冶金企业电气自动化仪表与自动化控制分析

徐波

（山钢股份莱芜分公司机械动力部，山东 济南 271104）

0 引言

冶金企业电气自动化仪表的自动化控制技术涵盖系统集成技术、传感技术、远程监控技术以及现场总线技术，在这些智能化技术的支持下，自动化仪表的智能监测水平也越来越高，监测精度也得到大幅提升。尤其在远程监测与控制生产工序的各项运行参数时，能够快速准确地将监测信号反馈给系统终端，进而为生产工序的优化和改进提供了坚实保障。

1 自动控制技术在冶金仪表中的应用优势

1.1 提高仪表监测精度

冶金仪表包括温度仪表、压力仪表、流量仪表、物位仪表等多种类型，每一种仪表都承担着与生产工序相匹配的监测任务，如果监测数据出现较大的误差，不仅容易埋下重大的安全风险隐患，同时，也使生产效率大打折扣。而电气自动化仪表的有效运用，使得监测精度大幅提升，生产效率较过去相比，提升幅度达到1MHz以上。究其原因是由于冶金仪表具有数字模拟转换功能，需要转换的模拟量统一存储在内部存储器当中，而存储器的存储空间较大，能够容纳的数据信息量较多，因此，即便再复杂的生产工序，通过自动化控制技术也可以对所有监测数据进行实时转换与稳定存储，数据转换程序流程如图1所示。

图1 数据转换程序流程

1.2 抗干扰能力强

众所周知，在冶金生产过程中，极易产生大量的电磁辐射，过去，冶金仪表受到这种辐射作用的影响，将出现较大的监测误差。而自动化仪表的应用，能够将外界干扰对监测结果的影响程度降到最低点，在这种情况下，冶金仪表的监测误差也将大幅缩减。比如过去利用热电偶对高炉运行温度进行测量时，一旦温度超出临界值，监测数据就会出现非线性变化，进而增加了监测误差，而自动化仪表可以借助于自动化控制技术对写入程序进行智能化调整，一旦监测温度超出临界值，系统将每一时间发生预警信号，操作人员可以根据反馈信息及时对高炉运行温度进行调整，使得整个生产作业流程能够始终保持正常状态[1]。

2 电气自动化仪表自动化控制技术要点

2.1 智能监控技术

企业需要利用自动化仪表对每一道生产工序中的温度、压力、流量、物位等参数进行精准监测，而承担这些监测参数转换功能的装置称之为传感器，通过传感器的输出功能，可以将监测数据转换为系统能够自动识别的模拟量信号，然后通过指针、数字或者曲线的形式显示出来，终端操作人员可以根据这些信息准确判定各种生产设备的运行状态，如果监测数据出现异常情况，维修人员能够快速采取有效的排障措施，使冶金生产流程能够顺利进行，这种智能化的监控技术不仅促进了生产效率的提升，而且也使为企业节省了大量的生产投入与设备维修成本，电气自动化仪表的监测原理如图2所示。

图2 电气自动化仪表的监测原理

2.2 远程监控技术

远程监控技术是指管理人员无需在生产现场便可以准确获取生产现场的各个生产流程，管理人员只需要在系统操作终端便可以随时获取现场生产信息，然后根据这些信息制订一个科学系统的生产计划。比如远程监控所依托的以太网技术，近年来，已经出现了传输速率为1G和10G的以太网，这种高速率的以太网保留了标准以太网的帧结构与载波侦听多路访问，使得现场监控画面更加清晰[2]。由此可见，以太网TCP/IP协议的开放性使得自动化仪表的远程监控优势逐步突显出来，这也为冶金企业节省了大量的人力资源成本。

2.3 现场总线监控技术

现场总线主要是指安装在冶金制造或者过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线，在自动化领域当中，现场总线属于一种底层的数据通信网络，是生产现场与操作终端的联络中枢。应用现场总线技术，不仅可以解决远程通信的问题，同时，也减少了大量的中间隔离与传输装置，比如I/O卡件、端子柜、模拟量设备以及其他辅助设施。并且在布设现场总线时，完全可以在生产现场予以布设，这就大大减少了信号传输光缆的使用量，进而为企业节省了大量的投入成本。另外，现场总线技术还具有故障自诊断功能，在应用该技术时，现场总线控制系统将各种功能性模块分散到生产现场的各个区域以及各种类型的自动化仪表当中，这就取消了过去计算机集散控制系统中的过程控制站[3]。比如现场总线变送器能够同时运控制功能块，也可以运行输出特性补偿块，因此，一旦自动化仪表出现运行故障，该控制模块可以对故障类型与部位进行自动诊断，这就给仪表与设备维修争取了大量时间。

2.4 集中监控技术

冶金生产过程中的烧结与炼铁工艺流程复杂，涉及的生产工序较多，而每一道工序将产生大量的数据信息与运行参数。因此，为了保证正常的生产流程，需要对这些信息进行集中处理。其中，中央处理器便扮演着这一重要角色，加之现场总线技术的有效运用，使得自动化仪表的自动化控制系统能够始终稳定高效运行，这不仅保障了各种设备的运行安全，同时，也减少了生产运营成本。

3 冶金仪表自动化控制模块与应用策略

3.1 中央处理模块

中央处理模块即CPU，其基本结构组成包括指令寄存器、程序计数器、通用寄存器以及数据缓冲寄存器等，该模块是冶金仪表自动化控制系统中的核心，相当于人脑的中枢神经系统，负责对冶金仪表执行动作的支配。中央处理模块的功能性日渐强大，主要表现为通信接口数量多，可以同时连接多个外接设备，这就使生产效率得到大幅提升。其次，由于计算机系统的运行与计算速度快，对冶金仪表采集的各种数据信息能够快速准确地进行识别与运算，使仪表的监测精度得到提升。另外，中央控制系统可以对每一道生产工序以及设备的运行状态进行实时监控，其监控画面不会出现间隔与卡顿的情况，进而对生产现场的实际情况进行精准掌控[4]。

3.2 通信模块

通信模块主要负责对收集和存储的数据信息进行传输，使终端操作人员能够在每一时间了解冶金生产状况与设备运行情况，因此，通信模块在自动化控制中扮演着传输介质的角色。尤其在传输光纤出现以后，通信模块的功能性也日渐强大，它不仅能够保证数据信号的高效传输，同时，信号精准度也能得到可靠保障。比如在信号存储阶段，通信模块强大的存储功能，能够为各种数据信号提供足够大的存储空间，当冶金生产过程中产生的大量数据信息传输到存储器以后，通信模块可以快速地将其转换为系统可以自动识别的模拟量信号，然后，这些信号借助于光纤的传输作用能够快速传递给系统操作终端，这时，模拟量信号将以具象化形态或者文字的方式显示在终端显示器上面，操作人员通过对显示内容的查看，能够准确识别出冶金生产现场的生产状况以及设备运行状态。一旦发现显示器上面的信息存在异常状况，操作人员可以结合反馈信息，快速判断出哪一道生产工序出现了问题，哪一种设备出现了运行故障，进而及时应对。

3.3 PLC控制模块

PLC即可编程逻辑控制器，PLC技术的出现取代了传统继电器的功能，具有抗干扰能力强、编程简单、适应性强、可靠性高等特点，而被广泛应用于冶金企业的自动化控制流程当中。尤其在自动化仪表的监测环节，应用PLC技术可以进一步提升监测精度，技术人员可以根据每一项监测数据准确判定出各种生产设备的运行状态是否正常。同时，由于PLC模块体积小不、质量轻，在安装过程中，能够节省大量的时间，而且PLC的终端控制界面呈现出人性化的设计风格，显示器上面出现的信息与生产现场的信息具有较高的匹配度，这样一来，操作人员可以清晰直观地了解和掌握生产现场的实际情况，并且对于计算机基础相对较差的人员来说，在操作PLC控制界面时也可以快速掌握操作流程[5]。

4 结语

综上，微电子技术、计算机技术、互联网技术等高端技术的迅猛发展，使得冶金仪表的自动化与智能化水平得到大幅提升，尤其是自动化控制技术在冶金生产中的有效运用，为制订高效而长远的生产计划与目标提供了强大的技术支撑。因此，冶金企业应当始终秉持与时俱进的态度，在提升专业技术水准的前提下，加快推进冶金生产的自动化、智能化、现代化发展进程。