畢研然

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動(dòng)化分公司，山東 濟(jì)南 271104）

冶金儀表也被稱(chēng)之為過(guò)程檢測(cè)控制儀表，進(jìn)入二十一世紀(jì)后，人工智能技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)迅猛發(fā)展，給冶金儀表的功能創(chuàng)新與技術(shù)改良提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，尤其在精度控制、檢測(cè)范圍、高清監(jiān)控、節(jié)能生產(chǎn)等方面，冶金儀表的智能自動(dòng)化技術(shù)發(fā)揮了不可替代的重要作用。

1 冶金儀表智能自動(dòng)化控制技術(shù)分析

1.1 數(shù)據(jù)處理與分析

在冶金生產(chǎn)過(guò)程中，高爐煉鐵等大型設(shè)備將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，比如爐頂壓力、風(fēng)溫、風(fēng)量、爐溫等，為了保證這些數(shù)據(jù)始終在正常值范圍內(nèi)波動(dòng)，使生產(chǎn)過(guò)程能夠正常有序進(jìn)行，冶金儀表需要全程對(duì)這些數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析和處理。（熱電偶及壓力表實(shí)物圖如圖1 所示。）過(guò)去，由于冶金儀表機(jī)械化程度較高，自動(dòng)化水平較低，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化處理，甚至冶金儀表的硬件設(shè)施在持續(xù)加重荷載的影響下，極易出現(xiàn)運(yùn)行故障，生產(chǎn)效率也大打折扣。而冶金儀表智能自動(dòng)化控制技術(shù)的介入，給大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)留出了足夠的存儲(chǔ)空間，這就減輕了高荷載給儀表硬件設(shè)施帶來(lái)的損害，進(jìn)而提高了生產(chǎn)作業(yè)效率，對(duì)冶金行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升起到了積極的促進(jìn)作用。

圖1 熱電偶

壓力表

1.2 有效監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)計(jì)算

與傳統(tǒng)的機(jī)械式冶金儀表相比，智能自動(dòng)化控制儀表內(nèi)部包含一個(gè)微型的計(jì)算單元，該單元借助于計(jì)算機(jī)的云計(jì)算技術(shù)，將涉及到的冶金生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)生產(chǎn)參量的計(jì)算公式寫(xiě)入程序當(dāng)中，進(jìn)而可以對(duì)監(jiān)測(cè)到的各種數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行智能化與自動(dòng)化計(jì)算。技術(shù)人員根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可以分析判斷出冶金設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的異常數(shù)據(jù)，并第一時(shí)間采取有效的補(bǔ)救措施，對(duì)相關(guān)的執(zhí)行程序進(jìn)行調(diào)整，以保證正常的生產(chǎn)過(guò)程不受任何影響[1]。

1.3 故障自我監(jiān)測(cè)功能

由于冶金行業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境惡劣，常常在高溫、高壓、高濕的生產(chǎn)條件下進(jìn)行，這就大幅提高了冶金設(shè)備的故障幾率，一旦冶金設(shè)備中止運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅影響正常的生產(chǎn)工序，同時(shí)，也會(huì)影響到冶金產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量。而冶金儀表的智能自動(dòng)化控制技術(shù)，能夠?qū)υO(shè)備與儀表故障實(shí)施自我監(jiān)測(cè)，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部傳感器的智能分析功能，能夠快速查找出故障部位與故障原因，使冶金儀表與主控室之間始終保持信息通暢狀態(tài)，避免傳輸信號(hào)中斷，這就大幅減少了生產(chǎn)成本，為冶金生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造更多的直接經(jīng)濟(jì)效益。

2 冶金儀表智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能分析

2.1 智能監(jiān)控功能

傳感器是智能儀表的中樞神經(jīng)，它可以對(duì)冶金生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效監(jiān)控與精準(zhǔn)分析，并將爐溫、風(fēng)溫、壓力、流量等多類(lèi)型數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給系統(tǒng)操作終端，由此可見(jiàn)，冶金儀表的智能監(jiān)控功能完全依賴(lài)于傳感器的信號(hào)接收與傳輸過(guò)程，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程的監(jiān)督與控制。傳感器主要借助于紅外線發(fā)光二極管來(lái)獲取和收集相關(guān)數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入到傳感器的處理中樞后，能夠快速識(shí)別數(shù)據(jù)類(lèi)型。在傳感器正常工作狀態(tài)下，可以接收到冶金設(shè)備產(chǎn)生的紅外線波，這時(shí)，生產(chǎn)工序中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就會(huì)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，一旦數(shù)據(jù)傳輸受到外界電波電磁干擾，就會(huì)切斷信息傳輸通道，切斷信號(hào)將第一時(shí)間反饋到系統(tǒng)終端，在這種情況下，系統(tǒng)終端的操作人員就可以對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，這種智能化監(jiān)控功能不僅節(jié)約了大量的人力資源，同時(shí)，也降低了生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本。

2.2 抗干擾功能

受到電磁感應(yīng)通訊靜電感應(yīng)的干擾，冶金儀表的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)精度將受到嚴(yán)重影響，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)效率大打折扣。智能自動(dòng)化控制技術(shù)在冶金儀表中的應(yīng)用使這一問(wèn)題得到有效解決，以冶金儀表硬件設(shè)施的抗干擾設(shè)計(jì)為例，儀表設(shè)計(jì)人員首先考慮信號(hào)傳輸設(shè)置與干擾源之間的距離問(wèn)題，為了保證儀表的監(jiān)測(cè)精度，設(shè)計(jì)人員在信號(hào)傳輸導(dǎo)線與干擾源之間設(shè)置了安全距離，比如當(dāng)傳輸電壓為220V 時(shí)，50 安培電流的最小距離應(yīng)當(dāng)保持在460mm，數(shù)據(jù)傳輸才不會(huì)受到影響。信號(hào)傳輸系統(tǒng)與電力線之間最小間隔距離如表1 所示。

表1 信號(hào)傳輸系統(tǒng)與電力線之間最小間隔距離

在設(shè)計(jì)冶金儀表軟件時(shí)，設(shè)計(jì)人員也著重考慮儀表的抗干擾功能，比如MCU 內(nèi)部程序受到外界干擾最為嚴(yán)重的是EPROM 程序空間，當(dāng)該程序受到電磁波干擾后，儀表指針將失去控制，導(dǎo)致儀表的監(jiān)測(cè)功能喪失。因此，設(shè)計(jì)人員在ROM 內(nèi)寫(xiě)入跳轉(zhuǎn)指令的二進(jìn)制代碼，然后再寫(xiě)入EPROM 程序代碼，這就有效解決了指針失控的問(wèn)題，儀表軟件的抗干擾能力也得到大幅提升。

2.3 數(shù)據(jù)測(cè)量功能

由于冶金企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模不同，因此，冶金生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量也存在較大差異，對(duì)于大型冶金企業(yè)來(lái)說(shuō)，引進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備種類(lèi)、型號(hào)較多，這就導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)流程將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而過(guò)去的冶金儀表由于存儲(chǔ)量小，導(dǎo)致數(shù)據(jù)測(cè)量功能喪失，一些關(guān)鍵指標(biāo)無(wú)法得到有效監(jiān)控，進(jìn)而埋下了重大的安全隱患。而智能自動(dòng)化控制技術(shù)介入之后，冶金儀表的智能中樞系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間不斷增大，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能夠及時(shí)存儲(chǔ)在系統(tǒng)空間當(dāng)中，這就使得冶金儀表能夠?qū)Ω黜?xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量和分析，進(jìn)而對(duì)冶金生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)控，有效避免了安全事故的發(fā)生[2]。

3 冶金儀表智能自動(dòng)化控制技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度大幅提升

過(guò)去的機(jī)械式冶金儀表的監(jiān)測(cè)偏差較大，尤其在檢測(cè)高爐爐溫、風(fēng)溫、爐頂壓力等參數(shù)指標(biāo)時(shí)，由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有誤，出現(xiàn)爐溫與風(fēng)溫超高或者超低的極端現(xiàn)象，以至于給正常的生產(chǎn)作業(yè)流程造成嚴(yán)重影響。而冶金儀表智能自動(dòng)化控制技術(shù)能夠有效提升數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)精度，這主要是由于系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置了微型計(jì)算機(jī)，等同于給系統(tǒng)安裝一個(gè)智能人工大腦，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)智能大腦處理后，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度將大幅提高，生產(chǎn)工作效率也將超過(guò)1兆赫茲以上。比如在設(shè)置冶金儀表的主時(shí)鐘時(shí)，一般一個(gè)周期設(shè)置為一毫秒，第一條操作語(yǔ)言需要五個(gè)字節(jié)，這樣一個(gè)周期下來(lái)，所消耗的時(shí)間僅僅為幾秒鐘。

另外，隨著數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展，冶金儀表的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換功能逐步得到優(yōu)化和完善，由于儀表監(jiān)測(cè)的模擬量已經(jīng)事先存儲(chǔ)在內(nèi)部?jī)?chǔ)存器當(dāng)中，而在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，在與監(jiān)測(cè)模擬量進(jìn)行比對(duì)后，冶金儀表可以在最短的時(shí)間內(nèi)，完成對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理過(guò)程。近年來(lái)，我國(guó)在冶金儀表研發(fā)領(lǐng)域，逐步向精細(xì)化、智能化方向過(guò)渡，其中最具代表性的冶金儀表包括材料分析精密儀、力學(xué)性能測(cè)試儀、無(wú)損檢測(cè)裝置、多用熱值測(cè)定儀等，目前，這些智能化儀表被廣泛應(yīng)用于冶金生產(chǎn)領(lǐng)域，并收到了較為理想的應(yīng)用效果，并且儀表的監(jiān)測(cè)精度完全能夠滿足正常的冶金生產(chǎn)過(guò)程的需要。

3.2 監(jiān)測(cè)誤差大幅縮減

過(guò)去，冶金儀表的測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度較低，測(cè)量誤差較大，而且受到外界干擾較為嚴(yán)重，這就給正常的生產(chǎn)作業(yè)流程造成不利影響，甚至給冶金企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著自動(dòng)化技術(shù)、智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，冶金儀表的智能自動(dòng)化控制水平大幅提升，進(jìn)而縮減了儀表的測(cè)量誤差，同時(shí)，抗干擾能力不斷增強(qiáng)，能夠有效抵御冶金生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生的電磁、電波等干擾源。

比如以熱電偶儀表為例，由于這種儀表抗震性能好、測(cè)量精度高、測(cè)溫范圍大，因此，適用于測(cè)量高爐爐溫。過(guò)去，熱電偶常常受到外界電磁波的干擾，導(dǎo)致溫度超出測(cè)量范圍，當(dāng)溫度越過(guò)臨界點(diǎn)以后，就會(huì)出現(xiàn)非線性變化，進(jìn)而影響正常的生產(chǎn)作業(yè)流程，甚至造成生產(chǎn)中斷。而智能自動(dòng)化控制技術(shù)能夠有效調(diào)節(jié)測(cè)量溫度，即便測(cè)量值超出了熱電偶的溫度臨界點(diǎn)，智能自動(dòng)化系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)發(fā)生預(yù)警信號(hào)，在這種情況之下，操作人員可以隨時(shí)調(diào)整熱電偶的程序參數(shù)，使溫度監(jiān)測(cè)誤差得到有效控制。

3.3 監(jiān)測(cè)范圍得到拓展

過(guò)去，冶金儀表的測(cè)量范圍往往局限于爐溫、風(fēng)溫、壓力以及液位等方面，忽略了生產(chǎn)工序開(kāi)始前的一些檢測(cè)項(xiàng)目，導(dǎo)致生產(chǎn)人員盲目的投入到生產(chǎn)作業(yè)當(dāng)中，不僅消耗了大量能源，同時(shí)，使生產(chǎn)效率大幅降低。而冶金儀表智能自動(dòng)化控制技術(shù)的介入，使儀表的監(jiān)測(cè)監(jiān)控范圍得到進(jìn)一步拓展，尤其在事前防范方面，借助于智能自動(dòng)化控制技術(shù)，可以對(duì)生產(chǎn)前的一些監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行必要的監(jiān)視與測(cè)量。比如智能化水分檢測(cè)儀，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出冶金產(chǎn)品中中含水量的高低，如果含水量過(guò)高，超出國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)禁該產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)流通環(huán)節(jié)。如果含水量符合國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，則可以正常進(jìn)入市場(chǎng)銷(xiāo)售環(huán)節(jié)，這就避免了中間繁瑣的審核程序，進(jìn)而促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升[3]。

4 冶金儀表智能自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展前景

近年來(lái)，我國(guó)的冶金行業(yè)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭，而冶金儀表智能自動(dòng)化控制技術(shù)功不可歿，隨著社會(huì)與時(shí)代的進(jìn)步，智能化自動(dòng)控制技術(shù)也日漸純熟。在未來(lái)發(fā)展進(jìn)程中，該技術(shù)也必將朝著智能化、高效化、精準(zhǔn)化、高集成化方向發(fā)展。比如對(duì)PLC技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化，使冶金儀表的監(jiān)測(cè)精度更高，測(cè)量誤差更小。再比如對(duì)傳感技術(shù)的進(jìn)一步完善，首先，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)冶金儀表的性能進(jìn)行等級(jí)劃分，使每一個(gè)等級(jí)的性能都能夠與每一道生產(chǎn)工序相匹配，通過(guò)修改寫(xiě)入程序，優(yōu)化傳感器性能，使冶金儀表的最大化價(jià)值在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中得到切實(shí)體現(xiàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

冶金儀表在冶金生產(chǎn)過(guò)程中肩負(fù)著數(shù)據(jù)測(cè)量、分析、計(jì)算等功能，現(xiàn)場(chǎng)操作人員可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)作業(yè)流程與生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，使單位時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)效率得到提升。與此同時(shí)，由于冶金儀表智能自動(dòng)化控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，操作人員能夠隨時(shí)查找出生產(chǎn)過(guò)程中的不足與存在的問(wèn)題，進(jìn)而將安全事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)。由此可以看出，智能自動(dòng)化控制技術(shù)為冶金生產(chǎn)企業(yè)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，也為冶金企業(yè)生產(chǎn)效益的提升注入了源源不斷的驅(qū)動(dòng)力。