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【摘 要】 本论文首先对自动化控制系统的基本功能进行了说明，然后分析了自动化控制系统在电气自动化领域中的系统构成与设计，最后详细阐述了高炉工程自动化控制系统设计。
【关键词】 高炉工程；自动化控制；设计
一、前言
随着当今社会的不断发展，生产和生活中对各种工程质量的要求也日益渐高，高炉工程也不例外。因此，积极采用科学的方法，不断完善高炉工程自动化控制系统的设计就成为当前一项十分紧迫的问题。
二、自动化控制系统的基本功能
自动化系统通常是根据自动采集来的数据，作为系统运行的参数，并且自我监控系统的运行情况，全方位调动系统的各个指标，来实现经济效益和社会效益的创造。在建立系统数据库的基础上，将现地控制单位传送的数据进行处理和储存，然后利用上位计算机进行系统分析，形成系统运行的参数。数据库中的数据资料，可以用来进行自动控制调节，并通过系统本身附带的显示&记录&检索&报警等功能，供以系统操作人员灵活调用和调整。为了减少系统操作的失误，要提高系统的监控和调节水平，但鉴于系统的复杂性，日常的人工监控难以兼顾系统运行的各个细节，因此需要实现系统的自动监控调节功能，在将科学合理的数据作为系统参数的基础上，设置各种功能的模拟操作系统。
三、自动化控制系统在电气自动化领域中的系统构成与设计
1、集中监控方式
这种方式的主要特点是设计方式简单，对控制站的防护要求不高，运行和维护都比较方便。但是也存在较为明显的不足，即控制系统的所有信息将集中于一个处理器上进行运行处理，从而导致处理器的运行速度受到影响。当所有电气设备都纳入到电气控制的监控中后，由于监控设备的增加，必然导致投资加大、信息量增加和处理速度的下降，而且长距离和数量较多的电缆也会对系统的运行产生一定的电子干擾。此外，在隔离刀闸的闭锁操作中，也可能由于接点不能到位，从而影响监控设备的运行。这种二次接线的方式，也会导致线路查寻困难，维护极为不便，还可能由于线路较为复杂存在错误操作。
2、远程监控方式
由于这种方式的线路通信速度不高，因此只适合于较小系统的监控和处理，不太适合建立大型的或者是全厂区的电气自动化控制系统。但这种方式，能节省大量材料，可靠性能较高，也能节省部分安装调试费用，并且非常方便进行各种动态组合。
3、现场总线监控方式
现在由于计算机和互联网技术的发展，以及现场总线监控方式的发展，在电气自动化控制系统的系统设计中广泛使用了网络技术。而智能化电气设备的快速发展和成熟，也推动了网络技术在电气自动化控制系统中的应用。
四、高炉工程自动化控制系统设计
1、控制系统装备水平的确定阶段
确定自动化控制系统的设计原则。一般说来，设计应本着技术成熟、装备先进、适用性强、可靠性高的原则进行。确定分布式控制系统的基本组成。分布式控制系统主要由控制站单元、操作显示站单元以及数据通信总线组成。各站点单元由数据通信总线联结在一起组成控制系统，并通过数据通信总线进行相互间的通信，实现系统内部的数据共享。确定自动化控制系统的应用功能层次，并提出各个应用功能层次上对系统硬件和软件的基本要求。在进行应用功能层次划分时，现场检测及传动级和基础自动化级是必需的；至于过程监控级和信息管理级，则应根据工程项目的资金情况及用户的生产管理水平决定取舍。提出自动化控制系统的合理控制范围及主要控制和管理功能。一般说来，高炉生产主体工艺系统宜纳入此控制系统中控制，进行自动化控制系统投资估算。
2、分布式控制系统综合评估阶段
（一）对控制系统控制站单元的技术性能进行评估
现场数据采集能力及信号隔离措施；输入及输出信号处理精度；内存容量及存储数据掉电保持时间；模件能否带电插拔；容错能力；应用软件的组态方式。
（二）对控制系统操作站单元的技术性能进行评估
内存容量及CRT分辨率；实时多任务操作系统的可靠性；是否具备多种应用支持软件（如图形组态软件、数据库管理软件、报表生成软件、历史趋势软件、故障报警软件以及系统维护软件等）；图形软件的组态方式。
（三）对控制系统通信单元的技术性能进行评估
通信网络结构及网络控制方式；通信网络容量及数据传输速率；通信网络容错能力。
（四）对控制系统综合性能进行评估
控制系统的开放性和可扩展性。是否兼容其它自动化软、硬件产品，是否很容易地对系统硬、软件进行升级。控制系统的可靠性。系统的容错能力和平均无故障时间是否满足要求等。控制系统的经济性。着重考虑系统的性能价格比。控制系统在高炉控制上的应用业绩，控制系统供应商的售后服务能力。
3、控制系统初步设计阶段
在控制系统初步设计阶段，主要工作是以控制系统装备水平确定阶段议定的原则为依据，以对分布式控制系统综合评估后得出的结论为基础，并结合工艺实际情况进行控制系统的初步配置。初步设计阶段主要工作内容包括，结合工艺及用户意见确定控制系统控制范围，分布式控制系统基本构成方案和主要控制、管理功能。明确三电专业分工，对三电专业各自应完成的控制及管理功能进行划分。确定系统操作方式。一般有自动、半自动、手动和机旁手动四种操作方式。初步确定常规检测仪表及电气传动系统设备选型。初步确定分布式控制系统硬件及支持软件组成；估算控制系统输入和输出点数，初步确定输入和输出控制点技术规格及控制点备用量；确定数据通信总线介质；确定系统的冗余方式。确定控制系统电源条件，其中，分布式控制系统一般应考虑不停电电源措施。确定控制系统安装场所，应使控制系统的输入/输出接口尽量接近控制对象。
4、控制系统基本设计阶段
基本设计阶段是自动化控制系统设计中最为重要的设计阶段。该设计阶段主要以控制系统初步设计阶段确定的内容为基础，对系统硬件和软件进行总体方面的设计。功能规格书是基本设计阶段主要的设计文件，它是系统详细设计、软件设计和软件调试工作的指导性文件。
5、控制系统详细设计阶段
详细设计是按照基本设计确定的各项原则，对控制系统硬件进行工程化设计。详细设计主要完成各类硬件设计和硬件接口设计图纸，往往与施工图设计并行进行。
6、控制系统软件设计阶段
（一）软件编程。
即在多种应用支持软件（如控制组态软件、图形组态软件、数据库管理软件、报表生成软件、历史趋势软件、故障报警软件等）的环境中，结合工艺要求进行程序设计。
（二）软件实验室测试
即在初步完成程序设计后，对程序进行分步测试。包括检查程序容量和程序扫描，校验控制及数据点名，测试各类算法，测试控制逻辑顺序关系，测试数据通信的有效性等。
7、控制系统软件调试阶段
校验分布式控制系统输入/输出接口接线的正确性。进行在分布式控制系统控制下的工艺设备单机无负荷试运转。即在操作站上手动控制单体工艺设备运转。进行在分布式控制系统控制下的工艺设备无负荷连动试运转。即在操作站上发出运转指令后，测试工艺设备是否按照设计程序自动完成运转过程。同时，对控制功能和各项性能指标进行初步测试。进行在分布式控制系统控制下的工艺设备带负荷连动试运转。带负荷连动试运转标志着高炉进入正式生产的准备阶段，此时，对设计程序、控制功能和各项性能指标进行进一步的测试。
五、结束语
高炉工程自动化控制系统设计作为高炉工程项目的核心工作之一。对高炉工程的生产安全和质量控制等方面具有十分重要的作用。我们必须将科学的设计方法融合到高炉工程自动化控制系统中。
参考文献：
[1]田明飞，王凯强，周阳.机械制造自动化的研究与应用[J].河南科技，2012
[2]黄亮亮.电气自动化控制系统设计的相关探讨[J].科技创新与应用，2013
[3]刘国智.论电气自动化控制系统的设计思想[J].中国新科技新产品，2011
【关键词】 高炉工程；自动化控制；设计
一、前言
随着当今社会的不断发展，生产和生活中对各种工程质量的要求也日益渐高，高炉工程也不例外。因此，积极采用科学的方法，不断完善高炉工程自动化控制系统的设计就成为当前一项十分紧迫的问题。
二、自动化控制系统的基本功能
自动化系统通常是根据自动采集来的数据，作为系统运行的参数，并且自我监控系统的运行情况，全方位调动系统的各个指标，来实现经济效益和社会效益的创造。在建立系统数据库的基础上，将现地控制单位传送的数据进行处理和储存，然后利用上位计算机进行系统分析，形成系统运行的参数。数据库中的数据资料，可以用来进行自动控制调节，并通过系统本身附带的显示&记录&检索&报警等功能，供以系统操作人员灵活调用和调整。为了减少系统操作的失误，要提高系统的监控和调节水平，但鉴于系统的复杂性，日常的人工监控难以兼顾系统运行的各个细节，因此需要实现系统的自动监控调节功能，在将科学合理的数据作为系统参数的基础上，设置各种功能的模拟操作系统。
三、自动化控制系统在电气自动化领域中的系统构成与设计
1、集中监控方式
这种方式的主要特点是设计方式简单，对控制站的防护要求不高，运行和维护都比较方便。但是也存在较为明显的不足，即控制系统的所有信息将集中于一个处理器上进行运行处理，从而导致处理器的运行速度受到影响。当所有电气设备都纳入到电气控制的监控中后，由于监控设备的增加，必然导致投资加大、信息量增加和处理速度的下降，而且长距离和数量较多的电缆也会对系统的运行产生一定的电子干擾。此外，在隔离刀闸的闭锁操作中，也可能由于接点不能到位，从而影响监控设备的运行。这种二次接线的方式，也会导致线路查寻困难，维护极为不便，还可能由于线路较为复杂存在错误操作。
2、远程监控方式
由于这种方式的线路通信速度不高，因此只适合于较小系统的监控和处理，不太适合建立大型的或者是全厂区的电气自动化控制系统。但这种方式，能节省大量材料，可靠性能较高，也能节省部分安装调试费用，并且非常方便进行各种动态组合。
3、现场总线监控方式
现在由于计算机和互联网技术的发展，以及现场总线监控方式的发展，在电气自动化控制系统的系统设计中广泛使用了网络技术。而智能化电气设备的快速发展和成熟，也推动了网络技术在电气自动化控制系统中的应用。
四、高炉工程自动化控制系统设计
1、控制系统装备水平的确定阶段
确定自动化控制系统的设计原则。一般说来，设计应本着技术成熟、装备先进、适用性强、可靠性高的原则进行。确定分布式控制系统的基本组成。分布式控制系统主要由控制站单元、操作显示站单元以及数据通信总线组成。各站点单元由数据通信总线联结在一起组成控制系统，并通过数据通信总线进行相互间的通信，实现系统内部的数据共享。确定自动化控制系统的应用功能层次，并提出各个应用功能层次上对系统硬件和软件的基本要求。在进行应用功能层次划分时，现场检测及传动级和基础自动化级是必需的；至于过程监控级和信息管理级，则应根据工程项目的资金情况及用户的生产管理水平决定取舍。提出自动化控制系统的合理控制范围及主要控制和管理功能。一般说来，高炉生产主体工艺系统宜纳入此控制系统中控制，进行自动化控制系统投资估算。
2、分布式控制系统综合评估阶段
（一）对控制系统控制站单元的技术性能进行评估
现场数据采集能力及信号隔离措施；输入及输出信号处理精度；内存容量及存储数据掉电保持时间；模件能否带电插拔；容错能力；应用软件的组态方式。
（二）对控制系统操作站单元的技术性能进行评估
内存容量及CRT分辨率；实时多任务操作系统的可靠性；是否具备多种应用支持软件（如图形组态软件、数据库管理软件、报表生成软件、历史趋势软件、故障报警软件以及系统维护软件等）；图形软件的组态方式。
（三）对控制系统通信单元的技术性能进行评估
通信网络结构及网络控制方式；通信网络容量及数据传输速率；通信网络容错能力。
（四）对控制系统综合性能进行评估
控制系统的开放性和可扩展性。是否兼容其它自动化软、硬件产品，是否很容易地对系统硬、软件进行升级。控制系统的可靠性。系统的容错能力和平均无故障时间是否满足要求等。控制系统的经济性。着重考虑系统的性能价格比。控制系统在高炉控制上的应用业绩，控制系统供应商的售后服务能力。
3、控制系统初步设计阶段
在控制系统初步设计阶段，主要工作是以控制系统装备水平确定阶段议定的原则为依据，以对分布式控制系统综合评估后得出的结论为基础，并结合工艺实际情况进行控制系统的初步配置。初步设计阶段主要工作内容包括，结合工艺及用户意见确定控制系统控制范围，分布式控制系统基本构成方案和主要控制、管理功能。明确三电专业分工，对三电专业各自应完成的控制及管理功能进行划分。确定系统操作方式。一般有自动、半自动、手动和机旁手动四种操作方式。初步确定常规检测仪表及电气传动系统设备选型。初步确定分布式控制系统硬件及支持软件组成；估算控制系统输入和输出点数，初步确定输入和输出控制点技术规格及控制点备用量；确定数据通信总线介质；确定系统的冗余方式。确定控制系统电源条件，其中，分布式控制系统一般应考虑不停电电源措施。确定控制系统安装场所，应使控制系统的输入/输出接口尽量接近控制对象。
4、控制系统基本设计阶段
基本设计阶段是自动化控制系统设计中最为重要的设计阶段。该设计阶段主要以控制系统初步设计阶段确定的内容为基础，对系统硬件和软件进行总体方面的设计。功能规格书是基本设计阶段主要的设计文件，它是系统详细设计、软件设计和软件调试工作的指导性文件。
5、控制系统详细设计阶段
详细设计是按照基本设计确定的各项原则，对控制系统硬件进行工程化设计。详细设计主要完成各类硬件设计和硬件接口设计图纸，往往与施工图设计并行进行。
6、控制系统软件设计阶段
（一）软件编程。
即在多种应用支持软件（如控制组态软件、图形组态软件、数据库管理软件、报表生成软件、历史趋势软件、故障报警软件等）的环境中，结合工艺要求进行程序设计。
（二）软件实验室测试
即在初步完成程序设计后，对程序进行分步测试。包括检查程序容量和程序扫描，校验控制及数据点名，测试各类算法，测试控制逻辑顺序关系，测试数据通信的有效性等。
7、控制系统软件调试阶段
校验分布式控制系统输入/输出接口接线的正确性。进行在分布式控制系统控制下的工艺设备单机无负荷试运转。即在操作站上手动控制单体工艺设备运转。进行在分布式控制系统控制下的工艺设备无负荷连动试运转。即在操作站上发出运转指令后，测试工艺设备是否按照设计程序自动完成运转过程。同时，对控制功能和各项性能指标进行初步测试。进行在分布式控制系统控制下的工艺设备带负荷连动试运转。带负荷连动试运转标志着高炉进入正式生产的准备阶段，此时，对设计程序、控制功能和各项性能指标进行进一步的测试。
五、结束语
高炉工程自动化控制系统设计作为高炉工程项目的核心工作之一。对高炉工程的生产安全和质量控制等方面具有十分重要的作用。我们必须将科学的设计方法融合到高炉工程自动化控制系统中。
参考文献：
[1]田明飞，王凯强，周阳.机械制造自动化的研究与应用[J].河南科技，2012
[2]黄亮亮.电气自动化控制系统设计的相关探讨[J].科技创新与应用，2013
[3]刘国智.论电气自动化控制系统的设计思想[J].中国新科技新产品，2011