试论自动化网络控制技术在我国冶金工业中的应用

杜平先

（云南恒丰工程建设监理有限公司，云南 楚雄675000）

0 引言

冶金工业生产过程主要包括选矿、烧结、高炉、转炉、轧钢等环节，不仅生产过程繁杂，技术要求较高，而且生产过程中产生的高温、高辐射以及粉尘等会对企业员工的身心健康造成较大危害，并且在有些工序或者生产环节，仅仅靠人力是无法完成的。因此，在冶金工业中，必须要大力运用生产自动化控制技术，借助于工业以太网实现各生产环节及系统之间的有效联结，以促进我国冶金工业的快速健康和可持续发展。

就自动化生产控制系统而言，网络技术承担着“中枢神经”的功能。借助于网络，人们可以把冶金工业中所有支持网络的生产设备连接起来，不仅可以有效传输各种生产数据，而且可以加强对冶金工业生产的控制，提高冶金工业的生产效率。在当前国内外冶金工业生产自动化控制系统中，出现了很多网络技术的应用，在提高冶金工业自动化控制方面发挥了重要作用。但是，无论是哪种网络类型，实际上都是以某一种计算机接口和计算机网络协议为基础的。其中，以太网是当前应用最广泛的计算机网络技术。以太网具有很多明显优势，主要包括：广泛的技术支持、费用比较节省、信息传输速率高。因此，充分利用以太网的这些优势，就可以有效构建起高效、开放、稳定的冶金工业自动化网络控制系统。

1 当前我国冶金工业中自动化控制技术的运用情况

对于冶金企业来说，由于冶金工业的生产过程比较冗长，而且包含很多繁杂的环节，从原材料购买到生产过程，再到最后生产出合格的工业产品，其工序繁琐，工艺过程比较复杂。因此，随着现代信息技术和自动化控制系统的快速发展，冶金自动化技术的运用越来越广泛。

在冶金工业中，自动化控制技术系统采用分级结构。其中，0级包括传感器和执行器等，其主要功能是采集执行，完成物理量的测量以及控制命令的执行等；1级是基础自动化，其主要功能是对生产工艺过程进行集中控制；2级是生产模型计算，其主要功能是对生产控制进行优化；3级是生产管理及调度系统，其功能在于协调调度，推动各工序之间的工作协同；4级是企业信息系统层。冶金工业的自动化技术系统各层面之间，通过相应的网络构成互联互通的有机整体。其中，在自动化控制技术系统的2级以上（含2级）层面主要采用以太网，而1级以下（含1级）一般采用专用网络。冶金工业自动化控制技术系统各网络间的无缝联结是实现信息化建设的关键环节。只有推动冶金工业控制及管理系统的信息集成，才能使自动化控制技术落到实处，并且充分发挥其应有作用。

1.1 我国冶金工业自动化控制技术运用的基本状况

自20世纪80年代以来，我国冶金工业逐步将自动化控制系统引入工业生产的各个环节，冶金工业的自动化控制技术得到快速发展。尤其在进入21世纪之后，我国冶金工业的自动化程度有了显著提高，在冶金工业生产的各个工序中，自动化设备得到广泛应用，不仅使用了先进的单机操作系统，而且构成完善的集散式分布，可以对冶金生产过程进行实时监控和调整，自动检测设备运行情况，在出现故障时及时发出指示信号，并且可以根据生产计划自动化运行。目前，我国大型冶金企业，例如宝钢、武钢等，在引进国外先进自动化控制技术及设备的基础上，进行消化、吸收，并不断创新，不仅使这些自动化控制技术更加符合生产需要，而且自动化水平已经逐步赶超国际先进水平。但是，应该看到，由于我国冶金工业的技术基础比较薄弱，自动化技术水平整体不高，与国外发达国家先进的自动化控制技术相比，还存在着明显的差距。

1.2 我国冶金工业自动化控制技术运用中存在的突出问题

（1）由于我国能源结构的不合理以及资源短缺的矛盾日益凸显，在冶金工业生产过程中推行高效、低耗以及环境污染少的生产工艺，淘汰落后的生产设备，已经成为我国工业生产的必然要求。但是，我国冶金工业生产所需要的大型设备还需要进口，工业产品的创新不足，产品技术保障体系不够完善。因此，自动化网络控制技术的运用还需要进一步完善。

（2）由于冶金工业的生产过程比较复杂，自动化控制技术的数学模型适应性不足，很多引进的先进控制设备其性能没有得到充分发挥，我国冶金工业的自动化网络控制技术亟待进一步完善。

（3）我国冶金工业自动化网络控制技术在性能维护以及数据分析方面还存在很多问题，自动化网络控制技术在可靠性维护以及数据诊断分析等方面还存在着较大差距，不利于自动化网络控制技术在我国冶金工业生产中的普遍推广。

2 以太网控制技术在冶金工业中应用的优势

当前国际主流自动化控制技术厂商生产的控制器都提供以太网TCP／IP接口，这是因为以太网TCP／IP技术以及协议是完全公开的，并且已经成为网络互连的重要标准。因此，以太网控制技术在产品设计、材质选用、产品强度、可互操作性、可靠性等方面能够满足冶金工业的生产需要。

（1）数据传输率高。数据传输率高的特点为以太网控制技术在冶金工业中的运用奠定了重要基础，通信速率的提高不仅可以减轻网络负荷，而且可以显著提高时间确定性。一般来说，10Mb／s 的 以 太 网 传 送 1 518 字 节 需 要 用1.2s，而1 000Mb／s的以太网仅需要12μs，而随着百兆网、千兆网的广泛使用和万兆网的出现，冶金工业中以太网控制技术的数据传输率将会更快。

（2）交互式和开放的数据存取技术。由于具有开放式和交互式数据提取及存储技术，以太网控制系统的终端设备以及交换机端口之间可以采用全双工通信线路，在交换机内部多对端口之间采用并行交换，这样不仅有助于消除以太网用于工业控制时所受到的制约，满足生产过程中实时控制的要求，而且可以支持虚拟局域网，降低组网成木，提高网络控制的灵活性。

（3）性能可靠，维护方便。由于以太网有统一的标准以及相同的通信协议，Ethernet和TCP／IP很容易集成到信息系统。所以在设置、诊断以及维护等方面的技术比较成熟，并且已经被广大技术人员所接受和熟练掌握。因此，以太网控制技术就为冶金工业建立公共网络平台奠定了基础，并可以构成各种网络拓扑结构，为冶金工业自动化网络控制技术的运行提供可靠保障。例如，在网络拓扑结构上，采用星形连接及交换式Hub，可以提供数据缓冲以及具有确定接收数据的网段智能，降低数据冲撞及重发机会。

总之，以太网技术具有高传输速率、高传输安全性和可靠性等优势，为解决冶金工业的控制、管理以及系统集成等问题提供了强大的技术支撑。例如，ODVA（Device Net供应商协会）就已经发布了在工厂基层使用以太网服务的工业标准。可见，以太网进入工业自动化控制领域已经成为社会发展的必然趋势。把以太网控制技术与现场总线结合起来，使冶金工业生产各环节集中到统一的自动化网络架构中，这样就可以显著提高冶金工业的生产效能。

3 自动化网络控制技术在冶金工业综合控制中的应用

自动化网络控制技术在冶金工业的应用，不仅可以对各生产环节进行监控、调整和检测，及时发现故障并发出指示信号，而且可以根据要求进行自动化工作。以以太网为基础的自动化网络控制技术在冶金工业综合控制中的广泛应用，不仅可以解决冶金工业生产中的系统控制等问题，而且可以有效提高冶金工业的生产效益。

（1）构建冶金基础自动化系统。在冶金工业中，以PLC、DCS、工业控制计算机为代表的计算机控制，是对冶金生产现场级设备的控制，构成了冶金基础自动化系统。在这一系统中，PLC控制占据主导地位，是最基础的自动化控制系统，其作用的发挥将会对冶金工业综合控制系统产生直接影响。在冶金基础自动化系统中，PLC发挥着回路控制的功能，DCS主要是用于改善顺序控制功能，它们与工业控制计算机等设备构成了冶金工业生产过程中重要的基本控制系统，发挥着极其重要的作用。

（2）构建冶金生产管理控制系统。在冶金工业过程中，借助于生产管理控制系统，可以实现对冶金生产流程进行集成控制，使其在协调工序、质量监控以及在线监测等方面发挥积极作用。这是冶金工业自动化综合控制系统的重要组成部分。因此，必须构建冶金生产管理控制系统，促进冶金生产横向数据的集成与相互传递，同时推动计划—生产—控制等纵向的信息集成。在此基础上，整合冶金生产中的实时数据和关系数据库，为冶金生产管理控制提供决策支持。

（3）构建过程控制系统。在冶金工业生产中，采用光机电一体化、软测量以及数据融合数据处理等技术，以关键工艺参数控制、物流跟踪、能源控制以及产品质量全过程控制为目标，实现对冶金工业流程的在线监控。通过构建过程控制系统，借助于继电器、传感器等设备的应用，不仅可对冶金工业进行自动检测和控制，而且可充分实现对冶金自动化的顺序控制、过程控制、传动控制以及运动控制，有效改进冶金工业自动化系统的效能。例如，采用RCS－9600CS系列装置来保护测控产品，具有较高的灵活度，可有效对冶金工业生产进行自动检测和自动控制。

（4）构建企业信息化系统。建立企业信息化系统的目的在于实现信息共享，不断提升冶金工业的制造智能，以有效实施质量管控、实时监测、生产调度等的动态管理，这样不仅可以降低冶金工业的生产成本，而且可以做到对能源的有效管控与性能管理，为冶金工业的健康可持续发展以及冶金工业的生产和经营管理等的创新奠定坚实的信息基础。例如，利用计算机仿真技术及其他技术实现对冶金工业生产流程的模拟，可以实现对故障分析、在线监测等多方面的智能管理，降低冶金工业的生产成本，提高企业利润。

4 结语

在冶金工业中广泛应用自动化网络控制技术，不仅可以降低企业的生产成本，减少生产事故，降低企业的生产经营风险，而且有助于实现冶金生产过程的优化，提高我国冶金工业的经济效益和市场竞争实力，这已经成为我国冶金工业发展的必然趋势。但是，应该看到，我国冶金工业的自动化网络控制技术起步晚，技术基础比较薄弱，冶金工业的自动化网络控制技术的发展面临很多不足。因此，必须把以太网控制技术与冶金工业创新发展结合起来，推动我国冶金工业快速健康发展。

［1］张雨兵.多网络协同控制技术在冶金自动化系统中的应用［J］.科技资讯，2012（12）.

［2］高贵敏.自动化网络控制技术在冶金工业中的应用研究［J］.数字技术及应用，2014（6）.