作者簡(jiǎn)介：

    郭雨春(1947-)，男，北京人，計算機與自動(dòng)控制高級工程師，學(xué)士，現任首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)公司研究所總工，從事計算機應用與自動(dòng)化控制技術(shù)在冶金工業(yè)中的應用。榮獲多項科研項目獎，并有多篇專(zhuān)業(yè)論文在專(zhuān)業(yè)刊物上發(fā)表，擔任中國計算機多個(gè)協(xié)會(huì )常務(wù)理事等職務(wù)。

    摘要：概要總結了我國冶金自動(dòng)化十年來(lái)取得的成績(jì)，并就自動(dòng)化技術(shù)今后在冶金工業(yè)領(lǐng)域里的應用發(fā)展方向進(jìn)行了探討。特別在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、能源管理、自動(dòng)化系統集成與創(chuàng )新方面做了較為深入、客觀(guān)的闡述。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；物聯(lián)網(wǎng)；能源；集成與創(chuàng )新

    進(jìn)入新世紀以來(lái)，我國自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)技術(shù)的發(fā)展取得了長(cháng)足的發(fā)展，特別令人矚目的是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于制造業(yè)。以計算機技術(shù)應用為代表的自動(dòng)化技術(shù)應用，取得了不同凡響的效果，經(jīng)濟效益、社會(huì )效益都十分顯著(zhù)。在有些領(lǐng)域，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)技術(shù)的應用已經(jīng)成為該領(lǐng)域生產(chǎn)流程中的重要一環(huán)。自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始成為一門(mén)獨立學(xué)科并被社會(huì )所接受。最近，我國政府提出的“兩化融合”堅持走具有中國特色的新型工業(yè)化道路的方針，更是為自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)技術(shù)的發(fā)展指明了新的方向。

    1 歷史回顧

    自動(dòng)化硬件技術(shù)仍然以國外產(chǎn)品為主的局面尚未打破，但是自動(dòng)化技術(shù)應用軟件的發(fā)展開(kāi)始取得了實(shí)質(zhì)性突破。以冶金工業(yè)為例，一些核心控制軟件技術(shù)已經(jīng)打破國外封鎖，自主開(kāi)發(fā)出了一批具有世界領(lǐng)先水平的核心控制軟件。如自動(dòng)化煉鋼技術(shù)、高爐專(zhuān)家系統、冶金企業(yè)能源管理系統等，其核心算法、主要解法、控制思想、知識法則等，都是由我國技術(shù)人員自主創(chuàng )新研制成功。事實(shí)證明，在自動(dòng)化核心技術(shù)方面，單靠引進(jìn)是不成功的，也是模仿不來(lái)的，只有自主創(chuàng )新，才是最正確的道路。

    大型自動(dòng)化系統的集成與創(chuàng )新，要以自主技術(shù)與產(chǎn)品為核心，雖然還沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，但已經(jīng)取得了階段性成果，如自動(dòng)化煉鋼技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)并應用于生產(chǎn)實(shí)際，就是最好的案例。在實(shí)現系統開(kāi)環(huán)控制、系統仿真、局部閉環(huán)控制等方面，特別是隨著(zhù)總線(xiàn)技術(shù)、嵌入式技術(shù)等方面的推廣應用，取得的成績(jì)是比較明顯的。自動(dòng)化技術(shù)在冶金生產(chǎn)流程中已經(jīng)成為生產(chǎn)工藝中重要的組成部分。同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)的應用在冶金工業(yè)生產(chǎn)工藝文件編制、工藝流程優(yōu)化、操作手冊的制定等各個(gè)方面發(fā)揮的作用越來(lái)越大。

    2 存在的問(wèn)題

    我國自動(dòng)化系統的發(fā)展在經(jīng)歷了PLC(Programmable Logic Controller，可編程控制器)，DCS(Distributed Control System，分散性控制器)、FCS(Fieldbus Control System，現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統)、PAC(Programmable Automation Controller,開(kāi)放式自動(dòng)化)等幾個(gè)階段后，現在已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入大規模采用數學(xué)模型、實(shí)現智能控制的新時(shí)期。

    我國自動(dòng)化信息技術(shù)的應用，雖然取得了階段性成果，但和國際領(lǐng)先水平相比，還有一定的距離。要實(shí)現真正意義上的兩化融合，還有許多路要走。

    （1）我國自動(dòng)化硬件技術(shù)市場(chǎng)，目前國外的產(chǎn)品與技術(shù)依然占主要地位，縮小這一差距，還要靠我國硬件生產(chǎn)廠(chǎng)家的努  力。
    （2）目前許多自動(dòng)化控制系統還處于開(kāi)環(huán)控制，在局部環(huán)節實(shí)現了閉環(huán)控制，這從客觀(guān)上影響了自動(dòng)化系統效果的發(fā)揮。
    （3）以自主創(chuàng )新的產(chǎn)品與技術(shù)為核心實(shí)現自動(dòng)化系統的集成與創(chuàng )新還有許多工作要做，如與自動(dòng)化控制系統相關(guān)的儀表、傳動(dòng)等專(zhuān)業(yè)的技術(shù)水平，也有可能影響到自動(dòng)化系統的集成與創(chuàng )新工作。
    （4）自動(dòng)化系統的核心技術(shù)，有許多還被國外廠(chǎng)商壟斷或封鎖。
    （5）作為自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)而言，有些方面比較“浮”，商業(yè)色彩濃厚，炒作內容較多，這是一個(gè)社會(huì )問(wèn)題。應當鼓勵和提倡踏踏實(shí)實(shí)做事情，認認真真做學(xué)問(wèn)。自動(dòng)化行業(yè)雖然基本形成，但要做大做強，使之成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，還有許多工作要做。

    3 我國冶金工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的預測與分析

    制造業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展在很大程度上受到制造業(yè)本身特點(diǎn)的制約，行業(yè)特點(diǎn)比較明顯，冶金自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，離不開(kāi)冶金工業(yè)的發(fā)展，我國“兩化融合”政策的推出，為今后我國自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與應用在理論層面指明了方向，在操作層面，要求也更加具體、明確。對于冶金自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，目前完全可以定位于高端核心自動(dòng)化技術(shù)與產(chǎn)品的創(chuàng )新與應用。

    3.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在冶金企業(yè)中的應用

    物聯(lián)網(wǎng)是指人們通過(guò)各類(lèi)傳感器實(shí)現物與物、物與人、人與人之間按需的信息獲取、傳遞、儲存、認知、分析和使用。
工業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)應用的重要領(lǐng)域。具有環(huán)境感知能力的各類(lèi)終端、基于泛在技術(shù)的計算模式、移動(dòng)通信等不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節，可大幅提高制造效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和資源消耗，將傳統工業(yè)提升到智能工業(yè)的新階段。從當前技術(shù)發(fā)展和應用前景來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應用主要集中在以下幾個(gè)方面。

    3.1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的應用

    （1）供應鏈管理

    物聯(lián)網(wǎng)應用于企業(yè)原材料采購、庫存、銷(xiāo)售等領(lǐng)域，通過(guò)完善和優(yōu)化供應鏈管理體系，提高了供應鏈效率，降低了成本。
冶金生產(chǎn)過(guò)程工藝優(yōu)化 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用提高了生產(chǎn)線(xiàn)過(guò)程檢測、實(shí)時(shí)參數采集、生產(chǎn)設備監控、材料消耗監測的能力和水平。生產(chǎn)過(guò)程的智能監控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護水平不斷提高。鋼鐵企業(yè)應用各種傳感器和通信網(wǎng)絡(luò )，在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現對加工產(chǎn)品的寬度、厚度、溫度的實(shí)時(shí)監控，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化了生產(chǎn)流程。

    （2）產(chǎn)品設備監控管理

    各種傳感技術(shù)與制造技術(shù)融合，實(shí)現了對產(chǎn)品設備操作使用記錄、設備故障診斷的遠程監控。通過(guò)傳感器和網(wǎng)絡(luò )對設備進(jìn)行在線(xiàn)監測和實(shí)時(shí)監控，并提供設備維護和故障診斷的解決方案。

    環(huán)保監測及能源管理 物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保設備的融合實(shí)現了對工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理各環(huán)節關(guān)鍵指標的實(shí)時(shí)監控。在重點(diǎn)排污企業(yè)排污口安裝無(wú)線(xiàn)傳感設備，不僅可以實(shí)時(shí)監測企業(yè)排污數據，而且可以遠程關(guān)閉排污口，防止突發(fā)性環(huán)境污染事故的發(fā)生。

    （3）工業(yè)安全生產(chǎn)管理

    把感應器嵌入和裝備到礦山設備、油氣管道、礦工設備中，可以感知危險環(huán)境中工作人員、設備機器、周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息，將現有分散、獨立、單一的網(wǎng)絡(luò )監管平臺提升為系統、開(kāi)放、多元的綜合網(wǎng)絡(luò )監管平臺，實(shí)現實(shí)時(shí)感知、準確辨識、快捷響應、有效控制。

    3.1.2 冶金工業(yè)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應用的關(guān)鍵技術(shù)

    從整體上來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)還處于起步階段。物聯(lián)網(wǎng)在冶金工業(yè)領(lǐng)域的大規模應用還面臨一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，概括起來(lái)主要有兩個(gè)問(wèn)題。

    （1）進(jìn)行關(guān)鍵特殊傳感器的研制生產(chǎn)

    工業(yè)用傳感器 工業(yè)用傳感器是一種檢測裝置，能夠測量或感知特定物體的狀態(tài)和變化，并轉化為可傳輸、可處理、可存儲的電子信號或其他形式信息。工業(yè)用傳感器是實(shí)現工業(yè)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節。在現代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數，使設備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有眾多質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的工業(yè)傳感器，就沒(méi)有現代化工業(yè)生產(chǎn)體系。

    （2）進(jìn)行工廠(chǎng)傳感網(wǎng)的布局和建設

    工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù) 工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是一種由大量隨機分布的、具有實(shí)時(shí)感知和自組織能力的傳感器節點(diǎn)組成的網(wǎng)狀(Mesh)網(wǎng)絡(luò )，綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現代網(wǎng)絡(luò )及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，具有低耗自組、泛在協(xié)同、異構互連的特點(diǎn)。工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)是繼現場(chǎng)總線(xiàn)之后工業(yè)控制系統領(lǐng)域的又一熱點(diǎn)技術(shù)，是降低工業(yè)測控系統成本、提高工業(yè)測控系統應用范圍的革命性技術(shù)，也是未來(lái)幾年工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品新的增長(cháng)點(diǎn)，已經(jīng)引起許多國家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。

    3.2 過(guò)程控制數學(xué)模型的開(kāi)發(fā)與應用要實(shí)現新突破

    數學(xué)模型是冶金自動(dòng)化中的核心技術(shù)。“牽牛要牽牛鼻子”，如果我們掌握了數學(xué)模型的這項技術(shù)，就掌握了自動(dòng)化的主動(dòng)權、話(huà)語(yǔ)權。

    核心技術(shù)是買(mǎi)不來(lái)的。要生產(chǎn)國家急需的鋼鐵產(chǎn)品，就要有相應的高端自動(dòng)化技術(shù)來(lái)做支撐，國外廠(chǎng)商出于自身利益，不會(huì )轉讓這類(lèi)高端自動(dòng)化技術(shù)與產(chǎn)品，他們所能轉讓的技術(shù)都是有條件限制的技術(shù)或已經(jīng)過(guò)時(shí)的產(chǎn)品與技術(shù)。

    開(kāi)展高端冶金自動(dòng)化領(lǐng)域數學(xué)模型的自主創(chuàng )新條件基本成熟。市場(chǎng)需求非常廣闊，我國的冶金自動(dòng)化水平已經(jīng)發(fā)展到了一定的水平，一支技術(shù)創(chuàng )新的團隊已經(jīng)基本形成，而且，許多冶金企業(yè)都有著(zhù)豐富的實(shí)踐經(jīng)驗，這些都為開(kāi)展二級數學(xué)模型的自主創(chuàng )新創(chuàng )造了極為有利的條件。

    數學(xué)模型是控制對象的表征，是對象可執行的表述，正是由于它與信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、工藝能力的有效結合，發(fā)揮了重要的指揮與優(yōu)化作用，所以數學(xué)模型才被稱(chēng)之為自動(dòng)化與信息化的核心技術(shù)。

    建立高可用性、高精度的數學(xué)模型是我國鋼鐵工業(yè)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)出滿(mǎn)足國民經(jīng)濟發(fā)展需要的鋼材品種；提高產(chǎn)品質(zhì)量、節約能源、降低成本，從而實(shí)現可持續發(fā)展，提升核心競爭力的技術(shù)基礎。

    審視整個(gè)鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化信息化的發(fā)展趨勢，過(guò)程控制數學(xué)模型是鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化信息化最直接最有效的領(lǐng)域，也是最核心的技術(shù)，沒(méi)有或者不掌握這種技術(shù)，鋼鐵工業(yè)的自動(dòng)化信息化就難免流于形式，難以收到理想的效果。

    過(guò)程控制數學(xué)模型在國內鋼鐵行業(yè)的應用與發(fā)展，目前還剛剛起步，方興未艾，隨著(zhù)需求的發(fā)展，未來(lái)的數學(xué)模型還有著(zhù)極大的發(fā)展空間。從現在起，形成社會(huì )的關(guān)注，這對數學(xué)模型的未來(lái)發(fā)展，會(huì )起到一定的積極作用。

    打破數學(xué)模型的神秘感。相信自己的力量，鼓足自己的信心，模型應用從低級向高級逐步發(fā)展，不斷積累技術(shù)，不斷培養人才，踏下心來(lái)，抓上幾個(gè)項目，就一定能搞出名堂來(lái)，收到明顯的經(jīng)濟效益與社會(huì )效益。

    發(fā)展以數學(xué)模型為核心的自動(dòng)化技術(shù)，是落實(shí)“科技創(chuàng )造未來(lái)”的具體體現，也是我國鋼鐵工業(yè)實(shí)現新的騰飛的助推器。我們在過(guò)程控制數學(xué)模型的研發(fā)與應用上，實(shí)現重點(diǎn)突破，開(kāi)發(fā)出有中國特色的數學(xué)模型產(chǎn)品與技術(shù)，走出一條“研制一批，儲備一批，生產(chǎn)一批”以科研促生產(chǎn)、以生產(chǎn)出產(chǎn)品、以產(chǎn)品保應用的新的可持續發(fā)展之路來(lái)。

    3.3 以國產(chǎn)化創(chuàng )新型產(chǎn)品與技術(shù)為核心的自動(dòng)化系統的集成與創(chuàng )新

    經(jīng)過(guò)幾年的努力，我國制造業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域已經(jīng)擁有了一批自主開(kāi)發(fā)創(chuàng )新的產(chǎn)品與技術(shù)。這為今后自動(dòng)化、信息化技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實(shí)的基礎。但這僅僅是開(kāi)始，堅冰雖然打破，但水下仍然潛藏著(zhù)巨大的冰塊，所以發(fā)展以國產(chǎn)化的創(chuàng )新型產(chǎn)品與技術(shù)為核心的自動(dòng)化系統的集成與創(chuàng )新今后還有許多工作要做。

    3.3.1博弈要有實(shí)力

    要在國際自動(dòng)化領(lǐng)域取得話(huà)語(yǔ)權，就要靠實(shí)力。以前，依靠市場(chǎng)換取技術(shù)，只是一種低層次的對外開(kāi)放，而且依靠錢(qián)是買(mǎi)不來(lái)核心技術(shù)的。如果我國在一定程度上掌握了自己的自動(dòng)化、信息化核心技術(shù)，就可以由低層次的對外開(kāi)放方式上升到較高層次的對外開(kāi)放與交流。形成你中有我，我中有你的態(tài)勢，達到優(yōu)勢互補、互利共贏(yíng)的良性局面。我國在引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)與產(chǎn)品的同時(shí)也可以對外輸出自己的產(chǎn)品與技術(shù)。同時(shí)還可以開(kāi)展聯(lián)合研發(fā)等科技活動(dòng)。

    3.3.2新型自動(dòng)化系統的集成與創(chuàng )新要實(shí)現全過(guò)程的集成與創(chuàng )新

    目前，我國冶金工業(yè)自動(dòng)化系統的建設，許多都處于開(kāi)環(huán)控制或局部閉環(huán)控制階段。而要實(shí)現真正意義的自動(dòng)化系統的集成與創(chuàng )新就要在全過(guò)程方面實(shí)現真正的閉環(huán)。當然，這還要涉及到有關(guān)執行機構、檢測單元等方面的支持與配合。其核心是國產(chǎn)化的技術(shù)與產(chǎn)品，并廣泛采用國內外其他先進(jìn)技術(shù)做支持，以保證整套系統的品質(zhì)與質(zhì)量。如果仍然還是停留在實(shí)現局部閉環(huán)控制上，就不能真正稱(chēng)之為系統的集成與創(chuàng )新。

    對于全過(guò)程的認識，我國著(zhù)名自動(dòng)化專(zhuān)家柴天佑院士曾經(jīng)有過(guò)一段精彩的論述：“采用自動(dòng)化技術(shù)，以計算機和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)為手段，將生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)工藝、設備運行技術(shù)和生產(chǎn)過(guò)程管理技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的控制、運行、管理的優(yōu)化集成，從而實(shí)現管理的扁平化和與產(chǎn)品質(zhì)量、成本、消耗相關(guān)的綜合生產(chǎn)指標的優(yōu)化。”以國產(chǎn)化創(chuàng )新型產(chǎn)品與技術(shù)為核心的自動(dòng)化系統的集成與創(chuàng )新是在控制系統、控制工程設計和組態(tài)軟件、工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò )、制造管理和執行軟件等多方面的基礎上，通過(guò)集成與優(yōu)化，實(shí)現真正意義上的生產(chǎn)管控一體化和生產(chǎn)過(guò)程控制智能化。

    3.4 能源管控一體化建設是下一階段冶金自動(dòng)化工作的重點(diǎn)

    冶金工業(yè)是耗能大戶(hù)，能耗將制約冶金工業(yè)的發(fā)展，我國冶金工業(yè)也正面臨著(zhù)由粗放型向精細化轉型。以耗能來(lái)核定產(chǎn)能，或許將成為可能。所以整個(gè)冶金工業(yè)的節能降耗、低碳減排工作十分繁重，利用自動(dòng)化技術(shù)來(lái)實(shí)現降低能耗，是冶金工業(yè)節能減排、實(shí)現綠色工廠(chǎng)的重要手段之一。

    冶金企業(yè)能源管控一體化建設，如果只停留在數據采集階段，那么意義不大。這也是目前已經(jīng)普遍實(shí)現的事實(shí)。針對冶金工業(yè)能源管控的特點(diǎn)，一是耗能大戶(hù)，二是在冶金生產(chǎn)過(guò)程中，又伴生出大量的可燃性氣體，如焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣等。所以能源管控的工作重心是能源使用管理的優(yōu)化、二次能源的安全合理使用、多種能源介質(zhì)統一平臺操作、改變傳統的能源計量方式以及能源安全管理預警等。能源管控中心建設的特點(diǎn)是控制模型和管理模型的融合。這也是能源實(shí)現智能化管控的著(zhù)眼點(diǎn)，建設一套全新的基于熱值流分析的能源管控一體化系統，實(shí)現從計劃層、執行層到控制層的一體化；實(shí)現多種能源介質(zhì)協(xié)同一體化；單項能源管控一體化，同時(shí)引進(jìn)先進(jìn)算法，確定科學(xué)的解法。

    4 結語(yǔ)

    通過(guò)對能源生產(chǎn)管理模型的研究與開(kāi)發(fā)，特別在能源預警模型、能源優(yōu)化管理與調度模型，多種能源介質(zhì)統一綜合平衡成本分析與預警模型，以及熱值能耗模型要有新的突破，爭取為我國的能源戰略的發(fā)展做出新的貢獻。

    五年滄桑，十年巨變，曾經(jīng)的輝煌只是昨日煙云。“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”，在冶金工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域還有許多工作要做，所以尋找新的創(chuàng )新切入點(diǎn)，根據不同的環(huán)境，會(huì )有所不同，一家之言不能概全貌，通過(guò)大家共同的努力，從不同角度、不同方面尋求新的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)發(fā)展的新思路，這也是筆者的初衷，讓我們共同譜寫(xiě)十二五期間自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)發(fā)展新篇章！