，并將冶金技術(shù)同實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、工業(yè)基礎(chǔ)、工業(yè)智能等相結(jié)合，從而提高冶金工業(yè)系統(tǒng)整體的安全性和高效性。以軋鋼過(guò)程為例，在軋制過(guò)程中，通過(guò)對(duì)以太網(wǎng)、PLC控制器、各類(lèi)控制儀表等結(jié)合使用，經(jīng)由計(jì)算機(jī)分析后得到軋制過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，再通過(guò)控制系統(tǒng)使得軋制生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)控制得以實(shí)現(xiàn)[3]。

2.3 冶金的技術(shù)支持

在冶金自動(dòng)化過(guò)程中，局域網(wǎng)絡(luò)與人工智能充當(dāng)著重要的角色。局域網(wǎng)絡(luò)的存在可以使冶金的各個(gè)過(guò)程緊密相連，降低銜接過(guò)程中失誤概率，提高冶金過(guò)程中整體工作效率。人工智能系統(tǒng)的出現(xiàn)使冶金自動(dòng)化控制系統(tǒng)從基礎(chǔ)自動(dòng)化轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)信息化，運(yùn)用人工智能系統(tǒng)，可以對(duì)冶金工業(yè)方面的基礎(chǔ)知識(shí)理論與實(shí)際生產(chǎn)中累積的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，讓系統(tǒng)利用自身模糊控制的推理功能來(lái)操控設(shè)備，并在人工操作的基礎(chǔ)上利用自身神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的記憶與學(xué)習(xí)功能使操作技術(shù)加以提升，極大提高了穩(wěn)態(tài)精度與動(dòng)態(tài)性能，與人工操作相比具有明顯的優(yōu)越性，可以更好地提高生產(chǎn)效率。

3 計(jì)算機(jī)自動(dòng)化在鋼鐵業(yè)的應(yīng)用

隨著鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)也逐漸被應(yīng)用于現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)，在鋼鐵品種開(kāi)發(fā)和自動(dòng)化煉鋼技術(shù)方面取得重大進(jìn)展，主要以基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程控制自動(dòng)化、管理系統(tǒng)自動(dòng)化三級(jí)網(wǎng)絡(luò)模式為主體。

3.1 基礎(chǔ)自動(dòng)化（L1級(jí)）

基礎(chǔ)自動(dòng)化是基于PLC技術(shù)展開(kāi)的，通過(guò)PLC技術(shù)的應(yīng)用可以在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行各個(gè)系統(tǒng)的精準(zhǔn)調(diào)控。此外，由于PLC技術(shù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)控是相對(duì)獨(dú)立的，如果個(gè)別系統(tǒng)的內(nèi)部發(fā)生突發(fā)狀況而損壞，其他系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)并不會(huì)因此發(fā)生故障，仍然可以較好地維持整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行[4]。西門(mén)子帶鋼熱連軋廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)就是一個(gè)例子，系統(tǒng)的第一級(jí)可以進(jìn)行閉環(huán)或開(kāi)環(huán)控制，順序控制，位置控制等，各個(gè)系統(tǒng)的控制互不受影響，可以良好地維持系統(tǒng)的運(yùn)行。

3.2 過(guò)程控制自動(dòng)化（L2級(jí)）

過(guò)程控制自動(dòng)化主要是通過(guò)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行過(guò)程管理，運(yùn)用設(shè)立服務(wù)器的方式，來(lái)對(duì)各個(gè)過(guò)程進(jìn)行單一的線(xiàn)上網(wǎng)絡(luò)管理。通過(guò)在服務(wù)器內(nèi)導(dǎo)入相應(yīng)過(guò)程的生產(chǎn)模型，加上基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)功能，這樣可以利用服務(wù)器系統(tǒng)來(lái)指導(dǎo)L1級(jí)生產(chǎn)[5]。以濟(jì)鋼第三煉鋼廠(chǎng)的LF過(guò)程控制系統(tǒng)模塊功能為例，系統(tǒng)主要在L2級(jí)中執(zhí)行，可以起到檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)事件的作用，并在需要的時(shí)候訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行生產(chǎn)模型，通過(guò)模型預(yù)報(bào)以及操作員指令的輸入可以向L1級(jí)發(fā)送工作點(diǎn)，并指導(dǎo)L1級(jí)的操作員工作。

3.3 管理系統(tǒng)自動(dòng)化（L3級(jí)）

管理系統(tǒng)自動(dòng)化是三級(jí)網(wǎng)絡(luò)模式的最高級(jí)，同時(shí)也是最重要的一級(jí)，生產(chǎn)任務(wù)的接收以及下達(dá)都由它來(lái)完成。它可以將接收到的任務(wù)進(jìn)行合理的編排后下達(dá)至L2級(jí)的服務(wù)器或L1級(jí)的系統(tǒng)。此外，L3級(jí)在軟件上也連接外部的L3級(jí)，使得整個(gè)管理系統(tǒng)與外界有著良好的交互。

4 結(jié)論與展望

計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)在采礦、冶金和鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用，擴(kuò)大了工業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模，提高了生產(chǎn)質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)效益最大化，因此計(jì)算機(jī)自動(dòng)化的應(yīng)用是發(fā)展的必然要求，為進(jìn)一步促進(jìn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化的發(fā)展提出幾點(diǎn)展望。

（1）政策支持。計(jì)算機(jī)自動(dòng)化的發(fā)展需要政策的保障，政府應(yīng)出臺(tái)相關(guān)政策，激發(fā)企業(yè)員工創(chuàng)新積極性，鼓勵(lì)企業(yè)研發(fā)、改進(jìn)和推廣計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)，優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，從而提高企業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用水平。

（2）教育培養(yǎng)。計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展需要數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)等專(zhuān)業(yè)的理論知識(shí)，要重視基礎(chǔ)理論知識(shí)的鞏固和人才培養(yǎng)，將理論研究轉(zhuǎn)化為技術(shù)力量，從而保證自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)上的高效運(yùn)用。

（3）技術(shù)發(fā)展?，F(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入智能化社會(huì)，人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)的應(yīng)用成為發(fā)展的方向，因此計(jì)算機(jī)自動(dòng)化在工業(yè)上的應(yīng)用也需注重智能化應(yīng)用，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)、應(yīng)用于自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能控制，智能生產(chǎn)。建立國(guó)家級(jí)工業(yè)綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)，研究采礦、冶金、鋼鐵數(shù)據(jù)共享與互聯(lián)互通技術(shù)，全面提升煤炭、冶金、鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)發(fā)展水平和綜合技術(shù)。

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