有色冶金自动化技术及发展趋势.pdf

第 51 卷 第 1 期有色金属设计Vol.51 No.12024 年 3 月Nonferrous Metals DesignMar.2024收稿日期:2023-07-04作者简介:朱杰(1992),男,云南宣威人,工程师。主要研究方向:机械设备及自动化。有色冶金自动化技术及发展趋势朱杰,吕志一(昆明有色冶金设计研究院股份公司,云南 昆明 650051)摘要:文章阐述了有色冶金现状及特点,概述有色冶金自动化系统的 3 个基本组成部分:信息化系统,过程控制系统,生产管理系统。分析制约有色冶金自动化水平推进的因素,探究有色冶金工业自动化未来的主要发展趋势,包括规范化工厂,精准化控制,智能自动化,全面自动化以及网络空间安全。关键词:有色冶金;自动化;发展趋势中图分类号:TG146文献标识码:A文章编号:1004-2660(2024)01-0091-03Automation Technology and Development Trends in Nonferrous MetallurgyZHU Jie,LV Zhiyi(Kunming Engineering&Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.,Ltd.,Kunming Yunnan 650051,China)Abstract:This paper described the present situation and characteristics of nonferrous metallurgy,and outlined the three basic components of automation systems in nonferrous metallurgy:the information system,process control system,and production management system.It analyzed the factors constraining the advancement of au-tomation in nonferrous metallurgy and explored the primary trends in the future development of the industrys au-tomation,including standardized factories,precise control,intelligent automation,comprehensive automation and cyberspace security.Keywords:Nonferrous metallurgy;Automation;Development trends0 引 言有色金属冶炼是我国冶金工业重要组成部分,有色冶金工业是支持国家能源建设,国防建设,航天工程,医疗健康,精密仪器等领域发展的重要支柱产业1。有色冶金自动化是有色金属冶炼行业与自动化技术相结合的生产实践。随着国家工业现代化,有色冶金行业进一步推动自动化水平成为现代化冶金工厂的基本要求。不同于黑色冶金,由于有色金属的复杂多样性,小众性,导致有色冶金工业自动化水平参差不齐。特别是一些含量稀少的金属,冶炼条件更加苛刻,冶炼流程更加复杂,自动化进程更加缓慢。因此,提高有色冶金行业自动化水平,成为国家工业现代化不可忽视的一个推点。有色冶金行业目前的生产特点是:劳动密集型产业,需要大量生产人员,劳动力成本高,安全性及职业卫生成本高;生产效率及产品质量有可提升空间。长远看,全面提高自动化水平能有效解决上述问题,从而降低人工成本和劳动强度,提高生产效率,提高生产过程稳定性,确保产品质量稳定。系统完整、水平先进的有色冶金自动化技术,对促进我国有色金属产业高效、低碳、可持续发展具有重大的推动作用1-3。1 有色冶金自动化概述冶金自动化技术是以计算机技术、互联网技术为依托的生产控制、生产管理整合体,是传统冶金生产技术的升级结果2-3。自动化系统大致可以分为 3 个层次:过程控制系统;生产管有色金属设计第 51 卷理系统;信息化系统2-4。1.1 信息化系统数据穿插于有色冶金企业的各个方面,企业信息化是企业生产过程、生产资料、生产事务、商业经营等业务数据数字化,经信息系统加工形成新的信息的过程。信息是自动化的软支撑,是故障预警与处置,控制决策、生产管理、商业决策的基本依据。事实上,信息化系统也可以划分为3 个部分,分别对应生产、管理和商业。因此,信息化是有色冶金自动化的前提,无论是单元的控制,还是整体的生产、管理都需要部分或者大量信息的支撑。信息化的程度和质量影响着控制的精确性和决策的准确性。目前,有色冶金企业基本建立了信息化系统,积累了大量生产数据。需要提升的主要是对信息的深层次挖掘、处理及充分利用。借助信息技术的高速发展,利用新的信息技术,结合自身数据优势,提高控制与决策的质量。1.2 过程控制系统过程控制是工业生产的具体实施层面的控制,目前有色冶金行业的过程控制系统以 DCS 为代表,控制装置以 PLC 为代表,应用成熟广泛5-7。控制方法以稳健的 PID 控制为主,控制逻辑有分散式,集中式,分布式。有色冶金一般不会单一生产,会有主流产品和多种副产品,多条生产线各自运行或者关联运行。因此,分散式控制和分布式控制是最实用常见的控制逻辑。过程控制系统典型控制变量为温度、流量、压力、液位和时间等,通常需要配备员工巡视,监察。有色冶金生产过程一个典型特点是可视化差,通过传感技术进行数据采集、处理。同时,有色冶金生产往往是高温、有毒、腐蚀等工况,给人工巡检,维护带来巨大风险。从这个方面看,过程自动化是有色冶金自动化需求最高的环节。但是,过程自动化恰恰是有色冶金自动化推进最困难的环节。首先,生产环境的不规则,使得现行的很多工业自动化设备或者巡检机器人难以被应用,其次,高适应性的传感器昂贵,导致变量检测困难,成本高昂。另一个方面,由于有色金属差异性,冶炼工艺千差万别,副产品种类繁多。因此很多因素会对控制变量造成影响,而且这些变量往往是非线性变化的,这给控制模型的建立带来巨大挑战。同时,生产过程中,变量之间耦合性大,从而进一步加大了建立控制模型的难度。因此,目前大多有色冶金企业一直沿用传统、简单的、响应相对缓慢的过程控制方法。所以,如何将先进的现代化控制方法协调的融合进入有色冶金行业过程控制,是有色冶金行业能否提高自动化水平的关键,也是一个值得学者、专家深究的课题。1.3 生产管理系统生产管理系统依托于计算机硬件和管理软件,相对于过程控制来说,比较容易实现,而且与钢铁行业,化工行业等过程工业管理系统相通性较强。在功能方面,生产管理系统在信息集成与事务处理的层面较多,决策支持与动态管理控制功能不明显4。也就是说,生产管理系统主要功能仍然是生产数据集中点,以及产能、任务等基本事务的处理工具,决策终端还是人。工人依据管理系统统筹生产数据以及生产经验,评估生产质量,对生产预期,生产计划等事务做出决策,也包括对生产过程的顶层把控。2 有色冶金自动化发展趋势2.1 规范化工厂制约有色冶金工厂自动化发展的一个先天因素就是先天环境因素。也就是说,目前有色冶金工厂由于投资预算限制,先期建设能省则省,导致厂区高低不平,能用即可。自动化装备工作的一个基本要求是,场地平整,线路平直,轨迹清晰简单。这一方面来说,有色金属冶炼的下游产业更具有先天优势,比如基本型材加工成型,零部件制造加工,终点产品的组装等等,这些产业环节的厂区更加容易规范化。因此,这些后续产业链要实现自动化的可行性更强。长远考虑,做好初期顶层设计是提高自动化水平的出发点。另一方面,企业规模不大以及分散是有色冶金工业自动化技术发展的一个天然约束条件,推动行业整合升级能给自动化进程带来先天条件。2.2 精准化控制精准化控制的起点是精准的数据采集,快速的控制变量输出。精准的数据采集反馈才能形成更准确的控制输出,这依托于高精度、高适应性传感器的发展。快速的控制变量输出,能够及时调整输出偏差,能够尽量降低系统震荡,这依赖29朱 杰,吕志一:有色冶金自动化技术及发展趋势于快速高效的数据处理和控制决策。稳定高质的生产系统不仅能提高产量,还能提高产品质量,保证产品一致性。2.3 智能自动化文献8中,蔡自兴将自动化做了进一步细致划分,分别为机械自动化、电气自动化、信息自动化、综合自动化、智能自动化8。目前的有色冶金自动化是一个多层次,不同深度、相互交叉的自动化。工业智能自动化的内在逻辑应该是:物联采集数据,数据融合与处理形成信息,信息积累形成知识,知识产生智能,智能进行决策并驱动执行机构进行操作行为,操作行为产生新的数据,如此循环、优化、升级。有色冶金智能自动化的升级趋势应该是有色冶金的自身特点和实际情况与智能技术的协调融合,充分利用智能技术开发有色冶金自动化潜力,推动有色冶金行业自动化不断优化、升级。2.4 全面自动化信息化系统,过程控制系统,生产管理系统全面协调发展,强化各个自动化系统之间的协调与反馈,实现有色冶金生产连续,全流程自动化是有色冶金自动化发展新的阶段。全面的自动化才能充分发挥自动化的最大优势。2.5 网络空间安全自动化控制技术高度依赖于计算机系统,计算机是自动控制系统的大脑。一旦计算机中心出现故障,整个控制系统就会瘫痪。近些年,网络攻击事件频发,一旦被攻击成功,波及面大,破坏力强,严重威胁国家产业发展,社会经济安全9-10。因此,加强网络安全和预防是确保有色冶金自动化顺利推进的基本保障。3 结 语综上所述,有色金属冶炼在我国工业体系占有重要地位,提高有色冶金工业自动化水平能有效推动自身高质量发展,推动有色冶金行业转型升级。目前,有色冶金工业因其特殊性,自动化水平不高,自动化程度深浅不一,而且存在诸多制约因素。未来,拥有更规范的工厂,融合先进智能技术,全方位实现自动化是冶金工业高质量绿色发展的新阶段。参考文献:1周煜旋.某冶金企业钢管生产线自动化改造实现D.湖南大学,2013.2何宁.冶金自动化技术应用现状和发展趋势J.工程技术研究,2020,5(07):42-43.3李娜,李伟,许超.浅析冶金自动化技术的现状和发展趋势J.智能城市,2018,4(19):164-165.4肖本省.冶金自动化技术现状及其发展趋势探讨J.科技创新与应用,2021,11(29):142-144.5赵长春.PLC 控制系统和 DCS 技术在冶金自动化中的使用J.长江信息通信,2021,34(09):49-51.6刘星.PLC 技术在冶金自动化控制中的应用J.电子技术,2021,50(07):128-129.7吴庆华.DCS 和 PLC 控制系统在冶金自动化的应用J.电子技术,2020,49(07):54-55.8蔡自兴.人工智能在冶金自动化中的应用J.冶金自动化,2015,39(01):1-8.9周杨,黄媛媛.新形势下网络安全企业业态浅析J.信息通信技术与政策,2023,49(02):30-34.10杨朋,戴方芳.在数字化背景下网络安全呈现四大发展趋势J.通信世界,2022,890(04):29-30.39