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 任德祥 （1941-）教授級高工，中國自動化學(xué)會常務(wù)理事、過程控制專業(yè)委員會副主任委員、儀表與裝置專業(yè)委員常務(wù)理事。教育部流程工業(yè)綜合自動化重點實驗室學(xué)術(shù)委員會委員及工程專業(yè)教育論證專家委員會委員。先后在冶金部西南鋼鐵研究院、鞍鋼、寶鋼工作。長期從事IT自動化領(lǐng)域系統(tǒng)的研究、開發(fā)、設(shè)計與工程投運工作，歷任項目組長、自動化部副部長、自動化研究所所長及寶信軟件顧問專家等職；主持領(lǐng)導(dǎo)過寶鋼一期、二期國家重點工程的自動化系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試、投運、功能考核、投運工作；以及寶鋼若干重大信息管理系統(tǒng)、自動化技術(shù)創(chuàng)新的研發(fā)項目的規(guī)劃、決策與領(lǐng)導(dǎo)工作。曾為”九五”國家863流程工業(yè)CIMS主題專家組成員。

1 引言

    進入21世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟發(fā)展需求的變化以及激烈的市場競爭格局，我國正經(jīng)歷從一個高速增長期到以科學(xué)發(fā)展觀統(tǒng)領(lǐng)鋼鐵工業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)軌過程。轉(zhuǎn)變增長方式、結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整成為了行業(yè)中心，任務(wù)特別是在面臨世界金融危機的形勢下，加速淘汰落后生產(chǎn)能力，加快提升科技開發(fā)與創(chuàng)新能力，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，降低消耗，降低成本，生產(chǎn)適銷對路、市場急需的產(chǎn)品已成為發(fā)展的重要特征。正是基于這種特定變化的市場環(huán)境的壓力，以及發(fā)展的技術(shù)環(huán)境驅(qū)使，近年來，作為鋼鐵業(yè)發(fā)展重要技術(shù)支柱的自動化系統(tǒng)，也有許多變化與提高。在鋼鐵過程自動化系統(tǒng)的技術(shù)組成中，包含的內(nèi)容很多，這里就檢測技術(shù)、控制技術(shù)、傳動技術(shù)、系統(tǒng)化技術(shù)等方面展開，它們是鋼鐵過程自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，從而也映射了系統(tǒng)總體的現(xiàn)狀與發(fā)展動向。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展動向

2.1 檢測技術(shù)

2.1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

    生產(chǎn)過程的檢測傳感技術(shù)的發(fā)展，源于生產(chǎn)過程質(zhì)量、能耗、環(huán)境和安全等的需求推動，而應(yīng)用的檢測技術(shù)也給鋼鐵生產(chǎn)過程的控制和產(chǎn)品質(zhì)量提供了堅實的技術(shù)保障。毋用置疑，給予檢測技術(shù)推動的發(fā)展有很大影響的是市場對生產(chǎn)過程需求的變化。近年來，除了原來用于過程控制的檢測外，很明顯地加強了對產(chǎn)品（包括中間產(chǎn)品）的缺陷等質(zhì)量的檢測、原材料的檢測、環(huán)境安全檢測，其中大部分以信息反饋的方式進入了自動化系統(tǒng)。鋼鐵生產(chǎn)過程中過程檢測技術(shù)在系統(tǒng)中所起的作用與地位示意如圖1所示。粗線箭頭代表現(xiàn)在主要的信息流向，細線箭頭為輔助流向而虛線箭頭為今后傳感信息。
 

                       圖1   鋼鐵生產(chǎn)的過程檢測技術(shù)作用與地位

    （1）過程控制檢測

    鋼鐵過程檢測有許多對象，其絕對量檢測有：溫度、位置、位移、速度、尺寸（長度、寬度、厚度）、形狀、重量、流量、濃度等，這些量的檢測雖然是“老生常談”，但隨著時代的技術(shù)，進步其內(nèi)涵或精度、穩(wěn)定性都有很大變化和提高，并且對應(yīng)于各工序單元有重點檢測內(nèi)容，如表1所示。

    過程檢測以基本狀態(tài)量的檢測為基礎(chǔ)。它體現(xiàn)了系統(tǒng)對象的能觀性，也對應(yīng)了系統(tǒng)的能控性。因此，檢測技術(shù)對控制系統(tǒng)有很強的制約，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的自動化水平。換句話說現(xiàn)代的鋼鐵產(chǎn)品制造水平與自動化系統(tǒng)的最基礎(chǔ)技術(shù)— 檢測技術(shù)的水平是密不可分的。系統(tǒng)對象的檢測，考慮了兩個部分，即被控對象及其環(huán)境。如：軋制過程在線連續(xù)測量軋件尺寸的能力和水準(zhǔn)，決定了軋制可控程度和質(zhì)量。熱軋過程測量是在相對高的振動和高溫、水流、氧化層粉層等干擾下實現(xiàn)的。鋼材軋制過程中紅外溫度掃描和成像，CCD鋼板寬度測量和板頭尾形狀測量技術(shù)的開發(fā)極大提高了軋制過程的自動化水平。而軋制過程熱軋板形控制和控軋控冷技術(shù)將溫度測量要求在惡劣的環(huán)境下擴展到多點、動態(tài)、高速和高精度水準(zhǔn)。

                       表1   工序過程重點檢測對象一覽表
 

    （2）關(guān)于表面、內(nèi)部缺陷檢測

    鋼鐵生產(chǎn)過程涉及到產(chǎn)品質(zhì)量方面。從表面缺陷、甚至是表面微細缺陷的檢測到內(nèi)部缺陷的檢測。如：鑄坯表面缺陷檢測識別、板材的平直度、凸度檢測，涂鍍產(chǎn)品覆層檢測到管、線、型材等產(chǎn)品表面缺陷的在線檢測和各種新型的高分辨率的表面缺陷檢測和針孔檢測，進而到以δ值測量儀為代表的鋼材內(nèi)部質(zhì)量檢測技術(shù)的應(yīng)用過程，充分反映了對產(chǎn)品質(zhì)量檢測要求的深化。

    （3）關(guān)于在線的原材料質(zhì)量檢測

    鋼鐵生產(chǎn)的過程控制，既要考慮原材料是正常質(zhì)量的情況，又要防止不能應(yīng)對或無法預(yù)期的原材料變化和缺陷的發(fā)生。因此，除具備了燒結(jié)礦、煤、焦水份的紅外、微波、中子射線檢測、煤灰份檢測、鐵水硅、硫成份分析檢測外，作為在線的原材料質(zhì)量檢測，最引人注目的是硅鋼板的硅素含有率的檢測等。

    （4）關(guān)于環(huán)境安全的檢測

    鋼鐵生產(chǎn)過程，嚴(yán)格控制有礙于環(huán)境安全的有害物質(zhì)的泄漏與排放。避免造成不良甚至于嚴(yán)重后果。因此，關(guān)于環(huán)境安全的檢測是必須的。目前有:燒結(jié)過程粉塵排放量、成份檢測、高爐GAS回收量和成份檢測、焦?fàn)tGAS回收量和成份檢測、冶煉過程粉塵排放量和GAS成份檢測、加熱爐排放廢氣成份檢測、酸洗涂鍍等廢液排放檢測、水循環(huán)和排放的水質(zhì)檢測等。

2.1.2 發(fā)展動向

    （1）從使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定化發(fā)展到使產(chǎn)品高質(zhì)量化

    這是持續(xù)性開展的方向。伴隨IT技術(shù)的進展、傳感器的高性能化、數(shù)據(jù)處理的高速化，對應(yīng)于檢測需求的高層次化，使以往不能達到的檢測水準(zhǔn)現(xiàn)在則有可能達到。其中，引人注目的是廣泛應(yīng)用圖象化處理方法。

    （2）從宏檢測到微檢測

    目前，傳感器的大部分是用所發(fā)現(xiàn)的有關(guān)要求指標(biāo)的確切可代用指標(biāo)作為目標(biāo)值嵌入到微系統(tǒng)。而代用指標(biāo)多數(shù)是黑匣子的宏參數(shù)，只有獲得更多具有更深、更正確的信息或知識才有利于明確判斷。因此，使檢測手段的發(fā)展轉(zhuǎn)向取得微參數(shù)，旨在通過把握現(xiàn)象本質(zhì)的應(yīng)對，使產(chǎn)品更具有確實的質(zhì)量與可靠性。

    （3）從點檢測到多維檢測

    事物具有全息性。但目前有關(guān)質(zhì)量的認識，往往是感性的東西很多。而如內(nèi)部組成之類的現(xiàn)象自身，往往是復(fù)雜的，存在好多無法用單一的物理量表現(xiàn)的情況。即如光、超聲波、電磁。那樣檢測手段一般也限定感度和性能所能夠達到的范圍。因而，補充它們測定的界限則是物理的、數(shù)理的模型和積累的經(jīng)驗和知識，就是說，要力求從多個視角來補充或綜合，這樣會對質(zhì)量的認識更全面、更深入，如能自如地應(yīng)用圖象信息處理等手段則必然會促進它們的應(yīng)用：如聲波CT技術(shù)應(yīng)用于高爐內(nèi)的溫度分布檢測以及通過感知數(shù)據(jù)的重構(gòu)實現(xiàn)爐況可視化，通過多點檢測進行的復(fù)雜形狀的熱區(qū)在線檢測等。

    （4）傳感檢測網(wǎng)絡(luò)化

    迄今為止的質(zhì)量管理僅限于生產(chǎn)線或工廠之中，而通過傳感檢測網(wǎng)絡(luò)化能實現(xiàn)對用戶使用中的產(chǎn)品實施質(zhì)量管理，進行劣化檢測等事項逐步成為可能。無論使用者還是生產(chǎn)者，這些信息都能得到應(yīng)用反饋。另外，資源重用化時，利用持續(xù)把握的使用數(shù)據(jù)，使進行高可靠性的再利用、再循環(huán)也成為可能。傳感檢測網(wǎng)絡(luò)使檢測手段能得到及時推廣，并使得到的信息普及知識庫化達到靈活應(yīng)用。

2.2 控制技術(shù)

2.2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

    在鋼鐵過程自動化中，除了順序控制外，最廣泛采用的基礎(chǔ)控制是作為經(jīng)典控制的前饋（FF）/反饋（FB）或其組合方式的實用控制和以模型為基礎(chǔ)的高級控制術(shù)在鋼鐵過程的控制中起著極其重要的作用。

    根據(jù)不同工藝過程的不同用途有不同類型的選擇。以建模的信息類型分，則有：實體驅(qū)動型模型及數(shù)據(jù)驅(qū)動型模型及混合型模型三類。而以軟測量、預(yù)測控制、智能控制、多變量自適應(yīng)、解耦控制等為代表的先進控制與智能控制技術(shù)和在解決鋼鐵過程的非線性、不穩(wěn)定方面得到了成功的應(yīng)用。有關(guān)鋼鐵過程控制特性及分類示意圖，如圖2所示。以下，就按該分類的三大工序過程進行闡述。
 

    （1）前工序過程

    由于能控性受制于能觀性的原因，目前，高爐、轉(zhuǎn)爐的模型均多為操作指導(dǎo)模型，特別是高爐為大規(guī)模非線性系統(tǒng)，應(yīng)用控制理論的建模工作極其困難。大致經(jīng)歷了兩個階段：首先，通過從過程機收集的數(shù)據(jù)，借助于數(shù)學(xué)模型，計算出反映高爐爐況的指標(biāo)，從而為高爐爐長提供高爐運行狀態(tài)指導(dǎo)高爐操作的Go-Stop系統(tǒng)；其次，綜合了專家的實踐經(jīng)驗和有關(guān)理論研究，通過AI技術(shù)與信息處理來對爐況的現(xiàn)狀、未來趨勢作出預(yù)報、給出最佳操作方針以達到指導(dǎo)高爐爐長對高爐冶煉過程的控制。如今，已普遍采用專家系統(tǒng)進行高爐的生產(chǎn)支持系統(tǒng)和借助于經(jīng)驗的智能型爐況診斷系統(tǒng)。煉鋼過程以轉(zhuǎn)爐吹煉為中心，通過吹煉模型的高級化，提高了鋼水溫度、成分命中率和縮短處理時間。

    （2）軋鋼工序過程

    線性近似的軋制壓力與軋機剛度靜態(tài)模型與近似電氣、液壓系統(tǒng)及張力發(fā)生機構(gòu)動特性的動態(tài)模型的組合來描述。板厚及張力控制可通過應(yīng)用最優(yōu)控制、魯棒控制等技術(shù)來實現(xiàn)。多變量控制技術(shù)應(yīng)用于熱軋活套器存在的板張力與活套量（活套高度）的變量耦合情況以及應(yīng)用于冷軋板形的軋制力變化補償、軋輥溫度凸度補償及輥磨損補償?shù)那闆r。另外，模型預(yù)測控制也應(yīng)用于熱軋薄板的蛇行控制，而基于混合系統(tǒng)（HBS）模型技術(shù)用來改善熱軋板的寬度控制等。

    （3）連續(xù)處理線工序

    除連續(xù)涂鍍線實現(xiàn)了全線的速度與張力控制外，還進行把控制技術(shù)與操作訣竅結(jié)合的涂層智能（AI）的應(yīng)用等。即由于實際生產(chǎn)中，存在爐內(nèi)輻射熱使帶鋼溫度測量困難且又無法測定合金狀態(tài)的情況下，建立并應(yīng)用融合以操作人員的訣竅（Know –how）為準(zhǔn)則的智能控制提高了成品收得率。

2.2.2 發(fā)展動向

    （1）以實現(xiàn)高質(zhì)量、多品種、短交貨期、穩(wěn)定化生產(chǎn)為目標(biāo)需求的控制技術(shù)開發(fā)仍是主線。

    主要特點為：

    ① 通過控制與操作經(jīng)驗（KNOW HOW）結(jié)合來克服過程非線性問題。

    為克服非線性，考慮與操作經(jīng)驗訣竅的結(jié)合問題。即以控制理論為核心的控制技術(shù)不僅通過調(diào)整系統(tǒng)的動態(tài)特性取得提高質(zhì)量和收得率的實效，而且還把操作技能（訣竅）納入技術(shù)體系，這給新產(chǎn)品的量產(chǎn)化帶來了希望。與相關(guān)領(lǐng)域的合作，不僅要有系統(tǒng)控制技術(shù)與檢測領(lǐng)域的合作，而且要在計算機能力不斷提高的背景下，通過與智能技術(shù)、過程解析技術(shù)、材料科學(xué)等多領(lǐng)域的合作，來開創(chuàng)自動化的新局面。

    （2）以“在線最優(yōu)化”為核心的過程控制

    鑒于大量數(shù)據(jù)的在線實時處理已成為現(xiàn)實，鋼鐵業(yè)正著力研究基于大規(guī)模數(shù)據(jù)的高水準(zhǔn)建模技術(shù)及控制技術(shù)來實現(xiàn)在線最優(yōu)化。由于IT技術(shù)的高速發(fā)展，不僅使原來高速響應(yīng)困難的模型預(yù)測控制等最新控制理論在鋼鐵業(yè)的應(yīng)用出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機。經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)挖掘的知識發(fā)現(xiàn)，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化創(chuàng)造了條件。

    以過程穩(wěn)定、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)為目標(biāo)，對關(guān)鍵工藝參數(shù)在線連續(xù)檢測基礎(chǔ)上，綜合利用預(yù)測技術(shù)及在線仿真來進行多變量最優(yōu)化及實現(xiàn)工序間最優(yōu)化，而基于可視化技術(shù)與基于大量數(shù)據(jù)的信息趨勢引導(dǎo)技術(shù)支持穩(wěn)定化生產(chǎn)。

    （2）期盼突破高爐過程自動化的難點

    高爐是鋼鐵過程自動化的最難點，國內(nèi)外正著力沿著從操作指導(dǎo)→半自動化→全自動的途徑緩緩前進。雖然爐頂裝入物控制及熱風(fēng)爐燃燒控制等也能部分自動化，但把握高爐整體的生產(chǎn)控制關(guān)鍵是高爐整體過程模型及基于檢測高爐底部反應(yīng)狀況及現(xiàn)象解析的傳感器與模型的開發(fā)。而通過智能控制與實用控制結(jié)合等手段，來實現(xiàn)廣義的鋼鐵生產(chǎn)過程的高性能閉環(huán)控制則也是可實施途徑。即基于用戶知識庫的閉環(huán)控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)配料、焦比、堿度、噴吹等目標(biāo)的在線控制。它將進一步降低人為因素對高爐操作的負面影響，使高爐運行更加科學(xué)合理。

    （3）節(jié)能降排對控制技術(shù)的需求

    高爐進行高效率生產(chǎn)（包含環(huán)境對策）、余壓發(fā)電控制技術(shù)的開發(fā)；轉(zhuǎn)爐進行面向節(jié)能、再循環(huán)的控制技術(shù)開發(fā)。通過吹煉模型的高級化削減合金鐵、副原料成本，減少渣量；通過轉(zhuǎn)爐爐壓的適正化，提高工廠內(nèi)再循環(huán)轉(zhuǎn)爐CO煤氣的回收量。諸如：根據(jù)外擾推定觀察器的應(yīng)用來降低爐壓變動量，或從生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析建立最佳爐壓設(shè)定值模式方法等。

    （4）軋鋼控制重心轉(zhuǎn)移向材質(zhì)性能控制

    軋鋼控制重心，從以往的外部尺寸規(guī)格控制逐漸轉(zhuǎn)移到關(guān)心生產(chǎn)好材質(zhì)的控制系統(tǒng)來。當(dāng)然，關(guān)于尺寸規(guī)格控制也會要求愈來愈嚴(yán)，仍需要持續(xù)性不斷改善。另一方面，更要關(guān)注材質(zhì)的生產(chǎn)問題。試用基于模型的最優(yōu)化和數(shù)據(jù)庫等直接控制材料的耐力與強度等機械特性。例如：包括在線冶金模型、與基于材質(zhì)性能預(yù)測的鋼板材質(zhì)控制系統(tǒng)等，而以熱軋帶鋼力學(xué)性能預(yù)報模型及其在線應(yīng)用技術(shù)廣受關(guān)注。它不僅對有效余材充當(dāng)滿足客戶需求，縮短交貨期，降低庫存、加快資金周轉(zhuǎn)有積極意義，而且為更靈活地組織生產(chǎn)提供了嶄新的手段，被認為是實現(xiàn)動態(tài)生產(chǎn)控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2.3 傳動技術(shù)

    作為執(zhí)行機構(gòu)的傳動系統(tǒng)在鋼鐵過程自動化中具有重要的意義。其功能直接作用于被控對象。它是控制行為的最終執(zhí)行者。同時，也是系統(tǒng)效用性的關(guān)鍵歸結(jié)者之一。鋼鐵自動化系統(tǒng)的執(zhí)行情況機構(gòu)有許多種，諸如：調(diào)節(jié)閥及其驅(qū)動、液壓伺服系統(tǒng)、電氣傳動系統(tǒng)。其中電氣傳動系統(tǒng)占有最突出的地位。

2.3.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

    由于以電力電子器件為基礎(chǔ)的電氣傳動技術(shù)的進步，使AC傳動系統(tǒng)控制的精度、響應(yīng)性、可維護性等方面的處于軋機主傳動的絕對優(yōu)勢。傳動技術(shù)的進步，包括電力電子技術(shù)、交流變頻技術(shù)、矢量控制技術(shù)等涉及執(zhí)行機構(gòu)的系列化進步和發(fā)展，以及作為執(zhí)行機構(gòu)的電氣傳動系統(tǒng)與控制器、傳感器的有效緊密配合，極大地提高了軋制過程的快速響應(yīng)性和控制精度。嚴(yán)格地說，作為一個執(zhí)行機構(gòu)整體來考慮的傳動系統(tǒng)，實際上包括有：軋機的軋輥傳動機構(gòu)和軋機電機以及供給電能并實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的控制裝置。如：軋機主傳動的機械結(jié)構(gòu)采用雙電機傳動形式，還是單電機傳動形式等會對某些性能有影響。又如：盡管軋機電機單體能具備高速響應(yīng)的性能，但在與軋輥及傳動軸組成系統(tǒng)后，由于傳動軸的扭擰，會產(chǎn)生由裝置動力學(xué)結(jié)構(gòu)與軋鋼過程本身的相互作用而出現(xiàn)的自激振動，從而使其響應(yīng)速度只能達到電機單體性能的幾分之一。然而，若進行了軸振減弱控制，則能達到與電機單體性能相近的效果。可見作為執(zhí)行機構(gòu)的傳動系統(tǒng)在作為系統(tǒng)行為的最終行為的執(zhí)行者，要考慮的技術(shù)細節(jié)是很多的。例如軋鋼設(shè)備對傳動設(shè)備有明確的性能要求，如表2所示。            

 

    主規(guī)格

    低速：100rpm以下；中速：600rpm左右；高速：1000rpm程度以上。

    小容量：75kW以下；中容量：500kW程度；大容量：1000kW程度以上。

    √代表重要性能項目

    而AC傳動技術(shù)的應(yīng)用，涉及功率開管器件的選擇與主回路組成及其控制方式的確定，除了在速度響應(yīng)、速度控制精度、轉(zhuǎn)矩平滑程度等性能指標(biāo)方面，都要滿足要求外，還有作為用戶方面的約束即要考慮：高次諧波的約束、功率的約束、運行效率約束、維護的約束。

    在鋼鐵生產(chǎn)中占重要地位的熱軋機、冷軋機的主傳動均采用AC傳動技術(shù)大大提高了執(zhí)行機構(gòu)的響應(yīng)性和控制精度。

    而電力電子器件的發(fā)展，對AC傳動有重要影響。廠家在應(yīng)用產(chǎn)品的同時，不斷推行控制的新技術(shù)。

2.3.2 發(fā)展動向

    集中體現(xiàn)在電力電子器件及其控制應(yīng)用方式上。它們的發(fā)展概況如圖2所示。

    （1）高性能、多功能化

    如提高速度和轉(zhuǎn)矩的控制響應(yīng)，速度傳感的省略，控制參數(shù)的自動調(diào)整等。

    （2）高可靠性化

    變換器的高可靠性。要求即使發(fā)生部件故障，仍然繼續(xù)運行的可能的冗余系統(tǒng)。
 

                       圖2   電力電子器件及驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展概況示意圖

    （3）小型化、高效率化、整合化

    電力電子器件的小型化、低損耗化。以及進一步將功率控制等電力電子裝置與電機整合一起。

    （4）低噪聲化

2.5 系統(tǒng)化技術(shù)

    如何選擇系統(tǒng)構(gòu)成要素：計算機、控制器、網(wǎng)絡(luò)、傳感器、執(zhí)行器、信息軟件/控制軟件、人機界面等，集成構(gòu)建成自動化系統(tǒng)才能達到所期望的目標(biāo)要求？這就是系統(tǒng)化技術(shù)面臨的任務(wù)。

    系統(tǒng)的組成涉及：要素、連接、結(jié)構(gòu)、功能、環(huán)境。其中，由于構(gòu)成要素的產(chǎn)品多樣性，以及組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的多樣性，也帶來功能分擔(dān)的合理性、多樣性。既要把握資源的有效利用率，還要考慮H/W、S/W更新會帶來的問題。“集成”雖提高了系統(tǒng)構(gòu)建的靈活性、效率性，但如何確保系統(tǒng)構(gòu)成要素配置的優(yōu)化和功能/性能的兼顧性以及使系統(tǒng)總體的性能/價格比的相對最優(yōu)？這也是系統(tǒng)化技術(shù)所要解決的問題。

2.5.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

    根據(jù)鋼鐵過程的對象類別及處理方法要點確定功能分配的原則，并按照系統(tǒng)構(gòu)成所必須遵循的效用性、經(jīng)濟性、安全性、可靠性、開放性、實時性、人機性等方面具體目標(biāo)要求進行綜合考慮。

    目前，鋼鐵生產(chǎn)過程的自動化系統(tǒng)，基本按工藝流程不同特點（即過程結(jié)構(gòu)、過程特征、控制特點、功能要求、信息處理類型）的差異決定相對成熟的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型的選擇（如有下述四種類型）。

    （1）層次型功能分散系統(tǒng)：若干計算機經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合成層次型結(jié)構(gòu)，分擔(dān)功能、負荷。

    （2）網(wǎng)型功能分散系統(tǒng)：經(jīng)由通信線路或網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)若干計算機，分擔(dān)系統(tǒng)的功能、負荷。

    （3）網(wǎng)絡(luò)化自治分散系統(tǒng)：是作為模擬生理細胞的自治性以達到自治可控性與自治可協(xié)調(diào)性的經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)若干計算機系統(tǒng)。

    （4）WEB型三層雙重化系統(tǒng)：系統(tǒng)基本由邊界服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器的三層雙重化系統(tǒng)構(gòu)成。

    而對應(yīng)鋼鐵過程自動化系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有如下選擇。

    ① 以上工序自動化系統(tǒng)構(gòu)成的具體應(yīng)用類型有:階層型功能分散系統(tǒng)和WEB型三層雙重化系統(tǒng)。

    ②軋鋼工序的自動化系統(tǒng)構(gòu)成的具體應(yīng)用類型有：階層型功能分散系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)型自治分散系統(tǒng)。

    ③處理線自動化系統(tǒng)的具體應(yīng)用類型有：階層型功能分散系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)型自治分系統(tǒng)以及WEB型三層雙重化系統(tǒng)。

2.5.2 發(fā)展動向

    系統(tǒng)化技術(shù)在進一步深化發(fā)展，它緊隨IT技術(shù)進步及系統(tǒng)對象的迫切需求而變化，其中柔性、自治性、實時性、安全性為主要趨勢。

    目前，系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，正處于一個重大變革的時代。無論是網(wǎng)絡(luò)(工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線)、控制器(PLC、DCS)、計算機（服務(wù)器）傳感器、執(zhí)行器、信息軟件/控制軟件等，其本身的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與功能都在不斷的發(fā)展與變化，而它們之間的結(jié)構(gòu)如何整合更合理？更由于傳感器與執(zhí)行器智能化的發(fā)展?fàn)縿恿丝刂萍夹g(shù)與系統(tǒng)技術(shù)之間的關(guān)系，因此，未來的變數(shù)很大。近期看，總的發(fā)展動向表現(xiàn)在以下幾個方面。

    （1）各種控制器、網(wǎng)絡(luò)向集成化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展

    控制器在強化平臺綜合集成的同時進一步推進開放化、國際標(biāo)準(zhǔn)化以及工業(yè)以太網(wǎng)，進一步與現(xiàn)場總線的融合，對系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展有很大影響。

    （2）自治分散的系統(tǒng)技術(shù)仍在延續(xù)和變異

    目前，鋼鐵企業(yè)自動化系統(tǒng)的主流，仍然是自治分散型系統(tǒng)。即類似生物體細胞自治性，即以自治可控性和自治協(xié)調(diào)性為目標(biāo)，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)連接的多計算機系統(tǒng)。

    （3）基于WEB技術(shù)應(yīng)用的系統(tǒng)技術(shù)正在發(fā)展

    由于IT技術(shù)的進步和普及，現(xiàn)在因特網(wǎng)的使用者達到很高的比例。而支持構(gòu)成因特網(wǎng)系統(tǒng)的，則是稱之為WEB服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器(DB服器)的各種服務(wù)器群，構(gòu)成該硬件與軟件的技術(shù)統(tǒng)稱之為“WEB技術(shù)”。以降低系統(tǒng)的建設(shè)費用為目標(biāo)，不僅采用通用化的PC服務(wù)器，而且使分擔(dān)功能的各層分別冗余化以提高可靠性。這樣，在成本降低的同時，使信息開放化，軟件可實現(xiàn)再利用，功能的高獨立性。雙重化結(jié)構(gòu)也提高了系統(tǒng)可靠性。目前，在鋼鐵業(yè)的應(yīng)用正在不斷深化。

3 小結(jié)

    自動化技術(shù)是“潛在的技術(shù)”。正是鋼鐵業(yè)的需求推動了它的應(yīng)用，而它的發(fā)展又促進鋼鐵業(yè)的技術(shù)進步。表3歸結(jié)了自動化技術(shù)在鋼鐵工業(yè)過程不同類型的應(yīng)用狀況。

                        表3   不同過程的相關(guān)自動化技術(shù)應(yīng)用特點比較