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    作者簡介：

    郭雨春(1947-)，男，北京人，計算機與自動控制高級工程師，學士，現任首鋼自動化信息技術公司研究所總工，從事計算機應用與自動化控制技術在冶金工業中的應用。榮獲多項科研項目獎，并有多篇專業論文在專業刊物上發表，擔任中國計算機多個協會常務理事等職務。

    摘要：概要總結了我國冶金自動化十年來取得的成績，并就自動化技術今后在冶金工業領域里的應用發展方向進行了探討。特別在物聯網技術、能源管理、自動化系統集成與創新方面做了較為深入、客觀的闡述。
關鍵詞：自動化；物聯網；能源；集成與創新

    進入新世紀以來，我國自動化專業技術的發展取得了長足的發展，特別令人矚目的是自動化專業技術已經廣泛應用于制造業。以計算機技術應用為代表的自動化技術應用，取得了不同凡響的效果，經濟效益、社會效益都十分顯著。在有些領域，自動化專業技術的應用已經成為該領域生產流程中的重要一環。自動化專業技術已經開始成為一門獨立學科并被社會所接受。最近，我國政府提出的“兩化融合”堅持走具有中國特色的新型工業化道路的方針，更是為自動化專業技術的發展指明了新的方向。

    1 歷史回顧

    自動化硬件技術仍然以國外產品為主的局面尚未打破，但是自動化技術應用軟件的發展開始取得了實質性突破。以冶金工業為例，一些核心控制軟件技術已經打破國外封鎖，自主開發出了一批具有世界領先水平的核心控制軟件。如自動化煉鋼技術、高爐專家系統、冶金企業能源管理系統等，其核心算法、主要解法、控制思想、知識法則等，都是由我國技術人員自主創新研制成功。事實證明，在自動化核心技術方面，單靠引進是不成功的，也是模仿不來的，只有自主創新，才是最正確的道路。

    大型自動化系統的集成與創新，要以自主技術與產品為核心，雖然還沒有取得實質性進展，但已經取得了階段性成果，如自動化煉鋼技術的成功開發并應用于生產實際，就是最好的案例。在實現系統開環控制、系統仿真、局部閉環控制等方面，特別是隨著總線技術、嵌入式技術等方面的推廣應用，取得的成績是比較明顯的。自動化技術在冶金生產流程中已經成為生產工藝中重要的組成部分。同時自動化技術的應用在冶金工業生產工藝文件編制、工藝流程優化、操作手冊的制定等各個方面發揮的作用越來越大。

    2 存在的問題

    我國自動化系統的發展在經歷了PLC(Programmable Logic Controller，可編程控制器)，DCS(Distributed Control System，分散性控制器)、FCS(Fieldbus Control System，現場總線控制系統)、PAC(Programmable Automation Controller,開放式自動化)等幾個階段后，現在已經開始進入大規模采用數學模型、實現智能控制的新時期。

    我國自動化信息技術的應用，雖然取得了階段性成果，但和國際領先水平相比，還有一定的距離。要實現真正意義上的兩化融合，還有許多路要走。

    （1）我國自動化硬件技術市場，目前國外的產品與技術依然占主要地位，縮小這一差距，還要靠我國硬件生產廠家的努  力。
    （2）目前許多自動化控制系統還處于開環控制，在局部環節實現了閉環控制，這從客觀上影響了自動化系統效果的發揮。
    （3）以自主創新的產品與技術為核心實現自動化系統的集成與創新還有許多工作要做，如與自動化控制系統相關的儀表、傳動等專業的技術水平，也有可能影響到自動化系統的集成與創新工作。
    （4）自動化系統的核心技術，有許多還被國外廠商壟斷或封鎖。
    （5）作為自動化產業而言，有些方面比較“浮”，商業色彩濃厚，炒作內容較多，這是一個社會問題。應當鼓勵和提倡踏踏實實做事情，認認真真做學問。自動化行業雖然基本形成，但要做大做強，使之成為我國的支柱產業，還有許多工作要做。

    3 我國冶金工業自動化技術發展的預測與分析

    制造業自動化技術的發展在很大程度上受到制造業本身特點的制約，行業特點比較明顯，冶金自動化技術的發展，離不開冶金工業的發展，我國“兩化融合”政策的推出，為今后我國自動化技術的發展與應用在理論層面指明了方向，在操作層面，要求也更加具體、明確。對于冶金自動化技術的發展，目前完全可以定位于高端核心自動化技術與產品的創新與應用。

    3.1物聯網技術在冶金企業中的應用

    物聯網是指人們通過各類傳感器實現物與物、物與人、人與人之間按需的信息獲取、傳遞、儲存、認知、分析和使用。
工業是物聯網應用的重要領域。具有環境感知能力的各類終端、基于泛在技術的計算模式、移動通信等不斷融入到工業生產的各個環節，可大幅提高制造效率，改善產品質量，降低產品成本和資源消耗，將傳統工業提升到智能工業的新階段。從當前技術發展和應用前景來看，物聯網在工業領域的應用主要集中在以下幾個方面。

    3.1.1 物聯網技術在工業領域中的應用

    （1）供應鏈管理

    物聯網應用于企業原材料采購、庫存、銷售等領域，通過完善和優化供應鏈管理體系，提高了供應鏈效率，降低了成本。
冶金生產過程工藝優化 物聯網技術的應用提高了生產線過程檢測、實時參數采集、生產設備監控、材料消耗監測的能力和水平。生產過程的智能監控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護水平不斷提高。鋼鐵企業應用各種傳感器和通信網絡，在生產過程中實現對加工產品的寬度、厚度、溫度的實時監控，從而提高了產品質量，優化了生產流程。

    （2）產品設備監控管理

    各種傳感技術與制造技術融合，實現了對產品設備操作使用記錄、設備故障診斷的遠程監控。通過傳感器和網絡對設備進行在線監測和實時監控，并提供設備維護和故障診斷的解決方案。

    環保監測及能源管理 物聯網與環保設備的融合實現了對工業生產過程中產生的各種污染源及污染治理各環節關鍵指標的實時監控。在重點排污企業排污口安裝無線傳感設備，不僅可以實時監測企業排污數據，而且可以遠程關閉排污口，防止突發性環境污染事故的發生。

    （3）工業安全生產管理

    把感應器嵌入和裝備到礦山設備、油氣管道、礦工設備中，可以感知危險環境中工作人員、設備機器、周邊環境等方面的安全狀態信息，將現有分散、獨立、單一的網絡監管平臺提升為系統、開放、多元的綜合網絡監管平臺，實現實時感知、準確辨識、快捷響應、有效控制。

    3.1.2 冶金工業領域物聯網應用的關鍵技術

    從整體上來看，物聯網還處于起步階段。物聯網在冶金工業領域的大規模應用還面臨一些關鍵技術問題，概括起來主要有兩個問題。

    （1）進行關鍵特殊傳感器的研制生產

    工業用傳感器 工業用傳感器是一種檢測裝置，能夠測量或感知特定物體的狀態和變化，并轉化為可傳輸、可處理、可存儲的電子信號或其他形式信息。工業用傳感器是實現工業自動檢測和自動控制的首要環節。在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或最佳狀態，并使產品達到最好的質量。可以說，沒有眾多質優價廉的工業傳感器，就沒有現代化工業生產體系。

    （2）進行工廠傳感網的布局和建設

    工業無線網絡技術 工業無線網絡是一種由大量隨機分布的、具有實時感知和自組織能力的傳感器節點組成的網狀(Mesh)網絡，綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，具有低耗自組、泛在協同、異構互連的特點。工業無線網絡技術是繼現場總線之后工業控制系統領域的又一熱點技術，是降低工業測控系統成本、提高工業測控系統應用范圍的革命性技術，也是未來幾年工業自動化產品新的增長點，已經引起許多國家學術界和工業界的高度重視。

    3.2 過程控制數學模型的開發與應用要實現新突破

    數學模型是冶金自動化中的核心技術。“牽牛要牽牛鼻子”，如果我們掌握了數學模型的這項技術，就掌握了自動化的主動權、話語權。

    核心技術是買不來的。要生產國家急需的鋼鐵產品，就要有相應的高端自動化技術來做支撐，國外廠商出于自身利益，不會轉讓這類高端自動化技術與產品，他們所能轉讓的技術都是有條件限制的技術或已經過時的產品與技術。

    開展高端冶金自動化領域數學模型的自主創新條件基本成熟。市場需求非常廣闊，我國的冶金自動化水平已經發展到了一定的水平，一支技術創新的團隊已經基本形成，而且，許多冶金企業都有著豐富的實踐經驗，這些都為開展二級數學模型的自主創新創造了極為有利的條件。

    數學模型是控制對象的表征，是對象可執行的表述，正是由于它與信息技術、自動控制技術、工藝能力的有效結合，發揮了重要的指揮與優化作用，所以數學模型才被稱之為自動化與信息化的核心技術。

    建立高可用性、高精度的數學模型是我國鋼鐵工業開發和生產出滿足國民經濟發展需要的鋼材品種；提高產品質量、節約能源、降低成本，從而實現可持續發展，提升核心競爭力的技術基礎。

    審視整個鋼鐵工業自動化信息化的發展趨勢，過程控制數學模型是鋼鐵工業自動化信息化最直接最有效的領域，也是最核心的技術，沒有或者不掌握這種技術，鋼鐵工業的自動化信息化就難免流于形式，難以收到理想的效果。

    過程控制數學模型在國內鋼鐵行業的應用與發展，目前還剛剛起步，方興未艾，隨著需求的發展，未來的數學模型還有著極大的發展空間。從現在起，形成社會的關注，這對數學模型的未來發展，會起到一定的積極作用。

    打破數學模型的神秘感。相信自己的力量，鼓足自己的信心，模型應用從低級向高級逐步發展，不斷積累技術，不斷培養人才，踏下心來，抓上幾個項目，就一定能搞出名堂來，收到明顯的經濟效益與社會效益。

    發展以數學模型為核心的自動化技術，是落實“科技創造未來”的具體體現，也是我國鋼鐵工業實現新的騰飛的助推器。我們在過程控制數學模型的研發與應用上，實現重點突破，開發出有中國特色的數學模型產品與技術，走出一條“研制一批，儲備一批，生產一批”以科研促生產、以生產出產品、以產品保應用的新的可持續發展之路來。

    3.3 以國產化創新型產品與技術為核心的自動化系統的集成與創新

    經過幾年的努力，我國制造業自動化領域已經擁有了一批自主開發創新的產品與技術。這為今后自動化、信息化技術的發展奠定了堅實的基礎。但這僅僅是開始，堅冰雖然打破，但水下仍然潛藏著巨大的冰塊，所以發展以國產化的創新型產品與技術為核心的自動化系統的集成與創新今后還有許多工作要做。

    3.3.1博弈要有實力

    要在國際自動化領域取得話語權，就要靠實力。以前，依靠市場換取技術，只是一種低層次的對外開放，而且依靠錢是買不來核心技術的。如果我國在一定程度上掌握了自己的自動化、信息化核心技術，就可以由低層次的對外開放方式上升到較高層次的對外開放與交流。形成你中有我，我中有你的態勢，達到優勢互補、互利共贏的良性局面。我國在引進先進技術與產品的同時也可以對外輸出自己的產品與技術。同時還可以開展聯合研發等科技活動。

    3.3.2新型自動化系統的集成與創新要實現全過程的集成與創新

    目前，我國冶金工業自動化系統的建設，許多都處于開環控制或局部閉環控制階段。而要實現真正意義的自動化系統的集成與創新就要在全過程方面實現真正的閉環。當然，這還要涉及到有關執行機構、檢測單元等方面的支持與配合。其核心是國產化的技術與產品，并廣泛采用國內外其他先進技術做支持，以保證整套系統的品質與質量。如果仍然還是停留在實現局部閉環控制上，就不能真正稱之為系統的集成與創新。

    對于全過程的認識，我國著名自動化專家柴天佑院士曾經有過一段精彩的論述：“采用自動化技術，以計算機和網絡技術為手段，將生產過程的生產工藝、設備運行技術和生產過程管理技術進行集成，實現生產過程的控制、運行、管理的優化集成，從而實現管理的扁平化和與產品質量、成本、消耗相關的綜合生產指標的優化。”以國產化創新型產品與技術為核心的自動化系統的集成與創新是在控制系統、控制工程設計和組態軟件、工業通信網絡、制造管理和執行軟件等多方面的基礎上，通過集成與優化，實現真正意義上的生產管控一體化和生產過程控制智能化。

    3.4 能源管控一體化建設是下一階段冶金自動化工作的重點

    冶金工業是耗能大戶，能耗將制約冶金工業的發展，我國冶金工業也正面臨著由粗放型向精細化轉型。以耗能來核定產能，或許將成為可能。所以整個冶金工業的節能降耗、低碳減排工作十分繁重，利用自動化技術來實現降低能耗，是冶金工業節能減排、實現綠色工廠的重要手段之一。

    冶金企業能源管控一體化建設，如果只停留在數據采集階段，那么意義不大。這也是目前已經普遍實現的事實。針對冶金工業能源管控的特點，一是耗能大戶，二是在冶金生產過程中，又伴生出大量的可燃性氣體，如焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣等。所以能源管控的工作重心是能源使用管理的優化、二次能源的安全合理使用、多種能源介質統一平臺操作、改變傳統的能源計量方式以及能源安全管理預警等。能源管控中心建設的特點是控制模型和管理模型的融合。這也是能源實現智能化管控的著眼點，建設一套全新的基于熱值流分析的能源管控一體化系統，實現從計劃層、執行層到控制層的一體化；實現多種能源介質協同一體化；單項能源管控一體化，同時引進先進算法，確定科學的解法。

    4 結語

    通過對能源生產管理模型的研究與開發，特別在能源預警模型、能源優化管理與調度模型，多種能源介質統一綜合平衡成本分析與預警模型，以及熱值能耗模型要有新的突破，爭取為我國的能源戰略的發展做出新的貢獻。

    五年滄桑，十年巨變，曾經的輝煌只是昨日煙云。“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”，在冶金工業自動化領域還有許多工作要做，所以尋找新的創新切入點，根據不同的環境，會有所不同，一家之言不能概全貌，通過大家共同的努力，從不同角度、不同方面尋求新的自動化專業發展的新思路，這也是筆者的初衷，讓我們共同譜寫十二五期間自動化專業發展新篇章！