摘要：阐述了下世纪初叶冶金自动化装备在系统技术、检测仪表、人工智能应用和电力电子技术等方面的发展趋势，提出了发展和促进我国冶金自动化装备技术和工程承包能力的对策。
关键词：21世纪　冶金自动化　发展　对策
　　自本世纪60年代冶金自动化装备问世以来，取得了极其迅猛的发展。特别是80年代种类繁多的PLC和DCS的出现，冶金自动化装备的可靠性和实时性，可操作性和可维护性都得到极大的改善。方便的软件编制和友好的人机界面，不断提高的性能价格比使冶金自动化装备技术得到极快的推广和使用。从单元控制装置、单体设备自动化以至于全线的自动化系统和全厂全公司的生产管理的控制系统遍布冶金工业的各个工艺流程。冶金自动化装备技术的发展与应用推广，使冶金产品的质量和冶金生产线的作业率获得极大的提高，新产品、新工艺的开发周期大为缩短，获得了极其显著的经济效益。在我国冶金工业产量已基本满足，主要是增加品种和改善质量的发展期，冶金自动化就变得更为重要，并且提出了更高要求。我国冶金自动化行业也从普及发展阶段进入提高阶段，要加强适应于冶金自动化需求的软硬件产品的开发，着力发展具有自主产权的产品和成套工程应用技术为主的高技术产业，减少对国外技术的依赖性。
　　自90年代以来，随着电子技术、计算机技术、电力电子技术和检测技术的不断发展和普及，冶金工艺和自动化更加密切的结合，冶金自动化装备技术必将得到进一步的发展和提高。
1　自动化系统技术发展
　　纵观自动化系统的发展方向是集成化和彻底的开放。70年代PLC和DCS系统问世以来，有了极其迅猛的发展，已经成为自动化系统的主流产品，但是各个厂家的PLC产品和DCS产品都属于专用的系统，有各自的总线标准和通信标准及系列产品，编程软件和运行支持软件，开放性较差，致使用户长期依赖某一厂家的产品，这严重损害了用户的利益，用户要求是开放的、多厂家产品的集成。在这种形热下，以PC(个人计算机)为基础的分布式控制系统及现场总线正在崭露头角，进军工业自动化的领域。
　　在开放和集成这两个方面，目前流行的PLC和DCS系统同以PC为基础的分布式控制系统是无法相比的，PC开放的体系结构和无与伦比的市场占有率，使之吸引了全世界几乎所有著名的电子产品制造商和计算机软件制造商，形成了产值达上百亿美元PC机制造业和几百亿美元的软件产业，形成了极其强大的市场产品支持和技术支持。
　　近几年来，PC机技术迅速地渗透到工业控制领域，PC机在工控领域的角色已由最初的人机界面工业过渡到已可以覆盖从现场设备的I／O、基础自动化、过程控制直至生产控制和生产管理的全部工厂自动化领域。美国最早引入PLC进行生产过程控制的通用汽车公司从1994年起采用基于PC技术的控制系统逐步淘汰其PLC系统，这也表明以PC为基础的控制系统已经得到了用户的认可。
　　开放的PC总线导致了丰富多采的种类繁多的硬件模板的产生，用于数据采集与控制的板级产品已几乎可以覆盖所有用户需求。新一代PC的总线如PCI、EISA、微通道等提供了更高性能，并为一些小型计算机厂商所采用，如DEC公司的α机。开放的PC总线的产品是以通用商品OEM的方式向市场供货，因而它比专用性的PLC或DCS产品有更高的性能价格比。
　　PC开放的软件结构和日趋标准化的软件生产方式，使得高性能多用户的软件产品层出不穷，如动态数据交换DDE，对象的链接和嵌入PLE。开放的数据库结ODBC、远程过程调用RPC、32位机的多用户多任务操作系统等已为系统集成提供了可供充分选择的基础软件。
　　在工程工具一级，越来越多的第3方软件公司为工业控制提供了控制算法、控制器编程手段、组态工具和数据管理、专家系统直到CIMS等不同层次的软件产品，这些软件大都具有开放的软件结构，为二次开发与软件系统集成提供极其便捷的途径，同OEM硬件产品一样，第3方软件产品较某一硬件设备厂家提供的专用软件有着更高的性能价格比。
　　PC机大受欢迎的另一个重要原因是开放的联结，进入90年代后，PC的联网已成为PC的最基本能力之一，基于PC的网络产品极大地丰富，为用户使用多家的产品集成自己的系统提供了可靠保证。
　　当然PC本身也在吸收PLC和DCS产品的特点，在框架结构、防尘、抗干扰等方面不断改进和提高，在用户强烈要求开放和集成的推动下，以PC为基础的分布式控制系统逐步取代目前流行的PLC和DCS成为发展趋势。
　　支持集成和开放发展的另一个重要方向是现场总线。现场总线是一种彻底开放的现场设备网络，它试图用数字化通信代替4～20mA的连接标准，现场总线下连接的检测控制装置对于工艺设备具有控制、报警等多种功能。
　　通过两根网络线能把来自不同厂家的数量庞大的传感器、执行器、回路调节器和其它仪表连接起来，实现数据交互，极大地简化了集中式控制系统的走线，降低了系统造价，提高了工程进度和系统的可靠性。
　　由于基于现场总线的控制系统是一种更加分散的控制结构，连接现场总线上的多个厂家产品具有互操作性，导致控制系统的结构发生重大变革，如图1、图2所示。


　　以PC为基础的分布式控制系统，不仅可以取代PLC或DCS实现基础自动化级控制，而且由于客户和服务器结构模式的出现，各种档次PC机既可以作为服务器也可以作为客户机，形成按区域或流程的PC机群，通过网络构成管理和控制一体化的信息系统，不仅实现企业内部的互连和信息交换，而且可以同客户、管理部门、金融业等信息系统互连形成广泛化的信息系统。

2　检测仪表的发展
　　检测仪表的种类不断增加，特别是用于质量检测的仪表如铁水定硅、定硫探头，钢水的定碳、定磷、定氧、定氮探头，型钢尺寸检测仪，钢板涂油层厚度仪，钢板表面缺陷检测仪，板、管超声探伤仪，线棒椭圆度仪，激光测厚仪等专用仪表增加较快。新一代的检测仪表主要特点是智能和数字。这些检测仪表均是以微型计算机为核心，可以自动校零、线性化、补偿环境因素变化，配置图形显示装置，直观表达测量的结果。存储瞬变信息和历史数据，自测试、自诊断甚至包括模型运算和人工智能的应用，如测量冷轧钢板表面缺陷的检测仪采用了BP神经元网络技术。在一次检测技术方面，超声波、微波、激光等新技术大量被采用。这些新型的仪表被采用，使自动控制的精度得到进一步提高，如采用激光测速仪可以实测轧制过程的前滑量，用激光测速仪检测平整机的延伸率可以获得很高精度，使延伸率控制性能得到极大的改善。
　　检测仪表的智能化、数字化，使检测仪表同控制装置可以实现网络的连接，采用现场总线，实现多方向、多变量的数据通信，替代传统的单变量、单方向的直接输入、直接输出的模拟或离散的装置，实现EIC(电控、仪表、计算机)一体化是发展的必然趋势。
3　人工智能技术的应用
　　本世纪末和下世纪初在自动控制理论和方法方面主要的发展方向是人工智能技术的应用。
　　人工智能技术主要是神经元网络、模糊控制、专家系统及其相结合的智能控制系统，近年来已在冶金自动化中得到了多方面的应用。仅日本应用的实例就超过百件，德国Krupp-Hoesch钢铁公司的Westfaien钢厂应用神经元网络改进数学模型，取得了明显的经济效益，尺寸偏差减少12%。如在轧制过程自动化方面，传统的轧制过程数学模型是以轧制力为中心，以一组数学物理方程描述轧制过程。轧制工况是多样化的，影响轧件质量的因素众多，并且有些工况参数不能直接地或连续地检测，具有边界约束条件的数学物理方程虽然对轧制过程有一个相当近似的描述，但还不能完整精确地表达轧制过程，存在着固有的误差。采用人工智能技术如人工神经元网络，通过采集实测数据来观察工艺过程，积累经验，并且将以前只有人才能掌握的经验融入计算过程，就能弥补常规数学模型的不足，它的学习功能不断适应设备的实时状态。单纯的采用人工智能技术为基础的的数学模型有点像魔术师的黑盒子，采用人工智能同传统数学模型相结合的组合模型侧重于工艺过程内的各种分析关系式，易于操作者和工艺技术人员接受和使用。来自常规数学模型中先前的经验不是丢弃，而是通过算法模型和神经元网络之间的协作关系全部并入组合模型之中，通过这种方法使设定精度得到了提高。在厚板质量工程设计中，以订单为基础制定轧制过程中生产工艺和工艺参数的专家系统，轧机液压压下故障在线实时诊断的专家系统，连轧机组负荷分配的专家系统都得到了应用。采用模糊逻辑对于实测数据进行评价和判断，对于传感器的状态进行在线实时诊断都取得了良好的效果，人工神经元网络还应用于轧件板形识别，多辊轧机的板形控制等。
　　在焦化、烧结、炼铁、炼钢各个工艺流程同轧制过程相比，物理化学的变化更为复杂。连续有效的直接过程检测仪表也不如轧制过程的检测齐全。因此，在冶炼过程控制数学模型方面还远达不到板带轧制过程数学模型的精度。在这些工艺流程方面应用人工智能技术更加迫切和必要，在国外已进行了有益的尝试。
4　电力电子的技术发展
　　由于大规模和超大规模集成电路的迅猛发展，使微细加工技术和高电压、大电流技术相结合，产生了新一代的电力电子器件，如IGBT、IGCT等。功率半导体技术同计算机技术相结合，将为电能的产生、运输、分配、消费等各个环节提供优化的设计与应用。作为冶金自动化最重要和最广泛使用，以电机为中心的电气传动执行机构是电力电子应用技术的核心装置，正在朝着节能、节电、一体化及智能化的方向发展。
　　电气产品的体积、重量随着供电频率的增加，与供电频率平方根成反比地减少。如果将传统的整流设备更新换代为高频的“开关电源”式整流