自動(dòng)化控制技術(shù)在金屬冶煉與火電工業(yè)中的應(yīng)用

韋昌濤

（天津 301900）

在我國信息技術(shù)的飛速發(fā)展之下，自動(dòng)化技術(shù)以及人工智能技術(shù)均得到了良好的運(yùn)用效果。結(jié)合實(shí)際需求來分析，金屬冶煉對(duì)溫度等重要參數(shù)的控制非常嚴(yán)格，而借助自動(dòng)化調(diào)節(jié)手段，則可以更好地降低人為操作和判斷的失誤及落差，確保了冶金生產(chǎn)參數(shù)的精確性，除了能夠顯著提升冶金的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還可以有效縮減其生產(chǎn)成本，這對(duì)促進(jìn)金屬冶煉行業(yè)的繁榮發(fā)展具有非常重要的意義。

一、自動(dòng)化控制技術(shù)的基本概況分析

自動(dòng)化控制技術(shù)能夠擺脫人為的操作，借助熱工儀表和完善的裝置系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火電廠發(fā)電機(jī)機(jī)組相關(guān)熱力參數(shù)實(shí)施合理調(diào)整，同時(shí)還可以對(duì)其進(jìn)行合理控制，以此來確保機(jī)組處于安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，從而達(dá)到火力發(fā)電的自動(dòng)化管理目的。針對(duì)火電廠的具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)而言，由于整體的工藝流程極為復(fù)雜，涉及到的儀器設(shè)備較多，因此，在實(shí)際的操作環(huán)節(jié)中，就必須對(duì)各種儀器設(shè)備進(jìn)行規(guī)范操作。

結(jié)合檢測(cè)儀器的構(gòu)成要素來看，主要包含了感受件、中間件以及顯示件，該儀器可以對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行精確地測(cè)量，同時(shí)還可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)上述三種參數(shù)實(shí)施快速準(zhǔn)確的測(cè)量，由此而獲得的數(shù)據(jù)信息則可以成為相關(guān)部門重要的參考依據(jù)，為了確保測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性，就必須確保檢測(cè)儀器始終在允許的誤差值范圍內(nèi)。除此之外，檢測(cè)儀器的自動(dòng)化控制性能也可以擺脫人工操作的繁雜，只需要工作人員提供設(shè)計(jì)好的程序，便可以對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)實(shí)施全面把控。比如說，在發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)任何異常情況時(shí)，檢測(cè)儀器就可以第一時(shí)間檢查出來，同時(shí)發(fā)送警報(bào)信號(hào)，有助于維修人員快速地實(shí)施維修，最大程度地減少了安全事故的發(fā)生概率。

二、金屬冶煉工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

金屬冶煉工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)在國外發(fā)展得非常迅速，相較而言，我國在這方面的發(fā)展相對(duì)較緩。就目前而言，我國冶金自動(dòng)化設(shè)備的覆蓋率已經(jīng)達(dá)到了60%以上，但是從冶煉自動(dòng)化技術(shù)的整體發(fā)展水平來分析，我國在金屬冶煉工業(yè)方面的自動(dòng)化發(fā)展仍然非常緩慢，而自動(dòng)化設(shè)備的核心技術(shù)西方先進(jìn)國家則遠(yuǎn)超在前，這是需要我們繼續(xù)努力的一個(gè)重要方面。金屬冶煉工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)在其實(shí)際應(yīng)用中從基礎(chǔ)自動(dòng)化逐步發(fā)展為過程自動(dòng)化，然后邁向了新的管理自動(dòng)化篇章?，F(xiàn)階段，在金屬冶煉整體的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中金屬冶煉工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)得到了廣泛的運(yùn)用，如信息采集、信息收集等重要環(huán)節(jié)，并對(duì)設(shè)定指令進(jìn)行精確快速地執(zhí)行。

三、火電工業(yè)中自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

就目前而言，自動(dòng)化技術(shù)的廣泛運(yùn)用給人們的生產(chǎn)及生活帶來了極大的便利。針對(duì)火電廠的發(fā)展趨勢(shì)而言，熱工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與完善與之關(guān)系密切?，F(xiàn)階段，伴隨社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，火力發(fā)電技術(shù)得到了進(jìn)一步的完善與優(yōu)化，很多火力發(fā)電企業(yè)都開始對(duì)熱工自動(dòng)化技術(shù)引起了高度的重視。結(jié)合自動(dòng)化裝置的具體裝備情況來看，過去的組裝儀表已經(jīng)被數(shù)字化儀表而替代，使系統(tǒng)控制設(shè)備的檔次得到了明顯的提升。舉例來說，在部分控制機(jī)組中，專業(yè)性能較高的小型計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了良好的應(yīng)用效果，而在一些規(guī)模較大的火電機(jī)組中，控制協(xié)調(diào)系統(tǒng)則得到了廣泛的運(yùn)用，同時(shí)在火電廠機(jī)組設(shè)備中，熱工控制保護(hù)技術(shù)的合理應(yīng)用也非常突出，隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，以上這些先進(jìn)技術(shù)在火電廠的大量應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)我國火電廠的智能化發(fā)展可以說是功不可沒的。

四、自動(dòng)化控制技術(shù)在金屬冶煉與火電廠工業(yè)中的具體應(yīng)用分析

（一）針對(duì)數(shù)據(jù)檢查中自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用

在金屬加工、火電企業(yè)的具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)中運(yùn)用自動(dòng)化控制技術(shù)，可以對(duì)壓力、溫度以及流量等重要的參數(shù)信息實(shí)施檢測(cè)，在運(yùn)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)環(huán)節(jié)中，通常會(huì)運(yùn)用溫度傳感器來實(shí)施對(duì)溫度的檢測(cè)，基于該系統(tǒng)中，300兆瓦以上的機(jī)組均是借助電阻信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的傳送操作的，之后再借助不同的控制模塊來達(dá)到信號(hào)轉(zhuǎn)換的目的，使數(shù)據(jù)信息可以快速準(zhǔn)確地傳送到計(jì)算機(jī)端，通過計(jì)算機(jī)端來修正各種數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化操作。

（二）針對(duì)系統(tǒng)控制中自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用

在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用過程中，通過合理運(yùn)用自動(dòng)控制性能，能夠使自動(dòng)化控制效果得到進(jìn)一步的提升。自動(dòng)控制性能主要包含了反饋控制系統(tǒng)和前饋控制系統(tǒng)兩種，系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)中輸入都可以受到輸出的反饋?zhàn)饔茫梆伩刂葡到y(tǒng)，則主要是借助對(duì)干擾變化的具體測(cè)量，通過對(duì)控制器的合理運(yùn)用，可以直接克服被控變量而引發(fā)的干擾。針對(duì)環(huán)路中的任意一點(diǎn)，只可以依照信號(hào)的實(shí)際方向前進(jìn)，無法再回到出發(fā)點(diǎn)，這個(gè)時(shí)候也就無法產(chǎn)生閉環(huán)回路，對(duì)此我們可以稱之為開環(huán)系統(tǒng)。針對(duì)這兩種系統(tǒng)而言，則需要研究人員并工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的實(shí)際情況實(shí)施合理的程序編寫，篩選出適宜的控制手段，確保被控制的設(shè)備可以依據(jù)事先編寫好的程序來實(shí)施生產(chǎn)作業(yè)，此外，針對(duì)實(shí)際運(yùn)用環(huán)節(jié)而言，這個(gè)程序還可以通過相應(yīng)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)來合理評(píng)價(jià)其控制性能，以此來確保生產(chǎn)設(shè)備可以依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)順利的落實(shí)好既定的控制工作。

（三）針對(duì)爐溫調(diào)控中自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用

爐溫是影響金屬冶煉品質(zhì)的重要因素。傳統(tǒng)的控溫方式是人工觀測(cè)爐溫。而智能自動(dòng)化控溫是對(duì)爐缸內(nèi)熱流強(qiáng)度和冷卻水的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過檢測(cè)爐缸溫度和冷卻壁溫度實(shí)現(xiàn)二者配合，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的控溫效果。實(shí)現(xiàn)的技術(shù)原理如下：冷卻水流速為v，水溫差為T，水比熱容為c，冷卻壁面積為S。則金屬熱流強(qiáng)度J的計(jì)算公式如下：J=（v×T×c×1000）/S假設(shè)冶煉天數(shù)為D，高爐容積為V，則每立方米冶煉爐的金屬冶煉強(qiáng)度I的計(jì)算公式如下：I=（J·T）/（D·V）爐溫冷卻參數(shù)的調(diào)控應(yīng)根據(jù)金屬冶煉強(qiáng)度進(jìn)行，需要在最佳金屬冶煉強(qiáng)度時(shí)對(duì)冷卻溫度進(jìn)行調(diào)控。因此需要兩個(gè)條件同時(shí)滿足，如風(fēng)量、配料、冷卻水流速等參數(shù)。通過智能自動(dòng)化系統(tǒng)中的軟件可同時(shí)滿足兩個(gè)條件，得到優(yōu)化后的參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的科學(xué)調(diào)控。

此外，智能自動(dòng)化系統(tǒng)中的控制中心實(shí)時(shí)接收生產(chǎn)設(shè)備傳感器的溫度信號(hào)，根據(jù)生產(chǎn)操作間內(nèi)的溫度變化情況進(jìn)行信息處理。由于溫度和熱量具有緊密關(guān)系，因此通常采用的方法是建立設(shè)備開啟的控制群函數(shù)和設(shè)備關(guān)閉的控制群函數(shù)。公式（2）中Ot代表t時(shí)間內(nèi)設(shè)備開啟的控制群函數(shù)；Bt代表t時(shí)間內(nèi)設(shè)備關(guān)閉的控制群函數(shù)；n代表控制群系數(shù)。根據(jù)設(shè)備開啟和關(guān)閉控制群函數(shù)結(jié)果可計(jì)算出生產(chǎn)過程需要的總熱量Q。Q=Qs+Qr+Qz+Qs+Qh公式中，Q代表生產(chǎn)過程需要的總熱量 ;Qs代表太陽輻射熱；Qr代表人體承受的最大熱量；Qz代表設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量；Qs代表設(shè)備從外部得到的熱量；Qh代表操作過程中損失的熱量。根據(jù)計(jì)算得到的總熱量，控制中心對(duì)供熱管和冷水泵下達(dá)指令，完成溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。通過智能化技術(shù)的應(yīng)用，不但可以避免設(shè)備運(yùn)行過程中浪費(fèi)能耗，而且可以準(zhǔn)確掌控設(shè)備啟停時(shí)間，減少了人為啟停失誤率，減少安全事故發(fā)生。

（四）針對(duì)工藝參數(shù)調(diào)控中自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用

在設(shè)計(jì)到配料等多參數(shù)因素時(shí)，不同參數(shù)權(quán)重大小是調(diào)控的難點(diǎn)。利用智能自動(dòng)化技術(shù)可以更快地找到金屬冶煉影響權(quán)重，實(shí)現(xiàn)冶煉工藝優(yōu)化。如在冶煉過程中，不同的料速、不同的風(fēng)溫以及不同的透氣性等因素會(huì)影響冶煉質(zhì)量。對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理可以得到最佳權(quán)重。將公式（3）用卷積函數(shù)處理，得到爐級(jí)權(quán)重X，其中，Xi代表冶煉過程中第一個(gè)時(shí)間單位的數(shù)值，Wi代表參數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)金屬含量的影響權(quán)重。例如計(jì)算出風(fēng)量、風(fēng)溫、料速度、透氣性等各參數(shù)控制指數(shù)，然后根據(jù)上式計(jì)算得到金屬冶煉爐級(jí)權(quán)重。

（五）針對(duì)金屬冶煉效益控制中自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用

金屬冶煉效益應(yīng)考慮到金屬點(diǎn)解產(chǎn)量和質(zhì)量，考慮到金屬冶煉成本，盡可能兼顧到冶煉品質(zhì)較高且能耗較低。通過智能自動(dòng)化技術(shù)可以建立金屬分解用電函數(shù)，得到全天不同時(shí)間段的電流密度。電流密度Dk介于最低電流密度和最高電流密度之間。最低電流密度是造成金屬反溶的電流密度，最高電流密度是金屬電解允許的最大電流密度，該值與供電設(shè)備以及電解容量有關(guān)。

（六）針對(duì)金屬冶煉排放物控制中自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用

金屬冶煉行業(yè)產(chǎn)生的廢渣廢液，是需要經(jīng)過科學(xué)處理，在其質(zhì)量達(dá)到相關(guān)規(guī)定后方可進(jìn)行排放操作。借助智能自動(dòng)化技術(shù)的合理應(yīng)用，可以對(duì)冶煉金屬中的有毒物質(zhì)排放實(shí)施全面控制，盡可能降低超標(biāo)排放問題的發(fā)生。不僅如此，智能自動(dòng)化技術(shù)還可以對(duì)金屬冶煉沸騰爐設(shè)備實(shí)施參數(shù)控制，使煙氣排放指標(biāo)控制在合理范圍內(nèi)，大大降低了硫氧化物的實(shí)際排放量。在高濃度硫氧化物被集中收集之后，通過處理可以制成強(qiáng)酸，它是對(duì)金屬汞實(shí)施處理的原料之一，通過強(qiáng)酸與貢的化學(xué)反應(yīng)，可以有效減少貢的濃度，降低有毒重金屬的排放量。除此之外，通過對(duì)智能自動(dòng)化技術(shù)的合理應(yīng)用，還可以擺脫人為操作，在密閉狀態(tài)下對(duì)金屬冶煉排放物實(shí)施合理控制，大大保障了工作人員的人身安全。

五、自動(dòng)化控制技術(shù)在金屬冶煉與火電工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)分析

伴隨金屬冶煉工業(yè)信息技術(shù)以及智能化技術(shù)的全面發(fā)展，使其旨在冶金行業(yè)中的運(yùn)用范圍得到了顯著的拓展。在科技力量的有力支持下，金屬冶煉所收集到的數(shù)據(jù)信息，其精確性和全面性均得到了進(jìn)一步的提升，并在大數(shù)據(jù)的有力支持下，推動(dòng)了智能化冶金技術(shù)的全面發(fā)展。在對(duì)數(shù)據(jù)信息實(shí)施全面分析研究之后，能夠?qū)?shù)據(jù)信息之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行精確的確認(rèn)，同時(shí)為過程控制系統(tǒng)的優(yōu)化和完善奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

除此之外，伴隨我國環(huán)保事業(yè)的飛速發(fā)展，未來的發(fā)展趨勢(shì)必然是要將低碳環(huán)保進(jìn)行下去的，這對(duì)實(shí)現(xiàn)我國人類社會(huì)與自然環(huán)境的和諧共處有著非常重要的意義。伴隨科技水平的日益提升，必然也會(huì)推動(dòng)熱工自動(dòng)化控制技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，使相關(guān)設(shè)備與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一體化、智能化以及網(wǎng)絡(luò)化。針對(duì)設(shè)備的實(shí)際操作和對(duì)系統(tǒng)的合理控制也會(huì)化繁為簡(jiǎn)，系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和效率也必然會(huì)變得愈加穩(wěn)定，在遇到設(shè)備故障問題時(shí)，技術(shù)人員則可以通過遠(yuǎn)程控制來對(duì)故障進(jìn)行維修，同時(shí)還可以借助設(shè)備的數(shù)據(jù)分析，來對(duì)故障問題實(shí)施精確判斷和排查。針對(duì)火電廠的整體發(fā)展而言，則可以大大減少人力資源和物力資源的投入，使經(jīng)濟(jì)效益獲得顯著的提升，從而推動(dòng)火電廠的全面發(fā)展。伴隨我國自動(dòng)化控制技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，相信在不久的將來，我國的自動(dòng)化控制技術(shù)必定能得到進(jìn)一步的完善和優(yōu)化，并在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域中得到更加廣泛地運(yùn)用，更好地推動(dòng)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的進(jìn)一步提升。

結(jié)束語

總而言之，智能自動(dòng)化技術(shù)基于金屬冶煉中的實(shí)際運(yùn)用不僅僅是理論層面的運(yùn)用，同時(shí)還可以實(shí)際層面的運(yùn)用。通過對(duì)目前冶金行業(yè)智能自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況分析，可以對(duì)投入資源實(shí)施合理地控制，使技術(shù)水平得到進(jìn)一步的提升，并在對(duì)實(shí)際問題解決的環(huán)節(jié)中進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握和研究。只有如此，才可以更好地促進(jìn)冶金行業(yè)的智能化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國金屬冶煉行業(yè)的繁榮發(fā)展。