作者：郝雅哲，女，42歲，高級工程師

收稿日期：2024-02-18

摘 要：主要闡述冶金電氣自動化相關(guān)內(nèi)容，并給出鋼鐵冶金中電氣自動化控制技術(shù)的重要性。在此基礎(chǔ)上深入闡述鋼鐵冶金電氣自動化控制技術(shù)的優(yōu)化措施。最后隨著社會的不斷進(jìn)步以及科技的飛速發(fā)展，具體探討鋼鐵冶金電氣自動化控制技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。通過上述研究，確保電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用能夠為鋼鐵冶金行業(yè)帶來全新發(fā)展機(jī)遇，大幅度提高工作效率，同時顯著降低工作風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：鋼鐵冶金；電氣自動化；控制技術(shù)

RESEARCH AND ANALYSIS OF ELECTRICAL AUTOMATION CONTROL TECHNOLOGY IN IRON AND STEEL METALLURGY

Hao Yazhe

（Hegang Xuansteel equipment Energy Department? ? Zhangjiakou? ? 075000，China）

Abstract：This paper mainly expounds the metallurgical electrical automation related content， and gives the importance of electrical automation control technology in iron and steel metallurgy. On this basis， the optimization measures of the electrical automation control technology of iron and steel metallurgy are deeply expounded. Finally， with the continuous progress of society and the rapid development of science and technology， the future development trend of electrical automation control technology of iron and steel metallurgy is discussed specifically. Through the above research， to ensure that the application of electrical automation control technology can bring new development opportunities for the iron and steel metallurgy industry， greatly improve the work efficiency， and significantly reduce the work risk.

Key words： iron and steel metallurgy; electrical automation; control technology

鋼鐵冶金電氣自動化控制技術(shù)以其高效、精確和可靠的特性，在提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低能源消耗方面發(fā)揮著重要的作用。通過引入先進(jìn)的傳感器以及控制系統(tǒng)，能夠在鋼鐵冶金各個環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動化，從而減少人為因素的干預(yù)，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

1? ? 冶金電氣自動化簡介

冶金電氣自動化通過將生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的人工操作部分轉(zhuǎn)化為自動化控制，實(shí)現(xiàn)高工作效率以及低生產(chǎn)成本的目標(biāo)，還可以減少人工失誤造成的運(yùn)行錯誤，提高生產(chǎn)裝置的安全性，并能實(shí)時監(jiān)測冶金生產(chǎn)的全過程，保證設(shè)備正常工作，提高生產(chǎn)效率。對于鋼鐵冶金廠的工作人員而言，冶金電氣自動化的實(shí)現(xiàn)可以為他們提供一個良好安全的工作環(huán)境，降低安全隱患。冶金電氣自動化主要通過電子自動化控制技術(shù)直接對冶金生產(chǎn)工藝過程操作，具體如圖1所示，無需人工操作。通過定位分析計算出所需的數(shù)據(jù)，然后結(jié)合監(jiān)控平臺的相關(guān)信號自動調(diào)節(jié)設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，使設(shè)備始終保持正常運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而提高設(shè)備運(yùn)行效率，同時保證冶金電氣自動化生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有良好的質(zhì)量。在電氣自動化控制技術(shù)方面，我國與國外優(yōu)秀的技術(shù)水平還存在差距，尤其是硬件技術(shù)方面[1]。同時，城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展與電氣控制技術(shù)發(fā)展速度不匹配，具體數(shù)據(jù)如表1所示。2019年自動化市場規(guī)模市場增速僅為1.80%，而2020年自動化市場規(guī)模市場增速下降至1.61%，進(jìn)而可以看出，我國自動化市場規(guī)模市場遭遇瓶頸。因此，未來需要不斷改進(jìn)電氣自動化控制系統(tǒng)，以滿足冶金生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

表1? ? 自動化市場規(guī)模及變化

時間 規(guī)模/億元 增速/%

2010年 1 346 -

2011年 1 541 14.49

2012年 1 422 -7.72

2013年 1 458 2.53

2014年 1 514 3.84

2015年 1 359 -10.24

2016年 1 423 4.71

2017年 1 658 16.51

2018年 1 832 10.49

2019年 1 865 1.80

2020年 1 895 1.61

2? ? 鋼鐵冶金中電氣自動化控制技術(shù)的重要性

2.1? ? 生產(chǎn)效率的提高

鋼鐵冶金是一個復(fù)雜的生產(chǎn)過程，涉及到大量的設(shè)備。借助于電氣自動化控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化管理，快速處理大量數(shù)據(jù)，減少生產(chǎn)線的停機(jī)時間，大幅度提高鋼鐵冶金廠的生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品的供應(yīng)能力，滿足市場需求。人員的疲勞、疏忽和錯誤操作是導(dǎo)致生產(chǎn)線停機(jī)的重要因素，會影響既定生產(chǎn)進(jìn)度。通過電氣自動化控制技術(shù)，可以將許多操作流程自動化，減少人為因素對生產(chǎn)造成的不確定性，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性[2]。而且，電氣自動化控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能調(diào)度，最大限度提高生產(chǎn)線的利用率。而通過精確的數(shù)據(jù)分析，可以對生產(chǎn)過程進(jìn)行細(xì)致的管理，有助于發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并針對性地進(jìn)行改進(jìn)，提高生產(chǎn)效率。

2.2? ? 質(zhì)量控制的改善

不合格品率是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，電氣自動化控制技術(shù)可以通過實(shí)時控制系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，避免關(guān)鍵參數(shù)超出規(guī)定范圍，從而降低不合格品率。而且電氣自動化控制技術(shù)可以通過實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行過程控制以及故障預(yù)警。當(dāng)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常情況或關(guān)鍵參數(shù)變化時，自動化控制系統(tǒng)能夠及時發(fā)出警報并采取相應(yīng)措施，避免質(zhì)量問題的進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.3? ? 能耗的降低

能源是鋼鐵冶金過程中的重要成本，包括電力和燃料等能源消耗，借助于電氣自動化控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對工藝的智能化控制，減少能源的浪費(fèi)，將直接降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的盈利能力。而且鋼鐵冶金是一個能耗高、排放量大的行業(yè)，對環(huán)境負(fù)荷較大，而降低能耗則可以進(jìn)一步減少煤炭、油氣等資源的開采和利用，減緩環(huán)境負(fù)荷和資源壓力。此外，通過降低能耗還能減少溫室氣體以及其他有害氣體的排放，改善大氣環(huán)境質(zhì)量，并提升企業(yè)的環(huán)保形象。在此基礎(chǔ)上，能耗的降低能夠提高鋼鐵冶金企業(yè)的資源利用率，延長資源供應(yīng)的可持續(xù)性，減少對非可再生資源的依賴。同時，通過提高能源利用效率，企業(yè)能夠在不增加資源消耗的情況下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能增長，促進(jìn)企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

3? ? 鋼鐵冶金電氣自動化控制技術(shù)的優(yōu)化措施

3.1? ? 傳感器優(yōu)化

根據(jù)具體的應(yīng)用場景，選擇最適合的傳感器類型，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，還需要選擇高精度的傳感器，并確保其輸出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。采取適當(dāng)?shù)拇胧┙档鸵颦h(huán)境變化或干擾而引起的測量誤差。具體可以通過隔離、屏蔽和濾波等技術(shù)來減少傳感器受到的干擾，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。優(yōu)化傳感器的響應(yīng)速度，使其能夠?qū)崟r快速地捕捉到細(xì)微變化，確保對冶金過程的實(shí)時控制。合理選擇傳感器安裝位置，避開影響因素，進(jìn)而保證監(jiān)測覆蓋的穩(wěn)定性。通過智能算法，如濾波、平滑和組合等，對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，去除噪聲和異常值，提高數(shù)據(jù)的可靠性。

3.2? ? 控制算法優(yōu)化

根據(jù)冶金過程的特點(diǎn)和要求，選擇最適合的控制算法，包括比例-積分-微分（PID）控制、模型預(yù)測控制（MPC）、自適應(yīng)控制等。通過實(shí)驗和模擬，對算法的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，找到最佳參數(shù)組合，其中參數(shù)優(yōu)化方法主要包括試錯法、遺傳算法、粒子群算法等。在此基礎(chǔ)上，采用模型預(yù)測控制（MPC）對未來一段時間內(nèi)的系統(tǒng)行為進(jìn)行優(yōu)化，并通過自適應(yīng)控制方法，根據(jù)系統(tǒng)的變化自動調(diào)整控制策略，提高控制的魯棒性。結(jié)合優(yōu)化計算方法，如根據(jù)預(yù)設(shè)的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，對控制策略進(jìn)行優(yōu)化，獲得最優(yōu)的控制策略，提高控制系統(tǒng)的性能。而且還可以充分利用建模技術(shù)，對冶金過程進(jìn)行建模預(yù)測，為控制算法提供更準(zhǔn)確的參考。

3.3? ? 通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

選擇適合冶金電氣自動化控制系統(tǒng)的高速可靠通信協(xié)議，如工業(yè)以太網(wǎng)等，上述協(xié)議具有高帶寬以及強(qiáng)大可靠性，能夠支持大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸需求。合理劃分網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，并根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計專用網(wǎng)絡(luò)或虛擬局域網(wǎng)（VLAN），提高通信效率。為避免網(wǎng)絡(luò)擁堵和瓶頸，可以實(shí)施分流策略，將通信流量進(jìn)行分散處理，使各個通信線路保持相對平衡。通過采用高效的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，減少通信數(shù)據(jù)的傳輸量，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。同時，采用適當(dāng)?shù)募用芗夹g(shù)確保數(shù)據(jù)的安全性。為避免因網(wǎng)絡(luò)故障而導(dǎo)致的通信中斷，可以通過雙重路徑、備份通信線路等方式，確保網(wǎng)絡(luò)的冗余和容錯能力，增強(qiáng)通信的可靠性。

3.4? ? 后期維護(hù)和優(yōu)化

定期對冶金電氣自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行全面的系統(tǒng)檢查，包括檢查設(shè)備、更換老化的部件、校準(zhǔn)傳感器和儀表等，確保系統(tǒng)的可靠性。利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)對系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，識別系統(tǒng)的潛在問題，進(jìn)而縮短停機(jī)時間，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。而且還可以對關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，提高其運(yùn)行效率和可靠性。定期升級系統(tǒng)軟件以及固件也是關(guān)鍵所在，能夠獲取最新的功能，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時，根據(jù)實(shí)際需求，安裝適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)模塊，滿足系統(tǒng)的不斷擴(kuò)展的需求。而操作人員也是設(shè)備穩(wěn)定工作的重要因素，因此需要定期進(jìn)行人員培訓(xùn)，確保維護(hù)人員熟悉系統(tǒng)的操作流程。與此同時，關(guān)注最新的技術(shù)發(fā)展趨勢，保持團(tuán)隊能夠掌握到最新操作技術(shù)，適應(yīng)不斷變化的技術(shù)要求。最后，可以積極收集用戶的反饋和需求，了解操作人員對系統(tǒng)的評價，進(jìn)而根據(jù)操作人員的反饋，及時改進(jìn)系統(tǒng)功能，提供更符合操作人員需求的解決方案。

3.5? ? 人機(jī)界面優(yōu)化

考慮操作人員的操作習(xí)慣，簡化操作流程，提供明確的指導(dǎo)信息，使界面易于操作。通過對軟件進(jìn)行優(yōu)化，提高人機(jī)界面的響應(yīng)速度，減少操作人員等待時間。在此基礎(chǔ)上，可以引入將自動化控制系統(tǒng)與智能手機(jī)終端相結(jié)合，借助藍(lán)牙技術(shù)建立通信渠道，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對自動控制系統(tǒng)的全面檢測，具體如圖2所示。而在此背景下，應(yīng)當(dāng)確保系統(tǒng)支持觸摸、鼠標(biāo)、鍵盤等多種輸入方式，使操作人員能夠根據(jù)自己的操作習(xí)慣進(jìn)行選擇。允許操作人員根據(jù)自己的喜好進(jìn)行個性化設(shè)置字體大小、顏色主題、快捷鍵等，從而滿足操作人員的特定需求和偏好。結(jié)合自適應(yīng)技術(shù)，使人機(jī)界面能夠根據(jù)操作人員的操作習(xí)慣以及上下文環(huán)境變化自動調(diào)整，提高操作人員的工作效率。為操作人員提供詳盡的幫助文檔，包括操作指南、教程、常見問題解答等，確保操作人員能夠充分理解系統(tǒng)的操作方法[3]。

4? ? 鋼鐵冶金電氣自動化控制技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

得益于人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能化與數(shù)字化將成為鋼鐵冶金電氣自動化控制的主要方向。未來的控制系統(tǒng)將更加智能化，能夠通過學(xué)習(xí)優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)自主決策，同時實(shí)現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的全面數(shù)據(jù)監(jiān)測。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用將進(jìn)一步推動鋼鐵冶金電氣自動化控制的發(fā)展。通過與各種傳感器的連接，實(shí)現(xiàn)全面的數(shù)據(jù)采集。而云計算的應(yīng)用則能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的實(shí)時處理，提供更精確、更高效的控制決策。目前自適應(yīng)控制技術(shù)能夠根據(jù)生產(chǎn)過程中的實(shí)際情況實(shí)時調(diào)整控制策略，實(shí)現(xiàn)最佳的生產(chǎn)效益。而未來的控制系統(tǒng)則會更加注重優(yōu)化算法的研究，提高能源利用效率、減少生產(chǎn)成本。虛擬仿真技術(shù)可以對生產(chǎn)過程進(jìn)行全面的仿真，提前預(yù)測生產(chǎn)過程的變化和問題，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。但是目前虛擬仿真技術(shù)并不成熟，因此未來研究方向可以重點(diǎn)放在虛擬仿真技術(shù)與鋼鐵冶金電氣自動化控制技術(shù)結(jié)合方面，從而在實(shí)際工作過程中能建立模型預(yù)測未來的趨勢。在可持續(xù)發(fā)展背景下，未來的鋼鐵冶金電氣自動化控制技術(shù)將更加注重節(jié)能環(huán)保，將會通過引入先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源資源的有效利用。同時，注重環(huán)境監(jiān)測和管理，推動鋼鐵冶金行業(yè)向綠色化、環(huán)?；较虬l(fā)展。最后，隨著自動化控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，安全與可靠性成為至關(guān)重要的考慮因素。未來的控制系統(tǒng)將更加注重安全性的設(shè)計，將通過引入先進(jìn)的防護(hù)措施，確保生產(chǎn)過程的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時，加強(qiáng)防范網(wǎng)絡(luò)攻擊的能力，確保數(shù)據(jù)的安全性。

5? ? 結(jié)束語

綜上所述，鋼鐵冶金電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠提高鋼鐵冶金的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，還可以降低人工操作的安全風(fēng)險。然而，也應(yīng)當(dāng)注意目前在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些挑戰(zhàn)，例如設(shè)備與系統(tǒng)的互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)的實(shí)時處理與分析等方面仍需要進(jìn)一步改進(jìn)。未來，可以預(yù)見鋼鐵冶金電氣自動化控制技術(shù)將繼續(xù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，為鋼鐵行業(yè)帶來更高效、環(huán)保的生產(chǎn)方式，推動整個行業(yè)蓬勃發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2]? ? 李勇龍，劉浩，汪洋.氫冶金電氣自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢研究[J].山西冶金，2023，46（11）：90-92+117.

[3]? ? 陳世彥.基于冶金電氣自動化控制技術(shù)特點(diǎn)與運(yùn)用分析[J].冶金與材料，2023，43（9）：129-131.