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　　編者語：近年發(fā)展起來的現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)等工業(yè)自動化技術逐步在冶金自動化系統(tǒng)中應用，分布控制系統(tǒng)結構替代集中控制成為主流。

　　一、我國冶金自動化發(fā)展狀況

　　（１）基礎自動化和過程控制系統(tǒng)

   在基礎控制方面，以PLC、DCS、工業(yè)控制計算機為代表的計算機控制取代了常規(guī)模擬控制，在冶金企業(yè)全面普及。近年發(fā)展起來的現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)等技術逐步在冶金自動化系統(tǒng)中應用，分布控制系統(tǒng)結構替代集中控制成為主流。

   在控制算法上，重要回路控制普遍采用PID算法，智能控制、先進控制在電爐電極升降控制、連鑄結晶器液位控制、加熱爐燃燒控制、軋機軋制力控制等方面有了初步應用，取得了一定成果。

   在檢測方面，與回路控制、安全生產(chǎn)、能源計量等相關的流量、壓力、溫度、重量等信號的檢測儀表的配備比較齊全；高爐的軟熔帶形狀與位置、高爐爐缸渣鐵液位、煉鋼過程的熔池鋼水含碳量和溫度、連續(xù)鑄鋼過程的結晶器鋼坯拉漏預報、鋼材質量和機械性能預報等軟測量技術取得了初步成果。

   在電氣傳動方面，用于節(jié)能的交流變頻技術普遍采用；國產(chǎn)大功率交、直流傳動裝置在軋線上得到成功應用。

   在過程控制方面，計算機過程控制系統(tǒng)普及率有較大幅度提高，根據(jù)最近中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會的調查結果，按冶金工序劃分，57.54%的高爐、56.39%的轉爐、58.56%的電爐、 60.08%的連鑄、 74.5%的軋機采用計算機過程控制系統(tǒng)。把工藝知識、數(shù)學模型、專家經(jīng)驗和智能技術結合起來，在煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼等典型工位的過程模型和過程優(yōu)化方面取得了一定的成果，如高爐煉鐵過程優(yōu)化與智能控制系統(tǒng)、有副槍轉爐動態(tài)數(shù)學模型、電爐供電曲線優(yōu)化、智能鋼包精煉爐控制系統(tǒng)、連鑄二冷水優(yōu)化設定、軋機智能過程參數(shù)設定等等。

   （２）信息化

   根據(jù)中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會的調查結果，10%左右的煉鐵工序、25%左右的煉鋼工序、50%左右的軋鋼工序采用了生產(chǎn)管理計算機系統(tǒng)。冶金企業(yè)逐步認識到MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）的重要性，在綜合應用運籌學、專家系統(tǒng)和流程仿真等技術，協(xié)調生產(chǎn)線各工序作業(yè)，進行全線物流跟蹤、質量跟蹤控制、成本在線控制、設備預測維護等方面取得了初步成果。

   隨著企業(yè)管理水平的不斷提高，“信息化帶動工業(yè)化”在冶金企業(yè)成為共識，企業(yè)信息化方興未艾，受到企業(yè)領導高度重視，各企業(yè)紛紛開始信息化規(guī)劃和建設，很多企業(yè)已經(jīng)構造了企業(yè)信息網(wǎng)，為企業(yè)信息化奠定了良好的基礎。根據(jù)中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會報告，“我國鋼年產(chǎn)量500萬噸以上的8家企業(yè)100%上了信息化的項目，鋼年產(chǎn)量50萬噸以上的58家企業(yè)中有45家上了企業(yè)信息化的項目，占77.6%”。

   寶鋼股份、武鋼、寶鋼集團不銹鋼分公司等企業(yè)建成了主要產(chǎn)線的MES和產(chǎn)銷一體化系統(tǒng)。寶鋼集團不銹鋼分公司在鋼鐵企業(yè)率先建成了企業(yè)生產(chǎn)指揮駕駛艙。鋼鐵企業(yè)信息化已經(jīng)從信息的整合深入到知識的挖掘。寶鋼在建立生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)倉庫和知識獲取方面走在了國內(nèi)同行的前列，開發(fā)了綜合數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)、基于數(shù)據(jù)挖掘的質量分析技術、基于數(shù)據(jù)倉庫的客戶服務知識庫，創(chuàng)建了智能質量設計知識庫，取得了顯著的成果。

   冶金自動化技術在信息化、自動化技術的推動和冶金行業(yè)可持續(xù)發(fā)展需求的拉動雙重機制作用下，必將取得更大進展，主要發(fā)展趨勢體現(xiàn)在以下方面：

   1）基礎自動化和過程控制系統(tǒng)

   冶金流程在線連續(xù)檢測和監(jiān)控系統(tǒng)。采用新型傳感器技術、光機電一體化技術、軟測量技術、數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)處理技術、冶金環(huán)境下可靠性技術，以關鍵工藝參數(shù)閉環(huán)控制、物流跟蹤、能源平衡控制、環(huán)境排放實時控制和產(chǎn)品質量全面過程控制為目標，實現(xiàn)冶金流程在線檢測和監(jiān)控系統(tǒng)，包括鐵水、鋼水及熔渣成分和溫度檢測和預報，鋼水純凈度檢測和預報，鋼坯和鋼材溫度、尺寸、組織、缺陷等參數(shù)檢測和判斷，全線廢氣和煙塵的監(jiān)測等。

   冶金過程關鍵變量的高性能閉環(huán)控制。基于機理模型、統(tǒng)計分析、預測控制、專家系統(tǒng)、模糊邏輯、神經(jīng)元網(wǎng)絡、支撐矢量機（SVM）等技術，以過程穩(wěn)定、提高技術經(jīng)濟指標為目標，在上述關鍵工藝參數(shù)在線連續(xù)檢測基礎上，建立綜合模型，采用自適應智能控制機制，實現(xiàn)冶金過程關鍵變量的高性能閉環(huán)控制。包括高爐順行閉環(huán)專家系統(tǒng)、鋼水成分和溫度閉環(huán)控制、鑄坯和鋼材尺寸和組織性能閉環(huán)控制等。

   大功率高性能電氣傳動。采用新型電力電子元件，大功率高性能的交直交變頻傳動、高中壓變頻傳動和超大功率交交變頻傳動。

    2）企業(yè)信息化

   冶金流程的全息集成。實現(xiàn)鐵-鋼-軋橫向數(shù)據(jù)集成和相互傳遞，實現(xiàn)管理-計劃-生產(chǎn)-控制縱向信息集成，同時，整合生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)和關系數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)倉庫，采用數(shù)據(jù)挖掘技術提供生產(chǎn)管理控制的決策支持。

   計算機全流程模擬，實現(xiàn)以科學為基礎的設計和制造。采用計算機仿真技術、多媒體技術和計算力學技術，基于各種冶金模型，進行流程離線仿真和在線集成模擬，生成一個分布式、網(wǎng)絡化、集成的“虛擬工廠”軟件系統(tǒng)環(huán)境，通過人機交互和協(xié)同計算，模擬鋼鐵工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)全過程。支持生產(chǎn)組織優(yōu)化、生產(chǎn)流程優(yōu)化、新生產(chǎn)流程設計和新產(chǎn)品開發(fā)優(yōu)化。

   提升鋼鐵生產(chǎn)制造智能。在生產(chǎn)組織管理方面，基于事例推理、專家知識的生產(chǎn)計劃與運籌學中網(wǎng)絡規(guī)則技術，提供快速調整作業(yè)計劃的手段和能力，以提高生產(chǎn)組織的柔性和敏捷化程度；根據(jù)各工序參數(shù)，自動計算各工序的生產(chǎn)順序計劃及各工序的生產(chǎn)時間和等待時間，實現(xiàn)計劃的全線跟蹤和控制，并能根據(jù)現(xiàn)場要求和專家知識，進行靈活的調整；異常情況下的重組調度技術以及在多種工藝路線情況下，人機協(xié)同動態(tài)生產(chǎn)調度。在質量管理方面，基于數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計計算與神經(jīng)網(wǎng)絡分析技術，對產(chǎn)品的質量進行預報、跟蹤和分析；根據(jù)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)，判定在生產(chǎn)中發(fā)生的品質異常。在設備管理方面，采用生產(chǎn)設備的故障診斷與預報技術，建立設備故障、壽命預報模型，實現(xiàn)預測維護。在成本控制方面，采用數(shù)據(jù)挖掘與預報技術，建立動態(tài)成本模型預測生產(chǎn)成本；利用動態(tài)跟蹤控制技術，優(yōu)化原材料的配比、能源介質的供應、產(chǎn)線定修制度、生產(chǎn)的調度管理，動態(tài)核算成本，以降低生產(chǎn)成本。

   能源管理和優(yōu)化系統(tǒng)。針對新一代可循環(huán)鋼鐵制造流程， 采用能源介質和主要能效設備在線監(jiān)測、能源負荷預測和能源供需平衡分析、能源結構和調度優(yōu)化等關鍵技術，形成能源在線監(jiān)測裝置、能效分析工具和企業(yè)級能源優(yōu)化系統(tǒng)。

   企業(yè)信息集成到行業(yè)信息集成。信息化的目的之一是實現(xiàn)信息共享，在有效競爭前提下趨利避害，在企業(yè)信息化編碼體系標準化、企業(yè)異構數(shù)據(jù)/信息集成基礎上，進一步實現(xiàn)協(xié)作制造企業(yè)信息集成，全行業(yè)信息網(wǎng)絡建設及宏觀調控信息系統(tǒng)，直至全球行業(yè)信息網(wǎng)絡建設及宏觀調控信息系統(tǒng)。

   管控一體化，實現(xiàn)實時性能管理（Real Performance Management）。協(xié)調供產(chǎn)銷流程，實現(xiàn)從訂貨合同到生產(chǎn)計劃、制造作業(yè)指令、到產(chǎn)品入庫出廠發(fā)運的信息化。生產(chǎn)與銷售連成一個整體，計劃調度和生產(chǎn)控制有機銜接；質量設計進入制造，質量控制跟蹤全程，完善PDCA質量循環(huán)體系；成本管理在線覆蓋生產(chǎn)流程，資金控制實時貫穿企業(yè)全部業(yè)務活動，通過預算、預警、預測等手段，達到事前和事中的控制。

   知識管理和商業(yè)智能。利用企業(yè)信息化積累的海量數(shù)據(jù)和信息，按照各種不同類型的決策主題分別構造數(shù)據(jù)倉庫，通過在線分析和數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)有關市場、成本、質量等方面數(shù)據(jù)—信息—知識的遞階演化，并將企業(yè)常年管理經(jīng)驗和集體智慧形式化、知識化，為企業(yè)持續(xù)發(fā)展和生產(chǎn)、技術、經(jīng)營管理各方面創(chuàng)新奠定堅實的核心知識和規(guī)律性的認識基礎。（文章由本網(wǎng)編輯刪改）

　　作者：孫彥廣

　　工學博士，教授級高級工程師，博士生導師。冶金自動化研究設計院副院長，國家冶金自動化工程技術中心主任。主要從事冶金過程建模和優(yōu)化控制、鋼鐵企業(yè)信息化方面研發(fā)工作。