冶金企業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械動力部，山東 濟南 271104）

0 引言

冶金企業電氣自動化儀表的自動化控制技術涵蓋系統集成技術、傳感技術、遠程監控技術以及現場總線技術，在這些智能化技術的支持下，自動化儀表的智能監測水平也越來越高，監測精度也得到大幅提升。尤其在遠程監測與控制生產工序的各項運行參數時，能夠快速準確地將監測信號反饋給系統終端，進而為生產工序的優化和改進提供了堅實保障。

1 自動控制技術在冶金儀表中的應用優勢

1.1 提高儀表監測精度

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，每一種儀表都承擔著與生產工序相匹配的監測任務，如果監測數據出現較大的誤差，不僅容易埋下重大的安全風險隱患，同時，也使生產效率大打折扣。而電氣自動化儀表的有效運用，使得監測精度大幅提升，生產效率較過去相比，提升幅度達到1MHz以上。究其原因是由于冶金儀表具有數字模擬轉換功能，需要轉換的模擬量統一存儲在內部存儲器當中，而存儲器的存儲空間較大，能夠容納的數據信息量較多，因此，即便再復雜的生產工序，通過自動化控制技術也可以對所有監測數據進行實時轉換與穩定存儲，數據轉換程序流程如圖1所示。

圖1 數據轉換程序流程

1.2 抗干擾能力強

眾所周知，在冶金生產過程中，極易產生大量的電磁輻射，過去，冶金儀表受到這種輻射作用的影響，將出現較大的監測誤差。而自動化儀表的應用，能夠將外界干擾對監測結果的影響程度降到最低點，在這種情況下，冶金儀表的監測誤差也將大幅縮減。比如過去利用熱電偶對高爐運行溫度進行測量時，一旦溫度超出臨界值，監測數據就會出現非線性變化，進而增加了監測誤差，而自動化儀表可以借助于自動化控制技術對寫入程序進行智能化調整，一旦監測溫度超出臨界值，系統將每一時間發生預警信號，操作人員可以根據反饋信息及時對高爐運行溫度進行調整，使得整個生產作業流程能夠始終保持正常狀態[1]。

2 電氣自動化儀表自動化控制技術要點

2.1 智能監控技術

企業需要利用自動化儀表對每一道生產工序中的溫度、壓力、流量、物位等參數進行精準監測，而承擔這些監測參數轉換功能的裝置稱之為傳感器，通過傳感器的輸出功能，可以將監測數據轉換為系統能夠自動識別的模擬量信號，然后通過指針、數字或者曲線的形式顯示出來，終端操作人員可以根據這些信息準確判定各種生產設備的運行狀態，如果監測數據出現異常情況，維修人員能夠快速采取有效的排障措施，使冶金生產流程能夠順利進行，這種智能化的監控技術不僅促進了生產效率的提升，而且也使為企業節省了大量的生產投入與設備維修成本，電氣自動化儀表的監測原理如圖2所示。

圖2 電氣自動化儀表的監測原理

2.2 遠程監控技術

遠程監控技術是指管理人員無需在生產現場便可以準確獲取生產現場的各個生產流程，管理人員只需要在系統操作終端便可以隨時獲取現場生產信息，然后根據這些信息制訂一個科學系統的生產計劃。比如遠程監控所依托的以太網技術，近年來，已經出現了傳輸速率為1G和10G的以太網，這種高速率的以太網保留了標準以太網的幀結構與載波偵聽多路訪問，使得現場監控畫面更加清晰[2]。由此可見，以太網TCP/IP協議的開放性使得自動化儀表的遠程監控優勢逐步突顯出來，這也為冶金企業節省了大量的人力資源成本。

2.3 現場總線監控技術

現場總線主要是指安裝在冶金制造或者過程區域的現場裝置與控制室內的自動裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線，在自動化領域當中，現場總線屬于一種底層的數據通信網絡，是生產現場與操作終端的聯絡中樞。應用現場總線技術，不僅可以解決遠程通信的問題，同時，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、模擬量設備以及其他輔助設施。并且在布設現場總線時，完全可以在生產現場予以布設，這就大大減少了信號傳輸光纜的使用量，進而為企業節省了大量的投入成本。另外，現場總線技術還具有故障自診斷功能，在應用該技術時，現場總線控制系統將各種功能性模塊分散到生產現場的各個區域以及各種類型的自動化儀表當中，這就取消了過去計算機集散控制系統中的過程控制站[3]。比如現場總線變送器能夠同時運控制功能塊，也可以運行輸出特性補償塊，因此，一旦自動化儀表出現運行故障，該控制模塊可以對故障類型與部位進行自動診斷，這就給儀表與設備維修爭取了大量時間。

2.4 集中監控技術

冶金生產過程中的燒結與煉鐵工藝流程復雜，涉及的生產工序較多，而每一道工序將產生大量的數據信息與運行參數。因此，為了保證正常的生產流程，需要對這些信息進行集中處理。其中，中央處理器便扮演著這一重要角色，加之現場總線技術的有效運用，使得自動化儀表的自動化控制系統能夠始終穩定高效運行，這不僅保障了各種設備的運行安全，同時，也減少了生產運營成本。

3 冶金儀表自動化控制模塊與應用策略

3.1 中央處理模塊

中央處理模塊即CPU，其基本結構組成包括指令寄存器、程序計數器、通用寄存器以及數據緩沖寄存器等，該模塊是冶金儀表自動化控制系統中的核心，相當于人腦的中樞神經系統，負責對冶金儀表執行動作的支配。中央處理模塊的功能性日漸強大，主要表現為通信接口數量多，可以同時連接多個外接設備，這就使生產效率得到大幅提升。其次，由于計算機系統的運行與計算速度快，對冶金儀表采集的各種數據信息能夠快速準確地進行識別與運算，使儀表的監測精度得到提升。另外，中央控制系統可以對每一道生產工序以及設備的運行狀態進行實時監控，其監控畫面不會出現間隔與卡頓的情況，進而對生產現場的實際情況進行精準掌控[4]。

3.2 通信模塊

通信模塊主要負責對收集和存儲的數據信息進行傳輸，使終端操作人員能夠在每一時間了解冶金生產狀況與設備運行情況，因此，通信模塊在自動化控制中扮演著傳輸介質的角色。尤其在傳輸光纖出現以后，通信模塊的功能性也日漸強大，它不僅能夠保證數據信號的高效傳輸，同時，信號精準度也能得到可靠保障。比如在信號存儲階段，通信模塊強大的存儲功能，能夠為各種數據信號提供足夠大的存儲空間，當冶金生產過程中產生的大量數據信息傳輸到存儲器以后，通信模塊可以快速地將其轉換為系統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操作終端，這時，模擬量信號將以具象化形態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容的查看，能夠準確識別出冶金生產現場的生產狀況以及設備運行狀態。一旦發現顯示器上面的信息存在異常狀況，操作人員可以結合反饋信息，快速判斷出哪一道生產工序出現了問題，哪一種設備出現了運行故障，進而及時應對。

3.3 PLC控制模塊

PLC即可編程邏輯控制器，PLC技術的出現取代了傳統繼電器的功能，具有抗干擾能力強、編程簡單、適應性強、可靠性高等特點，而被廣泛應用于冶金企業的自動化控制流程當中。尤其在自動化儀表的監測環節，應用PLC技術可以進一步提升監測精度，技術人員可以根據每一項監測數據準確判定出各種生產設備的運行狀態是否正常。同時，由于PLC模塊體積小不、質量輕，在安裝過程中，能夠節省大量的時間，而且PLC的終端控制界面呈現出人性化的設計風格，顯示器上面出現的信息與生產現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現場的實際情況，并且對于計算機基礎相對較差的人員來說，在操作PLC控制界面時也可以快速掌握操作流程[5]。

4 結語

綜上，微電子技術、計算機技術、互聯網技術等高端技術的迅猛發展，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在冶金生產中的有效運用，為制訂高效而長遠的生產計劃與目標提供了強大的技術支撐。因此，冶金企業應當始終秉持與時俱進的態度，在提升專業技術水準的前提下，加快推進冶金生產的自動化、智能化、現代化發展進程。