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郭雨春
計算機與自動控制高級工程師，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，擔任中國計算機協會等多個協會的常務理事。
改革開發以來，經過三十余年的努力，我國冶金工業自動化控制技術的應用得到了長足發展，整個冶金工藝全流程都已經實現了自動化，這是一項了不起的成就。經過硬件技術引進、軟件技術引進的陣痛之后，冶金自動化控制技術的應用進入到了應用創新發展的新階段。
1 近幾年來冶金工業自動化控制技術應用的創新與突破
進入新世紀以來，在自動化控制領域，無論是硬件技術還是軟件技術，都在引進消化吸收的基礎上，實現了再創新，在我國冶金工業自動化控制技術應用領域，表現得尤為突出。
1.1 DCS系統集成能力得到了大幅提高
以前，我國冶金工業的自動化應用水平，大多數停留在點上。而現在已經形成了線，并開始向全流程大面積覆蓋，其主要特點是系統集成的核心技術及主體架構，都是自主獨立完成，并得到了成功應用。如煉鋼環節的一鍵式自動化煉鋼、燒結智能專家系統等。現在正在開展的新一代智能冶金工藝流程的研制，成功實現了由點到線，由線到面的轉變，冶金工業自動化系統集成與創新的水平也有了本質性的提高。
1.2 冶金工業自動化控制軟件技術的創新取得了長足進步
我國冶金工業自動化控制軟件大規模從國外進口的現象，即將成為歷史。在二級自動化控制軟件、三級MES軟件、大型企業的能源管控系統等領域，許多國產自動化控制軟件不僅成功替代了進口軟件，而且許多軟件的應用水平也大幅超過同類型的進口軟件產品。目前正在進行研制的自動化控制軟件平臺技術，也取得了關鍵性突破，在以系統架構設計為主的研發平臺、以數據物流為主要內容的數據管理平臺、以數學模型為核心的應用平臺，完整地構成了新一代自動化控制軟件平臺，并將我國冶金工業自動化控制技術應用的水平提到了一個新的高度。
2 冶金工業自動化控制系統發展的空間仍然很大
回顧過去，我國冶金工業自動化控制技術的應用水平有了大幅提高，但與國外著名廠商相比，仍然存在著較大的差距。有些屬于技術本身，有些則是管理或是制度方面存在不足的問題。
2.1 硬件技術的差距仍然很大
目前，我國冶金工業應用的大型自動化控制系統仍然是由國外幾家知名品牌壟斷，許多高端專利技術仍然屬于外國企業，所以應當花大力氣研制與開發自己的硬件技術與產品，在較短時間內，大幅縮小和國外先進水平的差距。
2.2 國內創新成果的推廣還有許多工作要做
我們雖然在自動控制系統創新方面取得了不小的進步，但仍需進一步的完善與提高，加強市場推廣等，由于受到技術封鎖等方面的影響，這方面的工作還不盡如人意，所以要加強企業之間、企業與科研院所、大專院校的合作，把“企業是創新的主體”這一理念真正落實到實處。
3 冶金工業的轉型發展，為冶金自動化控制系統應用提出了新的要求與目標
冶金工業的轉型升級與發展，是以建設新一代鋼鐵流程為主要目標，新一代鋼鐵流程的理念與架構，在綠色、環保、節能、可持續發展等方面完全超出了二十世紀鋼鐵流程的概念。
3.1 新一代鋼鐵工藝流程的主要內容
新一代鋼鐵工藝流程主要具有3項功能，即鋼鐵產品制造功能（構建高效、低成本和潔凈鋼生產體系）、能源轉換功能（能量流網絡體系構建、能源效率的提高和充分利用）、大宗廢棄物消納處理和再利用（爭取實現零排放）、其主要內容包括原料動態優化配置、鋼鐵液態過程的連續與高效，特別是煉鐵、煉鋼界面技術，以及連鑄－熱軋界面技術和形變、相變相結合的控軋控冷技術。
3.2 新一代鋼鐵工藝流程的特征
新一代鋼鐵工藝流程和傳統的鋼鐵工藝有著本質的不同，只有理解并掌握了這些特點，才能更好地實現冶金自動化與新一代鋼鐵工藝流程的深度融合。
（1）新一代鋼鐵工藝流程源于動態－精細準確的設計理論研究和方法創新，特別是物質流、能量流、信息流的三流合一。
（2）新一代鋼鐵工藝流程的研發、運行要落實到高效率、低成本潔凈鋼生產和制造體系的構建、運行，能源調構中心的構建和優化運行，并建立起全流程的數據信息控制中心。
（3）新一代鋼鐵工藝流程不僅適用于高端鋼鐵產品生產的需要，同時也能滿足長材、特殊鋼的生產需要。
（4）新一代鋼鐵工藝流程將推動冶金企業向著資源節約、環境友好的方向發展，并通過物質流、能源流、信息流和資金流的延伸，推動冶金企業發展循環經濟，實現低碳、綠色的生產。
3.3 冶金自動化控制系統在新一代鋼鐵工藝流程中的作用與地位
新一代鋼鐵工藝流程的發展離不開冶金自動化的支撐和保證，許多新的工藝只有通過自動化才能實現，自動化已經成為新一代鋼鐵工藝流程的重要組成部分。其次，新一代鋼鐵工藝流要實現精細化管理，都要靠數據來實現。而數據的采集、存儲、分析、挖掘以及優化等都離不開自動化平臺技術的保證。還要說明一點的是，新一代鋼鐵工藝流程要實現“運籌帷幄之中，決勝千里之外”，沒有自動化控制技術的支持與保證，是根本無法實現的。進入新世紀以來，衡量我國鋼鐵工業水平發生的巨大變化，不僅要看其機械化水平，更要看其自動化控制系統水平。冶金自動化開始參與并主導著鋼鐵工業轉型發展的方向，使鋼鐵工業朝著高附加值、綠色產業的方向發展。
冶金工業走新型工業化之路，開發新一代鋼鐵工藝流程，是冶金工業實現可持續發展的必然選擇，而新一代鋼鐵工藝流程的建設實質就是自動化信息化與工業化有機結合，實施后發優勢戰略，實現生產力的跨越式發展。這種方式充分突出了科學技術的先導作用，其次突出了經濟增長模式的優化，有效克服了先工業__化再自動化和信息化、粗放型經濟增長方式等問題，真正意義上實現了自動化、信息化帶動工業化、工業化的發展又促進了自動化、信息化的發展。
新一代鋼鐵工藝流程的建設，為自動化控制系統應用的發展提供了廣闊的空間，但要求和水平也越來越高，通過采用先進的建模理論，以及數據處理技術，真正意義上實現全流程的智能化控制。
4 能源管理系統建設是冶金自動化控制系統應用的主要對象之一
鋼鐵工業具有在高溫、高壓、易燃、易爆等環境下連續生產的特點。同時鋼鐵工業還是制造業中的耗能大戶。所以采用先進的管理理念，建設能源管控系統，利用自動化技術實現節能減排，科學用能，是鋼鐵工業在當今日益激烈的競爭中實現可持續發展的必要手段。
我國鋼鐵企業生產過程需要的能源介質主要有：煤炭、電力、生產用水、動力風、蒸氣、高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣等。其中許多都是在生產過程中產生的新能源即二次能源，科學地管理好、利用好這些能源介質，實現利用能源的動態平衡和安全，是建設能源管控體系的根本宗旨。首鋼能源管控體系建設采用的是一個集過程監控、能源設備管理、能源預警、能源調度平衡分析及優化等主要內容為一體的集中一貫式模式，充分開發與利用生產過程中科學用能的潛力，最大限度地節約能源以及二次能源的開發與利用，充分體現現代鋼鐵企業利用能源流的先進理念，實現能源利用的集中、高效、平衡與協調。能源管理模型與能源控制模型是整個體系的核心。用一句話概括就是：能源管控體系是先進理念與先進技術的集成。在一個能源管控平臺上實現多種能源介質的集中一貫式管理。
傳統的能源管理都是風、水、電、汽各管各的，相互之間老死不相往來。除技術原因外，傳統的管理理念束縛也是一個主要原因。在一個平臺上實現多種能源介質的集中一貫式管理是能源管理與控制在思想上、理論上、技術上一次新的升華，也是能源管理由傳統生產型向現代服務型轉化的成功體現。
（1）通過一個平臺，同時可以實現對能源的管理與控制。
（2）在一個平臺上，既可以實現新內容的開發，也可以利用這個平臺對能源實現管理與控制。
（3）所有能源的管理實現一種操作模式。數據統一集中管理并實現共享。
在一個平臺上實現多種能源介質的集中一貫式管理是現代化冶金企業能源管理體系建設的基礎，通過對多種能源介質的交叉性、創新性、智能性管理，就可以實現多種能源介質在使用過程中的統一管理與平衡，實現優化用能、綜合用能、節約用能，這樣既降低了能耗成本，也實現了對能源的“榨干吃凈”，使循環經濟的優勢發揮得淋漓盡致。首鋼京唐鋼鐵公司在建設能源管理體系過程中，通過技術創新驅動企業能源管理的變革，大膽采用了在一個平臺上實現多種能源介質的集中一貫式管理與控制模式，對原有的管理方法與手段進行流程再造與優化。采用并自主開發了多項自動化控制技術，在數據傳輸、接口設計、數據庫管理等方面，都有了更大的創新與發展，保證了平臺的順利建設與實施，并取得了良好的使用效果。
能源數據的實時采集與共享，多種能源介質的集中管理以及能源管理模型與能源控制模型是能源管控系統中三大技術難題。
5 冶金自動化控制系統的未來發展趨勢
我國冶金自動化幾年來的發展已經取得了長足進步，但由于受到各個方面的影響與局限，全國冶金自動化發展的水平是有差別的。這種差別是冶金自動化發展中出現的新問題，自主研發創新發展是冶金自動化未來發展的主題。
5.1 提高自主集成大型數字化控制系統的能力和水平
許多冶金行業內部的自動化單位、部門或技術隊伍，都曾經做過不少自動化集成項目，但我們所講的自主集成大型數字化控制系統和一般的集成項目有所區別。
（1）自主集成必須是以“我”為主
自主集成大型數字化控制系統，必須以“我”為主，這意味著其核心技術是自己的，而不是別人的。這個問題現在提出來并不算早。因為這個過程可能要經歷挫折，甚至失敗，時間會很長，所以早動手，早主動，用毛澤同志的一句詩詞來說明這個問題，是最恰當不過的：“天將曉，莫道君行早，踏遍青山人未老，風景這邊獨好”。數字化煉鋼就是首鋼堅持以“我”為主原則，開發的一項自主集成的大型數字化控制系統。數字化煉鋼自動化平臺結合新一代鋼鐵工藝流程中煉鋼部分的“全三脫”、精煉、連鑄工藝，在關注生產過程的同時，注重對生產過程進行調優。不僅可以實現控制系統的優化，而且還可以實現生產工藝的優化。而控制系統的優化，又可以分別進行靜態優化與動態優化兩種。該系統還具有強大的仿真功能，在工藝模型及其參數基本穩定的情況下，調整模擬歷史生產操作過程，根據調整后的操作進行仿真計算，模擬形成調整操作后的預期效果。利用該系統，同時還可以進行新鋼種冶煉離線仿真操作，完善模型、調整參數，待達到設計目標后，再上線實際操作。在這個系統中，轉爐部分、精煉爐部分等都不再獨立存在，而是作為一個整體統一考慮，所以“一罐到底”，煉鋼模型、精煉模型等技術都作為一個個子系統存在，數字在整個系統中起到了關鍵作用，實現了真正意義上的數字化煉鋼。
（2）整套系統要實現實時控制
自主集成的大型數字化控制系統，要具有很強大的實時性，不僅僅是實時的數據采集，更重要的是數據的實時分析與處理和實時控制，否則無法滿足新一代鋼鐵工藝流程生產的需要。鋼鐵生產過程中，如果最終產品是低端產品時，對實時性要求就不高，但是通過轉型要生產高端鋼鐵產品時，對實時性的要求就會越來越高，快速判斷、快速診斷、快速處理都已經成為基本要求。
（3）數據挖掘與應用
為了提高企業的市場競爭力，滿足市場對高端鋼鐵產品的不斷需求，通過提高自動化控制系統水平來提高鋼鐵產品的質量，已經成為一項現實而又迫切的工作，在鋼鐵自動化控制系統中，對實際的生產工藝數據進行必要的采集、統計和分析，科學地管理大量的、長期的生產工藝數據，通過建立與生產實際相結合的數學模型，并在此基礎上提出了對數學模型的優化方向，達到對生產過程的精細化管理和生產的智能化控制。目前在冶金自動化技術的應用過程中，數據采集手段和數據量越來越完善，數據質量也越來越高，現場應用對數據的要求也日趨嚴格，特別是各種數學模型、控制算法已經普遍成為自動化控制系統的主要內容。所以數據挖掘與應用愈加受到重視。例如，冷連軋板形控制是一個多變量、時變、強耦合和非線性的復雜過程。軋制過程中各種板形影響因素，如軋制力、軋制速度、彎輥、竄輥、冷卻水流量、溫度、壓力以及張應力等都會隨著時間進程與空間位置而變化，并且相互影響、耦合。通過將這些互不相關的元素（數據信息）聯系到一起，工藝和模型的交互性操作就成為新的應用方式__并為程序規程提供了專業的技術支持。
5.2 冶金自動化控制系統優質的自動化服務
自動化服務在經歷過微笑服務（被動服務）、貼近服務（主動服務）階段后，現在已經進入心靈服務階段，這個階段的服務目標越來越高，要求也越來越高。
（1）提倡“零故障”服務
這是一個不斷追求的目標，也是一個不斷強化工作的過程，所謂零故障，就是除正常的設備檢修外，不會因為自動化專業的問題而影響鋼鐵生產。不發生問題的服務是最優質的服務，而社會上還仍然存在一些誤解：沒有故障就無事可做。其實只有做了大量的、艱苦的、幕后的、默默無聞的工作，才能實現不發生事故。
（2）有對應突發事件的能力和手段
鋼鐵生產過程中，出現一些突發事件是不可避免的。自動化設備供應商需提供關鍵性的、建設性的服務，就要具有應對突發事件的能力和水平，這種能力和水平是服務的硬實力。只有做到一般性的服務和應對突發事件的服務“兩手都要硬”，才能提供優質的自動化服務。
（3）標準化服務
提供標準化的自動化專業服務，是精細化管理的需要，也是提供優質自動化專業服務的必要條件，如果沒有標準化要求，服務的內容、水平就會不同，更無法談到提高、優化，也無法做到傳承。
5.3 冶金自動化控制系統在應用中要不斷拓展新的技術空間
冶金自動化控制系統在應用過程中，要不斷拓展新的技術空間，才會有持續旺盛的生命力，物聯網技術、云計算技術、大數據概念的引入，也許在不久的將來，都會成為冶金自動化控制系統新的組成部分。機電儀一體化測量設備將會取代傳統的測量手段，將原來難以進行測量的環境，變成可能；將原來定時的測量，變成實時測量；將原來測量精度不高的數據可以大幅提高精度。
冶金自動化的未來發展方向，實質上代表了冶金工業的發展方向，沒有自動化技術的支撐，就無法煉鋼。這樣一句通俗的話，卻比較深刻的反映了自動化在鋼鐵工業中的作用與地位，珍惜已經取得的成果，深刻反省過去的失誤，科學判斷未來的走向， 冶金自動化的明天會更加燦爛輝煌。
摘自《自動化博覽》2012年第九期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號