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            活動鏈接：2012年控制網(wǎng)技術(shù)專題---控制系統(tǒng)新時代   

 

                           

  郭雨春

   計算機與自動控制高級工程師，現(xiàn)任首鋼自動化信息技術(shù)公司研究所總工，從事計算機應(yīng)用與自動化控制技術(shù)在冶金工業(yè)中的應(yīng)用。榮獲多項科研項目獎，并有多篇專業(yè)論文在專業(yè)刊物上發(fā)表，擔(dān)任中國計算機協(xié)會等多個協(xié)會的常務(wù)理事。

   改革開發(fā)以來，經(jīng)過三十余年的努力，我國冶金工業(yè)自動化控制技術(shù)的應(yīng)用得到了長足發(fā)展，整個冶金工藝全流程都已經(jīng)實現(xiàn)了自動化，這是一項了不起的成就。經(jīng)過硬件技術(shù)引進、軟件技術(shù)引進的陣痛之后，冶金自動化控制技術(shù)的應(yīng)用進入到了應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展的新階段。

   1 近幾年來冶金工業(yè)自動化控制技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新與突破

   進入新世紀(jì)以來，在自動化控制領(lǐng)域，無論是硬件技術(shù)還是軟件技術(shù)，都在引進消化吸收的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了再創(chuàng)新，在我國冶金工業(yè)自動化控制技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，表現(xiàn)得尤為突出。

   1.1 DCS系統(tǒng)集成能力得到了大幅提高

   以前，我國冶金工業(yè)的自動化應(yīng)用水平，大多數(shù)停留在點上。而現(xiàn)在已經(jīng)形成了線，并開始向全流程大面積覆蓋，其主要特點是系統(tǒng)集成的核心技術(shù)及主體架構(gòu)，都是自主獨立完成，并得到了成功應(yīng)用。如煉鋼環(huán)節(jié)的一鍵式自動化煉鋼、燒結(jié)智能專家系統(tǒng)等?，F(xiàn)在正在開展的新一代智能冶金工藝流程的研制，成功實現(xiàn)了由點到線，由線到面的轉(zhuǎn)變，冶金工業(yè)自動化系統(tǒng)集成與創(chuàng)新的水平也有了本質(zhì)性的提高。

   1.2 冶金工業(yè)自動化控制軟件技術(shù)的創(chuàng)新取得了長足進步

   我國冶金工業(yè)自動化控制軟件大規(guī)模從國外進口的現(xiàn)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(yè)的能源管控系統(tǒng)等領(lǐng)域，許多國產(chǎn)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(yīng)用水平也大幅超過同類型的進口軟件產(chǎn)品。目前正在進行研制的自動化控制軟件平臺技術(shù)，也取得了關(guān)鍵性突破，在以系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計為主的研發(fā)平臺、以數(shù)據(jù)物流為主要內(nèi)容的數(shù)據(jù)管理平臺、以數(shù)學(xué)模型為核心的應(yīng)用平臺，完整地構(gòu)成了新一代自動化控制軟件平臺，并將我國冶金工業(yè)自動化控制技術(shù)應(yīng)用的水平提到了一個新的高度。

   2 冶金工業(yè)自動化控制系統(tǒng)發(fā)展的空間仍然很大

   回顧過去，我國冶金工業(yè)自動化控制技術(shù)的應(yīng)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(shù)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(shù)的差距仍然很大

   目前，我國冶金工業(yè)應(yīng)用的大型自動化控制系統(tǒng)仍然是由國外幾家知名品牌壟斷，許多高端專利技術(shù)仍然屬于外國企業(yè)，所以應(yīng)當(dāng)花大力氣研制與開發(fā)自己的硬件技術(shù)與產(chǎn)品，在較短時間內(nèi)，大幅縮小和國外先進水平的差距。

   2.2 國內(nèi)創(chuàng)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(tǒng)創(chuàng)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(shù)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(yè)之間、企業(yè)與科研院所、大專院校的合作，把“企業(yè)是創(chuàng)新的主體”這一理念真正落實到實處。

   3 冶金工業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，為冶金自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用提出了新的要求與目標(biāo)

   冶金工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級與發(fā)展，是以建設(shè)新一代鋼鐵流程為主要目標(biāo)，新一代鋼鐵流程的理念與架構(gòu)，在綠色、環(huán)保、節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展等方面完全超出了二十世紀(jì)鋼鐵流程的概念。

   3.1 新一代鋼鐵工藝流程的主要內(nèi)容

   新一代鋼鐵工藝流程主要具有3項功能，即鋼鐵產(chǎn)品制造功能（構(gòu)建高效、低成本和潔凈鋼生產(chǎn)體系）、能源轉(zhuǎn)換功能（能量流網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)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(xiàn)零排放）、其主要內(nèi)容包括原料動態(tài)優(yōu)化配置、鋼鐵液態(tài)過程的連續(xù)與高效，特別是煉鐵、煉鋼界面技術(shù)，以及連鑄－熱軋界面技術(shù)和形變、相變相結(jié)合的控軋控冷技術(shù)。

   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(tǒng)的鋼鐵工藝有著本質(zhì)的不同，只有理解并掌握了這些特點，才能更好地實現(xiàn)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(tài)－精細(xì)準(zhǔn)確的設(shè)計理論研究和方法創(chuàng)新，特別是物質(zhì)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(fā)、運行要落實到高效率、低成本潔凈鋼生產(chǎn)和制造體系的構(gòu)建、運行，能源調(diào)構(gòu)中心的構(gòu)建和優(yōu)化運行，并建立起全流程的數(shù)據(jù)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(chǎn)品生產(chǎn)的需要，同時也能滿足長材、特殊鋼的生產(chǎn)需要。

   （4）新一代鋼鐵工藝流程將推動冶金企業(yè)向著資源節(jié)約、環(huán)境友好的方向發(fā)展，并通過物質(zhì)流、能源流、信息流和資金流的延伸，推動冶金企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)低碳、綠色的生產(chǎn)。

   3.3 冶金自動化控制系統(tǒng)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(fā)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(xiàn)，自動化已經(jīng)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(xiàn)精細(xì)化管理，都要靠數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。而數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析、挖掘以及優(yōu)化等都離不開自動化平臺技術(shù)的保證。還要說明一點的是，新一代鋼鐵工藝流程要實現(xiàn)“運籌帷幄之中，決勝千里之外”，沒有自動化控制技術(shù)的支持與保證，是根本無法實現(xiàn)的。進入新世紀(jì)以來，衡量我國鋼鐵工業(yè)水平發(fā)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(tǒng)水平。冶金自動化開始參與并主導(dǎo)著鋼鐵工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的方向，使鋼鐵工業(yè)朝著高附加值、綠色產(chǎn)業(yè)的方向發(fā)展。

   冶金工業(yè)走新型工業(yè)化之路，開發(fā)新一代鋼鐵工藝流程，是冶金工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，而新一代鋼鐵工藝流程的建設(shè)實質(zhì)就是自動化信息化與工業(yè)化有機結(jié)合，實施后發(fā)優(yōu)勢戰(zhàn)略，實現(xiàn)生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展。這種方式充分突出了科學(xué)技術(shù)的先導(dǎo)作用，其次突出了經(jīng)濟增長模式的優(yōu)化，有效克服了先工業(yè)__化再自動化和信息化、粗放型經(jīng)濟增長方式等問題，真正意義上實現(xiàn)了自動化、信息化帶動工業(yè)化、工業(yè)化的發(fā)展又促進了自動化、信息化的發(fā)展。

   新一代鋼鐵工藝流程的建設(shè)，為自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)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(shù)據(jù)處理技術(shù)，真正意義上實現(xiàn)全流程的智能化控制。

   4 能源管理系統(tǒng)建設(shè)是冶金自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用的主要對象之一

   鋼鐵工業(yè)具有在高溫、高壓、易燃、易爆等環(huán)境下連續(xù)生產(chǎn)的特點。同時鋼鐵工業(yè)還是制造業(yè)中的耗能大戶。所以采用先進的管理理念，建設(shè)能源管控系統(tǒng)，利用自動化技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能減排，科學(xué)用能，是鋼鐵工業(yè)在當(dāng)今日益激烈的競爭中實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必要手段。

   我國鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程需要的能源介質(zhì)主要有：煤炭、電力、生產(chǎn)用水、動力風(fēng)、蒸氣、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等。其中許多都是在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的新能源即二次能源，科學(xué)地管理好、利用好這些能源介質(zhì)，實現(xiàn)利用能源的動態(tài)平衡和安全，是建設(shè)能源管控體系的根本宗旨。首鋼能源管控體系建設(shè)采用的是一個集過程監(jiān)控、能源設(shè)備管理、能源預(yù)警、能源調(diào)度平衡分析及優(yōu)化等主要內(nèi)容為一體的集中一貫式模式，充分開發(fā)與利用生產(chǎn)過程中科學(xué)用能的潛力，最大限度地節(jié)約能源以及二次能源的開發(fā)與利用，充分體現(xiàn)現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)利用能源流的先進理念，實現(xiàn)能源利用的集中、高效、平衡與協(xié)調(diào)。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(shù)的集成。在一個能源管控平臺上實現(xiàn)多種能源介質(zhì)的集中一貫式管理。

   傳統(tǒng)的能源管理都是風(fēng)、水、電、汽各管各的，相互之間老死不相往來。除技術(shù)原因外，傳統(tǒng)的管理理念束縛也是一個主要原因。在一個平臺上實現(xiàn)多種能源介質(zhì)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(shù)上一次新的升華，也是能源管理由傳統(tǒng)生產(chǎn)型向現(xiàn)代服務(wù)型轉(zhuǎn)化的成功體現(xiàn)。

   （1）通過一個平臺，同時可以實現(xiàn)對能源的管理與控制。

   （2）在一個平臺上，既可以實現(xiàn)新內(nèi)容的開發(fā)，也可以利用這個平臺對能源實現(xiàn)管理與控制。

   （3）所有能源的管理實現(xiàn)一種操作模式。數(shù)據(jù)統(tǒng)一集中管理并實現(xiàn)共享。

   在一個平臺上實現(xiàn)多種能源介質(zhì)的集中一貫式管理是現(xiàn)代化冶金企業(yè)能源管理體系建設(shè)的基礎(chǔ)，通過對多種能源介質(zhì)的交叉性、創(chuàng)新性、智能性管理，就可以實現(xiàn)多種能源介質(zhì)在使用過程中的統(tǒng)一管理與平衡，實現(xiàn)優(yōu)化用能、綜合用能、節(jié)約用能，這樣既降低了能耗成本，也實現(xiàn)了對能源的“榨干吃凈”，使循環(huán)經(jīng)濟的優(yōu)勢發(fā)揮得淋漓盡致。首鋼京唐鋼鐵公司在建設(shè)能源管理體系過程中，通過技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動企業(yè)能源管理的變革，大膽采用了在一個平臺上實現(xiàn)多種能源介質(zhì)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(yōu)化。采用并自主開發(fā)了多項自動化控制技術(shù)，在數(shù)據(jù)傳輸、接口設(shè)計、數(shù)據(jù)庫管理等方面，都有了更大的創(chuàng)新與發(fā)展，保證了平臺的順利建設(shè)與實施，并取得了良好的使用效果。

   能源數(shù)據(jù)的實時采集與共享，多種能源介質(zhì)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(tǒng)中三大技術(shù)難題。

   5 冶金自動化控制系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢

   我國冶金自動化幾年來的發(fā)展已經(jīng)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(fā)展的水平是有差別的。這種差別是冶金自動化發(fā)展中出現(xiàn)的新問題，自主研發(fā)創(chuàng)新發(fā)展是冶金自動化未來發(fā)展的主題。

   5.1 提高自主集成大型數(shù)字化控制系統(tǒng)的能力和水平

   許多冶金行業(yè)內(nèi)部的自動化單位、部門或技術(shù)隊伍，都曾經(jīng)做過不少自動化集成項目，但我們所講的自主集成大型數(shù)字化控制系統(tǒng)和一般的集成項目有所區(qū)別。

   （1）自主集成必須是以“我”為主

   自主集成大型數(shù)字化控制系統(tǒng)，必須以“我”為主，這意味著其核心技術(shù)是自己的，而不是別人的。這個問題現(xiàn)在提出來并不算早。因為這個過程可能要經(jīng)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(dāng)不過的：“天將曉，莫道君行早，踏遍青山人未老，風(fēng)景這邊獨好”。數(shù)字化煉鋼就是首鋼堅持以“我”為主原則，開發(fā)的一項自主集成的大型數(shù)字化控制系統(tǒng)。數(shù)字化煉鋼自動化平臺結(jié)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(guān)注生產(chǎn)過程的同時，注重對生產(chǎn)過程進行調(diào)優(yōu)。不僅可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的優(yōu)化，而且還可以實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化。而控制系統(tǒng)的優(yōu)化，又可以分別進行靜態(tài)優(yōu)化與動態(tài)優(yōu)化兩種。該系統(tǒng)還具有強大的仿真功能，在工藝模型及其參數(shù)基本穩(wěn)定的情況下，調(diào)整模擬歷史生產(chǎn)操作過程，根據(jù)調(diào)整后的操作進行仿真計算，模擬形成調(diào)整操作后的預(yù)期效果。利用該系統(tǒng)，同時還可以進行新鋼種冶煉離線仿真操作，完善模型、調(diào)整參數(shù)，待達(dá)到設(shè)計目標(biāo)后，再上線實際操作。在這個系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)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(tǒng)一考慮，所以“一罐到底”，煉鋼模型、精煉模型等技術(shù)都作為一個個子系統(tǒng)存在，數(shù)字在整個系統(tǒng)中起到了關(guān)鍵作用，實現(xiàn)了真正意義上的數(shù)字化煉鋼。

   （2）整套系統(tǒng)要實現(xiàn)實時控制

   自主集成的大型數(shù)字化控制系統(tǒng)，要具有很強大的實時性，不僅僅是實時的數(shù)據(jù)采集，更重要的是數(shù)據(jù)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(chǎn)的需要。鋼鐵生產(chǎn)過程中，如果最終產(chǎn)品是低端產(chǎn)品時，對實時性要求就不高，但是通過轉(zhuǎn)型要生產(chǎn)高端鋼鐵產(chǎn)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(jīng)成為基本要求。

   （3）數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用

   為了提高企業(yè)的市場競爭力，滿足市場對高端鋼鐵產(chǎn)品的不斷需求，通過提高自動化控制系統(tǒng)水平來提高鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量，已經(jīng)成為一項現(xiàn)實而又迫切的工作，在鋼鐵自動化控制系統(tǒng)中，對實際的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)進行必要的采集、統(tǒng)計和分析，科學(xué)地管理大量的、長期的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，通過建立與生產(chǎn)實際相結(jié)合的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上提出了對數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化方向，達(dá)到對生產(chǎn)過程的精細(xì)化管理和生產(chǎn)的智能化控制。目前在冶金自動化技術(shù)的應(yīng)用過程中，數(shù)據(jù)采集手段和數(shù)據(jù)量越來越完善，數(shù)據(jù)質(zhì)量也越來越高，現(xiàn)場應(yīng)用對數(shù)據(jù)的要求也日趨嚴(yán)格，特別是各種數(shù)學(xué)模型、控制算法已經(jīng)普遍成為自動化控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容。所以數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)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(fù)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(yīng)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(guān)的元素（數(shù)據(jù)信息）聯(lián)系到一起，工藝和模型的交互性操作就成為新的應(yīng)用方式__并為程序規(guī)程提供了專業(yè)的技術(shù)支持。

   5.2 冶金自動化控制系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)的自動化服務(wù)

   自動化服務(wù)在經(jīng)歷過微笑服務(wù)（被動服務(wù)）、貼近服務(wù)（主動服務(wù)）階段后，現(xiàn)在已經(jīng)進入心靈服務(wù)階段，這個階段的服務(wù)目標(biāo)越來越高，要求也越來越高。

   （1）提倡“零故障”服務(wù)

   這是一個不斷追求的目標(biāo)，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(shè)備檢修外，不會因為自動化專業(yè)的問題而影響鋼鐵生產(chǎn)。不發(fā)生問題的服務(wù)是最優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，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(xiàn)不發(fā)生事故。

   （2）有對應(yīng)突發(fā)事件的能力和手段

   鋼鐵生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)一些突發(fā)事件是不可避免的。自動化設(shè)備供應(yīng)商需提供關(guān)鍵性的、建設(shè)性的服務(wù)，就要具有應(yīng)對突發(fā)事件的能力和水平，這種能力和水平是服務(wù)的硬實力。只有做到一般性的服務(wù)和應(yīng)對突發(fā)事件的服務(wù)“兩手都要硬”，才能提供優(yōu)質(zhì)的自動化服務(wù)。

  （3）標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)

   提供標(biāo)準(zhǔn)化的自動化專業(yè)服務(wù)，是精細(xì)化管理的需要，也是提供優(yōu)質(zhì)自動化專業(yè)服務(wù)的必要條件，如果沒有標(biāo)準(zhǔn)化要求，服務(wù)的內(nèi)容、水平就會不同，更無法談到提高、優(yōu)化，也無法做到傳承。

   5.3 冶金自動化控制系統(tǒng)在應(yīng)用中要不斷拓展新的技術(shù)空間

   冶金自動化控制系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，要不斷拓展新的技術(shù)空間，才會有持續(xù)旺盛的生命力，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)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(tǒng)新的組成部分。機電儀一體化測量設(shè)備將會取代傳統(tǒng)的測量手段，將原來難以進行測量的環(huán)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(shù)據(jù)可以大幅提高精度。

   冶金自動化的未來發(fā)展方向，實質(zhì)上代表了冶金工業(yè)的發(fā)展方向，沒有自動化技術(shù)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(yè)中的作用與地位，珍惜已經(jīng)取得的成果，深刻反省過去的失誤，科學(xué)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