基于冶金電氣自動(dòng)化控制技術(shù)特點(diǎn)與運(yùn)用研究

莫佳麗

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

近年來(lái)，大多數(shù)冶金企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始充分利用電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)冶金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和高效率，有效提高整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)線的工作效率，從而推動(dòng)電氣自動(dòng)化主控制技術(shù)的快速發(fā)展。換句話說(shuō)，冶金工業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)模式已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的推動(dòng)下，冶金工業(yè)電氣自動(dòng)化的主要控制技術(shù)也取得了很大的進(jìn)步，展現(xiàn)了行業(yè)的生命力和發(fā)展活力。

1 冶金電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的特點(diǎn)分析

1.1 具有適應(yīng)性的特點(diǎn)

從冶金工業(yè)的生產(chǎn)情況來(lái)看，生產(chǎn)的每一道工序都涉及到許多工藝環(huán)節(jié)，具有一定的連續(xù)性特征。它包含非常復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，以及各種生產(chǎn)過(guò)程。還有很多突發(fā)變化和不確定因素。例如，原材料的組成容易波動(dòng)，生產(chǎn)的技術(shù)條件經(jīng)常波動(dòng)。為保證相關(guān)生產(chǎn)工作的良好開(kāi)展，技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行物料管理、能源管理和質(zhì)量管理，進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，保證生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量，維護(hù)整體生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。在此期間，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)有一定的適應(yīng)性特點(diǎn)，可以應(yīng)用于所有生產(chǎn)冶金工業(yè)中的鏈接，以滿足特定的生產(chǎn)控制和管理工作的基本需要，并促進(jìn)每個(gè)工作要按照實(shí)際發(fā)展需求發(fā)展。

1.2 具有自動(dòng)化控制特點(diǎn)

電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在冶金生產(chǎn)領(lǐng)域具有較高的自動(dòng)化控制水平。通常情況下，這種技術(shù)的應(yīng)用周期是非常復(fù)雜的。機(jī)械設(shè)備包含硬件和軟件兩部分，每個(gè)環(huán)節(jié)都有不同的操作方案。在一定程度上提高了設(shè)備運(yùn)行效率和系統(tǒng)的應(yīng)用效果，保證了冶金生產(chǎn)的質(zhì)量和效果。在此期間，技術(shù)人員如果掌握了電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)和技能，就可以達(dá)到良好的技術(shù)操作和應(yīng)用目的，具有較高的技術(shù)應(yīng)用價(jià)值，達(dá)到良好的自動(dòng)化控制目的。

1.3 具有技術(shù)性的特點(diǎn)

一般情況下，冶金工業(yè)中電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的使用高度依賴于相關(guān)的電子技術(shù)。沒(méi)有電子技術(shù)的支持，容易產(chǎn)生自動(dòng)化程度低的問(wèn)題。特別是傳感器設(shè)備采集信號(hào)環(huán)節(jié)、控制器計(jì)算信號(hào)環(huán)節(jié)、監(jiān)控計(jì)算環(huán)節(jié)和結(jié)果執(zhí)行環(huán)節(jié)都需要電子技術(shù)的支持。只有保證電子技術(shù)的良好應(yīng)用，才能從根本上提高電氣自動(dòng)化技術(shù)在冶金生產(chǎn)中的應(yīng)用。水平和效果。因此，冶金企業(yè)在實(shí)際工作中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)需要根據(jù)電子技術(shù)的應(yīng)用要求和特點(diǎn)，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，有效開(kāi)展人力資源管理，采用電氣自動(dòng)化技術(shù)，提高了冶金生產(chǎn)的性能水平和生產(chǎn)效果。

1.4 具有低故障率的特點(diǎn)

在冶金生產(chǎn)的工作中運(yùn)用電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，可以細(xì)化生產(chǎn)的各個(gè)操作環(huán)節(jié)和流程，在一定程度上保證設(shè)備的運(yùn)行效率和工作效果，借助自動(dòng)化技術(shù)減少人工操作的數(shù)量，提高生產(chǎn)控制的有效性，在防止人工操作錯(cuò)誤的同時(shí)節(jié)約成本，降低故障問(wèn)題的發(fā)生率。在此期間，采用電氣自動(dòng)化控制技術(shù)還可以提高冶金生產(chǎn)的整體效率，增強(qiáng)現(xiàn)代化生產(chǎn)效果，創(chuàng)造相對(duì)良好的生產(chǎn)環(huán)境和工作環(huán)境，保持冶金生產(chǎn)各工序的安全，從而使新時(shí)代的開(kāi)發(fā)環(huán)境能夠降低故障率，保證生產(chǎn)工作的有效性。

1.5 具有現(xiàn)代化的特點(diǎn)

冶金企業(yè)在自己的工作中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，具有現(xiàn)代化發(fā)展的特點(diǎn)，可以簡(jiǎn)化各種工藝流程，提高生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用效果，并實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化開(kāi)發(fā)過(guò)程中的技術(shù)應(yīng)用。近年來(lái)，在我國(guó)冶金工業(yè)快速發(fā)展的過(guò)程中，生產(chǎn)部門(mén)提出了工藝機(jī)械設(shè)備、控制程序、精細(xì)過(guò)程控制的方案，并利用高新技術(shù)提高電氣自動(dòng)化水平，與冶金生產(chǎn)之間的需求相適應(yīng)。期望在車(chē)間生產(chǎn)期間，通過(guò)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，提高現(xiàn)代化生產(chǎn)水平，建立更先進(jìn)的技術(shù)模式和生產(chǎn)機(jī)制，優(yōu)化其中的冶金生產(chǎn)工作體系，確保每一項(xiàng)工作都能高效開(kāi)展。

2 冶金行業(yè)電氣自動(dòng)化主要控制技術(shù)

2.1 冶金檢測(cè)技術(shù)

冶金工業(yè)中最常用的金屬有三種:鐵、鉻和錳。這三種金屬在生產(chǎn)過(guò)程中都有明顯的缺陷，造成廢渣和廢氣污染，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。冶金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程電氣自動(dòng)化主要控制技術(shù)可以通過(guò)冶煉模型檢測(cè)原料生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣、廢氣等廢棄物;另一方面，如果能檢測(cè)到生產(chǎn)過(guò)程中殘留的原料，則發(fā)出系統(tǒng)控制中心回收指令，實(shí)現(xiàn)原料的回收，降低冶金生產(chǎn)成本。鑒于以上兩個(gè)方面，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)對(duì)冶金工業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展具有積極的影響，最大限度地控制廢物產(chǎn)量，有效地控制原料消耗，全面提高冶金生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到優(yōu)化資源配置的目的。

2.2 PLC技術(shù)

電氣控制系統(tǒng)是自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要組成部分，它具有信息量大、調(diào)速方便、控制能力強(qiáng)、操作直觀等優(yōu)點(diǎn)，是冶金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要系統(tǒng);電氣控制系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)。其組成主要分為PLC、觸摸屏和變頻器三部分。目前，PLC技術(shù)發(fā)展成熟，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。它還具有維護(hù)方便、I/0接口模塊多樣化、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，推動(dòng)了PLC電氣控制系統(tǒng)有效地避免了傳統(tǒng)繼電器接觸器系統(tǒng)故障率高、布線復(fù)雜、擴(kuò)容困難等問(wèn)題。通過(guò)改變系統(tǒng)的程序或個(gè)別參數(shù)，可達(dá)到連接簡(jiǎn)單、維護(hù)方便的目的。同時(shí)采用光電隔離技術(shù)，提高了現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力，加快了運(yùn)行速度，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。此外，PLC技術(shù)在開(kāi)關(guān)邏輯、閉環(huán)過(guò)程和運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)處理和通信等方面有著廣泛的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與PLC技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，保證了冶金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定運(yùn)行，不僅提高了工業(yè)的自動(dòng)化水平，也將冶金工業(yè)的發(fā)展帶到更高的水平。

2.3 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中起著重要的作用。一方面，它被用來(lái)在時(shí)間上感知環(huán)境；另一方面，它用于傳遞環(huán)境中的信息，并將信息準(zhǔn)確地傳遞到指定的系統(tǒng)中，幫助從業(yè)者掌握環(huán)境變化和環(huán)境特征。近年來(lái)，傳感器技術(shù)在冶金行業(yè)的應(yīng)用要求是基于傳感器中的溫度傳感器必須將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，才能達(dá)到全面檢測(cè)爐體溫度的目的。

2.4 電氣元件應(yīng)用

鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中需要用到很多電氣元件，尤其是在生產(chǎn)線測(cè)試和生產(chǎn)過(guò)程中。目前，鋼鐵冶金企業(yè)經(jīng)常使用斷路器、逆變斷路器、傳感器等多種電氣元件。斷路器的使用包括高壓斷路器和低壓斷路器兩個(gè)方面。在使用斷路器時(shí)，主要是在正常和異常情況下切斷電路。其效果是避免了短路電流引起的電擊。短路現(xiàn)象發(fā)生后，可將復(fù)合電流切斷，保證生產(chǎn)電路的安全。發(fā)生短路現(xiàn)象后，按斷路器切斷電源，維修人員按設(shè)備絕緣分析短路原因進(jìn)行維修，確保鋼鐵冶金工作人員安全，變頻器（圖1）是鋼鐵冶金企業(yè)中非常重要的控制設(shè)備。電源的頻率可以根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到有效調(diào)節(jié)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行速度的目的。變頻器的應(yīng)用可以保證設(shè)備處于高效、高性能的運(yùn)行狀態(tài)。目前，我國(guó)越來(lái)越重視節(jié)能環(huán)保。鋼鐵冶金企業(yè)利用變頻器的優(yōu)點(diǎn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行非常高效的改進(jìn)，從而延伸各種設(shè)備的性能，達(dá)到節(jié)能的目的。同時(shí)蓄電池用于保護(hù)鋼鐵冶金電源，保證電路的正常使用。電路發(fā)生隱患后，利用電氣自動(dòng)化控制設(shè)備對(duì)故障電路進(jìn)行快速閉合，避免因電路暢通而增加發(fā)生隱患的概率。

圖1 鋼鐵冶金企業(yè)變頻器應(yīng)用系統(tǒng)圖

3 冶金設(shè)備電氣傳動(dòng)系統(tǒng)智能控制的具體應(yīng)用

3.1 信息采集和輸入

當(dāng)自動(dòng)電氣控制技術(shù)應(yīng)用于冶金設(shè)備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)，具有編程功能的控制芯片起著重要的作用。工人根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的操作和生產(chǎn)環(huán)境使用不同的控制芯片。一般來(lái)說(shuō)，可編程控制器芯片將是首選。該芯片在外觀、體積、重量、功耗等方面更小，能更好地滿足冶金生產(chǎn)活動(dòng)的各種需求。但是在具體的芯片選擇上，很多冶金企業(yè)都會(huì)對(duì)自身的實(shí)際情況和行業(yè)發(fā)展進(jìn)行深入的分析，傾向于選擇運(yùn)行速度快、存儲(chǔ)容量大的控制芯片。在自動(dòng)化電氣控制技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐中，相關(guān)信息的收集和輸入是完成計(jì)算和分析的第一步。在將編輯指令轉(zhuǎn)換為控制功能的過(guò)程中，需要對(duì)設(shè)備的工作范圍進(jìn)行完整的掃描，然后完成設(shè)備的運(yùn)行，完成過(guò)程和狀態(tài)信息數(shù)據(jù)的采集，最后，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)和分析。

3.2 發(fā)送指令

在冶金設(shè)備的運(yùn)行控制過(guò)程中（圖2），相關(guān)控制會(huì)發(fā)生頻繁的變化，比如壓力指標(biāo)的變化。而這些操作內(nèi)容的變化都是動(dòng)態(tài)的，需要根據(jù)電氣設(shè)備的具體操作要求出具不同的操作說(shuō)明。傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)可以對(duì)控制狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的調(diào)整。根據(jù)可編程控制發(fā)出的操作指令，可以全面詳細(xì)地分析和判斷可能的控制結(jié)果和變化。配合其他技術(shù)手段，可以快速、靈活地完成。對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而對(duì)控制過(guò)程的安全性和結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的仿真分析。這樣，冶金設(shè)備就可以全程跟蹤仿真結(jié)果，最終提供穩(wěn)定、及時(shí)的控制功能。

圖2 冶金設(shè)備

3.3 指令執(zhí)行

在冶金設(shè)備自動(dòng)電氣控制系統(tǒng)發(fā)出的操作指令下，工作人員可以根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求快速完成設(shè)備運(yùn)行過(guò)程信息的動(dòng)態(tài)掃描，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況和指導(dǎo)內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算。在電氣自動(dòng)化控制的實(shí)踐中，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效控制是最關(guān)鍵的部分，也是最基本的控制措施。

3.4 數(shù)據(jù)信號(hào)分析

開(kāi)啟逆變器控制功能后，其內(nèi)部速度傳感器立即實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，并將信號(hào)第一時(shí)間轉(zhuǎn)換為8mA～30mA的模擬電流信號(hào)，所得到的結(jié)果是設(shè)備模擬量在膨脹環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的結(jié)果。冶金設(shè)備在接收到速度信號(hào)后，會(huì)迅速將信號(hào)與所設(shè)定的速度值以及底部傳感器采集的其他數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，最終得到控制量的計(jì)算結(jié)果。模擬擴(kuò)展模塊輸出值為0V～10V電壓信號(hào)變頻器。它根據(jù)不斷變化的電壓信號(hào)，調(diào)整電機(jī)的控制指令，從而調(diào)整每個(gè)風(fēng)機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下的數(shù)量和運(yùn)行參數(shù)。有效控制，從而達(dá)到電氣自動(dòng)控制的效果。在冶金設(shè)備的操作和使用過(guò)程中，原材料的生產(chǎn)和產(chǎn)品的稱重是最常見(jiàn)的生產(chǎn)步驟。在自動(dòng)化電氣控制技術(shù)的應(yīng)用中，需要對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分、準(zhǔn)確的采集和集成。目前，該技術(shù)已能夠輕松地完成這一任務(wù)，從而達(dá)到了較優(yōu)秀的自動(dòng)化控制效果，并大大提高了冶金生產(chǎn)的效率。

4 冶金行業(yè)電氣自動(dòng)化主要控制技術(shù)的發(fā)展路徑

4.1 提升集成控制水平

目前，冶金工業(yè)的電氣自動(dòng)化水平正在逐步發(fā)展，正處于挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存的時(shí)期。如果能引進(jìn)更先進(jìn)的控制系統(tǒng)或新技術(shù)，可以進(jìn)一步提高冶金工業(yè)生產(chǎn)的精度和批量生產(chǎn)加工的能力，同時(shí)可以迅速提高整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的效率和自動(dòng)化水平；例如，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以消除傳統(tǒng)做法，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。冶金生產(chǎn)過(guò)程的控制可以通過(guò)電氣自動(dòng)化主要控制技術(shù)的內(nèi)部集成系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了確定更準(zhǔn)確的冶金體系結(jié)構(gòu)，有必要深入研究仿真技術(shù)，使整個(gè)冶金生產(chǎn)過(guò)程更順暢、更簡(jiǎn)單；為了有效地回收原材料和廢棄物，減少環(huán)境污染，必須提高電氣自動(dòng)化主要控制技術(shù)水平；此外，為了更有效地發(fā)揮檢測(cè)技術(shù)的作用，需要提高控制數(shù)據(jù)的有效性和水平，同時(shí)能夠及時(shí)反饋檢測(cè)結(jié)果并對(duì)故障進(jìn)行處理，避免不可控制的情況發(fā)生。

4.2 優(yōu)化冶金自動(dòng)化控制系統(tǒng)服務(wù)

影響冶金工業(yè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的主要因素之一是自動(dòng)化控制系統(tǒng)的服務(wù)水平。在實(shí)際的冶金生產(chǎn)操作過(guò)程中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的先進(jìn)性普遍提高，確保零故障，主要涉及兩個(gè)方面。一是連接設(shè)備內(nèi)部的軟硬件設(shè)施，完善操作系統(tǒng)；二是推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研一體化。提高生產(chǎn)技術(shù)水平。此外，生產(chǎn)過(guò)程中的每一個(gè)操作步驟都需要改進(jìn)，如：引入節(jié)能技術(shù)，建立能源優(yōu)化模型，縮短生產(chǎn)周期，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率；引進(jìn)連鑄技術(shù)，提高自動(dòng)化水平，促進(jìn)冶金工業(yè)的發(fā)展。

4.3 提高信息化程度

冶金工業(yè)的安全穩(wěn)定得益于信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用。智能電表、集中器以及各種模型技術(shù)都采用了自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)，如MES、ERP系統(tǒng)等。當(dāng)前，云計(jì)算、虛擬化、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)不斷發(fā)展壯大。相信在不久的將來(lái)，它將為提高冶金工業(yè)信息化發(fā)展提供一個(gè)新的方向。

4.4 實(shí)現(xiàn)能源管理控制一體化

冶金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中存在能耗大的問(wèn)題。如果不能有效地解決這一問(wèn)題，將嚴(yán)重阻礙整個(gè)行業(yè)的積極發(fā)展。今天，我國(guó)冶金工業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)由粗放型生產(chǎn)向精細(xì)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。如果在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)能源管理與控制的一體化，自動(dòng)化水平能夠滲透到冶金行業(yè)的各個(gè)方面，就能在很大程度上實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，促進(jìn)冶金工業(yè)的發(fā)展。

4.5 建立健全過(guò)程控制系統(tǒng)

建立和完善過(guò)程控制系統(tǒng)，如利用光電集成技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和融合技術(shù)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)控制，工業(yè)產(chǎn)品物流跟蹤系統(tǒng)和產(chǎn)品質(zhì)量控制過(guò)程，在預(yù)測(cè)溫度、判斷尺寸和組織參數(shù)等環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮各種新興技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，保證冶金工業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)行，有效提高生產(chǎn)效率。

綜上所述，在冶金工業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，采用電氣自動(dòng)化控制技術(shù)不僅可以提高適應(yīng)性，而且可以保證生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量，對(duì)促進(jìn)生產(chǎn)和發(fā)展具有非常重要的作用。因此，冶金行業(yè)應(yīng)注重電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在自身生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，總結(jié)相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，在合理使用電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的同時(shí)，保證冶金生產(chǎn)質(zhì)量的提高，促進(jìn)了冶金工業(yè)的不斷進(jìn)步。