冶金企業(yè)電氣自動化儀表與自動化控制分析

徐波

（山鋼股份萊蕪分公司機(jī)械動力部，山東 濟(jì)南 271104）

0 引言

冶金企業(yè)電氣自動化儀表的自動化控制技術(shù)涵蓋系統(tǒng)集成技術(shù)、傳感技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)，在這些智能化技術(shù)的支持下，自動化儀表的智能監(jiān)測水平也越來越高，監(jiān)測精度也得到大幅提升。尤其在遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制生產(chǎn)工序的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)時(shí)，能夠快速準(zhǔn)確地將監(jiān)測信號反饋給系統(tǒng)終端，進(jìn)而為生產(chǎn)工序的優(yōu)化和改進(jìn)提供了堅(jiān)實(shí)保障。

1 自動控制技術(shù)在冶金儀表中的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 提高儀表監(jiān)測精度

冶金儀表包括溫度儀表、壓力儀表、流量儀表、物位儀表等多種類型，每一種儀表都承擔(dān)著與生產(chǎn)工序相匹配的監(jiān)測任務(wù)，如果監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的誤差，不僅容易埋下重大的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，同時(shí)，也使生產(chǎn)效率大打折扣。而電氣自動化儀表的有效運(yùn)用，使得監(jiān)測精度大幅提升，生產(chǎn)效率較過去相比，提升幅度達(dá)到1MHz以上。究其原因是由于冶金儀表具有數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換功能，需要轉(zhuǎn)換的模擬量統(tǒng)一存儲在內(nèi)部存儲器當(dāng)中，而存儲器的存儲空間較大，能夠容納的數(shù)據(jù)信息量較多，因此，即便再復(fù)雜的生產(chǎn)工序，通過自動化控制技術(shù)也可以對所有監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換與穩(wěn)定存儲，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序流程

1.2 抗干擾能力強(qiáng)

眾所周知，在冶金生產(chǎn)過程中，極易產(chǎn)生大量的電磁輻射，過去，冶金儀表受到這種輻射作用的影響，將出現(xiàn)較大的監(jiān)測誤差。而自動化儀表的應(yīng)用，能夠?qū)⑼饨绺蓴_對監(jiān)測結(jié)果的影響程度降到最低點(diǎn)，在這種情況下，冶金儀表的監(jiān)測誤差也將大幅縮減。比如過去利用熱電偶對高爐運(yùn)行溫度進(jìn)行測量時(shí)，一旦溫度超出臨界值，監(jiān)測數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)非線性變化，進(jìn)而增加了監(jiān)測誤差，而自動化儀表可以借助于自動化控制技術(shù)對寫入程序進(jìn)行智能化調(diào)整，一旦監(jiān)測溫度超出臨界值，系統(tǒng)將每一時(shí)間發(fā)生預(yù)警信號，操作人員可以根據(jù)反饋信息及時(shí)對高爐運(yùn)行溫度進(jìn)行調(diào)整，使得整個生產(chǎn)作業(yè)流程能夠始終保持正常狀態(tài)[1]。

2 電氣自動化儀表自動化控制技術(shù)要點(diǎn)

2.1 智能監(jiān)控技術(shù)

企業(yè)需要利用自動化儀表對每一道生產(chǎn)工序中的溫度、壓力、流量、物位等參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測，而承擔(dān)這些監(jiān)測參數(shù)轉(zhuǎn)換功能的裝置稱之為傳感器，通過傳感器的輸出功能，可以將監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)能夠自動識別的模擬量信號，然后通過指針、數(shù)字或者曲線的形式顯示出來，終端操作人員可以根據(jù)這些信息準(zhǔn)確判定各種生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如果監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常情況，維修人員能夠快速采取有效的排障措施，使冶金生產(chǎn)流程能夠順利進(jìn)行，這種智能化的監(jiān)控技術(shù)不僅促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提升，而且也使為企業(yè)節(jié)省了大量的生產(chǎn)投入與設(shè)備維修成本，電氣自動化儀表的監(jiān)測原理如圖2所示。

圖2 電氣自動化儀表的監(jiān)測原理

2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)是指管理人員無需在生產(chǎn)現(xiàn)場便可以準(zhǔn)確獲取生產(chǎn)現(xiàn)場的各個生產(chǎn)流程，管理人員只需要在系統(tǒng)操作終端便可以隨時(shí)獲取現(xiàn)場生產(chǎn)信息，然后根據(jù)這些信息制訂一個科學(xué)系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃。比如遠(yuǎn)程監(jiān)控所依托的以太網(wǎng)技術(shù)，近年來，已經(jīng)出現(xiàn)了傳輸速率為1G和10G的以太網(wǎng)，這種高速率的以太網(wǎng)保留了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)與載波偵聽多路訪問，使得現(xiàn)場監(jiān)控畫面更加清晰[2]。由此可見，以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議的開放性使得自動化儀表的遠(yuǎn)程監(jiān)控優(yōu)勢逐步突顯出來，這也為冶金企業(yè)節(jié)省了大量的人力資源成本。

2.3 現(xiàn)場總線監(jiān)控技術(shù)

現(xiàn)場總線主要是指安裝在冶金制造或者過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線，在自動化領(lǐng)域當(dāng)中，現(xiàn)場總線屬于一種底層的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，是生產(chǎn)現(xiàn)場與操作終端的聯(lián)絡(luò)中樞。應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)，不僅可以解決遠(yuǎn)程通信的問題，同時(shí)，也減少了大量的中間隔離與傳輸裝置，比如I/O卡件、端子柜、模擬量設(shè)備以及其他輔助設(shè)施。并且在布設(shè)現(xiàn)場總線時(shí)，完全可以在生產(chǎn)現(xiàn)場予以布設(shè)，這就大大減少了信號傳輸光纜的使用量，進(jìn)而為企業(yè)節(jié)省了大量的投入成本。另外，現(xiàn)場總線技術(shù)還具有故障自診斷功能，在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)將各種功能性模塊分散到生產(chǎn)現(xiàn)場的各個區(qū)域以及各種類型的自動化儀表當(dāng)中，這就取消了過去計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)中的過程控制站[3]。比如現(xiàn)場總線變送器能夠同時(shí)運(yùn)控制功能塊，也可以運(yùn)行輸出特性補(bǔ)償塊，因此，一旦自動化儀表出現(xiàn)運(yùn)行故障，該控制模塊可以對故障類型與部位進(jìn)行自動診斷，這就給儀表與設(shè)備維修爭取了大量時(shí)間。

2.4 集中監(jiān)控技術(shù)

冶金生產(chǎn)過程中的燒結(jié)與煉鐵工藝流程復(fù)雜，涉及的生產(chǎn)工序較多，而每一道工序?qū)a(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息與運(yùn)行參數(shù)。因此，為了保證正常的生產(chǎn)流程，需要對這些信息進(jìn)行集中處理。其中，中央處理器便扮演著這一重要角色，加之現(xiàn)場總線技術(shù)的有效運(yùn)用，使得自動化儀表的自動化控制系統(tǒng)能夠始終穩(wěn)定高效運(yùn)行，這不僅保障了各種設(shè)備的運(yùn)行安全，同時(shí)，也減少了生產(chǎn)運(yùn)營成本。

3 冶金儀表自動化控制模塊與應(yīng)用策略

3.1 中央處理模塊

中央處理模塊即CPU，其基本結(jié)構(gòu)組成包括指令寄存器、程序計(jì)數(shù)器、通用寄存器以及數(shù)據(jù)緩沖寄存器等，該模塊是冶金儀表自動化控制系統(tǒng)中的核心，相當(dāng)于人腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對冶金儀表執(zhí)行動作的支配。中央處理模塊的功能性日漸強(qiáng)大，主要表現(xiàn)為通信接口數(shù)量多，可以同時(shí)連接多個外接設(shè)備，這就使生產(chǎn)效率得到大幅提升。其次，由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行與計(jì)算速度快，對冶金儀表采集的各種數(shù)據(jù)信息能夠快速準(zhǔn)確地進(jìn)行識別與運(yùn)算，使儀表的監(jiān)測精度得到提升。另外，中央控制系統(tǒng)可以對每一道生產(chǎn)工序以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其監(jiān)控畫面不會出現(xiàn)間隔與卡頓的情況，進(jìn)而對生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行精準(zhǔn)掌控[4]。

3.2 通信模塊

通信模塊主要負(fù)責(zé)對收集和存儲的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，使終端操作人員能夠在每一時(shí)間了解冶金生產(chǎn)狀況與設(shè)備運(yùn)行情況，因此，通信模塊在自動化控制中扮演著傳輸介質(zhì)的角色。尤其在傳輸光纖出現(xiàn)以后，通信模塊的功能性也日漸強(qiáng)大，它不僅能夠保證數(shù)據(jù)信號的高效傳輸，同時(shí)，信號精準(zhǔn)度也能得到可靠保障。比如在信號存儲階段，通信模塊強(qiáng)大的存儲功能，能夠?yàn)楦鞣N數(shù)據(jù)信號提供足夠大的存儲空間，當(dāng)冶金生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)酱鎯ζ饕院?，通信模塊可以快速地將其轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可以自動識別的模擬量信號，然后，這些信號借助于光纖的傳輸作用能夠快速傳遞給系統(tǒng)操作終端，這時(shí)，模擬量信號將以具象化形態(tài)或者文字的方式顯示在終端顯示器上面，操作人員通過對顯示內(nèi)容的查看，能夠準(zhǔn)確識別出冶金生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)顯示器上面的信息存在異常狀況，操作人員可以結(jié)合反饋信息，快速判斷出哪一道生產(chǎn)工序出現(xiàn)了問題，哪一種設(shè)備出現(xiàn)了運(yùn)行故障，進(jìn)而及時(shí)應(yīng)對。

3.3 PLC控制模塊

PLC即可編程邏輯控制器，PLC技術(shù)的出現(xiàn)取代了傳統(tǒng)繼電器的功能，具有抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于冶金企業(yè)的自動化控制流程當(dāng)中。尤其在自動化儀表的監(jiān)測環(huán)節(jié)，應(yīng)用PLC技術(shù)可以進(jìn)一步提升監(jiān)測精度，技術(shù)人員可以根據(jù)每一項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確判定出各種生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。同時(shí)，由于PLC模塊體積小不、質(zhì)量輕，在安裝過程中，能夠節(jié)省大量的時(shí)間，而且PLC的終端控制界面呈現(xiàn)出人性化的設(shè)計(jì)風(fēng)格，顯示器上面出現(xiàn)的信息與生產(chǎn)現(xiàn)場的信息具有較高的匹配度，這樣一來，操作人員可以清晰直觀地了解和掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際情況，并且對于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)相對較差的人員來說，在操作PLC控制界面時(shí)也可以快速掌握操作流程[5]。

4 結(jié)語

綜上，微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等高端技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得冶金儀表的自動化與智能化水平得到大幅提升，尤其是自動化控制技術(shù)在冶金生產(chǎn)中的有效運(yùn)用，為制訂高效而長遠(yuǎn)的生產(chǎn)計(jì)劃與目標(biāo)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。因此，冶金企業(yè)應(yīng)當(dāng)始終秉持與時(shí)俱進(jìn)的態(tài)度，在提升專業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)的前提下，加快推進(jìn)冶金生產(chǎn)的自動化、智能化、現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程。