活动链接：2012年控制网技术专题---控制系统新时代   

 

                           

  郭雨春

   计算机与自动控制高级工程师，现任首钢自动化信息技术公司研究所总工，从事计算机应用与自动化控制技术在冶金工业中的应用。荣获多项科研项目奖，并有多篇专业论文在专业刊物上发表，担任中国计算机协会等多个协会的常务理事。

   改革开发以来，经过三十余年的努力，我国冶金工业自动化控制技术的应用得到了长足发展，整个冶金工艺全流程都已经实现了自动化，这是一项了不起的成就。经过硬件技术引进、软件技术引进的阵痛之后，冶金自动化控制技术的应用进入到了应用创新发展的新阶段。

   1 近几年来冶金工业自动化控制技术应用的创新与突破

   进入新世纪以来，在自动化控制领域，无论是硬件技术还是软件技术，都在引进消化吸收的基础上，实现了再创新，在我国冶金工业自动化控制技术应用领域，表现得尤为突出。

   1.1 DCS系统集成能力得到了大幅提高

   以前，我国冶金工业的自动化应用水平，大多数停留在点上。而现在已经形成了线，并开始向全流程大面积覆盖，其主要特点是系统集成的核心技术及主体架构，都是自主独立完成，并得到了成功应用。如炼钢环节的一键式自动化炼钢、烧结智能专家系统等。现在正在开展的新一代智能冶金工艺流程的研制，成功实现了由点到线，由线到面的转变，冶金工业自动化系统集成与创新的水平也有了本质性的提高。

   1.2 冶金工业自动化控制软件技术的创新取得了长足进步

   我国冶金工业自动化控制软件大规模从国外进口的现象，即将成为历史。在二级自动化控制软件、三级MES软件、大型企业的能源管控系统等领域，许多国产自动化控制软件不仅成功替代了进口软件，而且许多软件的应用水平也大幅超过同类型的进口软件产品。目前正在进行研制的自动化控制软件平台技术，也取得了关键性突破，在以系统架构设计为主的研发平台、以数据物流为主要内容的数据管理平台、以数学模型为核心的应用平台，完整地构成了新一代自动化控制软件平台，并将我国冶金工业自动化控制技术应用的水平提到了一个新的高度。

   2 冶金工业自动化控制系统发展的空间仍然很大

   回顾过去，我国冶金工业自动化控制技术的应用水平有了大幅提高，但与国外著名厂商相比，仍然存在着较大的差距。有些属于技术本身，有些则是管理或是制度方面存在不足的问题。

   2.1 硬件技术的差距仍然很大

   目前，我国冶金工业应用的大型自动化控制系统仍然是由国外几家知名品牌垄断，许多高端专利技术仍然属于外国企业，所以应当花大力气研制与开发自己的硬件技术与产品，在较短时间内，大幅缩小和国外先进水平的差距。

   2.2 国内创新成果的推广还有许多工作要做

   我们虽然在自动控制系统创新方面取得了不小的进步，但仍需进一步的完善与提高，加强市场推广等，由于受到技术封锁等方面的影响，这方面的工作还不尽如人意，所以要加强企业之间、企业与科研院所、大专院校的合作，把“企业是创新的主体”这一理念真正落实到实处。

   3 冶金工业的转型发展，为冶金自动化控制系统应用提出了新的要求与目标

   冶金工业的转型升级与发展，是以建设新一代钢铁流程为主要目标，新一代钢铁流程的理念与架构，在绿色、环保、节能、可持续发展等方面完全超出了二十世纪钢铁流程的概念。

   3.1 新一代钢铁工艺流程的主要内容

   新一代钢铁工艺流程主要具有3项功能，即钢铁产品制造功能（构建高效、低成本和洁净钢生产体系）、能源转换功能（能量流网络体系构建、能源效率的提高和充分利用）、大宗废弃物消纳处理和再利用（争取实现零排放）、其主要内容包括原料动态优化配置、钢铁液态过程的连续与高效，特别是炼铁、炼钢界面技术，以及连铸－热轧界面技术和形变、相变相结合的控轧控冷技术。

   3.2 新一代钢铁工艺流程的特征

   新一代钢铁工艺流程和传统的钢铁工艺有着本质的不同，只有理解并掌握了这些特点，才能更好地实现冶金自动化与新一代钢铁工艺流程的深度融合。

   （1）新一代钢铁工艺流程源于动态－精细准确的设计理论研究和方法创新，特别是物质流、能量流、信息流的三流合一。

   （2）新一代钢铁工艺流程的研发、运行要落实到高效率、低成本洁净钢生产和制造体系的构建、运行，能源调构中心的构建和优化运行，并建立起全流程的数据信息控制中心。

   （3）新一代钢铁工艺流程不仅适用于高端钢铁产品生产的需要，同时也能满足长材、特殊钢的生产需要。

   （4）新一代钢铁工艺流程将推动冶金企业向着资源节约、环境友好的方向发展，并通过物质流、能源流、信息流和资金流的延伸，推动冶金企业发展循环经济，实现低碳、绿色的生产。

   3.3 冶金自动化控制系统在新一代钢铁工艺流程中的作用与地位

   新一代钢铁工艺流程的发展离不开冶金自动化的支撑和保证，许多新的工艺只有通过自动化才能实现，自动化已经成为新一代钢铁工艺流程的重要组成部分。其次，新一代钢铁工艺流要实现精细化管理，都要靠数据来实现。而数据的采集、存储、分析、挖掘以及优化等都离不开自动化平台技术的保证。还要说明一点的是，新一代钢铁工艺流程要实现“运筹帷幄之中，决胜千里之外”，没有自动化控制技术的支持与保证，是根本无法实现的。进入新世纪以来，衡量我国钢铁工业水平发生的巨大变化，不仅要看其机械化水平，更要看其自动化控制系统水平。冶金自动化开始参与并主导着钢铁工业转型发展的方向，使钢铁工业朝着高附加值、绿色产业的方向发展。

   冶金工业走新型工业化之路，开发新一代钢铁工艺流程，是冶金工业实现可持续发展的必然选择，而新一代钢铁工艺流程的建设实质就是自动化信息化与工业化有机结合，实施后发优势战略，实现生产力的跨越式发展。这种方式充分突出了科学技术的先导作用，其次突出了经济增长模式的优化，有效克服了先工业__化再自动化和信息化、粗放型经济增长方式等问题，真正意义上实现了自动化、信息化带动工业化、工业化的发展又促进了自动化、信息化的发展。

   新一代钢铁工艺流程的建设，为自动化控制系统应用的发展提供了广阔的空间，但要求和水平也越来越高，通过采用先进的建模理论，以及数据处理技术，真正意义上实现全流程的智能化控制。

   4 能源管理系统建设是冶金自动化控制系统应用的主要对象之一

   钢铁工业具有在高温、高压、易燃、易爆等环境下连续生产的特点。同时钢铁工业还是制造业中的耗能大户。所以采用先进的管理理念，建设能源管控系统，利用自动化技术实现节能减排，科学用能，是钢铁工业在当今日益激烈的竞争中实现可持续发展的必要手段。

   我国钢铁企业生产过程需要的能源介质主要有：煤炭、电力、生产用水、动力风、蒸气、高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气等。其中许多都是在生产过程中产生的新能源即二次能源，科学地管理好、利用好这些能源介质，实现利用能源的动态平衡和安全，是建设能源管控体系的根本宗旨。首钢能源管控体系建设采用的是一个集过程监控、能源设备管理、能源预警、能源调度平衡分析及优化等主要内容为一体的集中一贯式模式，充分开发与利用生产过程中科学用能的潜力，最大限度地节约能源以及二次能源的开发与利用，充分体现现代钢铁企业利用能源流的先进理念，实现能源利用的集中、高效、平衡与协调。能源管理模型与能源控制模型是整个体系的核心。用一句话概括就是：能源管控体系是先进理念与先进技术的集成。在一个能源管控平台上实现多种能源介质的集中一贯式管理。

   传统的能源管理都是风、水、电、汽各管各的，相互之间老死不相往来。除技术原因外，传统的管理理念束缚也是一个主要原因。在一个平台上实现多种能源介质的集中一贯式管理是能源管理与控制在思想上、理论上、技术上一次新的升华，也是能源管理由传统生产型向现代服务型转化的成功体现。

   （1）通过一个平台，同时可以实现对能源的管理与控制。

   （2）在一个平台上，既可以实现新内容的开发，也可以利用这个平台对能源实现管理与控制。

   （3）所有能源的管理实现一种操作模式。数据统一集中管理并实现共享。

   在一个平台上实现多种能源介质的集中一贯式管理是现代化冶金企业能源管理体系建设的基础，通过对多种能源介质的交叉性、创新性、智能性管理，就可以实现多种能源介质在使用过程中的统一管理与平衡，实现优化用能、综合用能、节约用能，这样既降低了能耗成本，也实现了对能源的“榨干吃净”，使循环经济的优势发挥得淋漓尽致。首钢京唐钢铁公司在建设能源管理体系过程中，通过技术创新驱动企业能源管理的变革，大胆采用了在一个平台上实现多种能源介质的集中一贯式管理与控制模式，对原有的管理方法与手段进行流程再造与优化。采用并自主开发了多项自动化控制技术，在数据传输、接口设计、数据库管理等方面，都有了更大的创新与发展，保证了平台的顺利建设与实施，并取得了良好的使用效果。

   能源数据的实时采集与共享，多种能源介质的集中管理以及能源管理模型与能源控制模型是能源管控系统中三大技术难题。

   5 冶金自动化控制系统的未来发展趋势

   我国冶金自动化几年来的发展已经取得了长足进步，但由于受到各个方面的影响与局限，全国冶金自动化发展的水平是有差别的。这种差别是冶金自动化发展中出现的新问题，自主研发创新发展是冶金自动化未来发展的主题。

   5.1 提高自主集成大型数字化控制系统的能力和水平

   许多冶金行业内部的自动化单位、部门或技术队伍，都曾经做过不少自动化集成项目，但我们所讲的自主集成大型数字化控制系统和一般的集成项目有所区别。

   （1）自主集成必须是以“我”为主

   自主集成大型数字化控制系统，必须以“我”为主，这意味着其核心技术是自己的，而不是别人的。这个问题现在提出来并不算早。因为这个过程可能要经历挫折，甚至失败，时间会很长，所以早动手，早主动，用毛泽同志的一句诗词来说明这个问题，是最恰当不过的：“天将晓，莫道君行早，踏遍青山人未老，风景这边独好”。数字化炼钢就是首钢坚持以“我”为主原则，开发的一项自主集成的大型数字化控制系统。数字化炼钢自动化平台结合新一代钢铁工艺流程中炼钢部分的“全三脱”、精炼、连铸工艺，在关注生产过程的同时，注重对生产过程进行调优。不仅可以实现控制系统的优化，而且还可以实现生产工艺的优化。而控制系统的优化，又可以分别进行静态优化与动态优化两种。该系统还具有强大的仿真功能，在工艺模型及其参数基本稳定的情况下，调整模拟历史生产操作过程，根据调整后的操作进行仿真计算，模拟形成调整操作后的预期效果。利用该系统，同时还可以进行新钢种冶炼离线仿真操作，完善模型、调整参数，待达到设计目标后，再上线实际操作。在这个系统中，转炉部分、精炼炉部分等都不再独立存在，而是作为一个整体统一考虑，所以“一罐到底”，炼钢模型、精炼模型等技术都作为一个个子系统存在，数字在整个系统中起到了关键作用，实现了真正意义上的数字化炼钢。

   （2）整套系统要实现实时控制

   自主集成的大型数字化控制系统，要具有很强大的实时性，不仅仅是实时的数据采集，更重要的是数据的实时分析与处理和实时控制，否则无法满足新一代钢铁工艺流程生产的需要。钢铁生产过程中，如果最终产品是低端产品时，对实时性要求就不高，但是通过转型要生产高端钢铁产品时，对实时性的要求就会越来越高，快速判断、快速诊断、快速处理都已经成为基本要求。

   （3）数据挖掘与应用

   为了提高企业的市场竞争力，满足市场对高端钢铁产品的不断需求，通过提高自动化控制系统水平来提高钢铁产品的质量，已经成为一项现实而又迫切的工作，在钢铁自动化控制系统中，对实际的生产工艺数据进行必要的采集、统计和分析，科学地管理大量的、长期的生产工艺数据，通过建立与生产实际相结合的数学模型，并在此基础上提出了对数学模型的优化方向，达到对生产过程的精细化管理和生产的智能化控制。目前在冶金自动化技术的应用过程中，数据采集手段和数据量越来越完善，数据质量也越来越高，现场应用对数据的要求也日趋严格，特别是各种数学模型、控制算法已经普遍成为自动化控制系统的主要内容。所以数据挖掘与应用愈加受到重视。例如，冷连轧板形控制是一个多变量、时变、强耦合和非线性的复杂过程。轧制过程中各种板形影响因素，如轧制力、轧制速度、弯辊、窜辊、冷却水流量、温度、压力以及张应力等都会随着时间进程与空间位置而变化，并且相互影响、耦合。通过将这些互不相关的元素（数据信息）联系到一起，工艺和模型的交互性操作就成为新的应用方式__并为程序规程提供了专业的技术支持。

   5.2 冶金自动化控制系统优质的自动化服务

   自动化服务在经历过微笑服务（被动服务）、贴近服务（主动服务）阶段后，现在已经进入心灵服务阶段，这个阶段的服务目标越来越高，要求也越来越高。

   （1）提倡“零故障”服务

   这是一个不断追求的目标，也是一个不断强化工作的过程，所谓零故障，就是除正常的设备检修外，不会因为自动化专业的问题而影响钢铁生产。不发生问题的服务是最优质的服务，而社会上还仍然存在一些误解：没有故障就无事可做。其实只有做了大量的、艰苦的、幕后的、默默无闻的工作，才能实现不发生事故。

   （2）有对应突发事件的能力和手段

   钢铁生产过程中，出现一些突发事件是不可避免的。自动化设备供应商需提供关键性的、建设性的服务，就要具有应对突发事件的能力和水平，这种能力和水平是服务的硬实力。只有做到一般性的服务和应对突发事件的服务“两手都要硬”，才能提供优质的自动化服务。

  （3）标准化服务

   提供标准化的自动化专业服务，是精细化管理的需要，也是提供优质自动化专业服务的必要条件，如果没有标准化要求，服务的内容、水平就会不同，更无法谈到提高、优化，也无法做到传承。

   5.3 冶金自动化控制系统在应用中要不断拓展新的技术空间

   冶金自动化控制系统在应用过程中，要不断拓展新的技术空间，才会有持续旺盛的生命力，物联网技术、云计算技术、大数据概念的引入，也许在不久的将来，都会成为冶金自动化控制系统新的组成部分。机电仪一体化测量设备将会取代传统的测量手段，将原来难以进行测量的环境，变成可能；将原来定时的测量，变成实时测量；将原来测量精度不高的数据可以大幅提高精度。

   冶金自动化的未来发展方向，实质上代表了冶金工业的发展方向，没有自动化技术的支撑，就无法炼钢。这样一句通俗的话，却比较深刻的反映了自动化在钢铁工业中的作用与地位，珍惜已经取得的成果，深刻反省过去的失误，科学判断未来的走向， 冶金自动化的明天会更加灿烂辉煌。

   摘自《自动化博览》2012年第九期