試論自動化網絡控制技術在我國冶金工業中的應用

杜平先

（云南恒豐工程建設監理有限公司，云南 楚雄675000）

0 引言

冶金工業生產過程主要包括選礦、燒結、高爐、轉爐、軋鋼等環節，不僅生產過程繁雜，技術要求較高，而且生產過程中產生的高溫、高輻射以及粉塵等會對企業員工的身心健康造成較大危害，并且在有些工序或者生產環節，僅僅靠人力是無法完成的。因此，在冶金工業中，必須要大力運用生產自動化控制技術，借助于工業以太網實現各生產環節及系統之間的有效聯結，以促進我國冶金工業的快速健康和可持續發展。

就自動化生產控制系統而言，網絡技術承擔著“中樞神經”的功能。借助于網絡，人們可以把冶金工業中所有支持網絡的生產設備連接起來，不僅可以有效傳輸各種生產數據，而且可以加強對冶金工業生產的控制，提高冶金工業的生產效率。在當前國內外冶金工業生產自動化控制系統中，出現了很多網絡技術的應用，在提高冶金工業自動化控制方面發揮了重要作用。但是，無論是哪種網絡類型，實際上都是以某一種計算機接口和計算機網絡協議為基礎的。其中，以太網是當前應用最廣泛的計算機網絡技術。以太網具有很多明顯優勢，主要包括：廣泛的技術支持、費用比較節省、信息傳輸速率高。因此，充分利用以太網的這些優勢，就可以有效構建起高效、開放、穩定的冶金工業自動化網絡控制系統。

1 當前我國冶金工業中自動化控制技術的運用情況

對于冶金企業來說，由于冶金工業的生產過程比較冗長，而且包含很多繁雜的環節，從原材料購買到生產過程，再到最后生產出合格的工業產品，其工序繁瑣，工藝過程比較復雜。因此，隨著現代信息技術和自動化控制系統的快速發展，冶金自動化技術的運用越來越廣泛。

在冶金工業中，自動化控制技術系統采用分級結構。其中，0級包括傳感器和執行器等，其主要功能是采集執行，完成物理量的測量以及控制命令的執行等；1級是基礎自動化，其主要功能是對生產工藝過程進行集中控制；2級是生產模型計算，其主要功能是對生產控制進行優化；3級是生產管理及調度系統，其功能在于協調調度，推動各工序之間的工作協同；4級是企業信息系統層。冶金工業的自動化技術系統各層面之間，通過相應的網絡構成互聯互通的有機整體。其中，在自動化控制技術系統的2級以上（含2級）層面主要采用以太網，而1級以下（含1級）一般采用專用網絡。冶金工業自動化控制技術系統各網絡間的無縫聯結是實現信息化建設的關鍵環節。只有推動冶金工業控制及管理系統的信息集成，才能使自動化控制技術落到實處，并且充分發揮其應有作用。

1.1 我國冶金工業自動化控制技術運用的基本狀況

自20世紀80年代以來，我國冶金工業逐步將自動化控制系統引入工業生產的各個環節，冶金工業的自動化控制技術得到快速發展。尤其在進入21世紀之后，我國冶金工業的自動化程度有了顯著提高，在冶金工業生產的各個工序中，自動化設備得到廣泛應用，不僅使用了先進的單機操作系統，而且構成完善的集散式分布，可以對冶金生產過程進行實時監控和調整，自動檢測設備運行情況，在出現故障時及時發出指示信號，并且可以根據生產計劃自動化運行。目前，我國大型冶金企業，例如寶鋼、武鋼等，在引進國外先進自動化控制技術及設備的基礎上，進行消化、吸收，并不斷創新，不僅使這些自動化控制技術更加符合生產需要，而且自動化水平已經逐步趕超國際先進水平。但是，應該看到，由于我國冶金工業的技術基礎比較薄弱，自動化技術水平整體不高，與國外發達國家先進的自動化控制技術相比，還存在著明顯的差距。

1.2 我國冶金工業自動化控制技術運用中存在的突出問題

（1）由于我國能源結構的不合理以及資源短缺的矛盾日益凸顯，在冶金工業生產過程中推行高效、低耗以及環境污染少的生產工藝，淘汰落后的生產設備，已經成為我國工業生產的必然要求。但是，我國冶金工業生產所需要的大型設備還需要進口，工業產品的創新不足，產品技術保障體系不夠完善。因此，自動化網絡控制技術的運用還需要進一步完善。

（2）由于冶金工業的生產過程比較復雜，自動化控制技術的數學模型適應性不足，很多引進的先進控制設備其性能沒有得到充分發揮，我國冶金工業的自動化網絡控制技術亟待進一步完善。

（3）我國冶金工業自動化網絡控制技術在性能維護以及數據分析方面還存在很多問題，自動化網絡控制技術在可靠性維護以及數據診斷分析等方面還存在著較大差距，不利于自動化網絡控制技術在我國冶金工業生產中的普遍推廣。

2 以太網控制技術在冶金工業中應用的優勢

當前國際主流自動化控制技術廠商生產的控制器都提供以太網TCP／IP接口，這是因為以太網TCP／IP技術以及協議是完全公開的，并且已經成為網絡互連的重要標準。因此，以太網控制技術在產品設計、材質選用、產品強度、可互操作性、可靠性等方面能夠滿足冶金工業的生產需要。

（1）數據傳輸率高。數據傳輸率高的特點為以太網控制技術在冶金工業中的運用奠定了重要基礎，通信速率的提高不僅可以減輕網絡負荷，而且可以顯著提高時間確定性。一般來說，10Mb／s 的 以 太 網 傳 送 1 518 字 節 需 要 用1.2s，而1 000Mb／s的以太網僅需要12μs，而隨著百兆網、千兆網的廣泛使用和萬兆網的出現，冶金工業中以太網控制技術的數據傳輸率將會更快。

（2）交互式和開放的數據存取技術。由于具有開放式和交互式數據提取及存儲技術，以太網控制系統的終端設備以及交換機端口之間可以采用全雙工通信線路，在交換機內部多對端口之間采用并行交換，這樣不僅有助于消除以太網用于工業控制時所受到的制約，滿足生產過程中實時控制的要求，而且可以支持虛擬局域網，降低組網成木，提高網絡控制的靈活性。

（3）性能可靠，維護方便。由于以太網有統一的標準以及相同的通信協議，Ethernet和TCP／IP很容易集成到信息系統。所以在設置、診斷以及維護等方面的技術比較成熟，并且已經被廣大技術人員所接受和熟練掌握。因此，以太網控制技術就為冶金工業建立公共網絡平臺奠定了基礎，并可以構成各種網絡拓撲結構，為冶金工業自動化網絡控制技術的運行提供可靠保障。例如，在網絡拓撲結構上，采用星形連接及交換式Hub，可以提供數據緩沖以及具有確定接收數據的網段智能，降低數據沖撞及重發機會。

總之，以太網技術具有高傳輸速率、高傳輸安全性和可靠性等優勢，為解決冶金工業的控制、管理以及系統集成等問題提供了強大的技術支撐。例如，ODVA（Device Net供應商協會）就已經發布了在工廠基層使用以太網服務的工業標準。可見，以太網進入工業自動化控制領域已經成為社會發展的必然趨勢。把以太網控制技術與現場總線結合起來，使冶金工業生產各環節集中到統一的自動化網絡架構中，這樣就可以顯著提高冶金工業的生產效能。

3 自動化網絡控制技術在冶金工業綜合控制中的應用

自動化網絡控制技術在冶金工業的應用，不僅可以對各生產環節進行監控、調整和檢測，及時發現故障并發出指示信號，而且可以根據要求進行自動化工作。以以太網為基礎的自動化網絡控制技術在冶金工業綜合控制中的廣泛應用，不僅可以解決冶金工業生產中的系統控制等問題，而且可以有效提高冶金工業的生產效益。

（1）構建冶金基礎自動化系統。在冶金工業中，以PLC、DCS、工業控制計算機為代表的計算機控制，是對冶金生產現場級設備的控制，構成了冶金基礎自動化系統。在這一系統中，PLC控制占據主導地位，是最基礎的自動化控制系統，其作用的發揮將會對冶金工業綜合控制系統產生直接影響。在冶金基礎自動化系統中，PLC發揮著回路控制的功能，DCS主要是用于改善順序控制功能，它們與工業控制計算機等設備構成了冶金工業生產過程中重要的基本控制系統，發揮著極其重要的作用。

（2）構建冶金生產管理控制系統。在冶金工業過程中，借助于生產管理控制系統，可以實現對冶金生產流程進行集成控制，使其在協調工序、質量監控以及在線監測等方面發揮積極作用。這是冶金工業自動化綜合控制系統的重要組成部分。因此，必須構建冶金生產管理控制系統，促進冶金生產橫向數據的集成與相互傳遞，同時推動計劃—生產—控制等縱向的信息集成。在此基礎上，整合冶金生產中的實時數據和關系數據庫，為冶金生產管理控制提供決策支持。

（3）構建過程控制系統。在冶金工業生產中，采用光機電一體化、軟測量以及數據融合數據處理等技術，以關鍵工藝參數控制、物流跟蹤、能源控制以及產品質量全過程控制為目標，實現對冶金工業流程的在線監控。通過構建過程控制系統，借助于繼電器、傳感器等設備的應用，不僅可對冶金工業進行自動檢測和控制，而且可充分實現對冶金自動化的順序控制、過程控制、傳動控制以及運動控制，有效改進冶金工業自動化系統的效能。例如，采用RCS－9600CS系列裝置來保護測控產品，具有較高的靈活度，可有效對冶金工業生產進行自動檢測和自動控制。

（4）構建企業信息化系統。建立企業信息化系統的目的在于實現信息共享，不斷提升冶金工業的制造智能，以有效實施質量管控、實時監測、生產調度等的動態管理，這樣不僅可以降低冶金工業的生產成本，而且可以做到對能源的有效管控與性能管理，為冶金工業的健康可持續發展以及冶金工業的生產和經營管理等的創新奠定堅實的信息基礎。例如，利用計算機仿真技術及其他技術實現對冶金工業生產流程的模擬，可以實現對故障分析、在線監測等多方面的智能管理，降低冶金工業的生產成本，提高企業利潤。

4 結語

在冶金工業中廣泛應用自動化網絡控制技術，不僅可以降低企業的生產成本，減少生產事故，降低企業的生產經營風險，而且有助于實現冶金生產過程的優化，提高我國冶金工業的經濟效益和市場競爭實力，這已經成為我國冶金工業發展的必然趨勢。但是，應該看到，我國冶金工業的自動化網絡控制技術起步晚，技術基礎比較薄弱，冶金工業的自動化網絡控制技術的發展面臨很多不足。因此，必須把以太網控制技術與冶金工業創新發展結合起來，推動我國冶金工業快速健康發展。

［1］張雨兵.多網絡協同控制技術在冶金自動化系統中的應用［J］.科技資訊，2012（12）.

［2］高貴敏.自動化網絡控制技術在冶金工業中的應用研究［J］.數字技術及應用，2014（6）.