優質自動化技術在“節能降耗”領域里建功立業
胡錦濤總書記在黨的十七大報告的第五部份，促進國民經濟又好又快發展的第(四)點中，強調指出：“加強能源資源節約和生態環境保護，增強可持續發展能力。堅持節約資源和保護環境的基本國策，關系人民群眾切身利益和中華民族生存發展。必須把建設資源節約型、環境友好型社會放在工業化、現代化發展戰略的突出位置，落實到每個單位、每個家庭。加強應對氣候變化能力建設，為保護全球氣候作出新貢獻。”
長期以來，中國政府高度重視資源環境問題，堅持實施可持續發展戰略，把節約資源、保護環境作為基本國策，努力建設資源節約型、環境友好型社會。中國政府提出堅持以人為本，把發展切實轉入全面協調可持續的軌道；加快轉變經濟增長方式；把資源節約作為基本國策，發展循環經濟，保護生態環境，加快建設資源節約型、環境友好型社會；顯著提高資源利用效率，到2010年使單位國內生產總值能源消耗比2005年降低20%左右。為了落實到人，政府更進一步把“節能降耗指標”數量化！
毫無疑問，構建“節約型社會”，是中央高層提出的最為引人注目、影響最為深遠的一個重大決策。“節約”、“和諧”、“創新”，無疑是中國2005年以來，媒體使用頻率最高、影響最為廣泛的三個關鍵詞。人們認為：當前國家高層領導強調構建“節約型社會”、“和諧社會”、呼吁“自主創新”，具有針對現實、撥正發展航向的意味。能源資源問題是關系我國經濟社會發展全局的一個重大戰略問題；要從推動我國經濟社會持續發展和人民生活水平不斷提高的全局出發，全面分析能源資源形勢，深入研究能源資源問題，全面做好能源資源工作，促進形成可持續的生產方式和消費模式，建立資源節約型國民經濟體系和資源節約型社會，為實現全面建設小康社會的宏偉目標和我國的長遠發展提供可靠的能源資源保證。
許多分析人士認為，這一重大決策并非空穴來風或領導人的心血來潮，而是基于中國國情對經濟發展路線的一個主動戰略調整。面對著國家戰略的結構性調整，全國各行各業無不在認真思考自身的定位與建設，我們中國自動化科學技術界亦不例外，許多專家學者都在探索與思考。
本文就《“節能降耗”與自動化技術的關系》這一重要命題展開論述，希望通過本文起到“拋磚引玉”的作用，引起廣大讀者朋友的共鳴。
一，我國經濟發展面臨著“節能降耗”的重要歷史階段
中國是一個人口眾多，資源相對不足，生態先天脆弱的發展中大國，隨著經濟快速增長和人口的不斷增加，努力緩解資源不足的矛盾，不斷改善生態環境，實現可持續發展成為中國十分緊迫的任務。但是，我國經濟發展的粗放型增長方式并沒有從根本上轉變，一方面經濟增長在相當程度上仍然是主要依賴資源的高投入來實現的，能源、淡水、土地、礦產等資源不足的矛盾越來越突出。資源產出效率較低，節約潛力很大。鋼鐵、有色、電力、化工等8個高耗能行業單位產品能耗比世界先進水平的平均高40%以上，單位建筑面積暖能耗相當于氣候條件的相近發達國家的2-3倍，工業用水重復利用率比國外先進水平低15-25個百分點，礦產資源總回收率比國外先進水平低20個百分點。近年來，能源資源問題已經成為中國近一步發展的瓶頸，中國資源消耗式發展模式必須得到改變，這已經成為全社會共識。隨著經濟的快速發展，中國已經成為世界第二大能源消費國，能源消費量約占世界的11%。石油對外依存度已經超過40%，中國經濟增長在相當程度上仍然主要依賴資源的高投入來實現，資源產出效率較低。目前，鋼鐵、有色、電力、化工等8個高耗能行業單位產品能耗比世界先進水平平均高40%以上。能源是人民生活水平提高的必要保證。如果我國走傳統工業發展道路，在能源消耗方面高投入、高消費、高排放，作為人口大國，如果讓13億中國人都過上有車、有房、生活電氣化的小康生活，那么即使2個地球也養活不了中國。
我國工業生產普遍存在的“三高”（高能耗、高消耗、高污染）現象仍然十分嚴重。我國1億美元GDP消耗能源約12萬噸標準煤，約為日本的6.58倍，德國的4.49倍，美國的3.65倍。我國單位GDP的鋼鐵、木材、水泥的消耗強度分別為發達國家的5～8倍、4～10倍、10～13倍。我國年排放二氧化硫近2000萬噸，酸雨面積已占國土面積的30%，空氣質量達標城市僅占1/3，流經城市的河段70%受到不同程度污染。
因此，完全可以斷定：我國經濟發展已經進入“節能降耗”的重要歷史階段。建設節約型社會是我國各部門各行業的工作重點，國家加強能源領域的統一規劃迫在眉睫。觀察人士認為，中央力倡建設節約型社會意味著中國可持續發展戰略進入實施階段。節能是我國經濟和社會發展的一項長遠戰略方針，也是當前一項極為緊迫的任務。為推動全社會開展節能降耗，緩解能源瓶頸制約，建設節能型社會，促進經濟社會可持續發展，實現全面建設小康社會的宏偉目標，國家發改委特別制定了《節能中長期專項規劃》規劃；國務院也于近期專門下發通知，要求在生產、建設、流通、消費各領域節約資源，提高資源利用效率，減少損失浪費。力圖推進“節能降耗”工作。
二，應用自動化技術實現“節能降耗”的一些成功案例
在我國，已經有一些著名的工業自動化企業通過他們的出色工作來努力實現“節能降耗”的目標。在這里，作者選擇了我國部份民企案例來加以介紹：
案例一：北京和利時公司的MACS系統在杭州綠能環保發電廠中的應用
杭州綠能環保垃圾焚燒發電廠由杭州綠能環保發電有限公司負責籌建，一期工程已于2004 年10 月全部投運，共配置了3 臺150t/d 垃圾焚燒爐、3 臺15t/h 余熱鍋爐及3 套尾氣處理系統。并配置了1 套杭州汽輪機廠生產的7.5MW 凝汽式汽輪發電機組。垃圾焚燒爐采用了杭州鍋爐廠引進的日本三菱重工技術制造的馬丁式垃圾焚燒爐。
以往的垃圾焚燒發電廠，通常都采用各家的PLC 來分別實現各個設備的控制要求的。而許多PLC是隨各個主設備廠配套而來的。因此，配套而來的各家PLC 之間，由于型號和品種的各不相同，往往是難以實現相互之間的通信和信息交換的；從而導致在整個垃圾焚燒發電廠的控制系統中，出現了一個個由各家不同的PLC 組成的“自動化孤島”。與此同時，許多廠家的PLC 往往難以實現復雜的模擬量控制，例如串級控制和前饋控制；特別是難以實現垃圾低熱值時的滑參數運行方式下的各種控制要求。因此，杭州綠能環保發電有限公司從一開始就果斷地決定，選擇用DCS 系統來實現“全廠一體化”的控制功能。整個杭州綠能環保發電廠“全廠一體化”控制的基本思想是：
由先進的、全面開放的DCS 系統作為全廠總的控制系統，實現全廠機、爐、電和現場各輔機系統的一體化控制。采用全能值班員制度。
經過反復的分析比較和嚴格的考察，杭州綠能環保發電有限公司最終選擇了北京和利時公司提供的符合國際最新發展潮流的第四代DCS—MACS 系統。MACS 系統可以方便地采用以太網、Profibus-DP 現場總線或RS 485通訊接口和全廠的各個控制子系統（各種PLC 和505 調速器）連接和通訊。MACS 系統成功地實現了“全廠一體化”。
目前，杭州綠能環保垃圾焚燒發電廠運行狀況良好，垃圾焚燒量超過了設計要求的450t/d，可以達到600t/d；發電量可以達到6.9—7.5MW；“全廠一體化”的控制功能通過和利時公司全面開放的MACS 系統已經順利實現，各個控制子系統性能穩定可靠，操作靈活方便。
這個項目既處理了垃圾，又轉化成了電能，很好地實現了“節能降耗”的目標。
案例二：北京三博中自科技有限公司在節能降耗、資源優化方面的工作
中科院自動化所北京三博中自科技有限公司自從成立以來，逐步確立了以節能降耗、資源優化為公司的發展戰略方向，為企業提供節能降耗控制、整體資源優化、系統集成解決方案。為用戶提供具有國際水平的科技產品和技術服務。
目前，三博公司已成功開發出10多項具有自主知識產權的高技術含量的煉焦自動化技術產品，如：焦爐紅外測溫儀及測溫管理系統、焦爐加煤自動計量系統、焦爐四車聯鎖監控管理系統、焦爐自動配煤控制系統、焦爐自動加熱優化控制系統、焦爐集氣管壓力智能調節系統，等等。以上產品已開始獲得廣泛推廣應用，目前已有60多家焦化企業采用一項或多項以上煉焦自動化技術產品。其中，焦爐紅外測溫儀及測溫管理系統開發成功后，迅速進行市場推廣應用，目前已銷售近500套，市場占有率從0%提升到90%以上，基本取代了一直處在該行業壟斷地位的國外知名品牌愛康特紅外測溫儀，使焦化行業的企業大大降低了成本。由三博公司開發的焦爐自動加熱優化控制系統為企業創造了良好的經濟效益，如在江西某焦化廠實施了該系統，為該企業每年節省能源費用300多萬元，而該系統投入成本才30多萬元，目前正在焦化行業大力推廣應用該系統,目前已多家焦化企業推廣應用了10多套該系統。這幾年來，三博公司在焦化行業也深受其益，針對焦化行業的直接銷售收入已達4000萬元以上，在焦化行業的工程業績已達100多個，取得了良好的經濟效益和社會效益。在國家倡導的采用信息化自動化技術改造傳統產業，節能降耗、資源優化領域，三博公司做出了應有的貢獻。
案例三：北京華邦天控科技公司北京科強公司在碳素焙燒控制技術上的工作
在鋁用碳素生產過程中，焙燒工序是對能耗，環保，成品品質及壽命影響最大的，由于工藝過程復雜，現場環境惡劣，在1998年之前，該工藝過程幾乎沒有自動控制，能耗高，污染大，產品品質不穩定。引進國外控制系統后，狀況明顯改善，但成本巨大，難以推廣。
北京華邦天控科技發展有限公司與北京科強公司背靠航天科技的雄厚基礎。近年來在消化吸收國外先進技術基礎上，應用先進控制理論，于2000年成功推出國產化碳素焙燒控制系統，短短幾年中得到廣泛應用，完全替代了國外引進產品，創造了巨大的經濟，環保及社會效益。使用后相對過去手動控制，產品能耗降低50％，產品合格率從90％以下提高到98％以上。進入凈化系統之前，尾氣焦油含量降低40％以上，產品理化指標明顯提高，從而使電解鋁的電流效率和電解鋁槽壽命都得到了提高。以一個年產6萬噸碳素的標準爐型為例，每年節省燃料（100#重油）3000多噸，由此節約成本近千萬元，按全國產量計算，全年即可節省燃料成本7億多元，同時環保指標大大提高，產能及品質大幅提升。
目前該產品在穩固國內市場的同時（約占60%），正在成功地邁向國際市場，實現擁有自主知識產權先進技術產品的輸出。
案例四：浙大中自公司的“煤化工過程優化控制技術實現節能降耗”
浙大中自公司依托浙江大學工業自動化國家工程研究中心、浙江大學工業控制技術國家重點實驗室、“控制理論與控制工程”和“檢測儀表及裝置”兩個國家重點學科、浙江大學現代控制工程研究所，秉承浙江大學求是創新的科研作風和廣博豐厚的技術源泉，在董事長孫優賢院士的率領下，努力開拓“節約型”工業自動化技術。他們開展的“煤化工過程優化控制技術實現節能降耗”工程，已經取得了較好的成效。
煤炭能源消耗占中國能源消耗總量的70%，涉及化工、冶金、電力等諸多行業，以煤為能源的企業面臨著越來越大的壓力。如何利用好煤炭資源成為有關專家和工程技術人員多年研究的課題。對自動化系統工程人員來講，將先進控制與過程優化技術應用于煤化工生產過程，實現節能降耗，是當前最緊迫的任務。煤化工生產過程優化控制技術可以大大提高煤的利用率，既節約了大量資源，也降低了生產成本，因而在煤化工生產領域有著廣闊的市場前景。
煤炭的應用大致分為燃燒和氣化兩種形式，燃燒一般有工業鍋爐來實現，氣化又分為間歇式固定床煤氣化、連續式固定床煤氣化、粉煤氣化、水煤漿氣化、富氧氣化等，由于后三種氣化方式投資大技術還不成熟原因而很少采用，所以目前國內大多采用前兩種氣化方式。實踐證明，固定床間隙氣化工藝影響因素多，滯后時間長，在爐況穩定時期，由于操作條件發生變化后，造成爐子蓄熱狀況變差，其潛熱損失的增加往往是潛熱損失從量變到質變的結果。當造氣爐蓄熱過量時，上、下行溫度升高，溫度速率增大，通過顯熱增加仍不能達到熱平衡時，氣化層將出現局部過熱結疤，如仍未及時調整工藝及操作，爐面將出現局部發紅、吹翻，帶出物增加。當加大排渣量后，即使大疤消除，但灰渣返炭增加，吹風效率降低，這樣潛熱損失必定增加。基于上述情況，間歇式固定床煤氣化過程優化控制系統，采用浙大中自公司的SunyTDCS9200集散控制系統，把造氣爐當成一個蓄熱的容器，不再簡單的依賴氣化層的檢測狀況和信息，而是利用造氣爐的上、下行溫度這兩個最能反映造氣爐宏觀運行狀態的參數，運用模糊控制和優化控制技術，分析上、下行溫度的動態變化過程所反映的造氣爐蓄熱狀況的變化，再運用工藝控制上的一些規律加以優化控制參數，使氣化層逐步優化，在條件優化中，逐步使造氣爐達到單位時間內蓄熱能力最大，同時熱損失最小，且穩定性最高的生產狀況，只要達到這個狀況，從能量守恒角度而言，則單爐產氣量最高、能源利用率最高，平均單爐發氣量提高10%以上，煤耗下降5-10%。控制調節包括：吹風時間的調節；上、下吹比例時間的調節；爐條機轉速的調節。
由此可見，打破局部參數孤立控制操作的老習慣，建立起全裝置多參數綜合操作的概念，向著操作的精確性、安全性、穩定性、預見性等方面發展。采用先進控制與過程優化技術，進行煤化工生產過程優化控制，實現節能降耗，是今后煤化工生產過程控制發展的方向。