姜輝1 趙繼東2 趙曉鵬2 哈3 王天杰2 李順2 趙艷2
(1.中唯煉焦技術國家工程研究中心有限責任公司，
2.中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司，3.鞍山鋼鐵集團公司能源管控中心)
摘 要：對自動化儀表在鋼鐵行業的應用進行回顧，分析鋼鐵冶金行業自動化儀表種類，研究自動化儀表在保證企業生產效率、生產安全性、降低工作人員勞動強度和提高產品質量等方面的作用。同時指明其智能及先進控制應用策略、系統研發與現場總線控制儀表應用和專用特殊儀表的研發，推動實用工程化的發展方向。
關鍵詞：自動化儀表技術；先進控制；現場總線；專用特殊儀表
隨著人們對生態文明的重視，鋼鐵行業作為能耗高、污染重的行業，需進行轉型升級，以減少對資源的需求，降低污染物質排放量，實現經濟、環境共同發展。為實現這一目的，鋼鐵行業需研究節能減排技術，從技術方面落實節能減排策略。通過應用自動化儀表技術，可有效提升資源利用率、減少污染物排放量，實現節能減排。
1自動化儀表在鋼鐵行業的應用發展簡述
(1)第一階段為工業控制自動化發展早期階段。我國部分鋼鐵企業引進了國外先進生產技術及自動化控制設備，這些企業自動化水平較高，且生產效率、生產質量較高。此發展階段的主要特征為：生產環節中應用的主要是過程檢測控制自動化儀表，且大部分是氣動儀表。此類儀表主要用于控制溫度、壓力、流量及液位參數, 確保各項生產參數的穩定性，保證生產活動可順利進行。
(2) 第二階段為20世紀80年代。自動化儀表在我國得到廣泛應用，自動化儀表價格有所降低，但鋼鐵冶金企業對生產效率、生產質量要求在逐漸提升，因而需引進更為先進的生產技術及生產設備，部分中小型鋼鐵冶金企業也將自動化儀表應用在生產活動中。此發展階段主要特征為：單元組合儀表、組裝式儀表在生產環節得到廣泛應用。計算機技術也被應用于生產環節中，從而實現數字控制、定值控制功能。此階段研發了多種控制系統，不僅可保證生產活動穩定性, 還可滿足一些特定控制要求。
(3) 第三階段為現今。經過多年的發展, 我國部分大中型鋼鐵冶金企業已將先進生產技術、生產設備應用到生產線中，有效提升了生產效率。目前，很多鋼鐵企業已實現全車間無人化或少部分人復雜操作管理的目標，且對生產環節的控制較為嚴格。此階段的主要特征為：大多使用智能單元組合儀表，成分檢測、數據處理功能增強；調節類儀表種類增多，穩定性較高，自動化儀表可滿足復雜運行環境要求。過程控制系統結構已發展為多邊系統，可在生產過程中對各種指標進行最優控制及自適應控制。
2鋼鐵行業自動化儀表種類分析
在鋼鐵企業生產線中應用自動化儀表，可有效控制整個生產過程。利用自動化儀表可準確檢測鋼鐵冶煉工藝參數，確保能源充分利用，實現節能減排。鋼鐵冶煉過程中可使用多種檢測儀表，因而，鋼鐵冶金行業需依據實際發展情況選擇最合適的自動化儀表，充分發揮自動化儀表的積極作用。
2.1物位儀表、氣體分析儀表
物位儀表依據實際測量對象不同分為料位儀表與液位儀表兩種。氣體分析儀表主要用于分析鋼鐵冶煉中產生的各種氣體含量(如二氧化硫氣體、一氧化碳氣體等)。鋼鐵冶金企業可利用電子型物位儀表、分析儀表處理生產過程中排放的氣體，有效提升處理效率及質量，實現節能減排。
2.2流量、壓力、溫度儀表
使用流量、壓力、溫度儀表檢測鋼鐵冶金行業生產過程中的能源介質、冶煉參數。此類儀表的應用范圍比較廣，可適用于能源開采、能源運輸和鋼鐵冶煉等多個生產環節，全方位控制、監測整個生產過程。此外，流量、壓力和溫度儀表可監測易腐蝕物質中的有害物質成分，這對鋼鐵冶金行業制定有針對性解決措施十分重要。
3自動化儀表技術作用及應用發展策略
3.1自動化儀表技術作用
(1) 保證企業生產效率
鋼鐵生產過程是典型的“三流一態”的煤鐵化工工藝，涉及到很多生產子過程的有機耦合，只有準確掌握各個過程的工藝參數，才能保證整個工藝過程的順行。對各種參數的測定只能通過性能穩定的自動化儀表技術。
(2) 保證企業生產安全性
鋼鐵生產涉及到高溫、高壓和有毒有害氣體產生及排放等諸多環節，使用自動化儀表可提前進行預警，避免出現有毒有害物質泄漏、溫度過高或壓力過大等情況，并由相關工作者進行及時處理，以免給企業、社會造成巨大損失。
(3) 降低工作人員勞動強度
以往我國很多鋼鐵企業并未重視自動化儀表技術的應用，在生產過程中，需要人工檢測溫度、壓力等生產參數。這些人工檢測不僅工作崗位危險性較高，而且獲得的檢測結果準確度不夠高，還需要工作人員具備豐富工作經驗及專業知識水平。
現階段使用的檢測系統，工作人員在主控室中就可及時獲取數據信息。在整個生產環節使用自動化儀表技術，可降低工作人員勞動強度，保證工作人員生命安全。
(4) 提高產品質量
鋼鐵工藝對數據要求越來越高，數據不僅要全面、實時性好，還要具有高精度。只有這樣的數據才能提高產品質量和加強企業精細化管理。然而對數據的采集、存儲、挖掘與分析以及優化等各個環節都要有相應的自動化信息化技術來保證，其中技術難度較大的是數據采集，決定著數據應用的水平。
3.2自動化儀表應用發展策略
3.2.1智能及先進控制應用策略
智能控制并不需精確掌握被控制對象模型, 工作人員只需掌握相關知識即可。該控制技術可應用在不完全、復雜、模糊的非數學過程當中。現階段模糊控制、自適應控制和神經元網等多種先進智能系統已應用到連鑄結晶器、中間罐液位、熱風爐燃燒和生產過程等環節中，且獲得了一定成果。鋼鐵生產企業通過應用先進控制技術，可有效提高生產系統適應控制能力，規避生產系統本身存在的非線性、時變性和外部隨機擾動等多種問題，因而其在鋼鐵行業得到了廣泛應用。智能及先進控制在鋼鐵行業的主要應用案例為：依據自適應理論控制連鑄結晶器液位，根據預測模型控制高爐中鐵水溫度，利用分布參數理論控制電爐中鋼鐵的成分等。通過這些實踐可發現，鋼鐵行業需積極應用先進控制軟件，充分發揮PLC、計算機等過程控制系統的積極作用，加強對應用基礎、軟件的研究，提高鋼鐵行業智能化水平、先進控制理念實用化水平，實現提升鋼鐵行業生產效率及生產質量的目標。
3. 2. 2系統研發與現場總線控制儀表應用
現場總線系統指的是可保證自動化系統，現場設備智能數據傳輸穩定性的數字化、開放化,雙向串行通信總線，利用數字化技術可將此系統延伸到現場儀表中，保證原本由總線控制DCS系統完成大部分組織控制功能轉移給現場儀表。
鋼鐵企業可在生產現場建設現場總線控制FCS系統，可完成一體化控制、測量功能，同時可實現分散控告知功能，有效保證生產控制系統運行穩定性及安全性，確保產品質量。使用現場總線控制FCS系統，可降低中央控制系統本身計算壓力，中央控制系統只需完成例行控制工作，如此可充分發揮先進控制系統的智能化、先進化控制功能。為保證先進控制系統可適應于鋼鐵行業，需依據鋼鐵行業的實際發展情況及生產特點研發FCS系統并進行推廣，從而提高鋼鐵行業自動化水平、智能化水平，推動鋼鐵行業穩定發展。
3. 2.3專用、特殊儀表的研發，推動實用化工程迅速發展
鋼鐵行業生產涉及多種行業專用、特殊檢測儀表，以保證溫度測量的準確性及連續性、高溫流體成分檢測準確性、大范圍檢測管道臟氣體流量、全面檢測現場溫度及產品尺寸等。鋼鐵行業生產活動中這些特殊檢測儀表的使用幾率較高, 因而鋼鐵行業需確定此類自動化儀表未來一段時間的發展方向，即通過微處理器、計算機設備提高特殊檢測儀表智能化水平，推動其向機電一體化方向發展。同時，可利用CCD元件、新型傳感器、光纖、圖像識別技術等多種元件及技術提高專用、特殊檢測儀表的性能。近年來，鋼鐵行業應用了渦流式、紅外線、射線檢測設備等多新型檢測儀表。隨著科技、鋼鐵行業的持續發展, 需加強對鋼鐵行業專用、特殊檢測儀表的研究及推廣，提高此類儀表的實用化程度，對提升鋼鐵行業生產效率和節能減排具有重要意義。除此之外，在自動化儀表設備的管理及診斷中還需積極應用智能化技術，使用檢測技術、識別技術、預測技術和專家系統等多種智能化技術及時了解設備運行狀態，保證鋼鐵行業生產穩定性。
4結語
總而言之，污染物排放不僅污染自然環境,還會對人的身體健康造成不良影響。在鋼鐵冶金行業中應用自動化儀表技術，可提升鋼鐵冶金企業生產效率及生產質量，降低對能源的損耗，減少污染物排放量。鋼鐵冶金企業應用自動化儀表技術，不僅可實現節能減排，還可推動企業轉型升級，從而提高企業綜合競爭力、經濟效益及生態效益。