（1）遵循和滿足鋼鐵工業發展的趨勢和需要 在市場經濟體系下，鋼鐵工業面臨激烈的市場競爭（產品競爭、質量競爭、成本競爭和服務競爭），為了提高企業競爭能力，采用新工藝、新流程、新設備、新技術（自動化是其主要的一環）和新思想是當代鋼鐵工業的主要趨向，因而也使鋼鐵價格自1974年至今保持不變（其他如塑料、鋁、水泥價格均直線上升），而保持強大的競爭力。鋼鐵工業自動化是為鋼鐵工業服務的，自然其發展趨勢是既遵從自動化科學發展趨勢，也遵從鋼鐵工業發展趨勢。

（2）利用有關自動化的國內外資源、先進技術、運行經驗等來組成自動化系統 在開放環境下，世界各國都是互相借鑒，參照發達國家如西門子、ABB、施耐德、阿爾斯通、GE、日立、三菱、安薩爾多等電氣公司的裝備、解決方案以及日德英法美芬蘭各鋼鐵公司和奧鋼聯的經驗、先進系統、數學模型等，經過創新而組成先進的和本國自主知識產權的監控系統與裝備是當前各國鋼鐵工業自動化發展的另一趨向。

（3）繼續開發更多的鋼鐵工業自動化專用技術包括檢測方法和儀表傳感器、電控裝置和技術、包括智能控制的先進自動化系統、數學模型以至無人車間與工廠等，特別是提高質量的系統是另一趨向。

（4）不同類型的一體化裝備成為鋼鐵工業自動化的當前發展趨向

在市場經濟規律下，導致國內外的鋼鐵公司、電氣公司除了生產各種不同類型的自動化裝備外，還生產各種不同類型的一體化裝備和IT（產品）。包括：

-從單體的自動化裝備趨向于多個并組成專用功能的系統：如美國Allegany公司的適合于連鑄的中間包稱重和液位測量以及其他過程的電子秤系統，北京中遠通科技公司的攝像儀非接觸式連鑄定尺切割控制系統、軋鋼用的非接觸式冷床輥道集群自動控制系統、非接觸式中厚板自動長寬測量系統等；美國Ronan公司、國內鐳目公司、武鋼計控公司、紅河谷公司的連鑄結晶器液位控制儀，冶金自動化研究院的高爐靜壓測量系統、北京科技大學的燒結機尾圖象儀等；

-機電一體化裝備，如儀表類型的有：德國DDS公司的高爐微波料面計、日本NEC的高爐料面熱成象溫度儀、國內的高爐料面熱成象溫度及觀測儀、鋼板測厚、測寬、板形儀等；設備類型的有：方坯連鑄的打號機、板坯連鑄噴印機、連鑄的火焰切割機、型鋼的飛剪、鋼材打捆機等；

-機-電-工藝一體化：大規模的如國內北京鳳凰公司、神霧公司等的軋鋼加熱爐包括機-電-工藝和數學模型的成套設備等；泰龍公司的軋鋼的八輥軋機包括機-電-工藝和數學模型的成套設備；小規模的如線材的控軋控冷包括機-電-工藝和數學模型的成套設備、液壓站成套設備、潤滑站成套設備等）；

-數學模型、技術訣竅軟件包化：如奧鋼聯的燒結生產率控制模型、高爐專家系統、轉爐的基于副槍模型、連鑄的包括漏鋼預報的結晶器專家系統、動態冷卻DYNASC、動態鑄坯錐度控制ASTC等；

-平臺和IT產業，如模糊控制、專家系統、神經元網羅的平臺；ERP及MES供貨商的有關這些系統的開發平臺，如德國PSI（SMS-DEMAG/ALSTOM）公司提供的鋼鐵MES系統的全套開發平臺PPS-METAL，韓國POSDATA公司的鋼鐵MES集成解決方案STEELPIA，英國BRONER公司的鋼鐵工業企業供應鏈和生產計劃排程方面的通用開發平臺PPS，國內寶信的MES中間軟件產品Plature99、Xcom和Multilink等；先進控制軟件包有：法國Adersa公司的AdvanTrol-Hiecon多變量預測軟件包、AdvanTrol-PFC預測函數控制軟件包等，美國AspenTech公司生產的IDCOM-M、CyboSoft公司的CyboCon軟件（適用于無模型自適應控制的軟件）、Honeywell Profimatics生產的RMPCT多變量預測控制軟件包等）。

鋼鐵工業自動化的進展

鋼鐵工業自動化的進展大致可以分為如附表所示的五個階段。 附表

信息與自動化進展的五個階段

1 自動化與信息化相結合

鋼鐵工業自動化從簡單的熱管理和單參數自動控制系統開始，經歷了初期的EIC一體化系統、1964年英國人D.H.Kelley提出的分層計算機系統、1969年日本鋼鐵公司（新日鐵）君津廠的AOL系統及70年代新日鐵的把其下屬的9個鋼鐵聯合企業的多級計算機系統與其東京總部的計算機系統相連成為當時世界最大規模的多級計算機系統、80年代的CIMS化等幾個階段；現代工業自動化系統都是按照圖1所示CIMS（計算機集成制造系統，我國亦有稱之為管理控制一體化系統）結構的多級分層計算機系統。

圖1 CIM結構

流程工業的CIMS體系結構按ISO（國際標準化組織）是如圖1（a）所示分成6級的，后來又有5級、3級之分。雖然5級體系結構在流程工業CIMS的發展過程中起過很大的推動作用，但它忽視了生產過程中的物耗、能耗及設備在線控制與管理，難以推廣。因此，近來提出BPS/MES/PCS 3級結構。其中BPS（Business planning system）級是單純考慮企業經營管理問題，近來應用ERP（企業資源規劃），它主要是利用以財務分析決策為核心的整體資源優化技術；MES（Manufacturing execution system，即制造執行系統）級是考慮生產與管理結合問題的中間層制造執行系統，主要利用以產品質量和工藝要求為指標的先進控制技術和以生產綜合指標為目標的生產過程優化運行、優化控制與優化管理技術，使CIMS中原本難以處理的具有生產與管理雙重性質的信息問題得到了解決。

近年來由于要適應激烈的市場競爭需要，互聯網和信息技術的發展，全球化的趨勢，鋼鐵公司的自動化已從公司內部到顧客和社會。實行生產－物流－銷售一體化，不僅內部聯網，且與最終用戶（汽車、機電制造等工廠）以至稅務部門和海關聯網，使信息更廣域化和高效化，甚至通過衛星監視船舶到達地點，以向用戶報告使之作接受準備。此外，電子商務的發展等等，這就要求自動化系統能適應這些進展。為此，出現如圖2所示的WIMS（網絡集成制造系統）。WIMS是以Web和智能技術為基礎，能充分利用互聯網的資源，能實現全球化供銷鏈、遠程技術支持和遠程診斷等，M2-N2是常規控制和智能控制等，M3-N3可進行監控、復雜的數學模型和人工智能等運算，M4-N4以上是智能信息處理系統，M4-N5服務器將運行生產經營管理軟件如ERP、MES等，M5-N5是電子商務，運行其軟件的服務器與互連網相連。

圖2 WIM系統結構

信息化發展主要有： 企業內部信息化、企業與外部有關部門信息化和全球化的電子商務。

企業內部信息系統包括企業內部的計劃、生產、采購、庫存、運輸、銷售、供應、人力資源、財務、質量、設備運行和維修、工程等內容的涵蓋整個企業的管理信息系統。目前國際大企業主要實行企業資源計劃（簡稱ERP），該系統是在企業已有的供銷管理、制造管理、質量管理等基礎上發展起來的，由計算機網絡把相互獨立的各個管理的系統連接起來，在共同的信息平臺上，對內實行企業設計、制造、銷售、服務等方面所涉及的人力、資金、物料、信息資源的統一規劃、管理、配置和協調，通過對管理業務流程的整合，提高了企業管理效率。對外實行公開的原材料、零配件的網上招標采購，利用互聯網進行產品交易，大大降低了采購成本和銷售成本，提高了企業的市場競爭能力。企業信息化是數據源及其集成、管理和應用。近來發展的重要技術是數據挖掘系統，其功能包括數據收集、數據采樣、數據預處理、可視化探索、聚類分析、模型建立、數據預報、優化設計、趨勢分析以及規范管理等。

2 檢測技術與儀表的進步

檢測技術與儀表的進步主要表現在：

（1）虛擬化

在自動化領域中，用硬件與軟件組成的虛擬儀器儀表，因便宜、高效、靈活使得應用日益廣泛。虛擬儀器儀表最重要的應用是軟測量領域。軟測量的基本概念是通過數學模型、狀態估計等方法通過運算來對無法在線測量的參數進行在線估計。在鋼鐵工業如高爐的軟熔帶形狀與位置、高爐爐缸渣鐵液位，轉爐熔池鋼水含碳量和溫度的連續測量（用數學模型及神經元網絡），連鑄的結晶器鋼坯拉漏預報（用數學模型及神經元網絡）等都采用軟測量方法并嵌入工業控制系統及監視器中來解決的。

（2）網絡化

通過Ethernet（以太網）或現場總線可把各種不同類型的網絡化儀器儀表與計算機連接在同一網絡上，其優點是：可使各自的潛力和資源得以充分發揮以及合理配置、可使有關部門數據共享、能使遠方部門進行監控和診斷以及遠距離調整（甚至洲際）、可節省大量人力和降低成本。因此許多大型和復雜的儀表都數字化并設有通信接口，可把數據送到相應分廠的計算機系統供監控或數學模型使用。生產科和技術科也通過網絡直接下載這些數據或表格。

（3）智能化

除了傳統的使用電腦執行各種運算（如自動校零、線性化、補償環境影響、量程切換、自診斷等）外，主要是人工智能的利用，例如利用人工神經元網絡的自適應、自學習、聯想記憶、反饋求精、黑箱映射、權值平衡、動態逼近和全息容錯防失等技術以及模糊邏輯、專家系統、遺傳算法、仿人智能、模式識別、混沌理論、物元可拓法、小波分析、分形系統等等使儀器儀表智能水平大大提高，從而提高精度和解決過去難以解決的問題。鋼鐵工業的例子有：利用邏輯樹或統計式模式識別、BP神經元網絡以及自學習功能好、調整時間短的概率法神經元網絡來識別冷軋板表面缺陷，基于Beckman理論的在線鋼板表面粗度測量儀，利用圖象處理技術顯示并定量測量燒結焦粒粒度及分布的儀表，為解決高合金鋼的板管探傷問題使用SSP法，即把頻譜分離并分別濾波，放大后再合成以提高信噪比，并利用超聲波傳播頻率特性與結晶晶粒有關的特點等，采用最優頻率方法以提高探傷精度等等。

（4）高精度化

鋼鐵生產中，一臺150t轉爐裝入鐵水稱量誤差為1％時，出鋼溫度將差5℃，石灰稱量誤差5％時，出鋼溫度將差7℃；高爐煉鐵時，如要將鐵水溫度控制在±10℃以內，就要求高爐煤氣中N2的分析精度高于0.1%，因而要求檢測和控制的精確度要高。在鋼鐵工業除了提高傳感器及儀表的測量精確度外，還注意安裝方法和環境條件，特別是周圍溫度超過允許范圍時會帶來誤差，因而先進的冷卻設備是很重要的一環。兩類冷卻裝置值得注意。其一是按流體力學和熱傳導理論制成的熱管，它比最良好的導熱物質—銅所制成的同樣尺寸的管子，其導熱要快幾倍，把成組的熱管裝在大型儀表箱子或晶閘管箱子外壁將大大提高其散熱性，它特別適用于要求密封防塵的場合。另一種冷卻設備是致冷旋渦管（Cool Sure Vortex Tube），國外如美國的Transonix、EXAIR等公司均生產，是一種小型致冷器。它是根據Ranque-Hisch管原理制作的，把一般壓縮空氣引進一個小型旋渦管中，氣體在旋渦管中轉動前進并分離成兩股不同溫度的旋渦氣流分別輸出，一股比氣源溫度高11～38.9℃，另一股則遠比氣源溫度低，甚至達-61℃。這種小型致冷器只需壓縮空氣即可。這種致冷旋渦管在國外鋼鐵工業已廣泛應用，國內的引進工程和設備（如寶鋼，成都無縫鋼管廠的連鑄機）也在使用。特別適合于難以引進冷卻水的場合和使用水會引起安全問題的場合，前者如行走吊車的連續測量鐵水或鋼水重量的電子吊鉤秤（雖用擋板來隔熱，但最好有冷卻），后者如監視高爐鐵水溝出鐵狀態的工業電視（使用水冷，不僅水套笨大，且會結垢和漏水，水漏到鐵水中更會出現爆炸事故，用風冷效果不佳）等冷卻問題。其他如測量連續鑄鋼的中間包液位所用的壓頭，測量連鑄坯表面溫度、測量熱軋鋼板帶溫度等所用的傳感器，跟蹤熱物料的熱金屬探測器等等都已使用這種致冷旋渦管。

（5）機電一體化與在線化

在鋼鐵工業中典型的機電一體化多功能化檢測儀表有：高爐軟融帶形狀探測器，高爐水平探測器，高爐垂直探測器，高爐微波料面形狀測量儀，爐外精煉，H2含量在線分析，鐵水含硅量在線分析，轉爐測溫定碳副槍，連鑄多功能輥縫測量儀、結晶器錐度測量儀，鋼板形狀測量儀，冷熱軋鋼帶板形測量儀，鋼管質量多功能檢測儀，線材直徑及橢園度測量儀等等。

（6）全球衛星定位等高技術的應用

近年來則用于測量移動物體的位置，其典型的例子是在鐵水調度過程中測量鐵水車的位置。如寶鋼鐵水運輸動態監測系統，由中心站（內設接收裝置即DGPS基準接收機、無線通訊機、計算機以及16.5m²大屏幕顯示裝置）、車載設備（包括DGPS接收機、無線通訊機、導航工控機、工位車號發送裝置等）和工位車號接收機組成。接收天空中可見的DGPS衛星信號，車輛定位是將衛星在基準點實測位置與預先精確測量的位置值進行比較，得出偏差并成為差分量，并通過數傳發送到各個車載的DGPS接收機，中心站的計算機將車輛定位信號經過處理（包括坐標變換）顯示在大屏幕上。

3 自動化裝備的進步

包括現代工業控制裝備的進展，主要是PLC、DCS的進一步發展、FCS的出現與IPC應用的擴展、現場總線的出現與以太網應用的擴展。

過去PLC主要是適宜于開關量和順序控制以及不是特大規模的回路控制與數據采集。分散控制系統DCS是集通信、計算、控制與顯示（CRT）4C技術于一體的控制裝置。FCS（現場控制系統）是由PLC和DCS發展而來的，它是全數字化、智能化和多功能的取代模擬式單功能儀表和控制器的裝置，它本質上是信息處理現場化的裝置與系統。其特點是比較便宜，適宜于中規模的回路控制、數據采集以及量不大的開關量和順序控制。由于新型的PLC和DCS都有向對方靠攏的趨勢，即PLC加強了回路控制的功能，DCS也有很強的順序控制功能。至于選哪一種系統還需看具體情況而定，但由于方便連網、設備統一、減少備件，故鋼鐵工業EIC系統已由過去的回路控制采用DCS、順序控制采用PLC，而變為IE一體化系統，也有用全PLC系統（如上海寶鋼集團梅山冶金公司高爐、本鋼一鐵廠高爐等）的，由于價格原因近來趨向于全PLC系統，如新建的小高爐、甚至大型高爐如天鐵2000m³高爐（2003年投產）都是全PLC系統。 隨著PC機的進展，主頻已超過了1GB，硬盤已超過20GB，內存也可達256MB，且可以使用更通用的、價格較低廉的系統軟件，如Windows-NT以及各種開發工具等，在工業控制中越來越多采用。工業控制計算機（IPC）就是加固的個人計算機（即PC機）硬件與控制軟件的組合。

（1）目前IPC的三個趨勢

IPC采用通用的I/O裝置（如采用西門子公司S7系列PLC的S7-200、S7-300、ET200等I/O裝置）及監視器，嵌入通用的、商品化的支持軟件（如控制和數據處理軟件以及雙機熱備和冗余配置軟件、監視軟件等）組成自動化系統，而且可連網組成大規模分布式系統、多級計算機系統等。有許多公司生產這種軟件，如美國的Entivity、Think & Do、Steeplechase等公司。PC-based的基礎自動化系統已在許多領域中應用。重慶鋼鐵公司這樣的大企業，幾乎全部大型加熱爐也拆除了原來的DCS或單回路數字式調節器，而改用PC-based工控機來組成控制系統，并采用模糊控制算法而獲得良好效果，節約了大量投資、方便了維護和取得了顯著經濟效益；

-在增加可靠性方面，IPC機也可借助于軟件（如美國的Entivity公司的軟件）而作到CPU冗余配置，過去冗余配置只是CPU、網絡及其通信器，但很少有冗余配置I/O，而事實上CPU更可靠，I/O卻經常出毛病，目前不僅I/O可冗余，而且可使I/O部分即只是重要的某些點冗余，這就大大節省投資；

-IPC機也作為過程計算機代替傳統的VAX型過程計算機或Alpha系列的小型機，甚至MES級的計算機。近來也已在鋼鐵工業采用，如寶鋼集團公司上海第一鋼鐵廠的2500m³高爐（過程自動化級采用IPC為核心的工作站）、上海寶鋼集團梅山冶金公司的1250m³高爐（基礎自動化使用西門子S5-155H型PLC，過程自動化級采用兩臺工控機）、寶鋼集團公司上海第一鋼鐵廠新建不銹鋼生產線，采用德國SMS-DEMAG推薦系統包括超高功率電弧爐、AOD爐和VOD爐各一座，后配連鑄機。自動化由西門子承包的其過程自動化級包括4臺PC機，每臺設奔騰處理器，10GB硬盤，256MB內存，CD-ROM驅動器，內部鍵盤和鼠標，系統總線接口板，軟件為Windows-NT，分別作為中央數據庫系統、EAF（電弧爐）/AOD爐/VOD爐的過程計算機、開發試驗計算機和供技術專家使用的開發計算機。其功能相當復雜，包括電弧爐、AOD爐和VOD爐的復雜數學模型及在線控制。該系統的特點還有無論是操作員終端還是過程計算機、OS服務器都全部使用PC機，系統軟件也是通用的，因而造價低廉，但功能強大。

4 控制策略與先進控制的進步

隨著工藝優化，用戶要求高質量、多品種、小批量且價格合理的產品，要求開發更多高精度、適應性更強的系統。經典自控理論難以適應多參數、非線性和高度不確定的對象。過去由于快速計算機、CAD環境、數值計算法等不具備，使現代控制理論構成的系統應用不多，80年代后，上述問題相繼得到解決，使現代控制理論得以實用化。

（1）先進的控制策略 -復合或改進PID算法（這在鋼鐵工業使用較多，如連鑄結晶器鋼水液面控制等等）；

-H∞控制理論以及構成魯棒控制方法。按此理論構成比較成功的有：連鑄結晶器鋼水液面控制、板帶熱連軋厚度自動控制（AGC）和軋機傳動系統軸承振動控制等系統；

-預測控制。預測控制有多種形式，如：模型預測控制、綜合預測控制、receding horizon預測控制、模型預測啟發控制、廣義預測控制、多參量預測控制等；

-自適應控制。在鋼鐵工業生產工程中，不少過程是時變的，若采用的結構與參數是固定的，則在過程參數改變時，調節品質將惡化，甚至失控，這就需要使用自適應控制。目前流行的有：自整定控制器及其他簡單的自適應控制器（最常見的是自整定PID參數的控制器，目前大多數DCS或數字式傳動系統的電子控制器都有這種功能）、帶有參考模型的自適應控制系統（由于建模困難，目前出現“無模型控制算法”，這種方法其實也是有模型的，不過不需要用戶自己建立而是由自適應算法來建立，這種無模型控制算法（NMACA）已有商品化的軟件，據報道使用NMACA算法比之PID算法控制結果精度高得多，波動減小到一半以上）、自校正控制（它在理論上是很完善的，但在鋼鐵工業實踐中，如在退火爐群控制和高爐熱風爐控制中效果不理想，且沒有商品化的軟件）；

-協調控制。它的基本概念是整個生產管理綜合協調，包括人機協調、人與人協調、機與機協調、現場與辦公室的協調以及管理與控制的協調，全盤考慮以獲得最大的經濟效益，協調控制已在日本的連鑄生產中使用； -多輸入多輸出控制。在鋼鐵工業應用也日益增多，如日本住友金屬公司鹿島鋼鐵廠3號高爐的熱風爐優化模型。為了保證送風溫度和控制硅磚接縫溫度不低于耐火磚相變點溫度，采用了熱風爐動態模型，把熱并聯的熱風爐動態特性格式化，用積分式最佳調節器多變量控制法來構成無論熱并聯送風或低溫送風都適合的投入熱量控制系統；

-智能控制。主要有3種方式：即：模糊控制（已成功用于高爐熱風爐燃燒、加熱爐燃燒、燒結的配料、爐外精煉的鋼包爐加熱和攪拌、連鑄的結晶器鋼水液面，冷軋板形等控制，無論調節時間和波動幅度都比PID控制好得多）、神經元網絡控制（已用于電弧爐煉鋼以及爐外精煉鋼包爐的電極升降控制、優化設定、電參數預測和智能PID控制，熱軋板帶連軋機的優化設定等）、專家系統（它是一種基于專家知識及其推理方法對被控對象進行控制的技術，過去是單項（如高爐異常爐況診斷、爐熱診斷等）或少數功能（高爐的爐熱預報和爐況預報，以及短、中、長期診斷、突發性異常預報、休風指導及設備故障指導等功能）僅作為操作指導的專家系統，近來的進展是綜合化（多目標或全面的專家系統，如芬蘭羅德洛基-日本川崎專家系統并為我國武鋼、本鋼和首鋼引進，它對爐溫、爐型、順行、爐缸中渣鐵平衡進行監控與管理，它除了使用知識和產生式規則外，還使用數學模型運算）與閉環化（如奧鋼聯的高爐VAIRON自動化系統，其專家系統是閉環控制的，是世界上第1個實行閉環控制的的高爐專家系統。它直接按爐子狀況，閉環控制爐料及其裝入和分布、焦比、堿度、噴煤和噴蒸汽等）。

（2）數學模型的進展

現在在生產過程中應用的模型已包括一般模型和模擬模型以及控制模型。一般模型是指帶有技術計算性質的模型如配料優化模型等，模擬模型是指模擬對象動態行為包括工藝過程和設備性能仿真等，控制模型主要供實時控制或操作指導之用。如高爐過程數學模型已由只有控制模型轉而為包括：

-一般模型：配料模型及質量預測、配料優化模型等。

-模擬模型：熱化學模型（操作線圖、碳-直接還原圖即C-DRR圖等）、風口循環區模型、爐底侵蝕推斷模型、軟熔帶位置推斷模型、高爐操作預測模型、熱風爐操作預測模型；其他模型還有研究高爐行為的一維、二維和三維模型等。 -控制模型：熱風爐燃燒模型、無料鐘布料控制模型、爐熱判定模型、多目標綜合控制模型等等。

5 設備診斷技術的進步與人工免疫系統

上世紀50年代以前發達國家的設備管理都是發生故障后停車檢修，50年代開始使用預防性維護（TBM），即安排定期檢修，60年代增加了生產維護，70年代又引入全員生產維護（TPM），80年代發展為預報維護（CBM）。預報維護主要的基礎是狀態檢測技術與分析技術，近年的進展有：

（1）電腦化與大規模信息網絡

設備診斷近來使用大規模包括有分析模型的全廠性設備診斷網絡和計算機系統，如日本鋼鐵公司八幡廠的熱軋分廠的從加熱爐至卷取設有設備診斷專用的多個工作站，進行全廠設備監測、評價、分析和預報，連鑄生產也使用類似的系統。

（2）使用模型進行故障診斷與預報近來使用數學模型進行診斷，主要有兩類模型：

-基于解析方法的模型。如參數估計法、狀態估計法、等價空間法等，由于大多數系統都是非線性的，故近來更多研究基于非線性模型，如基于區間參數模型、基于有不確定環節模型等，但大都很復雜，多科學技術的交叉，使用觀測器、知識工程、自適應、魯棒控制技術等甚至混合技術，故在鋼鐵工業成功并商品化的不多；

-基于知識方法的模型。如專家系統、模糊技術、神經網絡、peri網、符號有向圖、模式識別等。在鋼鐵工業主要是使用專家系統，它使沒有經驗的人員借此也可以達到專家水平而大受歡迎，它可以是單項的商品化的專家系統，例如旋轉機械故障診斷專家系統、電機故障診斷專家系統等，也可以是實現在線計算機系統中的一個功能的專家系統，如冷軋計算機系統中的軋機液壓壓下設備故障診斷專家系統，還可以是更大的專門機組的AI系統，如高爐余壓發電故障診斷專家系統等。模式識別也廣泛使用，因為某些記錄曲線，專家一看就知道是會出現故障，例如連鑄鋼包回轉臺軸承故障診斷和預報是很關鍵的，特別是回轉臺轉到中間但未到位，如果軸承出故障，停車更換要很長時間，那鋼水會凍住凝結，損失就很大，而回轉臺是旋轉極慢（0.7rpm），一般方法無法預報故障，但可用比較其振動時序曲線的方法解決，專家很容易識別正常與將破損的曲線。

（3）大力發展過程診斷技術。設備診斷與過程診斷密切相關，如軋鋼產品尺寸不良，有操作原因，有設備劣化原因，冷軋機監視系統包括過程診斷與設備診斷，前者主要是監視鋼帶尺寸、質量數據以及如軋制壓力等操作數據，后者監視設備狀態，并有分析支持功能以便進行設備和過程的綜合分析。

（4）人工免疫系統。是研究生物免疫系統發展起來的一門科學，包括免疫系統模型（如獨特型免疫網絡模型、多值網絡免疫模型、免疫聯想記憶模型等）、免疫學習算法（如反向選擇算法、免疫遺傳算法、克隆選擇算法、基于疫苗的免疫算法、基于免疫網絡的免疫算法等）等。它已開始用于設備診斷。

6 機器人的應用

機器人早已進入鋼鐵工業，特別是在鋼鐵冶煉的高溫、粉塵大等惡劣環境，用于渣鐵槽中取樣、更換風口和打出鐵口、鐵水罐車噴漿等。日本住友金屬工業公司用作高爐泥泡投入泥漿、鐵水溝取樣等，但多為機械手或重演式機器人，采用順序控制方式。近來主要發展是智能機器人，并與工廠控制網相連，甚至作為CIMS的一部分，如日本鋼鐵公司的連鑄機器人，它使用專業機器人制造廠生產的SCARA型機器人，進行應用開發，該機器人包括眼睛（兩個CCD攝像機及一個圖象處理機）、大腦（內含專家系統）、手（六軸負載傳感器和執行器），它能辨別結晶器內鋼水液位，保護渣是否不足并加入和分布保護渣，除去邊渣和渣殼，防止反流卷渣等。除了連鑄機器人外，近來還有砌爐拆爐的機器人，用于拆砌轉爐和電爐的耐火磚，不僅省力而且可以使人免除在塵埃環境下工作。

7 綜合管理控制系統的發展與MES系統的廣泛化

CIMS（流程工業稱CIPS，國內在鋼鐵工業有學者稱為綜合管理控制系統）過去主要是6級或5級結構，近來使3級結構。國外如美鋼聯、德國的蒂森、英鋼聯、日本五大鋼鐵公司均已在80年代中、末實現CIMS了。國內80年代末在個別廠（如引進的寶鋼熱連軋廠、無縫鋼管廠）實現了CIMS的生產控制級，其后寶鋼和外商合作建成了全公司的CIMS。

近來CIMS體系結構主要是3級體系結構。其中以MES為關鍵，MES起著將從生產過程產生的信息和從經營管理活動中產生的信息，以及生產管理活動中產生的信息進行轉換、加工、傳遞的作用，是生產活動與管理活動信息集成的重要橋梁和紐帶。據美國ARC公司（Automation Research Corp.）調查，在采用以BPS/MES/PCS三級結構為基礎的MES技術后，可獲得的效益為：質量提高19.2%，勞動生產率提高13.5%，產量提高11.5%。因此， MES已成為鋼鐵工業信息化的熱門。近年來鋼鐵工業信息化，國內已有許多廠礦在建設并應用ERP，為了使ERP更有效和各分廠連接并獲得MES系統的效益，紛紛完善PCS和建立MES，例如唐鋼燒結廠的MES、江陰錫澄鋼鐵公司的煉鋼MES（含電爐、爐外精煉等）、南鋼煉鋼-中板的MES、漣鋼的煉鐵MES、濟鋼的煉鋼-中板及其一體化MES、濟鋼焦化MES等。

8 可視化技術的出現和監控系統的革新

高爐是密閉的，只能靠儀表檢測數據進行推測，連鑄過程表面看是敞開的，但其內部冷卻過程、渣的影響仍然靠推斷，故長期以來技術的發展，主要是靠試驗、失敗、再試驗直到成功而取得。近來由于測試技術、計算技術、圖象處理技術、工藝理論、特別是模型化的進步，使人們能了解過程的進展，并實行定量控制。利用上述技術并結合多媒體虛擬技術，把本來模糊的過程，變成透明化、可視化以方便操作，例如日本名古屋鋼鐵廠開發的連鑄結晶器可視化系統便是一例。它把傳感器群的數據送入專門的可視化用的計算機，在那里經數據處理和模型運算得出顯示中間品質指標數據，并與預設定鋼種中每個鑄坯消除缺陷所需的適宜作業比較，然后直接成為可視化畫面，并提出保證鑄坯品質的作業和動作建議。近代高爐重大技術之一是利用傳感器群的數據，經多個模型綜合，并利用多媒體虛擬技術，把密封的、不可窺視的高爐內部情況變成開放的、可視化高爐，將內部情況用不同顏色的三維畫面顯示，并使用大尺寸投背式屏幕使操作者一目了然，便于操作。

9 優化、無人化與準無人化工廠的進展

（1）優化生產 -公司性的優化生產。例如芬蘭羅得洛基鋼鐵集團公司的鋼鐵廠管理決策系統，它包括3個模型：生產能力模型（包括鐵、鋼、坯、軋制過程，估算事故和維修停頓持續時間分布因數，亦即每個工序生產多少，是否需滿負荷，是否需減產、是否需停產，要考慮整體效益）、費用模型（按各過程階段計算出物料平衡和能耗平衡來建立）以及優化模型（按產品類別分組，按價格分組，按市場分組，亦即按集團公司下的各廠、國內用戶、出口等分組來建立模型，以利潤為目標函數）。該系統投入使用后，效果良好，在市場不景氣的情況下，工廠利潤在最低費用和最高利潤之差值是每年為1500萬芬蘭馬克，市場好轉情況下每年為5500萬芬蘭馬克；

-生產工序的優化生產。例如在高爐到轉爐的成本優化中（包括高爐、鐵水脫硫脫硅、轉爐煉鋼3個過程），關于硅的最佳分配及各工序主要工藝指標如何分配才能使生產成本最低問題，在國外同樣是以建立優化模型來解決的；

-輔助工序的優化生產。例如維護方式的選擇優化系統，由于隨著維護深入，可能使設備故障造成的產量和質量的損失減少，但維護費用增加，因此可用計算機建立維護費用曲線和故障造成的損失曲線，并求出兩者合成曲線的費用最低點，以進行科學決策。

（2）無人化與準無人化工廠

在國外為了降低成本、正在發展準無人化、局部無人化和全無人化工廠。第1種如日本鋼鐵公司的實現出鐵過程一人控制。第2種如上述的使用連鑄機器人，使連鑄平臺無人化。第3種是高度自動化的無人化工廠.，如日本川崎鋼鐵公司千葉廠1995年5月投產的第3熱連軋廠，已實現全車間無人化，只在中控室有3人監視操作，生產管制中心；另外，日本鋼管公司的福山廠4＃燒結機，面積400m²，年產量為650萬噸，也于1996年2月實現無人化作業，僅保留3人當班。

對策

（1）鋼鐵工業自動化發展很迅速，差距較大，要完全自行解決是困難的，在開放環境下，為加快取得經濟效益，引進還是必要的，主要是有效管理，以便盡量減少重復引進，使引進發揮作用和作為技術來源，經過創新成為有自主知識產權的技術，甚至化進口為出口。因此要有一系列政策進行調控，政策要建立過去成功經驗和現在問題所在上，例如過去的“一家引進，萬家受益”方針使寶鋼技術得以成功地推廣應用，而現在強調企業自籌而防止轉移，往往還有是許多技術壓在某單位而替外國人保密，還有是許多既重復引進，又未揮作用。

（2）加強開發但不必完全仿效西方國家系統且有創新。為節約開支而需有重點的解決生產重大問題的項目，如高爐長壽的必要監控、熱風爐無波動換爐與協調控制、中小高爐的操作支持系統，轉爐的在線鋼水溫度和成份預測，連鑄的漏鋼預報，軋鋼的熱連軋軋制力神經元網絡模型，煉鐵、煉鋼、軋鋼等的質量預測及制造執行系統等。

（3）對熱門技術建立標準化軟件，便于推廣。這種標準化并非象產品一樣，拿來就可用，而為可剪貼，稍加更改就可應用，例如MES，功能基本相同，只是對象不同，例如設備管理，無論那個廠都類似只是名稱、數量、規格不同，而表格是相同的，人工填入不同內容就可。專家系統也是這樣。

（4）對引進量大的或昂貴的自動化產品要設法立足國內，包括如人工智能等各類平臺、PLC、全數字電氣傳動的電子控制器等，要講究方法，如PLC應從小規模系統開始，臺灣也是這樣發展的。