自动化调研报告

1、PAGE PAGE 23 NUMPAGES 24 自动化调研报告 -自动化控制系统的应用摘要自动化控制系统统应用领域广广泛，覆盖了了工业、农业业、交通、科科技、环保、国国防、教育、生生活等各方面面，在国民经经济运行过程程中发挥着不不可替代的作作用。目前，自自动化控制系系统行业的发发展水平，已已成为一个国国家科技水平平和综合国力力的重要体现现。关键词：自动化化技术；自动动控制系统；自动化控制系统统产业总体发发展综述（一)世界自动动化控制系统统产业稳步增增长据权威研究机构构Datammonitoor统计数据据，20066年世界自动动化控制系统统产业(包括括集散控制系系统和可编程程控制器两大大部分，

2、不包包括基于PCC的工业控制制系统和软件件)规模约为为125亿美美元。美洲、欧洲和亚太地区市场规模分别为37亿美元、41亿美元和47亿美元。20022006年复合增长率分别为5.8、2.3和5.3。今后几年，世界界自动化控制制系统产业仍仍将保持快速速增长态势，预预计到20111年，世界界自动化控制制系统产业规规模将达到2214亿美元元，其中，美美洲、欧洲和和亚太地区市场规模分别别达到5l亿亿美元、500亿美元和663亿美元，2200622011年复复合增长率将将分别为6.7、3.8和6.0%。(二)发达国家家高度重视自自动化控制系系统产业发展展纵观世界，经济济发达国家都都高度重视本本国自动化控

3、控制系统产业业的发展，将将其视为国家家的战略重点点之一。 欧洲地地区工业自动动化控制产业业很发达，特特别是德国大大面积推广应应用自动化测测控仪器系统统，20世纪纪90年代就就增加了3550的市场场，带动劳动动生产率增率率增长了1.9。目前前，自动化和和控制是维持持德国乃至全全欧洲汽车和和机械制造高高品质的关键键技术。在德德国汽车生产产车间里，大大量使用了现现现场总线、可可编程控制器器(PLC)、运动控制制、机器视觉觉、离散传感感器、HMII软件等最新新最先进的自自动化产品。 美国将将仪器仪表(自动化控制制系统是仪器器仪表大类产产业中很重要要的一大部分分)纳入信息息技术产业并并采取优先发发展的政

4、策，加加大战略性投投资。日本科科学技术厅把把自控测量传传感器技术列列为21世纪纪首位发展的的技术，已成成为亚洲测量量传感器生产产第一大国。（三）自动化控控制产品在节节能环保和节节约资源领域域发挥重大作作用自动化控制产品品广泛应用于于冶金、石油油、化工、建建材、机械制制造、电力、汽汽车、轻工、环环保等各行各各业，在节能能环保和节约约资源领域发发挥着重要作作用。 集散控控制系统(DDCS)是一一种分布式控控制系统，从从传统的仪表表盘监控系统统发展而来，面面向大型工业业生产领域。它它适用于电力力、化工等行行业连续性生生产过程的监监视与控制，强强调连续过程程控制精度，可可实现PIDD、前馈、串串级、多

5、级、模模糊、自适应应等复杂控制制，适用于工工艺过程复杂杂、被控设备备多、控制点点数庞大的系系统。如在火火电厂脱硫装装置中采用DDCS控制产产品对火电厂厂排放超标的的烟气进行脱脱硫处理，可可实现烟气达达标排放、保保护生态环境境以及避免人人体受到有害害气体直接或或间接的损害害。 可编程程控制器(PPLC)是一一种控制装置置，从传统的的继电器回路路发展而来，面面向一般工业业控领域。它它的发展基于于制造业的现现场设备控制制需求，强调调开关量逻辑辑控制，适用用于小型自控控场所。如在在筑物自动化化中采用PLLC系统控制制照明、供暖暖、空调，可可实现节省能能源的目的；在电站、化化工、印染和和造纸等行业业的污

6、水处理理过滤系统中中采用PLCC产品，不仅仅可提高污水水处理自动化化程度和安全全可靠性，而而且清污效果果好、排污耗耗水量少，达达到节能环保保的效果。二、关键产品市市场及技术发发展动向(一)集散控制制系统(DCCS)：信息息化、集成化化 市场快速增增长据美国Autoomatioon Ressearchh Corpp(ARC)发布的报告告预测，世界界集散控制系系统(DCSS)市场以每每年7的增增长率快速增增长，并将从从2006年年的约1255亿美元发展展到20111年的2100亿美元。尤其是亚亚洲DCS市市场需求将高高速增长，22006年亚亚洲DCS市市场销售额约约为38亿美美元，到20010年将

7、达达到60亿美美元。增长的原因主要要得益于以上上这些国家基基础设施工业业如炼油、化化工、电力、油油气、能源等等行业投资项项目的增加促促进该国自动动化工业的发发展，从而导导致对集散控控制系统的需需求大增。目前，DCS主主要集中在美美国、日本、德德国等发达国国家，如美国国霍尼韦尔(Honeyywell)、福克斯波波罗(Foxxboro)、西屋(Westiing hoouse)；日本横河电电机(YOKKOGAWAA)、日立；德国西门子子等。国内知知名的DCSS生产商主要要有：北京和和利时、浙大大中控和上海海新华控制技技术集团等。经经过近30年年的发展，集集散控制系统统已经进入第第四代。Hooneyw

8、eell公司推推出的Expeerion PKS系统统、Emerrson公司司的PlanntWeb(Emersson Prrocesss Manaagemennt)、横河河电机公司的的R3(PRRM工厂厂资源管理系系统)、ABBB公司的IIndusttrial IT系统等等都是新一代代DCS的代代表，国内的的和利时公司司也推出了自自己的第四代代DCS-MMACSSSmartppro系统。 向信息化、集集成化和开放放化方向发展展信息化计算机技术、网网络技术、通通信技术的发发展推进了DDCS的信息息化进程，信信息化已经不不是以控制功功能为主的控控制系统，而而是一个充分分发挥信息管管理功能的综综合平台

9、系统统。DCS实实现的信息化化功能主要包包括以下几方方面： SCADAA功能SCADA(SSupervvisorvv Conttrol AAnd Daata Accquisiition，数数据采集与监监视控制)功功能包括通过过各种通信协协议实现数据据采集，对各各种实时数据据、历史数据据、报警信息息、事故记录录等进行存储储，分类、综综合和显示；各种方式的的信息显示和和传送，如屏屏幕显示、远远程浏览显示示及无线终端端显示等。几几乎所有的第第四代DCSS都提供了比比较全面的SSCADA功功能。如Exxperioon PKSS中，通过DDigitaal Viddeo Maanagerr 实现图像像的传

10、输和显显示；通过DDSA（Diistribbuted Systeem Arcchiteccture）用用户可实现全全球联网；通通过HMI Web TTechnoology用用户可实现任任何位置的人人机界面的组组态；通过eeSenreer用户可以以安全地访问问过程信息，还还有远程监控控，支持无线线终端等功能能。 设备备管理和智能能维修功能 第四代代DCS通过智能能化现场信号号处理模块的的自诊断功能能实时对DCCS系统本身身的部件自动动诊断，而且且一般都提供供冗余措施，在在关键部件发发生故障时报报警并自动切切换到冗余备备件上，保证证设备正常工工作，还能通通过现场总线线技术对现场场仪表的运行行状态自

11、动诊诊断，并可实实现自动校正正，确保各变变送器和执行行器正常工作作。例如，EEmersoon公司的PPIantWWeb系统，HHonevweell公司的的AssettMan PPKS系统等等都提供了这这样的功能。 还包包括能源管理理、批处理和和配方管理、支支持开放的数数据库接口和和多种流行标标准网络接口口等功能。(2)集成化 DCSS的集成化主主要体现在功功能的集成和和产品的集成成。过去的DDCS厂商基基本是以自主主开发为主，提提供的系统也也是自己的，如如今的DCSS厂商更强调调系统的集成成性，DCSS中除保留传传统DCS所所实现的过程程控制功能之之外，还集成成了PLC(可编程控制制器)、RT

12、TU(远程终终端设备)、FFCS(现场场总线)、各各种回路调节节器、各种智智能采集或控控制单元等。此此外DCS厂厂商不再把开开发组态软件件或制造各种种硬件单元视视为核心技术术，而是对DDCS的各个个组成部分采采用第三方集集成方式或OOEM方式。 (3)开放化 随着网网络技术、数数据库技术以以及现场总线线技术的发展展，为DCSS系统的开放放创造了条件件。各DCSS厂家竞争的的加剧，促进进了细化分工工与合作，各各厂家放弃了了原来由自己己独立开发的的模式，变成成集成与合作作的开发模式式，有力地推推动了系统的的开放。DCCS的开放性性体现在与第第三方产品的的互连上，主主要体现在：在企业管理理层支持各种

13、种管理软件平平台连接；在在工厂车间层层支持第三方方先进控制产产品、SCAADA平台、MMES产品、BBATCH处处理软件，同同时支持多种种网络协议(主要是以太太网)；在装装置控制层可可以支持多种种DCS单元元、PLC、RRTU、各种种智能控制单单元等，以及及各种标准的的现场总线仪仪表与执行机机构。 3融融入现场总线线技术，打造造更完善的综综合系统 现场总总线控制系统统(FCS)作为一种双双向串行多节节点的数字通通信系统，有有很多DCSS无法比拟的的优点。有许许多专家、学学者甚至预言言现场总线控控制系统将取取代DCS，但但是由于技术术上、标准上上以及经济性性等多方面的的原因，FCCS不可能在在短

14、时间内完完全取代DCCS，所以既既要利用现场场总线技术的的先进性，又又要考虑客观观实际，目前前过程控制系系统大多采用用了将现场总总线集成于DDCS的思想想传统意义上的DDCS实现分分散控制、集集中管理，但但实际上，DDCS的控制制功能并没有有真正的分散散化，管理功功能主要是监监控和协调。因因此，在未来来的发展中，DCS将与FCS集成，充分发挥DCS的监控、管理和决策功能以及FCS的现场智能仪表的控制和通信功能，实现生产过程控制的彻底分散化、网络化，使系统配置达到最优，实现完整的控制、管理网络架构。 4中中小型DCSS需求日益扩扩大 以前DDCS主要应应用于石油、化化工、钢铁等等行业的大型型企业

15、，而众众多的中小型型企业相对而而言资金比较较紧张，也没没有必要上很很大规模的DDCS，但却却迫切需要进进行技术改造造，提高控制制系统的自动动化程度,同同样需要适合合的中小型DDCS系统。因因此，中小型型DCS市场场具有很大的的开拓空间。中中小型DCSS同大型DCCS相比，可可靠性要求没没有那么高，甚甚至可不要冗冗余；灵活性性也较大，完完全没有必要要像大型DCCS那样占用用专门的监控控室。为了占占据中小型系系统市场，目目前，国内外外不少著名的的DCS公司司都推出了自自己的中小型型DCS，如如Honeyweell公司的PPlantSScape SCADDA,国内和和利时公司的的FOCS等等。(二)

16、可编程控控制器(PLC)：高速度、大容量 市场规模不不断扩大由于全球经济快快速发展特别别是各个领域域的制造企业业的快速发展展，带来了可可编程控制器器(PLC)以及各种自自动化产品和和服务的健康康增长。据AARC发布的的报告，20006年全球球可编程控制制器(PLCC)市场约为为83亿美元元，今后五年年预计还将以以7.3的年复复合增长率增长，到20011年将达达到120亿亿美元。 20006年，PLLC的最大市市场仍在欧洲洲、中东和北北美，但亚太太地区近年来来受到了更多多的关注，快快速增长的市市场需求为PPLC产品带带来了更多的的机会和巨大大的潜力。尤尤其是中国由由于良好的商商业环境，为为全球制

17、造业业提供了投资资建厂的难得得机会。迅速速攀升的外商商在华直接投投资，以及快快速增长的中中国市场需求求也带动了中中国PLC市市场的飞速发发展。据ARRC预测，未未来5年，中中国的PLCC市场将以112.4的的年均增长率率强劲发展，中中国PLC市场规规模将由20006年的约7.5亿美元增增长到2011年年的13亿美元。 制制造业集中在在欧美日 目前，PPLC制造企企业主要集中中在欧美日等等发达国家。欧美以大中型PLC闻名，日本以小型PLC著称。美国是PLC生生产大国，有有100多家家PLC厂商，著著名的有A-B公司、通通用电气(GGE)公司、莫迪康（MODICON）公司、德州（TI）公司和西屋公

18、司等。其中A-B公司是美国最大的PLC制造商，其产品约占美国PLC市场的一半。A-B公司产品规格齐全、种类丰富，其主推的大中型PLC产品是PLC-5系列。该系列为模块式结构。德州仪器（TI）公司的小型PLC新产品有510、520和TI100等，中型PLC新产品有TI300、5TI等，大型PLC有PM550、530、560、565等系列。 德国的的西门子(SSIEMENNS)公司、AAEG公司、法法国的TE公公司是欧洲著著名的PLCC制造商。德德国西门子的的电子产品以以性能精良而而久负盛名。在在中、大型PPLC产品领领域与美国的的A-B公司齐名。西西门子PLCC主要产品是是S5、S7系列。S7系

19、列是西西门子公司在在S5系列PLLC基础上近近年推出的新新产品，其性性能价格比高高，其中S77-200系列列属于微型PPLC；S7-300系列列属于中小型型PLC；SS7-400属于中中高性能的大大型PLC。 日本的的小型PLCC最具特色，在在小型机领域域中颇具盛名名。日本有许许多PLC制制造商，如三三菱、欧姆龙龙、松下、富富士、日立、东东芝等，在世世界小型PLLC市场上，日日本产品约占占有70的的份额。 三菱公公司较早的PPLC产品是是小型机F系系列及其升级级产品F1F2系列。继F1FF2系列之后后，三菱公司司又推出FX系列和FXX2系列，在在容量、速度度、特殊功能能、网络功能能等方面都有有

20、了全面的加加强。FX22N是近几年年推出的高功功能整体式小小型机，它是是FX2的换换代产品，各各种功能都有有了全面的提提升。近年来来还不断推出出满足不同要要求的微型PPLC，如FFXOS、FFXlS、FFXON、FFXIN及系列等产品。 欧姆龙龙(OMROON)公司的的PLC产品品，大、中、小小、微型规格格齐全。微型型机以SP系系列为代表，其其体积极小，速速度极快；小小型机有P型型、H型、CCPM1A系列、CCPM2A系系列等；中型型机有C2000H、C200HHS、C2000HX、CC200HGG系列；大型型机有C10000H、CC2000HH、CV等。松松下公司的PPLC产品中中，FP0为

21、为微型机，FFPl为整体体式小型机，FFP3为中型型机，FP55FP1O、FPll0S、FPP20为大型型机。 3应应用领域不断断扩大 目前，PPLC已广泛泛应用于冶金金、石油、化化工、建材、机机械制造、电电力、汽车、轻轻工、文化娱乐等各行行各业。随着着PLC性价价比不断提高高，其应用领领域不断扩大大。如在日本本，PLC的的应用范围已已从传统的产产业设备和机机械的自动控控制，扩展到到以下应用领领域：中小型型过程控制系系统、远程维维护服务系统统、节能监视视控制系统，以以及与生活相相关联的机器器、与环境关关联的机器，而而且均有急速速上升趋势。值值得注意的是是，随着PLLC和DCSS相互渗透，两两者

22、界线日趋趋模糊，PLLC从传统的的应用于离散散的制造业向向应用到连续续的流程工业业扩展的趋势势更加明显。 4向向高速度、大大容量、多品品种方向发展展 为了提提高PLC的的处理能力，要要求PLC具具有更好的响响应速度和更更大的存储容容量。因此，向向高速度、大大容量发展是是大势所趋。目目前，PLCC的扫描速度度已成为很重重要的一个性性能指标，有有的PLC的的扫描速度可可达O1mmsk步左左右。在存储储容量方面，有有的PLC最最高可达几十十兆字节。为为了扩大存储储容量，有的的公司已使用用了磁泡存储储器或硬盘。 当前中中小型PLCC比较多，为为了适应市场场的多种需要要，今后PLLC要向多品品种方向发展

23、展，特别是向向超大型和超超小型两个方方向发展。现现已有IO点数达144336点的的超大型PLLC，其使用用32位微处处理器，多CCPU并行工工作和大容量量存储器，功功能强。同时时，小型PLLC由整体结结构向小型模模块化结构发发展，使配置置更加灵活。为为了市场需要要已开发了各各种简易、经经济的超小型型和微型PLLC，最小配配置的IOO点数为816点，以适适应单机及小小型自动控制制的需要，如如三菱公司系列PLCC。(三)现场总线线(Fielldbus)：协调共存存性、开放性性1新兴市场增增幅最大近年来，现场总总线方案呈现现快速增长趋趋势，现场总总线目前正越越来越被更多多的工业领域域中的用户所所接受

24、。根据据ARC发布布的报告，22006年全全球现场总线线市场约为88.317亿美美元，预计在在未来的5年年内，其年复合合增长率将达达到22.33，预计至至2011年年，此市场将将达到22.79亿美元元。其中，巴巴西、俄罗斯斯、印度和中中国等发展中中国家现场总总线的增长幅幅度最大。AARC的研究究报告中将亚亚洲/大洋州州地区称之为为“现场总线线增长发动机机”，年复合合增长率接近近32；报报告预测，拉拉丁美洲现场场总线增长率率，包括IEEC的多种现现场总线协议议在内，接近近34%。根据ARC的观观点，现场总总线需求全球球增长大部分分要归功于它它的强有力功功能，它们既既能实现设备备管理用上现现场数据

25、，又又能通过德国国技术监督协协会认证的现现场总线网络络实现与安全全系统的连接接和借助于OOPC等技术术实现其应用用。ARC预期，随随着厂商投资资力度的加大大，现场总线线解决方案的的功能将会扩扩大，从而使使其应用范围围更大，既能能用于规模最最大的企业，又又能作为在功功能性上发展展的有针对性性的解决方案案。 现场总线种种类和标准繁繁多由于在现场总线线技术的开始阶阶段没有一个个统一的国际际标准，各企企业和企业集集团相继开发发自己的总线线产品，制定定现场总线标标准，形成了了百花齐放的的局面。目前，世界上存存在着大约四四十余种现场场总线，如法法国的FIPP和德国西门门子公司的PProfiBuus总线，挪

26、挪威的FINNT、美国埃埃施朗(Ecchelon)公司的的LONWoorks现场场总线，德国国菲尼克斯电电气(Pheenix CContacct)公司的的InterrBus现场场总线，德国国博世(Boosch)公公司的现场CAN总总线，德国罗罗斯蒙特（RRosemoount）公公司的HARRT现场总线线，瑞士卡罗罗(Carlo Gavvazzi)公司的Dupliine现场总总线，丹麦PProcesssDataa公司的P-nnet现场总总线，PeterrHans公公司的F-Mux现场场总线，以及及ASI(AActraturSSensorInterrface)， MODDBus,SSDS，Arrc

27、net等等，还有国际际标准组织一一基金会现场场总线FE： FielldBus Foundattion，WorlldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与VontrolNet等等。这些现场总线大多用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域，大概不到十种的总线占有80左右的市场。而且，各种总线线都有其应用用的领域。比比如FF、PROFIIBUS-PA适用于于石油、化工工、医药、冶冶金等行业的过过程控制领域域；LonWorks、PPROFIBBUS-FMS、DeviieceNeet适用于楼楼宇、交通运运输、农业等等领域；DeevieceeNet、PROFII

28、BUS-DP适用于于加工制造业业，而每种现现场总线都力力图将其应用用领域扩大，彼彼此渗透。 3向向协调共存性性和开放性方方向发展 由于行行业、地域、经经济利益等多多种原因，目目前在不同领领域形成多个个颇具影响力力的总线标准准，造成在众众多领域总线线标准各异。目目前各重要制制造商，除力力推自己的总总线产品之外外，也都力图图开发总线兼兼容接口技术术，将自己的的总线产品与与其他总线连连接，在国际际标准中出现现各类总线标标准协调共存存的局面。 同时，现现场总线还有有向着开放统统一方向发展展的趋势。虽虽然这种趋势势现在看来为为时尚早，但但从用户角度度看，多种总总线并立决不不是一件好事事。由于现场场总线采

29、用完完全不同的通通信协议，要要解决这些不不同标准之间间的相互兼容容和互操作性性问题，就必必然会增加用用户的投资和和使用维护的的复杂性。统统一的TCPPIP协议议使得Intternett网络快速发发展的经验和和以太网标准准的许多进步步，使一直为为现场总线不不同协议的兼兼容问题所困困扰的工业界界看到一线希希望。许多现现场总线组织织正致力于发发展Ethernnet/IPP技术，以太太网以其廉价价高速方便的的特性被引入入底层网络，不不仅方便现场场层、控制层层和管理层在在垂直面的集集成，更能降降低在水平层层面的集成成成本。当然，要要使工业以太太网最终成为为统一的总线线标准还有许许多技术问题题有待解决(如

30、总线供电电、本征安全全等)。 4高高速现场总线线的设计和开开发成为竞争争焦点 现场总总线技术发展展体现在两方方面：一是低低速现场总线线领域的发展展和完善；二二是高速现场场总线技术的的发展。目前，现场总线线产品主要是是低速总线产产品，应用于于运行速率较较低的领域，对对网络的性能能要求不是很很高。高速现现场总线主要要应用于控制制网内的互连连，连接控制制计算机、PPLC等智能能程度较高、处处理速度快的的设备以及实实现低速现场场总线网桥间间的连接，它它是充分实现现系统的全分分散控制结构构所必需的。到到目前为止，这这一领域还比比较薄弱。因因此，高速现现场总线的设设计、开发将将是竞争十分分激烈的领域域，这

31、也将是是现场总线技技术实现统一一的重要机会会。而选择什什么样的网络络技术作为高高速现场总线线的整体框架架将是其首要要内容。三、自动化控制制在工业中的的应用石油化工自动化化技术的应用用石油化工工业自自动化技术随随着工艺和装装备技术的不不断发展而发发展，从初期期简单的手工工操作到连续续工艺及负荷荷不断加大，对对生产稳定性性要求越来越越高，对控制制的要求及自自动化水平也也越来越高，仪仪表使用越来来越普遍，从从简单回路的的闭环控制到到单元装置的的全面自动化化，使用的控控制工具也从从气动单元组组合仪表、电电动单元组合合仪表到DCCS的广泛应应用；控制水水平也从单参参数简单控制制回路到多变变量复杂控制制回

32、路，先进进控制系统、优优化控制系统统在各种场合合都有成功应应用的典范。 （1）现场总线（fieldbus）是应用于生产现场，在现场仪表（包括变送器、执行器、记录仪，单回路调节器、可编程序控制器等）之间、现场仪表和控制设备之间实现全数字化、串行、双向、多变量数字通信的网络互连技术。它的出现，给工业控制技术领域产生了非常大的影响。虽然现场总线国际标准IEC61158包含了FF、Profibus、ControlNet、WorldFIP、P-NET等在内的八种类型（现已增加到十种类型）的现场总线，没有实现它最初的“制定单一现场总线”的目标，同时也宣告了多种现场总线并存的局面已经形成。但与现有的DCS、

33、PLC等相比，现场总线控制系统FCS由于具有的全数字多点通信、现场设备状态可控、开放性、互可操作并能实现分散控制等特点，仍然是石油化工行业基础自动化系统的发展趋势。 （2）现场总线与DCS相结合将现场总线技术集成到现有控制系统中，将现场总线智能仪表连接到DCS上，利用DCS丰富而成熟的控制功能和软、硬件产品带动现场总线的推广应用。一般来讲，现场总线与传统控制系统之间的集成主要有三种途径：一是现场总线在DCS、PLC的I/O层次上的集成，现场总线设备作为I/O卡件集成在DCS、PLC中；第二是现场总线集成在DCS、PLC网络上，现场总线设备通过网关集成到DCS、PLC上，统一组态、监控与管理；第

34、三则是独立FCS与DCS、PLC之间的信息集成，即FCS与DCS、PLC都独立工作，两者之间通过网关实现信息的映射与互访。在目前传统控制系统仍在大量使用的情况下，以上几种方法不仅可以利用DCS、PLC成熟的技术与经验，也可以发挥现场总线的优势。 同时，在现场总线推广应用的基础上，逐步完善管控一体化功能。利用现场总线的全数字通信功能，收集现场智能设备所提供的大量非控制信息，建立现场智能设备数据库，建立和完善现场智能设备的远程状态监控、故障诊断、预防维护、在线调校等远程管理功能，实现对现场设备的一体化管理与控制。（二）钢铁过程自动化技术随着经济的迅猛猛发展及激烈烈的市场竞争争，我国正经经历从一个高

35、高速增长期到到以科学发展展观统领钢铁铁工业发展的的转轨过程。转转变增长方式式、结构优化化调整成为了了行业中心，任任务特别是在在面临世界金金融危机的形形势下，加速速淘汰落后生生产能力，加加快提升科技技开发与创新新能力，发展展循环经济，降降低消耗，降降低成本，生生产适销对路路、市场急需需的产品已成成为发展的重重要特征。正正是基于这种种特定变化的的市场环境的的压力，以及及发展的技术术环境驱使，近近年来，作为为钢铁业发展展重要技术支支柱的自动化化系统，也有有许多变化与与提高。在钢钢铁过程自动动化系统的技技术组成中，包包含的内容很很多，这里就就检测技术、控控制技术、系系统化技术等等方面展开，它它们是钢铁

36、过过程自动化系系统的基础和和核心，从而而也映射了系系统总体的现现状与发展动动向。2.1 检测测技术 1、应用现状状生产过程的检测测传感技术的的发展，源于于生产过程质质量、能耗、环环境和安全等等的需求推动动，而应用的的检测技术也也给钢铁生产产过程的控制制和产品质量量提供了坚实实的技术保障障。毋用置疑疑，给予检测测技术推动的的发展有很大大影响的是市市场对生产过过程需求的变变化。近年来来，除了原来来用于过程控控制的检测外外，很明显地地加强了对产产品（包括中中间产品）的的缺陷等质量量的检测、原原材料的检测测、环境安全全检测，其中中大部分以信信息反馈的方方式进入了自自动化系统。钢钢铁生产过程程中过程检测

37、测技术在系统统中所起的作作用与地位示示意如图1所所示。粗线箭箭头代表现在在主要的信息息流向，细线线箭头为辅助助流向而虚线线箭头为今后后传感信息。图1 钢铁生产产过程中过程程检测技术作作用与地位过程控制检测钢铁过程检测有有许多对象，其其绝对量检测测有：温度、尺尺寸等如下表表所示：表一：钢铁过程程检测过程检测以以基本状态量量的检测为基基础。它体现现了系统对象象的能观性，也也对应了系统统的能控性。因因此，检测技技术对控制系系统有很强的的制约，它直直接关系到系系统能够实现现的自动化水水平。系统对对象的检测，考考虑了两个部部分，即被控控对象及其环环境。如：轧轧制过程在线线连续测量轧轧件尺寸的能能力和水准

38、，决决定了轧制可可控程度和质质量。热轧过过程测量是在在相对高的振振动和高温、水水流、氧化层层粉层等干扰扰下实现的。钢钢材轧制过程程中红外温度度扫描和成像像，CCD钢钢板宽度测量量和板头尾形形状测量技术术的开发极大大提高了轧制制过程的自动动化水平。而而轧制过程热热轧板形控制制和控轧控冷冷技术将温度度测量要求在在恶劣的环境境下扩展到多多点、动态、高高速和高精度度水准。 （2）关于于表面、内部部缺陷检测钢铁生产过程涉涉及到产品质质量方面。从从表面缺陷、甚甚至是表面微微细缺陷的检检测到内部缺缺陷的检测。如如：铸坯表面面缺陷检测识识别、板材的的平直度、凸凸度检测，涂涂镀产品覆层层检测到管、线线、型材等产

39、产品表面缺陷陷的在线检测测和各种新型型的高分辨率率的表面缺陷陷检测和针孔孔检测，进而而到以值测量仪为为代表的钢材材内部质量检检测技术的应应用过程，充充分反映了对对产品质量检检测要求的深深化。（3）关于在线线的原材料质质量检测钢铁生产的过程程控制，既要要考虑原材料料是正常质量量的情况，又又要防止不能能应对或无法法预期的原材材料变化和缺缺陷的发生。因因此，除具备备了烧结矿、煤煤、焦水份的的红外、微波波、中子射线线检测、煤灰灰份检测、铁铁水硅、硫成成份分析检测测外，作为在在线的原材料料质量检测，重重要的是硅钢钢板的硅素含含有率的检测测等。（4）关于环境境安全的检测测钢铁生产过程，严严格控制有碍碍于环

40、境安全全的有害物质质的泄漏与排排放。避免造造成不良甚至至于严重后果果。因此，关关于环境安全全的检测是必必须的。目前前有:烧结过过程粉尘排放放量、成份检检测、高炉GGAS回收量量和成份检测测、焦炉GAAS回收量和和成份检测、冶冶炼过程粉尘尘排放量和GGAS成份检检测、加热炉炉排放废气成成份检测、酸酸洗涂镀等废废液排放检测测、水循环和和排放的水质质检测等。2、发展动向（1）从使产品品质量稳定化化发展到使产产品高质量化化这是持续性开展展的方向。伴伴随IT技术术的进展、传传感器的高性性能化、数据据处理的高速速化，对应于于检测需求的的高层次化，使使以往不能达达到的检测水水准现在则有有可能达到。其其中，引

41、人注注目的是广泛泛应用图象化化处理方法。2.2 控制技技术1、应用现状在钢铁过程自动动化中，除了了顺序控制外外，最广泛采采用的基础控控制是作为经经典控制的前前馈（FF）/反馈（FBB）（如下图图所示）或其其组合方式的的实用控制和和以模型为基基础的高级控控制术在钢铁铁过程的控制制中起着极其其重要的作用用。图2 转炉炼钢钢厂锅炉汽包包水位的自动动控制（前馈馈/反馈控制制）为保证炼钢生产产的需要，在在生产中常采采用前馈/反反馈调节自动动给水系统，经经过无数次的的调改调节参参数，系统中中配上一些报报警连锁装置置，最终确保保安全生产的的需要！（1）前工序过过程由于能控性受制制于能观性的的原因，目前前，高

42、炉、转转炉的模型均均多为操作指指导模型，特特别是高炉为为大规模非线线性系统，应应用控制理论论的建模工作作极其困难。大大致经历了两两个阶段：首首先，通过从从过程机收集集的数据，借借助于数学模模型，计算出出反映高炉炉炉况的指标，从从而为高炉炉炉长提供高炉炉运行状态指指导高炉操作作的Go-SStop系统统；其次，综综合了专家的的实践经验和和有关理论研研究，通过AAI技术与信信息处理来对对炉况的现状状、未来趋势势作出预报、给给出最佳操作作方针以达到到指导高炉炉炉长对高炉冶冶炼过程的控控制。如今，已已普遍采用专专家系统进行行高炉的生产产支持系统和和借助于经验验的智能型炉炉况诊断系统统。炼钢过程程以转炉吹

43、炼炼为中心，通通过吹炼模型型的高级化控控制工程网版版权所有，提提高了钢水温温度、成分命命中率和缩短短处理时间。（2）轧钢工序序过程线性近似的轧制制压力与轧机机刚度静态模模型与近似电电气、液压系系统及张力发发生机构动特特性的动态模模型的组合来来描述。板厚厚及张力控制制可通过应用用最优控制、鲁鲁棒控制等技技术来实现。多多变量控制技技术应用于热热轧活套器存存在的板张力力与活套量（活活套高度）的的变量耦合情情况以及应用用于冷轧板形形的轧制力变变化补偿、轧轧辊温度凸度度补偿及辊磨磨损补偿的情情况。另外，模模型预测控制制也应用于热热轧薄板的蛇蛇行控制而基基于混合系统统（HBS）模模型技术用来来改善热轧板板

44、的宽度控制制等。（3）连续处理理线工序除连续涂镀线实实现了全线的的速度与张力力控制外，还还进行把控制制技术与操作作诀窍结合的的涂层智能（AAI）的应用用等。即由于于实际生产中中，存在炉内内辐射热使带带钢温度测量量困难且又无无法测定合金金状态的情况况下，建立并并应用融合以以操作人员的的诀窍（Knnowhow）为为准则的智能能控制提高了了成品收得率率。2、发展动向（1）以实现高高质量、多品品种、短交货货期、稳定化化生产为目标标需求的控制制技术开发仍仍是主线。主要特点为：通过控制与操作作经验结合来来克服过程非非线性问题。为为克服非线性性，考虑与操操作经验诀窍窍的结合问题题。即以控制制理论为核心心的控

45、制技术术不仅通过调调整系统的动动态特性取得得提高质量和和收得率的实实效，而且还还把操作技能能纳入技术体体系，这给新新产品的量产产化带来了希希望。与相关关领域的合作作，不仅要有有系统控制技技术与检测领领域的合作，而而且要在计算算机能力不断断提高的背景景下，通过与与智能技术、过过程解析技术术、材料科学学等多领域的的合作控制工工程网版权所所有，来开创创自动化的新新局面。（2）以“在线线最优化”为核心的过过程控制鉴于大量数据的的在线实时处处理已成为现现实，钢铁业业正着力研究究基于大规模模数据的高水水准建模技术术及控制技术术来实现在线线最优化。由由于IT技术术的高速发展展，不仅使原原来高速响应应困难的模

46、型型预测控制等等最新控制理理论在钢铁业业的应用出现现了转机。经经由网络大规规模采集的现现场数据挖掘掘的知识发现现，为结构优优化创造了条条件。以过程稳定、技技术经济指标标为目标，对对关键工艺参参数在线连续续检测基础上上，综合利用用预测技术及及在线仿真来来进行多变量量最优化及实实现工序间最最优化，而基基于可视化技技术与基于大大量数据的信信息趋势引导导技术支持稳稳定化生产。（3）期盼突破破高炉过程自自动化的难点点高炉是钢铁过程程自动化的最最难点，国内内外正着力沿沿着从操作指指导半自动化全自动的途途径缓缓前进进。虽然炉顶顶装入物控制制及热风炉燃燃烧控制等也也能部分自动动化，但把握握高炉整体的的生产控制

47、关关键是高炉整整体过程模型型及基于检测测高炉底部反反应状况及现现象解析的传传感器与模型型的开发。而而通过智能控控制与实用控控制结合等手手段，来实现现广义的钢铁铁生产过程的的高性能闭环环控制则也是是可实施途径径。即基于用用户知识库的的闭环控制系系统，以实现现配料、焦比比、碱度、喷喷吹等目标的的在线控制。它它将进一步降降低人为因素素对高炉操作作的负面影响响，使高炉运运行更加科学学合理。（4）节能降排排对控制技术术的需求高炉进行高效率率生产（包含含环境对策）、余余压发电控制制技术的开发发；转炉进行行面向节能、再再循环的控制制技术开发。通通过吹炼模型型的高级化削削减合金铁、副副原料成本，减减少渣量；通

48、通过转炉炉压压的适正化，提提高工厂内再再循环转炉CCO煤气的回回收量。诸如如：根据外扰扰推定观察器器的应用来降降低炉压变动动量，或从生生产数据分析析建立最佳炉炉压设定值模模式方法等。（5）轧钢控制制重心转移向向材质性能控控制轧钢控制重心，从从以往的外部部尺寸规格控控制逐渐转移移到关心生产产好材质的控控制系统来。当当然，关于尺尺寸规格控制制也会要求愈愈来愈严，仍仍需要持续性性不断改善。另另一方面，更更要关注材质质的生产问题题。试用基于于模型的最优优化和数据库库等直接控制制材料的耐力力与强度等机机械特性。例例如：包括在在线冶金模型型、与基于材材质性能预测测的钢板材质质控制系统等等，而以热轧轧带钢力学性性能预报模型型及其在线应应用技术广受受关注。它不不仅对有效余余材充当满足足客户需求，缩缩短交货期，降降低库存、加加快资金周转转有积极意义义，而且为更更灵活地组织织生产提供了了崭新的手段段，被认为是是实现动态生生产控制的关关键技术之一一。2.3 系统化化技术如何选择系系统构成要素素：计算机、控控制器、网络络、传感器、执执行器、信息息软件/控制制软件、人机机界面等，集集成构建成自自动化系统才才能达到所期期望的目标要要求？这