劉海泉

（江西銅業(yè)集團股份有限公司 貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424）

目前， 典型的冶金自動化控制系統(tǒng)按功能層次可分為過程控制系統(tǒng)、生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)、企業(yè)信息化系統(tǒng)3 個層面。其中，過程控制系統(tǒng)是其它兩個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，只有奠定牢固的基礎(chǔ)，才能將上層系統(tǒng)的作用更好地發(fā)揮出來。貴溪冶煉廠(以下簡稱“貴冶”)建廠伊始就引入當時先進的自控系統(tǒng)， 隨后一直緊跟同行業(yè)自動化應(yīng)用的發(fā)展趨勢。目前，貴冶單廠銅產(chǎn)能規(guī)模已躍居國內(nèi)第一，其自動化控制水平保持在行業(yè)領(lǐng)先水平。

1 過程控制系統(tǒng)介紹

在過程控制方面，如今以PLC、DCS、工業(yè)控制計算機為代表的計算機控制取代了常規(guī)模擬控制，已在冶金企業(yè)全面普及[1]。 近年發(fā)展起來的現(xiàn)場總線、 工業(yè)以太網(wǎng)等技術(shù)逐步在冶金自動化系統(tǒng)中應(yīng)用，分布控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)替代集中控制成為主流。在控制算法上，回路控制普遍采用PID 算法，智能控制、先進控制技術(shù)在各冶金窯爐的工藝控制方面有了初步應(yīng)用，取得了一定成果[2]。 在檢測方面，與回路控制、安全生產(chǎn)、能源計量等相關(guān)的流量、壓力、溫度、重量等信號的檢測儀表的配備比較齊全。 在過程建模和優(yōu)化方面，計算機配置率有較大幅度提高。 但是，過程計算機更多地起到了數(shù)據(jù)匯總、過程監(jiān)視和打印綜合報表的作用。由于冶金過程的復(fù)雜性，數(shù)學模型的適應(yīng)性很差，過程優(yōu)化方面的功能大打折扣。即使高價從國外引進的過程控制系統(tǒng)能充分發(fā)揮作用的也不多。

近年來，貴冶技術(shù)人員把工藝過程、數(shù)學模型、專家經(jīng)驗和智能技術(shù)結(jié)合起來，在銅冶煉、有色金屬冶煉的過程模型和過程優(yōu)化控制方面取得了一定的成果[3]，但如何保證其長期穩(wěn)定運行并推廣普及還需進一步做工作。

2 貴冶過程控制系統(tǒng)的發(fā)展階段

自1979 年投產(chǎn)至今，貴溪冶煉廠已建廠40 年，其過程自動化控制水平隨著貴冶產(chǎn)品產(chǎn)量及質(zhì)量的提高，也發(fā)生了質(zhì)的變化。該廠自動化建設(shè)共經(jīng)歷了3 個發(fā)展階段：

1)投產(chǎn)伊始。1979 年，該廠自動化儀表控制系統(tǒng)采用日本北辰公司(現(xiàn)日本橫河公司)生產(chǎn)的EK 系列Ⅱ型電動單元組合式儀表。該套儀表性能優(yōu)良，在當時國內(nèi)處于先進水平。 閃速爐模型控制系統(tǒng)采用HOC900 上位機，通過SPC 控制方式，與儀控系統(tǒng)組成了1 套先進、完整的在線式計算機控制系統(tǒng)。 在當時世界范圍內(nèi)的同行業(yè)中，僅有日本東予冶煉廠和貴冶成功應(yīng)用了這項控制技術(shù)。

2)20 世紀90 年代中期。 基于計算機、通訊網(wǎng)絡(luò)和圖形顯示技術(shù)的發(fā)展，在70 年代中期開發(fā)的DCS系統(tǒng)日臻成熟。 這一階段，貴冶的EK 系列儀表已投入運行了近十年，正處于故障高發(fā)期，維護量和維修成本大幅上升。 此時貴冶二期工程正處于初步設(shè)計階段。 貴冶充分利用1994 年閃速爐冷修時間，將主工藝線上的儀控系統(tǒng)更換成DCS 系統(tǒng)，為在貴冶二期工程中全面推廣應(yīng)用DCS 系統(tǒng)創(chuàng)造條件和積累經(jīng)驗。隨著工廠的擴建改造，相應(yīng)的儀表也進行了技術(shù)更新改造，逐步完成了從分體儀表向DCS 系統(tǒng)的升級換代，奠定了貴冶PCS 系統(tǒng)(基礎(chǔ)層過程控制系統(tǒng))的發(fā)展基礎(chǔ)。

3)進入21 世紀以來。 隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，以總線技術(shù)為核心的FCS 系統(tǒng) （現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)），因其具有全數(shù)字化、智能化以及開放性、互操作性與功能自治性等優(yōu)越性能，進入成熟推廣階段。貴冶在300 kt 新建項目中引進Deltav FF 和CS3000R3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，采用FF 總線協(xié)議；同時，與太極公司合作，采用全新的面向?qū)ο蟮哪K化設(shè)計方法，重新設(shè)計與構(gòu)建閃速爐優(yōu)化控制系統(tǒng)， 使貴冶自動化基礎(chǔ)建設(shè)又一次跟進世界發(fā)展的水平。

目前， 貴冶全廠十幾個主要生產(chǎn)車間共采用了30 多套DCS、FCS 系統(tǒng)和20 多套PLC 控制系統(tǒng)，檢測調(diào)節(jié)回路3 000 多個，檢測點數(shù)15 000 多點， I/O點數(shù)近500 00 點，全廠絕大部分機電設(shè)備、儀表設(shè)備受控于這些系統(tǒng)， 并在流程關(guān)聯(lián)密切的車間或工序之間實現(xiàn)了基礎(chǔ)級的網(wǎng)絡(luò)互連通信。 貴冶過程控制自動化水平處于同行業(yè)的較高水平。

3 貴冶過程控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及應(yīng)用

目前，過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用水平高低，主要取決于以下兩個方面：1)硬件裝備水平。 硬件裝備是基礎(chǔ)，它的高低決定了過程自動化應(yīng)用水平的高低。沒有好的基礎(chǔ)， 再好的控制策略、 優(yōu)化方案也實現(xiàn)不了。 現(xiàn)在貴冶各生產(chǎn)車間形成了以DCS、FCS、PLC為主，互相結(jié)合的控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀[4]。 2)過程控制系統(tǒng)與生產(chǎn)的結(jié)合應(yīng)用程度， 即過程控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中發(fā)揮效能的大小。 智能化是工業(yè)自動化控制的未來發(fā)展趨勢之一。 要想實現(xiàn)工廠過程控制的高度智能化，光有好的硬件裝備還遠遠不夠，它需要不斷地優(yōu)化工藝操作過程，完善操作方案，充分利用控制系統(tǒng)強大、復(fù)雜的控制功能來最大程度地減少人為干預(yù)，實現(xiàn)工藝操作與生產(chǎn)的自動化。

近年來，貴冶對原有一些非自動化的生產(chǎn)流程進行了自動化改造， 同時對落后的過程控制系統(tǒng)進行了升級換代， 使全廠的自動化程度有了較大的提升。 但是目前貴冶離工廠過程控制的智能化還有一段距離，主要體現(xiàn)在以下方面：1)很多操作習慣、模式受制于固有、陳舊的思維觀念，沒有得到及時地改進、優(yōu)化，阻礙了工廠自動化程度的提高。 2)工藝生產(chǎn)銜接緊密的相關(guān)工序的控制操作自動化程度較高，但各工序銜接處的自動化程度不夠高。 3)面對一些復(fù)雜工藝操作，過多依賴于人的經(jīng)驗判斷及操作，沒有總結(jié)出可以實現(xiàn)自動化操作的具體方案。 針對上述問題，貴冶不斷突破陳舊的思維模式，尋求新的發(fā)展，同時不斷完善、優(yōu)化工序銜接部分的自動控制，總結(jié)規(guī)律，細化操作步驟，盡可能實現(xiàn)操作的規(guī)范化和自動化。 其具體改進措施如下：

1)改造前，貴冶陽極爐的重油燒嘴上的各類閥門操作都是在現(xiàn)場操作箱上進行操作的，操作人員需要在操作箱上對閥門進行逐一開閉操作，費時費力而且還容易出錯。 后來，將這些閥門引入DCS 系統(tǒng)控制，并將操作人員的操作步驟進行程序固化，實現(xiàn)了“一鍵式”操作。 操作人員只需要在DCS 系統(tǒng)上點擊“一鍵點火、熄火”按鈕，重油燒嘴上的各類閥門就會依次動作，完成操作。 此項工作優(yōu)化了工藝操作、降低操作人員勞動強度。 2)貴冶有很多大型電氣設(shè)備需要操作人員現(xiàn)場啟動。 這種操作方法在以前有助于在現(xiàn)場及時發(fā)現(xiàn)意外狀況并進行處理。 但現(xiàn)在大型電機設(shè)備都配備了很多檢測元件， 可對電機的運行狀況進行監(jiān)測，一旦出現(xiàn)異常狀況，能夠?qū)崿F(xiàn)自保護停機， 這些保護措施比人的經(jīng)驗更加可靠與穩(wěn)定。目前，貴冶已有一些大型的電機設(shè)備實現(xiàn)了在控制室進行啟動操作，如轉(zhuǎn)爐送風機、傾動爐送風機等。 實踐證明，其操作的安全性、可靠性能夠得到保障。 貴冶閃排風機的調(diào)速控制一直以來都是操作人員根據(jù)爐膛壓力進行調(diào)整，并沒有真正的自動控制，反觀硫酸的3K 風機早已與轉(zhuǎn)爐送風閥實現(xiàn)了聯(lián)動控制。 因此逐步將這些大型設(shè)備納入自動控制將對貴冶自動化控制水平的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

3)銅冶煉前后工序的關(guān)聯(lián)度沒有那么緊密，因此以往對過渡環(huán)節(jié)的控制沒有太過關(guān)注，但這正是目前貴冶智能化提升的突破點。 近幾年貴冶在實現(xiàn)復(fù)雜操作步驟程序化方面實施了2 個應(yīng)用：(1)轉(zhuǎn)爐送停風操作過程較為復(fù)雜，一直以來都是操作人員在人工操作。 2013 年，針對轉(zhuǎn)爐送停風過程煙氣外泄情況，開展了“轉(zhuǎn)爐送停風自動操作，消除爐口煙氣逸漏現(xiàn)象”的攻關(guān)項目，最終實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐送停風的自動化操作，縮短了送停風時間，優(yōu)化了添加冷料的作業(yè)操作[5]，消除了人為的影響因素，達到了最大程度上減少轉(zhuǎn)爐爐口煙氣外逸的目的。 (2)閃速爐停爐需要操作設(shè)備20 多臺套。 操作實施起來時間緊，任務(wù)重。 在操作過程中，操作人員需要一邊操作，一邊時刻監(jiān)視畫面，同時還要與其他相關(guān)單位進行聯(lián)絡(luò)，很容易出現(xiàn)監(jiān)視不到位的情況， 且一旦受到細微干擾就有可能出現(xiàn)較大失誤。 2014 年，針對這一狀況，

貴冶實施了“閃速爐一鍵停爐操作”，通過控制程序?qū)⑼t操作的步驟固化，實現(xiàn)了“一鍵停爐”[6]。 閃速爐“一鍵停爐”操作可以降低操作人員的勞動強度，縮短操作時間，規(guī)范操作步驟，實現(xiàn)操作的精細化、規(guī)范化和準確性， 降低因操作不當而對閃速爐爐況及爐體壽命產(chǎn)生的不良影響。

4 結(jié)語

銅冶煉的工序、設(shè)備繁多，每個工序、設(shè)備的操作各不相同，難易程度也各有區(qū)別。充分利用強大的過程控制系統(tǒng)硬件裝備， 有助于提高過程控制系統(tǒng)與工藝、設(shè)備的結(jié)合應(yīng)用程度，使其在生產(chǎn)過程中發(fā)揮最大的效能，不斷提高銅冶煉過程的智能化程度。未來貴冶還將大力開展對銅冶煉復(fù)雜操作程序化的研究及應(yīng)用，將專家經(jīng)驗固化、操作步驟程序化，從而規(guī)范操作標準，降低故障率，提升控制精度、提高生產(chǎn)效率，將技術(shù)人員從繁重的日常工作操作中解放出來，使得他們有更多的精力關(guān)注如何穩(wěn)定生產(chǎn)工況，如何優(yōu)化工藝指標，為工廠創(chuàng)造更大的價值。