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摘要：本文针对自动化仪表在钢铁工业中的应用与发展进行讨论,并说明了自动化仪表的应用对钢铁工业发展所具有的重要意义,分别从智能控制IC技术、开放式控制OCS技术、分布式控制DCS技术、集成式CIMS技术等几个方面,详细阐述了自动化仪表在钢铁工业中具体应用的实现,最后展望了自动化仪表在钢铁工业中的发展趋势,以期为钢铁工业同行提供相关参考。
关键词：自动化仪表;钢铁工业;工业自动化;发展趋势
随着社会经济和科学技术的进步与发展，社会各个领域加大了对钢铁工业的关注程度，并开始积极探索自动化仪表在钢铁工业领域的应用。钢铁工业在科学技术的助力下，逐渐开始步入了自动化控制阶段，自动化仪表设备的使用，不仅有利于提高生产效率，而且有助于监督和管理各项生产活动，保障各项生产的安全性。研究和分析自动化仪表在钢铁工业中的应用，并预测未来自动化仪表的发展趋势，对于其在钢铁行业中的发展有深远意义。
一、钢铁工业自动化概述
(一)钢铁工业自动化特征
钢铁工业自动化在提升生产效率、减少能源消耗以及改善产品质量方面起着重要作用。钢铁工业自动化特征主要体现在：第一，检测仪表具有耐高温属性，同时还能在震动和粉尘环境内工作；第二，可以进行复杂周密的控制；第三，生产过程为连续与顺序控制相结合的批量生产；第四，具有较强的灵活性和适应性。
(二)自动化仪表的基本组成
自动化仪表指的是用来测量、计算物理量、物性参数等的设备。比如压力表、显微镜等都属于仪器仪表。自动化仪表具有自动控制、数据处理以及信号传递等功能，同时还能改善和拓展人的官能。一些仪器仪表可以测量到人的感官所无法感受到的物理量，比如磁强针等。通常情况下，自动化仪表由传感器、变送器、显示器三个部门组成。传感器可以借助信号来检测模拟量，变送器可以将模拟信号转变为一定范围的电流信号，并且将其传送至可编程序控制器中。显示器可以直接显示测量结果，用自动化仪表进行监测，不仅测量精准，及时清晰的显示测量结果，而且操作起来非常简单。正是由于自动化仪表的这些优势，使其能够在工业生产中的得到普遍应用。自动化仪表内自带微机接口，是自动化控制系统的关键部分，在自动化控制系统中起着重要作用。常见的自动化仪表有温度仪表、流量仪表以及压力仪表等。
(三)自动化仪表在钢铁工业中的应用意义
信息时代背景下，网络技术、自动化仪表等快速发展，对工业自动化生产和管理有重要推动作用，促使钢铁行业进入到新的发展阶段。2011年至2015年期间，我国仪表市场发展快速，拥有广阔的应用领域，仪器仪表应用较为迫切的领域包括钢铁、电力、煤炭化工等行业。这些工业的新建工程项目比较多、规模比较大，对自动化仪器设备的应用需求相对较大，在生产经营中，不仅要配备大量的自动化仪表与控制系统，而且还要进行技术改造，需要替换大量的旧型仪表。经过几十年的发展，自动化仪表从最初的气动转变为电动，从现场控制转变为中央控制室控制。随着科学技术和自动化仪表的发展，钢铁工业生产逐渐实现了自动化，并且不断迈向新高度。由此可见，自动化仪表的应用对钢铁工业发展有着重要意义。如图1所示。首先，自动化仪表的应用有助于提升钢铁行业的生产管理效率。在钢铁工业中，应用自动化仪表能够更好的控制生产活动的各个环节，而且自动化仪表向电动方向转化，促使钢铁工业生产质量和生产效率的提升，推动钢铁工业走向自动化和智能化。其次，自动化仪表的应用有助于提升钢铁行业的标准化水平。在钢铁工业中应用自动化仪表，可以检测钢铁生产质量，及时发现和剔除不符合生产标准要求的产品，在提高钢铁生产质量的同时，还能够促使钢铁行业更加标准化和规范化。最后，自动化仪表的应用有助于提升钢铁工作监控效率。通过自动化仪表设备的应用，能够将钢铁生产过程中严格监控不规范行为，并且发现生产中出现的异常数值，提高钢铁生产的安全性。钢铁工业中应用自动化仪表，从现场控制转为中央控制，有助于监控效率的提高，从而更好地把控钢铁生产的各个环节，推动钢铁工业自动化生产迈向新的高度。
二、自动化仪表在钢铁工业中的具体应用
现阶段，自动化仪表在钢铁工业中的具体应用通过智能控制IC技术、开放式控制OCS技术、分布式控制DCS技术、集成式CIMS技术来实现。具体示意如图2所示：
(一)智能控制IC技术
该技术在自动化仪表中起着关键作用。钢铁工业生产具有规模大、速度快、持续性等特征，传统控制技术难以有效控制大规模生产，也不能保证生产速度，存在明显不足。但是职能控制IC技术能够统筹专家系统等多种控制系统，并且根据钢铁生产需要进行合理的配置。该技术可以根据钢铁生产设计方案、仪表设备和质量诊断过程中的数据，确定出针对性较强的数值，相关工作人员可以根据具体的数值来调整生产方案，更好的控制产品质量，进一步推动钢铁工业发展。
(二)开放式控制OCS技术
开放式控制系统作为新的结构体系，能够反映内部管理与外部信息之间的交换更加频繁，促进多种信息资源更好的沟通。在钢铁工业生产中应用自动化仪表，仪表中的OCS技术能够有效控制管理系统，并且通过互联网技术来处理生产环节出现的网络问题。开放式控制OCS技术在计算机的帮助下，可以系统控制钢铁生产设备，并且控制钢铁经营生产过程与决策流程，及时发现问题并且第一时间利用互联网解决，促进生产现场仪表控制更加准确，使得钢铁工业各个控制室之间的设备有机联系起来，实现现场测量与现场控制一体化。
(三)分布式控制DCS技术
钢铁工业在应用分布式控制系统的过程中，主要是通过一台中央计算机来控制和指挥若干台现场控制计算机，或者对其他单元进行智能化控制。通常而言，分布式控制系统可以是多级的，借助计算机控制器，能够集中监控和管理钢铁工业生产的各个环节，通过操作、控制等方式，提高在线控制水平，最大化的优化管理质量。另外，分布式控制系统还可以统一控制和管理生产计划，实现对整个生产过程的合理调度，并进行统计管理。
(四)集成式CIMS技术
在钢铁工业生产中应用计算机集成制造系统，可以将生产过程、经营过程、生产管理等联系起来，对原料进场、生产以及后续的营销等方面实现一体化控制。当前我国钢铁企业基本实现了生产经营过程的一体化控制，但是从整体发展水平看，这种一体化控制模式存在信息资源共享不够充分等问题。所以，要想提高钢铁企业的生产经营效率，提高信息资源共享效率，有效控制和减少能源消耗，促使钢铁企业的资金更好的周转起来，钢铁工业相关工作人员应当加强生产经营过程的管理，不断提高钢铁企业的市场竞争力。钢铁工业生产是一个复杂而冗长的过程，主要生产工序包括选矿、高炉以及轧钢等。钢铁工业产品生产过程中，会出现大量的高辐射和粉尘，而且生产环境内的温度较高，会影响钢铁工作人员的身体健康，甚至会给钢铁工作人员的人身安全造成危害。因此，为了保障钢铁工业生产的顺利开展，在钢铁工业发展中要积极应用大量的自动化仪表，在提高生产质量和生产效率的同时，也能够确保钢铁工作人员的人身和财产安全。但是从当前自动化仪表的应用情况看，我国钢铁工业中应用的自动化仪表具有很大差异。一些大型的钢铁企业资金雄厚，所应用的自动化仪表是从国外引进的成套或者部分先进仪表设备，具有较高的技术水平。而一些中小型钢铁企业资金有限，只能根据自身发展情况和资金状况购买一些国内自制的自动化仪表，技术水平相对较低。不过近年来我国钢铁企业进行了重新组合，构建了大批配套的先进设备，从整体上提高了钢铁工业的自动化控制水平。其中自动化仪表包含多种自动控制系统，拥有智能化控制技术以及现场总控技术等。不过部分技术缺乏完整性，伴随科学技术的发展，还需要进行不断的提升。
三、自动化仪表在钢铁工业中的发展趋势
(一)智能控制与先进控制结合
在钢铁工业中，智能化控制系统的应用，主要体现在钢铁企业的操作人员将程序输入到控制系统中，从而完成相关操作。实际上，这种发展模式和管理模式较简单，相关工作人员只要能灵活掌握设备的操作方法和操作步骤，即可完成相应操作。因此，智能控制技术得到了钢铁工业的普及性应用，并且在钢铁工业发展中起到了明显效果。比如，我国某钢铁企业在应用自动化仪表设备时，通过智能控制系统与现代化控制模式的结合，对钢铁工业生产管理工作起到了重要的推动作用，促使两种控制模式的优化发展。由此可见，在钢铁工业生产中，通过合理利用智能控制和先进控制，将二者有机结合起来，充分发挥这两种控制系统的优势，推动钢铁行业的全面健康发展。
(二)设备管理与维护诊断结合
在应用自动化仪表的过程中，要重视维护和检修工作。不过以往钢铁工业生产中却忽视了这一点，在实际应用过程中，一些工作人员不重视对自动化仪表设备的诊断，也没有对其进行定期维护，导致自动化仪表出现了各种各样的问题。钢铁工业应用自动化仪表设备的过程中，将其与诊断系统有机结合起来，促使自动化仪表在运行中自动检测，一旦发生设备故障第一时间发出异常信号，相关工作人员根据设备发出的信号位置开展维修工作。同时，诊断系统能够自动记录下维修数据，如果后期出现同一种问题，系统会根据维修数据和维修方案给予最有效的维修方式，不仅能减轻维修人员的工作量，而且还能提高维修质量和维修效果。比如，我国某钢铁企业在生产过程中，将诊断系统与自动化仪表结合起来，借助识别技术等，及时监测仪表故障，有效提高了故障检测结果的准确性。此外，诊断系统能够实现动态检测，实时自动化仪表设备的运行状态，能够快速发现仪表设备的故障问题，不仅显著减少了设备维修成本，而且提高了生产效率。
(三)系统开发与现场总线控制
现场总线控制系统是一个统称，主要包括利用现场总线控制技术设计而成的各种自动控制系统。比如德国公司的现场总线等。这些系统涵盖多个子系统，子系统具有较强的独立性，而且彼此之间是可集成的。现场总线控制系统作为自动化控制系统，具有开放性、分散性、数字化等特征，各个子系统在钢铁生产过程中能够互相操作。目前市场上的现场总线控制系统有不同的生产厂家，不仅能够促使各种自动化系统集成，而且还能促使生产现场、仪表设备与企业系统管理层保持联系。在钢铁行业发展过程中，该系统具有广泛的应用空间，能够涵盖钢铁工业生产的所有环节，比如选矿、高炉、轧钢等工序中，应用现场总线控制技术能够提高控制系统的自动化水平，使得控制系统具有精确性高、拓展性好以及集成度高等特征。钢铁工业生产过程中，将自动化仪表系统与生产设备结合，能够对整个生产过程进行总线控制，促使生产设备更加智能，显著提升钢铁工业生产的智能化控制水平。未来钢铁工业自动化发展中，自动化仪表会利用计算机、通信等技术，自动接收生产过程中的仪表数据，并且将这些数据及时反馈给中央控制系统，中央系统根据具体的数据信息对总线控制进行优化和完善。钢铁企业在进行总线控制系统的创新时，相关工作人员应当重点分析和研究自动化仪表的数值，将其作为生产方案制定的参考，进一步提高钢铁工业生产效率。
(四)开发专业用途仪表
从经营管理模式上分析，钢铁行业的生产经营模式与其他行业存在很大差异。在生产管理过程中，钢铁企业不仅要高度重视仪器设备维护和产品生产经营等方面，而且要根据实际管理需求应用各种仪器设备和生产技术，从而更好的满足钢铁工业发展要求。众所周知，钢铁工业进行生产活动的空间温度较高，还会产生一定的震动和粉尘，需要精准测量出各项生产要素，保障钢铁工作人员的人身财产安全。但是普通的智能化温度仪器难以完成这项工作。所以，钢铁企业相关部门要积极应用自动化仪表，根据钢铁工业生产和发展实际，对其进行优化设计，不断提高自动化仪表的适应能力，从而更好地满足钢铁企业生产对仪表的需求。现阶段国内一些生产厂家开发出多种特殊仪表和专用仪表，比如涡流式、红外线、激光式检测仪表等，一些仪表已经应用到工业实验和工业生产中。但是目前国内研制的专用检测仪表不管是品质上，还是实用性上，都无法满足钢铁企业生产需求。因此，钢铁企业相关管理部门要充分利用信息技术等，将先进技术融入自动化仪表设计中，并且积极与研发部门、技术专家等进行沟通和交流，为钢铁工业生产研发出高质量、适应性强的自动化仪表，大力推进其应用进程，在钢铁工业生产中精准测量高温度生产要素，进一步提高仪表设备的应用效果，进而提升钢铁工业自动化生产管理水平。
(五)推进控制软件工程化
我国钢铁企业在生产经营过程中，纷纷进行技术改造，应用了大量的DSC系统，但是对智能控制与先进控制的应用比较少。因此，为了加大DSC系统的应用，将其功能潜力和价值充分发挥出来，提高计算机控制效果，需要深入研究基础应用，积极开发和设计应用软件，进而提升DSC系统的应用水平。
四、结束语
综上所述，随着科学技术的飞速发展，信息技术在自动化设备中得到了广泛应用，相应的自动化设备也应用到各个领域。在钢铁工业生产与发展过程中，自动化仪表具有重要作用，将其应用到钢铁工业生产过程中，不仅能提高生产质量和生产效率，而且还能提高工业生产的标准化水平，为钢铁工作人员提供安全保障，促进钢铁工业更快更好地发展。在实际应用过程中，自动化仪表不断发展变化，使其能够更好地适应工业发展需求。在未来发展中，自动化仪表的应用，也能够促使智能控制与先进控制结合，设备管理与维护诊断结合，系统开发与现场总线控制结合，并且根据钢铁工业生产与发展需求，不断开发专业用途仪表，并推进控制软件工程化，显著提升DSC系统的应用水平。除此之外，钢铁行业的相关管理人员要加强生产管理，科学分析自动化仪表的应用优势，创新绿色环保的生产模式，推动钢铁工业向着环境友好型发展。
作者:韩绍庆 单位:本钢板材股份有限公司
