活動(dòng)鏈接：2012年控制網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)題---控制系統新時(shí)代   

 

                           

  郭雨春

   計算機與自動(dòng)控制高級工程師，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，擔任中國計算機協(xié)會(huì )等多個(gè)協(xié)會(huì )的常務(wù)理事。

   改革開(kāi)發(fā)以來(lái)，經(jīng)過(guò)三十余年的努力，我國冶金工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的應用得到了長(cháng)足發(fā)展，整個(gè)冶金工藝全流程都已經(jīng)實(shí)現了自動(dòng)化，這是一項了不起的成就。經(jīng)過(guò)硬件技術(shù)引進(jìn)、軟件技術(shù)引進(jìn)的陣痛之后，冶金自動(dòng)化控制技術(shù)的應用進(jìn)入到了應用創(chuàng )新發(fā)展的新階段。

   1 近幾年來(lái)冶金工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)應用的創(chuàng )新與突破

   進(jìn)入新世紀以來(lái)，在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，無(wú)論是硬件技術(shù)還是軟件技術(shù)，都在引進(jìn)消化吸收的基礎上，實(shí)現了再創(chuàng )新，在我國冶金工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)應用領(lǐng)域，表現得尤為突出。

   1.1 DCS系統集成能力得到了大幅提高

   以前，我國冶金工業(yè)的自動(dòng)化應用水平，大多數停留在點(diǎn)上。而現在已經(jīng)形成了線(xiàn)，并開(kāi)始向全流程大面積覆蓋，其主要特點(diǎn)是系統集成的核心技術(shù)及主體架構，都是自主獨立完成，并得到了成功應用。如煉鋼環(huán)節的一鍵式自動(dòng)化煉鋼、燒結智能專(zhuān)家系統等?，F在正在開(kāi)展的新一代智能冶金工藝流程的研制，成功實(shí)現了由點(diǎn)到線(xiàn)，由線(xiàn)到面的轉變，冶金工業(yè)自動(dòng)化系統集成與創(chuàng )新的水平也有了本質(zhì)性的提高。

   1.2 冶金工業(yè)自動(dòng)化控制軟件技術(shù)的創(chuàng )新取得了長(cháng)足進(jìn)步

   我國冶金工業(yè)自動(dòng)化控制軟件大規模從國外進(jìn)口的現象，即將成為歷史。在二級自動(dòng)化控制軟件、三級MES軟件、大型企業(yè)的能源管控系統等領(lǐng)域，許多國產(chǎn)自動(dòng)化控制軟件不僅成功替代了進(jìn)口軟件，而且許多軟件的應用水平也大幅超過(guò)同類(lèi)型的進(jìn)口軟件產(chǎn)品。目前正在進(jìn)行研制的自動(dòng)化控制軟件平臺技術(shù)，也取得了關(guān)鍵性突破，在以系統架構設計為主的研發(fā)平臺、以數據物流為主要內容的數據管理平臺、以數學(xué)模型為核心的應用平臺，完整地構成了新一代自動(dòng)化控制軟件平臺，并將我國冶金工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)應用的水平提到了一個(gè)新的高度。

   2 冶金工業(yè)自動(dòng)化控制系統發(fā)展的空間仍然很大

   回顧過(guò)去，我國冶金工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的應用水平有了大幅提高，但與國外著(zhù)名廠(chǎng)商相比，仍然存在著(zhù)較大的差距。有些屬于技術(shù)本身，有些則是管理或是制度方面存在不足的問(wèn)題。

   2.1 硬件技術(shù)的差距仍然很大

   目前，我國冶金工業(yè)應用的大型自動(dòng)化控制系統仍然是由國外幾家知名品牌壟斷，許多高端專(zhuān)利技術(shù)仍然屬于外國企業(yè)，所以應當花大力氣研制與開(kāi)發(fā)自己的硬件技術(shù)與產(chǎn)品，在較短時(shí)間內，大幅縮小和國外先進(jìn)水平的差距。

   2.2 國內創(chuàng )新成果的推廣還有許多工作要做

   我們雖然在自動(dòng)控制系統創(chuàng )新方面取得了不小的進(jìn)步，但仍需進(jìn)一步的完善與提高，加強市場(chǎng)推廣等，由于受到技術(shù)封鎖等方面的影響，這方面的工作還不盡如人意，所以要加強企業(yè)之間、企業(yè)與科研院所、大專(zhuān)院校的合作，把“企業(yè)是創(chuàng )新的主體”這一理念真正落實(shí)到實(shí)處。

   3 冶金工業(yè)的轉型發(fā)展，為冶金自動(dòng)化控制系統應用提出了新的要求與目標

   冶金工業(yè)的轉型升級與發(fā)展，是以建設新一代鋼鐵流程為主要目標，新一代鋼鐵流程的理念與架構，在綠色、環(huán)保、節能、可持續發(fā)展等方面完全超出了二十世紀鋼鐵流程的概念。

   3.1 新一代鋼鐵工藝流程的主要內容

   新一代鋼鐵工藝流程主要具有3項功能，即鋼鐵產(chǎn)品制造功能（構建高效、低成本和潔凈鋼生產(chǎn)體系）、能源轉換功能（能量流網(wǎng)絡(luò )體系構建、能源效率的提高和充分利用）、大宗廢棄物消納處理和再利用（爭取實(shí)現零排放）、其主要內容包括原料動(dòng)態(tài)優(yōu)化配置、鋼鐵液態(tài)過(guò)程的連續與高效，特別是煉鐵、煉鋼界面技術(shù)，以及連鑄－熱軋界面技術(shù)和形變、相變相結合的控軋控冷技術(shù)。

   3.2 新一代鋼鐵工藝流程的特征

   新一代鋼鐵工藝流程和傳統的鋼鐵工藝有著(zhù)本質(zhì)的不同，只有理解并掌握了這些特點(diǎn)，才能更好地實(shí)現冶金自動(dòng)化與新一代鋼鐵工藝流程的深度融合。

   （1）新一代鋼鐵工藝流程源于動(dòng)態(tài)－精細準確的設計理論研究和方法創(chuàng )新，特別是物質(zhì)流、能量流、信息流的三流合一。

   （2）新一代鋼鐵工藝流程的研發(fā)、運行要落實(shí)到高效率、低成本潔凈鋼生產(chǎn)和制造體系的構建、運行，能源調構中心的構建和優(yōu)化運行，并建立起全流程的數據信息控制中心。

   （3）新一代鋼鐵工藝流程不僅適用于高端鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，同時(shí)也能滿(mǎn)足長(cháng)材、特殊鋼的生產(chǎn)需要。

   （4）新一代鋼鐵工藝流程將推動(dòng)冶金企業(yè)向著(zhù)資源節約、環(huán)境友好的方向發(fā)展，并通過(guò)物質(zhì)流、能源流、信息流和資金流的延伸，推動(dòng)冶金企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實(shí)現低碳、綠色的生產(chǎn)。

   3.3 冶金自動(dòng)化控制系統在新一代鋼鐵工藝流程中的作用與地位

   新一代鋼鐵工藝流程的發(fā)展離不開(kāi)冶金自動(dòng)化的支撐和保證，許多新的工藝只有通過(guò)自動(dòng)化才能實(shí)現，自動(dòng)化已經(jīng)成為新一代鋼鐵工藝流程的重要組成部分。其次，新一代鋼鐵工藝流要實(shí)現精細化管理，都要靠數據來(lái)實(shí)現。而數據的采集、存儲、分析、挖掘以及優(yōu)化等都離不開(kāi)自動(dòng)化平臺技術(shù)的保證。還要說(shuō)明一點(diǎn)的是，新一代鋼鐵工藝流程要實(shí)現“運籌帷幄之中，決勝千里之外”，沒(méi)有自動(dòng)化控制技術(shù)的支持與保證，是根本無(wú)法實(shí)現的。進(jìn)入新世紀以來(lái)，衡量我國鋼鐵工業(yè)水平發(fā)生的巨大變化，不僅要看其機械化水平，更要看其自動(dòng)化控制系統水平。冶金自動(dòng)化開(kāi)始參與并主導著(zhù)鋼鐵工業(yè)轉型發(fā)展的方向，使鋼鐵工業(yè)朝著(zhù)高附加值、綠色產(chǎn)業(yè)的方向發(fā)展。

   冶金工業(yè)走新型工業(yè)化之路，開(kāi)發(fā)新一代鋼鐵工藝流程，是冶金工業(yè)實(shí)現可持續發(fā)展的必然選擇，而新一代鋼鐵工藝流程的建設實(shí)質(zhì)就是自動(dòng)化信息化與工業(yè)化有機結合，實(shí)施后發(fā)優(yōu)勢戰略，實(shí)現生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展。這種方式充分突出了科學(xué)技術(shù)的先導作用，其次突出了經(jīng)濟增長(cháng)模式的優(yōu)化，有效克服了先工業(yè)__化再自動(dòng)化和信息化、粗放型經(jīng)濟增長(cháng)方式等問(wèn)題，真正意義上實(shí)現了自動(dòng)化、信息化帶動(dòng)工業(yè)化、工業(yè)化的發(fā)展又促進(jìn)了自動(dòng)化、信息化的發(fā)展。

   新一代鋼鐵工藝流程的建設，為自動(dòng)化控制系統應用的發(fā)展提供了廣闊的空間，但要求和水平也越來(lái)越高，通過(guò)采用先進(jìn)的建模理論，以及數據處理技術(shù)，真正意義上實(shí)現全流程的智能化控制。

   4 能源管理系統建設是冶金自動(dòng)化控制系統應用的主要對象之一

   鋼鐵工業(yè)具有在高溫、高壓、易燃、易爆等環(huán)境下連續生產(chǎn)的特點(diǎn)。同時(shí)鋼鐵工業(yè)還是制造業(yè)中的耗能大戶(hù)。所以采用先進(jìn)的管理理念，建設能源管控系統，利用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現節能減排，科學(xué)用能，是鋼鐵工業(yè)在當今日益激烈的競爭中實(shí)現可持續發(fā)展的必要手段。

   我國鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程需要的能源介質(zhì)主要有：煤炭、電力、生產(chǎn)用水、動(dòng)力風(fēng)、蒸氣、高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣等。其中許多都是在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的新能源即二次能源，科學(xué)地管理好、利用好這些能源介質(zhì)，實(shí)現利用能源的動(dòng)態(tài)平衡和安全，是建設能源管控體系的根本宗旨。首鋼能源管控體系建設采用的是一個(gè)集過(guò)程監控、能源設備管理、能源預警、能源調度平衡分析及優(yōu)化等主要內容為一體的集中一貫式模式，充分開(kāi)發(fā)與利用生產(chǎn)過(guò)程中科學(xué)用能的潛力，最大限度地節約能源以及二次能源的開(kāi)發(fā)與利用，充分體現現代鋼鐵企業(yè)利用能源流的先進(jìn)理念，實(shí)現能源利用的集中、高效、平衡與協(xié)調。能源管理模型與能源控制模型是整個(gè)體系的核心。用一句話(huà)概括就是：能源管控體系是先進(jìn)理念與先進(jìn)技術(shù)的集成。在一個(gè)能源管控平臺上實(shí)現多種能源介質(zhì)的集中一貫式管理。

   傳統的能源管理都是風(fēng)、水、電、汽各管各的，相互之間老死不相往來(lái)。除技術(shù)原因外，傳統的管理理念束縛也是一個(gè)主要原因。在一個(gè)平臺上實(shí)現多種能源介質(zhì)的集中一貫式管理是能源管理與控制在思想上、理論上、技術(shù)上一次新的升華，也是能源管理由傳統生產(chǎn)型向現代服務(wù)型轉化的成功體現。

   （1）通過(guò)一個(gè)平臺，同時(shí)可以實(shí)現對能源的管理與控制。

   （2）在一個(gè)平臺上，既可以實(shí)現新內容的開(kāi)發(fā)，也可以利用這個(gè)平臺對能源實(shí)現管理與控制。

   （3）所有能源的管理實(shí)現一種操作模式。數據統一集中管理并實(shí)現共享。

   在一個(gè)平臺上實(shí)現多種能源介質(zhì)的集中一貫式管理是現代化冶金企業(yè)能源管理體系建設的基礎，通過(guò)對多種能源介質(zhì)的交叉性、創(chuàng )新性、智能性管理，就可以實(shí)現多種能源介質(zhì)在使用過(guò)程中的統一管理與平衡，實(shí)現優(yōu)化用能、綜合用能、節約用能，這樣既降低了能耗成本，也實(shí)現了對能源的“榨干吃?xún)?rdquo;，使循環(huán)經(jīng)濟的優(yōu)勢發(fā)揮得淋漓盡致。首鋼京唐鋼鐵公司在建設能源管理體系過(guò)程中，通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新驅動(dòng)企業(yè)能源管理的變革，大膽采用了在一個(gè)平臺上實(shí)現多種能源介質(zhì)的集中一貫式管理與控制模式，對原有的管理方法與手段進(jìn)行流程再造與優(yōu)化。采用并自主開(kāi)發(fā)了多項自動(dòng)化控制技術(shù)，在數據傳輸、接口設計、數據庫管理等方面，都有了更大的創(chuàng )新與發(fā)展，保證了平臺的順利建設與實(shí)施，并取得了良好的使用效果。

   能源數據的實(shí)時(shí)采集與共享，多種能源介質(zhì)的集中管理以及能源管理模型與能源控制模型是能源管控系統中三大技術(shù)難題。

   5 冶金自動(dòng)化控制系統的未來(lái)發(fā)展趨勢

   我國冶金自動(dòng)化幾年來(lái)的發(fā)展已經(jīng)取得了長(cháng)足進(jìn)步，但由于受到各個(gè)方面的影響與局限，全國冶金自動(dòng)化發(fā)展的水平是有差別的。這種差別是冶金自動(dòng)化發(fā)展中出現的新問(wèn)題，自主研發(fā)創(chuàng )新發(fā)展是冶金自動(dòng)化未來(lái)發(fā)展的主題。

   5.1 提高自主集成大型數字化控制系統的能力和水平

   許多冶金行業(yè)內部的自動(dòng)化單位、部門(mén)或技術(shù)隊伍，都曾經(jīng)做過(guò)不少自動(dòng)化集成項目，但我們所講的自主集成大型數字化控制系統和一般的集成項目有所區別。

   （1）自主集成必須是以“我”為主

   自主集成大型數字化控制系統，必須以“我”為主，這意味著(zhù)其核心技術(shù)是自己的，而不是別人的。這個(gè)問(wèn)題現在提出來(lái)并不算早。因為這個(gè)過(guò)程可能要經(jīng)歷挫折，甚至失敗，時(shí)間會(huì )很長(cháng)，所以早動(dòng)手，早主動(dòng)，用毛澤同志的一句詩(shī)詞來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，是最恰當不過(guò)的：“天將曉，莫道君行早，踏遍青山人未老，風(fēng)景這邊獨好”。數字化煉鋼就是首鋼堅持以“我”為主原則，開(kāi)發(fā)的一項自主集成的大型數字化控制系統。數字化煉鋼自動(dòng)化平臺結合新一代鋼鐵工藝流程中煉鋼部分的“全三脫”、精煉、連鑄工藝，在關(guān)注生產(chǎn)過(guò)程的同時(shí)，注重對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調優(yōu)。不僅可以實(shí)現控制系統的優(yōu)化，而且還可以實(shí)現生產(chǎn)工藝的優(yōu)化。而控制系統的優(yōu)化，又可以分別進(jìn)行靜態(tài)優(yōu)化與動(dòng)態(tài)優(yōu)化兩種。該系統還具有強大的仿真功能，在工藝模型及其參數基本穩定的情況下，調整模擬歷史生產(chǎn)操作過(guò)程，根據調整后的操作進(jìn)行仿真計算，模擬形成調整操作后的預期效果。利用該系統，同時(shí)還可以進(jìn)行新鋼種冶煉離線(xiàn)仿真操作，完善模型、調整參數，待達到設計目標后，再上線(xiàn)實(shí)際操作。在這個(gè)系統中，轉爐部分、精煉爐部分等都不再獨立存在，而是作為一個(gè)整體統一考慮，所以“一罐到底”，煉鋼模型、精煉模型等技術(shù)都作為一個(gè)個(gè)子系統存在，數字在整個(gè)系統中起到了關(guān)鍵作用，實(shí)現了真正意義上的數字化煉鋼。

   （2）整套系統要實(shí)現實(shí)時(shí)控制

   自主集成的大型數字化控制系統，要具有很強大的實(shí)時(shí)性，不僅僅是實(shí)時(shí)的數據采集，更重要的是數據的實(shí)時(shí)分析與處理和實(shí)時(shí)控制，否則無(wú)法滿(mǎn)足新一代鋼鐵工藝流程生產(chǎn)的需要。鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，如果最終產(chǎn)品是低端產(chǎn)品時(shí)，對實(shí)時(shí)性要求就不高，但是通過(guò)轉型要生產(chǎn)高端鋼鐵產(chǎn)品時(shí)，對實(shí)時(shí)性的要求就會(huì )越來(lái)越高，快速判斷、快速診斷、快速處理都已經(jīng)成為基本要求。

   （3）數據挖掘與應用

   為了提高企業(yè)的市場(chǎng)競爭力，滿(mǎn)足市場(chǎng)對高端鋼鐵產(chǎn)品的不斷需求，通過(guò)提高自動(dòng)化控制系統水平來(lái)提高鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量，已經(jīng)成為一項現實(shí)而又迫切的工作，在鋼鐵自動(dòng)化控制系統中，對實(shí)際的生產(chǎn)工藝數據進(jìn)行必要的采集、統計和分析，科學(xué)地管理大量的、長(cháng)期的生產(chǎn)工藝數據，通過(guò)建立與生產(chǎn)實(shí)際相結合的數學(xué)模型，并在此基礎上提出了對數學(xué)模型的優(yōu)化方向，達到對生產(chǎn)過(guò)程的精細化管理和生產(chǎn)的智能化控制。目前在冶金自動(dòng)化技術(shù)的應用過(guò)程中，數據采集手段和數據量越來(lái)越完善，數據質(zhì)量也越來(lái)越高，現場(chǎng)應用對數據的要求也日趨嚴格，特別是各種數學(xué)模型、控制算法已經(jīng)普遍成為自動(dòng)化控制系統的主要內容。所以數據挖掘與應用愈加受到重視。例如，冷連軋板形控制是一個(gè)多變量、時(shí)變、強耦合和非線(xiàn)性的復雜過(guò)程。軋制過(guò)程中各種板形影響因素，如軋制力、軋制速度、彎輥、竄輥、冷卻水流量、溫度、壓力以及張應力等都會(huì )隨著(zhù)時(shí)間進(jìn)程與空間位置而變化，并且相互影響、耦合。通過(guò)將這些互不相關(guān)的元素（數據信息）聯(lián)系到一起，工藝和模型的交互性操作就成為新的應用方式__并為程序規程提供了專(zhuān)業(yè)的技術(shù)支持。

   5.2 冶金自動(dòng)化控制系統優(yōu)質(zhì)的自動(dòng)化服務(wù)

   自動(dòng)化服務(wù)在經(jīng)歷過(guò)微笑服務(wù)（被動(dòng)服務(wù)）、貼近服務(wù)（主動(dòng)服務(wù)）階段后，現在已經(jīng)進(jìn)入心靈服務(wù)階段，這個(gè)階段的服務(wù)目標越來(lái)越高，要求也越來(lái)越高。

   （1）提倡“零故障”服務(wù)

   這是一個(gè)不斷追求的目標，也是一個(gè)不斷強化工作的過(guò)程，所謂零故障，就是除正常的設備檢修外，不會(huì )因為自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的問(wèn)題而影響鋼鐵生產(chǎn)。不發(fā)生問(wèn)題的服務(wù)是最優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，而社會(huì )上還仍然存在一些誤解：沒(méi)有故障就無(wú)事可做。其實(shí)只有做了大量的、艱苦的、幕后的、默默無(wú)聞的工作，才能實(shí)現不發(fā)生事故。

   （2）有對應突發(fā)事件的能力和手段

   鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，出現一些突發(fā)事件是不可避免的。自動(dòng)化設備供應商需提供關(guān)鍵性的、建設性的服務(wù)，就要具有應對突發(fā)事件的能力和水平，這種能力和水平是服務(wù)的硬實(shí)力。只有做到一般性的服務(wù)和應對突發(fā)事件的服務(wù)“兩手都要硬”，才能提供優(yōu)質(zhì)的自動(dòng)化服務(wù)。

  （3）標準化服務(wù)

   提供標準化的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)服務(wù)，是精細化管理的需要，也是提供優(yōu)質(zhì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)服務(wù)的必要條件，如果沒(méi)有標準化要求，服務(wù)的內容、水平就會(huì )不同，更無(wú)法談到提高、優(yōu)化，也無(wú)法做到傳承。

   5.3 冶金自動(dòng)化控制系統在應用中要不斷拓展新的技術(shù)空間

   冶金自動(dòng)化控制系統在應用過(guò)程中，要不斷拓展新的技術(shù)空間，才會(huì )有持續旺盛的生命力，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)、大數據概念的引入，也許在不久的將來(lái)，都會(huì )成為冶金自動(dòng)化控制系統新的組成部分。機電儀一體化測量設備將會(huì )取代傳統的測量手段，將原來(lái)難以進(jìn)行測量的環(huán)境，變成可能；將原來(lái)定時(shí)的測量，變成實(shí)時(shí)測量；將原來(lái)測量精度不高的數據可以大幅提高精度。

   冶金自動(dòng)化的未來(lái)發(fā)展方向，實(shí)質(zhì)上代表了冶金工業(yè)的發(fā)展方向，沒(méi)有自動(dòng)化技術(shù)的支撐，就無(wú)法煉鋼。這樣一句通俗的話(huà)，卻比較深刻的反映了自動(dòng)化在鋼鐵工業(yè)中的作用與地位，珍惜已經(jīng)取得的成果，深刻反省過(guò)去的失誤，科學(xué)判斷未來(lái)的走向， 冶金自動(dòng)化的明天會(huì )更加燦爛輝煌。

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第九期