自动化技术在冶金工业中的应用及发展前景

2021-11-27邹克武闫华

中国科技纵横 2021年7期

邹克武闫华

（重庆惠能标普科技有限公司，重庆 401121）

0.引言

进入21世纪以来，随着我国现代化建设的推进，我国工业技术水平不断提升，电气自动化技术在越来越多的领域得到重视和发展。将自动化技术应用在传统冶金行业中不仅可以提高生产效率、降低成本、保障产品质量，同时电气自动化技术可以大幅降低工人接触危险有害因素的时间和频率，保障企业和劳动者的生命财产安全。冶金行业作为基础工业部门，改革开放以来取得了高速增长，但也存在诸如安全事故频发、能耗较高、行业发展不平衡等问题。进入新世纪以来，随着社会、科学的进步，对冶金行业提出了新的要求和挑战，重视自动化技术的发展和应用，对于促进冶金行业科学、健康、安全的发展具有重要的意义。

1.冶金行业自动化技术应用现状

1.1 分布式控制系统的应用

20世纪80年代以来，我国冶金企业认识到电气自动化技术的先进性及重要性，经过几十年的引进与发展，利用自动化技术对传统冶金技术不断优化革新，由气动信号控制系统、模拟信号控制系统发展到以第三代PLC技术和第四代DCS技术为主的现代化自动控制系统。

目前我国电气自动化控制技术以集中式控制系统（PLC）与分布式控制系统（DCS）为主，21世纪以来，随着网络技术的发展，点对点的分布式控制系统逐渐取代PLC，成为我国冶金行业自动化控制技术的主流。分布式控制系统具有可靠性高、程控难度较低等优点，可以有效提高冶金自动化控制水平。近年来随着智能技术、网络技术的进步，自动控制系统构架开始向现场总线控制系统（FCS）方向发展。

1.2 继电保护系统应用

继电保护系统是指当电力系统发生故障或异常时，在最短时间内，自动将故障设备从系统中切除，将电力系统发生故障的电路信号隔离输出到了电力系统以外，以减轻或避免设备的损坏。

冶金工业工艺流程长、设备复杂，电力系统一旦出现故障，极易导致设备损坏及人身伤害，造成重大损失。通过应用电气自动化控制技术，提升提升机电保护水平，确保生产过程中电力系统运行效率，降低系统故障概率对保障冶金工业生产稳定性、提升能源利用效率、降低生产成本具有重要的意义。通过现阶段钢铁冶金行业的发展状况来看，目前我国80%的钢铁冶金企业都采用了电气化自动控制技术，对电力进行保护。

1.3 过程控制的应用

过程控制系统是工业自动化中十分重要的组成部分，其运行直接影响着工业生产的效率和质量，过程控制系统通过对生产系统的温度、流量、液位、压力、成分、浓度等参数进行控制，使生产系统能够连续、稳定、高效的运行。

20世纪50年代，过程控制主要用于控制生产系统中一些重要参数保持稳定,从而保证产量和质量稳定；20世纪60年代，随着仪表技术进步和巡回检测装置的出现，过程控制开始过渡到集中监视、操作和控制的模式，实现了反馈控制和顺序控制的功能；20世纪80年代，随着信息化技术的发展，过程控制系统实现了人机交互功能，能实时显示系统的状态、实现报警和过程变量数值控制。

现阶段我国冶金工业已经形成了较为稳定的冶金自动化过程控制系统，但冶金生产过程及设备复杂度较高，我国冶金工业过程控制水平和世界先进水平相比仍然有一定的差距[1]。

1.4 信息管理系统的应用

信息管理系统是指以人为主导，利用计算机、交互软件、网络通信设备及其他设备，进行信息的收集、传输、加工、储存、更新、拓展和维护的系统。利用信息管理系统，能够帮助冶金企业，收集生产过程中的各种信息，有利于帮助冶金企业建立生产数据库，可以有效促进企业各系统之间信息的交流，保证生产管理控制系统的高效运作。

随着我国冶金行业自动化水平的不断提升，冶金生产的信息化程度也不断提高。有数据显示，我国的大型冶金企业（以冶金产量≥500万t为标准）已经基本实现了冶金自动化生产中的全面信息化；以冶金产量≥50万t为标准划分的中型冶金企业中约有80%实现了信息化系统的构建[2]。

生产信息管理系统，是整个生产过程的智能化管理系统，目前我国冶金行业的生产信息管理系统相关技术还尚不够成熟，对资源整合、精细化管理、能耗管理都还不能令人满意。

2.冶金工业自动化技术发展前景

2.1 人工智能技术的应用

得益于网络技术的进步人工智能技术近年来在工业生产中取得了广泛应用。人工智能技术是提高冶金行业劳动生产率、能源利用率的重要发展方向，我国钢铁企业更应积极将人工智能技术应用在冶金生产过程中，其在冶金工业中的应用与发展主要体现在以下几个方面。

（1）智能机器人。冶金工业机器人在我国冶金行业已取得广泛应用，主要集中在铸造、锻造生产线及物流转运作业中。据相关数据表明，人的失误率大约是机器的100倍[3]。现代冶金企业应充分利用物联网、大数据、人工智能等新技术，将作业环境差、危险性大的岗位或工序实现远程自动控制，通过机械化换人、自动化减人不仅可以减少劳动强度，改善工作环境还将大大提高生产系统运行效率，促进企业生产质量水平的提升。

（2）智能控制系统。目前我国冶金行业自动控制系统以PLC与DCS为主。随着人工智能技术的发展，依托神经网络、模糊专家系统等技术研究和发展智能控制系统是未来工业控制发展的重要领域，智能控制是一种无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的过程。目前我国冶金行业已有将模糊控制应用在高炉生产过程控制的实例，依靠模糊控制系统的学习能力，完成知识库的建设，并利用其模糊推理能力对铁水温度、燃料比、Si值占比进行判断获取热负荷变化趋势结果。

2.2 自动控制系统的发展

随着智能设备硬件技术和网络技术的发展,新的控制理论和新的控制方法层出不穷，其发展趋势有以下几个方面。

（1）广泛使用智能化调节器，采用以位总线、现场总线技术等为基础的现场总线控制系统（FCS）。

（2）控制与管理结合，向低成本自动化（LCA）方向发展。LCA核心是以较低的投资实现自动化系统中的主要的、关键的功能，在现有DCS、FCS的基础上，改进控制策略，将过程控制和企业管理共同兼顾，实现综合自动化系统，以降低运行成本。

2.3 无人机技术的应用

进入21世纪以来，无人机技术逐渐发展成熟，在众多领域得到成功应用。冶金工业存在厂区规模大、生产条件恶劣等特点，利用无人机遥测系统对矿区、料场、破碎场等危险区域进行监测，作业人员在监控中心即可实时获取数据与图像信息，既优化了生产效率，同时避免人员进入危险场所，减少生产安全事故发生的可能。

2.4 冶金机械设备信息一体化发展

物联网与信息技术的发展，促进了工程机械设备的信息化、智能化发展。信息技术已逐渐引入冶金机械设备中，自动化技术的发展将逐渐对冶金生产工艺流程实现全面控制，对设备运行状态、生产工艺参数运行进行智能化、科学化的控制，最终实现不需要人工定期检修和调节来优化机械设备的生产运行，只需要系统自己进行调整就可以优化冶金企业生产流程，利用信息技术的完善冶金生产逻辑控制，实现冶金自动化技术一体化发展，提高控制能力、生产质量及效率。