殷妮娜：自动化网络控制技术在冶金工业中的应用 |
| 2012-11-01 08:19 作者：殷妮娜 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网11月1日讯】据《硅谷》杂志2012年第16期刊文称，我国钢铁工业从上世纪中期开始发展，逐步进行改革，引进许多自动化系统，不仅提高作业率，开发钢材新品种，同时还减少生产故障率。在“十二五”期间国家对钢铁行业提出新的节能减排目标和更高的产品质量要求，因此实现钢铁自动化生产和控制更是迫在眉睫。首先介绍了我国冶金自动化的发展现状，然后分析自动化技术在冶金生产中的运用，最后阐述工业以太网在实现冶金自动化中不去取代的地位。
关键词：自动化网络控制；冶金工业；IPC；工业以太网
钢铁的生产一般要经过选矿、烧结、高炉、转炉、轧钢等工序，生产过程冗长而繁杂，高温、高辐射、粉尘的现场对工作人员的健康危害极大，同时有一些生产工序环节非人力可以实现，所以实现冶金生产自动化控制并利用工业以太网实现各个分系统之间的无缝连接对于钢铁企业的发展是不可或缺的。从上世纪八十年代开始，我国钢铁行业开始将自动化控制系统引进钢铁生产的各个环节，尤其是一些大型钢铁联合企业投入大量资金建设自动化项目，其自动化控制已达到国际先进水平。但是我国冶金行业总体在自动化程度不高，科研资金投入不够远低于国外发达国家，所以冶金行业要更加重视自动化对的引进。
1我国冶金工业自动化发展现状
1.1我国冶金工业自动化现状
在冶金企业中，控制系统为分级结构：0级是采集执行层（传感器和执行器），完成物理量的测量和控制命令的具体执行；1级是控制层（即所谓的基础自动化），完成生产工艺过程的集中控制；2级一般为生产模型计算，用于生产控制的优化；3级为生产管理和调度系统，用于协调调度各工序间的协同工作；4级则是企业信息系统层。这些层面均需有相应的网络构成互联的有机整体。在2级以上（含2级）层面大都采用以太网，1级以下（含1级）一般是专用网络（现有向工业以太网方向发展态势），采用专用的控制设备及软件。其中，各种网络的无缝集成是冶金企业实现信息化建设的难点和重点。因此做好控制和管理系统的信息集成，避免出现“自动化孤岛”，企业信息化才能落到实处，且真正发挥其应有的作用。
进入二十一世纪以来，我国钢铁工业自动化程度得到大大提高，从铁矿石堆放场、选矿、烧结厂、高炉、铁水预处理、转炉、炉外精炼、连铸、轧钢等钢铁生产的各个工序现场，自动化设备随处可见，不仅配备了比较先进的单机操作系统，而且还有完善的集散式分布系统。目前我国的大型钢铁联合企业比如：宝钢、首钢、武钢等从国外引进了先进自动化控制系统和设备，然后进行吸收消化、改进创新，因地制宜，使之符合自身的实际生产需要，其自动化水平已经达到国际先进水平；同时随着国家对钢铁行业的越来越高的要求，一些落后的设备被淘汰，新建的项目大多数都配备了自动化系统和单机自动化生产设备，比如即将开工建设的武钢的防城港和柳钢的湛江项目，将会成为我国南方的精品钢材基地。
1.2我国与国际冶金自动化发展水平差距
在钢铁自动化生产产品方面，国内从事冶金工业自动化工程建设的电气公司与国外著名的公司相比，存在两个方面的差距：第一，我国缺乏相应的自主知识产权，大多都是依赖国外进口，缺少一个固定的硬件和软件运转平台。没有自己的品牌，比如这个项目配备的是德国西门子的系统，另一个项目也许选择ABB作为控制系统，甚至一些国外几年前已经淘汰的自动化系统如：可编程逻辑控制器（PLC）、集散控制系统（DCS）也被一些企业引入到生产中来，即使是一个企业不同的单位使用的系统也可能不一样，这样就给选择一个网络平台集合各个分系统带来一定的难度；第二，在成套技术积累经验方面，国内没有国外丰富。国内的冶金自动化从改革开放才开始发展，起步较晚。一套完整的自动化系统除了包括方案说明、参数配置、程序调试、功能说明，还应该包括一些关键生产技术指标、检测仪表的选型和安装等。
2自动控制技术在冶金工业中的运用
钢铁生产工序多而复杂，由此控制系统均采用分级结构：0级主要是执行具体命令；1级主要是集中控制生产过程；2级主要通过模型计算，优化生产控制；3级主要是调度，保证各工序协调工作；4级是企业信息系统层。不同的工序都会有自己的自动化系统，现在我国钢铁行业面临的一个难题就是寻找一个合适的网络把这些层面互有机整体，避免出现“冶金自动化孤岛”，解决各种网络的无缝集成，实现冶金企业的信息化建设。
2.1现场总线技术
现场总线控制技术（fieldbuscontrolsystem简称FCS）产生于上世纪80年代，经过30多年的发展，目前有60多个不同厂家生产的总线产品，如基金会现场总线、Profibus、由德国BOSCH公司推出的CAN、由Rosemout公司开发并得到八十多家著名仪表公司支持HART（HighwayAddressableRemoteTransduer缩写）等。其在实现各种系统的无缝集成、沟通生产现场、控制设备、企业更高的系统管理层之间的联系等方面有其独特的优势，因而被冶金行业广泛运用。现场总线控制技术具有以下几个特点：系统开放、各系统之间既可功能自治也可以互相操作、系统结构极其分散、对不同生产环境适应性强。
2.2工业控制计算机（IPC）的应用
冶金行业和其他行业一样，自动化控制装备的进展经历了从PLC、DCS到FCS的扩展，近年来，随着PC（个人计算机）机的出现，在自动化控制设备和系统中IPC得到了众多企业的亲睐。
所谓工业计算机（IPC）就是指把个人计算机（PC）的硬件进行加固，再安装上系统控制软件，这样就可以用于工业生产控制、环境适应能力更强。IPC具有高度开放。价格低廉、更加灵活、功能更加强大等优点。从本质上讲，IPC就是在同一硬件运行平台上，把通信、人机界面及其他功能软件集合在一起，它具有PLC及DCS的功能，PC机可以运用更多款、价格较为低廉的系统，如Windows-NT，Windows-CE，还可以安装各种系统级程序开发工具，成本也更加低廉。重庆钢铁公司现已将全部的大型加热炉的控制器由原来的DCS或单回路数字式调节器改为PC-based工控机来控制生产系统，效果良好，不仅经济效益显著，而且方便以后的维护工作。
3利用工业以太网在实现冶金自动化
3.1以太网具有的特点
随着冶金企业的发展，必然伴随着生产线的改造和新建、淘汰旧的设备和引进新的设备来提高自身的竞争力。但是科技是不断发展的，今天的先进技术在以后可能会变为落后的技术，这样控制系统的高度集成就存在难度，导致了“自动化孤岛”的出现。近年来，网络技术的迅速发展解决了这一难题，工业以太网（Ethernet）被逐渐引进到自动化控制领域中来，采用完全公开的网络互联标准——EthernetTCP/IP协议，目前几乎所有的自动化厂生产的控制器均提供EthernetTCP/IP接口或者以太网I/O产品。
工业以太网作为自动化控制网络具有的优势有：1）数据传输快，有足够的带宽；2）以太网中利用开放式和交互式数据提取、存储技术；3）存在时间长，有统一标准，有相同的通信协议，设置、诊断、维护比较成熟，已被大多数技术人员接受；4）不同的通信协议可以在同一总线上运行，为企业建立公共网络平台做铺垫；5）可以使用不同的物理介质传输，可以组建各种各样的网络拓扑结构。
3.2工业以太网在冶金自动化中的应用
在如今的冶金生产中，利用工业以太网可以把不同类型的网络化仪器仪表与IPC连接到Internet上，或者通过RS232、RS486、IEEEl394连接到串行网络上，或者利用局域网把各种不同的系统连接起来，通过GPIB-LAN控制器实现控制功能。在钢铁生产中的应用如：现在一些大型钢铁集团对原料厂的铁矿石进行成分分析，对烧结厂生产的成品烧结矿、铁水、钢水进行成分分析都是通过网络化来实现，检测的数据直接被送到相应分厂的技术部门、生产部门和计算机监控系统，公司其他员工也可以到网上直接查看或者下载这些数据与表格，客户也可以直接到公司的网站上查询自己需要的钢种的各种信息，这样很好地实现了数据共享。
总而言之，在钢铁冶金企业利用自动化网络控制技术可以提高生产率和成品合格率，节能减排，同时还可以减少生产事故，是符合我国钢铁发展的总体方向。但是我国冶金自动化起步较晚，科研投入也不及国外，总体的自动化水平尤其是集成与开放程度不高。IPC与TCP／IP以太网结合进行冶金自动化生产控制是比较理想的选择，为冶金信息化提供了坚固的通讯平台，很好地解决了冶金企业控制与管理系统的集成问题，使整个工厂实现一网架构，为企业带来显著的经济效益和社会效益。
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