自動化技術在冶金工業中的應用及發展前景

鄒克武 閆華

（重慶惠能標普科技有限公司，重慶 401121）

0.引言

進入21世紀以來，隨著我國現代化建設的推進，我國工業技術水平不斷提升，電氣自動化技術在越來越多的領域得到重視和發展。將自動化技術應用在傳統冶金行業中不僅可以提高生產效率、降低成本、保障產品質量，同時電氣自動化技術可以大幅降低工人接觸危險有害因素的時間和頻率，保障企業和勞動者的生命財產安全。冶金行業作為基礎工業部門，改革開放以來取得了高速增長，但也存在諸如安全事故頻發、能耗較高、行業發展不平衡等問題。進入新世紀以來，隨著社會、科學的進步，對冶金行業提出了新的要求和挑戰，重視自動化技術的發展和應用，對于促進冶金行業科學、健康、安全的發展具有重要的意義。

1.冶金行業自動化技術應用現狀

1.1 分布式控制系統的應用

20世紀80年代以來，我國冶金企業認識到電氣自動化技術的先進性及重要性，經過幾十年的引進與發展，利用自動化技術對傳統冶金技術不斷優化革新，由氣動信號控制系統、模擬信號控制系統發展到以第三代PLC技術和第四代DCS技術為主的現代化自動控制系統。

目前我國電氣自動化控制技術以集中式控制系統（PLC）與分布式控制系統（DCS）為主，21世紀以來，隨著網絡技術的發展，點對點的分布式控制系統逐漸取代PLC，成為我國冶金行業自動化控制技術的主流。分布式控制系統具有可靠性高、程控難度較低等優點，可以有效提高冶金自動化控制水平。近年來隨著智能技術、網絡技術的進步，自動控制系統構架開始向現場總線控制系統（FCS）方向發展。

1.2 繼電保護系統應用

繼電保護系統是指當電力系統發生故障或異常時，在最短時間內，自動將故障設備從系統中切除，將電力系統發生故障的電路信號隔離輸出到了電力系統以外，以減輕或避免設備的損壞。

冶金工業工藝流程長、設備復雜，電力系統一旦出現故障，極易導致設備損壞及人身傷害，造成重大損失。通過應用電氣自動化控制技術，提升提升機電保護水平，確保生產過程中電力系統運行效率，降低系統故障概率對保障冶金工業生產穩定性、提升能源利用效率、降低生產成本具有重要的意義。通過現階段鋼鐵冶金行業的發展狀況來看，目前我國80%的鋼鐵冶金企業都采用了電氣化自動控制技術，對電力進行保護。

1.3 過程控制的應用

過程控制系統是工業自動化中十分重要的組成部分，其運行直接影響著工業生產的效率和質量，過程控制系統通過對生產系統的溫度、流量、液位、壓力、成分、濃度等參數進行控制，使生產系統能夠連續、穩定、高效的運行。

20世紀50年代，過程控制主要用于控制生產系統中一些重要參數保持穩定,從而保證產量和質量穩定；20世紀60年代，隨著儀表技術進步和巡回檢測裝置的出現，過程控制開始過渡到集中監視、操作和控制的模式，實現了反饋控制和順序控制的功能；20世紀80年代，隨著信息化技術的發展，過程控制系統實現了人機交互功能，能實時顯示系統的狀態、實現報警和過程變量數值控制。

現階段我國冶金工業已經形成了較為穩定的冶金自動化過程控制系統，但冶金生產過程及設備復雜度較高，我國冶金工業過程控制水平和世界先進水平相比仍然有一定的差距[1]。

1.4 信息管理系統的應用

信息管理系統是指以人為主導，利用計算機、交互軟件、網絡通信設備及其他設備，進行信息的收集、傳輸、加工、儲存、更新、拓展和維護的系統。利用信息管理系統，能夠幫助冶金企業，收集生產過程中的各種信息，有利于幫助冶金企業建立生產數據庫，可以有效促進企業各系統之間信息的交流，保證生產管理控制系統的高效運作。

隨著我國冶金行業自動化水平的不斷提升，冶金生產的信息化程度也不斷提高。有數據顯示，我國的大型冶金企業（以冶金產量≥500萬t為標準）已經基本實現了冶金自動化生產中的全面信息化；以冶金產量≥50萬t為標準劃分的中型冶金企業中約有80%實現了信息化系統的構建[2]。

生產信息管理系統，是整個生產過程的智能化管理系統，目前我國冶金行業的生產信息管理系統相關技術還尚不夠成熟，對資源整合、精細化管理、能耗管理都還不能令人滿意。

2.冶金工業自動化技術發展前景

2.1 人工智能技術的應用

得益于網絡技術的進步人工智能技術近年來在工業生產中取得了廣泛應用。人工智能技術是提高冶金行業勞動生產率、能源利用率的重要發展方向，我國鋼鐵企業更應積極將人工智能技術應用在冶金生產過程中，其在冶金工業中的應用與發展主要體現在以下幾個方面。

（1）智能機器人。冶金工業機器人在我國冶金行業已取得廣泛應用，主要集中在鑄造、鍛造生產線及物流轉運作業中。據相關數據表明，人的失誤率大約是機器的100倍[3]。現代冶金企業應充分利用物聯網、大數據、人工智能等新技術，將作業環境差、危險性大的崗位或工序實現遠程自動控制，通過機械化換人、自動化減人不僅可以減少勞動強度，改善工作環境還將大大提高生產系統運行效率，促進企業生產質量水平的提升。

（2）智能控制系統。目前我國冶金行業自動控制系統以PLC與DCS為主。隨著人工智能技術的發展，依托神經網絡、模糊專家系統等技術研究和發展智能控制系統是未來工業控制發展的重要領域，智能控制是一種無需人的干預就能夠自主地驅動智能機器實現其目標的過程。目前我國冶金行業已有將模糊控制應用在高爐生產過程控制的實例，依靠模糊控制系統的學習能力，完成知識庫的建設，并利用其模糊推理能力對鐵水溫度、燃料比、Si值占比進行判斷獲取熱負荷變化趨勢結果。

2.2 自動控制系統的發展

隨著智能設備硬件技術和網絡技術的發展,新的控制理論和新的控制方法層出不窮，其發展趨勢有以下幾個方面。

（1）廣泛使用智能化調節器，采用以位總線、現場總線技術等為基礎的現場總線控制系統（FCS）。

（2）控制與管理結合，向低成本自動化（LCA）方向發展。LCA核心是以較低的投資實現自動化系統中的主要的、關鍵的功能，在現有DCS、FCS的基礎上，改進控制策略，將過程控制和企業管理共同兼顧，實現綜合自動化系統，以降低運行成本。

2.3 無人機技術的應用

進入21世紀以來，無人機技術逐漸發展成熟，在眾多領域得到成功應用。冶金工業存在廠區規模大、生產條件惡劣等特點，利用無人機遙測系統對礦區、料場、破碎場等危險區域進行監測，作業人員在監控中心即可實時獲取數據與圖像信息，既優化了生產效率，同時避免人員進入危險場所，減少生產安全事故發生的可能。

2.4 冶金機械設備信息一體化發展

物聯網與信息技術的發展，促進了工程機械設備的信息化、智能化發展。信息技術已逐漸引入冶金機械設備中，自動化技術的發展將逐漸對冶金生產工藝流程實現全面控制，對設備運行狀態、生產工藝參數運行進行智能化、科學化的控制，最終實現不需要人工定期檢修和調節來優化機械設備的生產運行，只需要系統自己進行調整就可以優化冶金企業生產流程，利用信息技術的完善冶金生產邏輯控制，實現冶金自動化技術一體化發展，提高控制能力、生產質量及效率。

3.結論

在信息技術、網絡技術及自動化技術的推動下，我國冶金工業將向自動化、信息化、系統化的方向發展，冶金企業應認識到信息技術、人工智能技術的重要性，加強對智能機器人、自動化系統、智能監測設備等技術的研發與應用，從而提升冶金工業智能化水平。