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中国有色金属行业仪表与控制系统的发展

方原柏  发布于:2013-04-08

摘 要:有色金属是国民经济、国防军工特别是高科技发展的重要基础原材料,中国十种有色金属产量九年稳居世界第一,并在生产技术方面取得较大的进步。通过陈述中国有色金属行业仪表与控制系统的现状,介绍有色金属行业的特点及对仪表与控制系统的需求,全面分析了仪表与控制系统生产厂商在有色金属行业“十二五”期间发展的前景和机遇。19bf2【中国自动化网社区】4215c6【http://sns.ca800.com】20e3


关键词:有色金属 仪表 控制系统 现状 发展前景 机遇
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Development of Instrumentation and Control System in China Nonferrous Metals Industry

Abstract: The non-ferrous metal is important basis raw material of the national economy, and the national defense war industry specially high tech development. China's output of ten kinds of nonferrous metals ranked first in the world for nine years, and makes the big progress in the production technology aspect. Statement by China non-ferrous metal industry status of instrumentation and control systems, introduction the characteristics of non-ferrous metals industry and needs of instrumentation and control system, a comprehensive analysis development prospects and opportunities of instrumentation and control systems manufacturer in the non-ferrous metals industry for "Twelfth Five-Year Plan" period.
Key Words: Non-ferrous metal Instrumentation Control systems Status Development prospects Opportunities
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0 概述d69【中国自动化网社区】fd2fee【http://sns.ca800.com】5ff4e

有色金属是我国国民经济、国防军工特别是高科技发展的重要基础原材料,有色金属种类达64种,涉及的范围很广,与国民经济的联系非常紧密。铜、铝、铅、锌、镍、锡、锑、镁、钛、汞是产量多且最常用的种有色金属,其产量可以用来代表一有色金属的发展水平,也往往被认为是一国国力的体现之一。当然,随着科技的进步,种有色金属之外的一些有色金属也越来越重要了,比如硅(包括工业硅、多晶硅),由于在半导体器件、太阳能电池中大量应用,其重要性也远远超过种有色金属中靠后的金属,但是人们仍然习惯用早期规定的这十种有色金属。d69【中国自动化网社区】fd2fee【http://sns.ca800.com】5ff4e

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1 中国有色金属行业的发展7cef0e【中国自动化网社区】f553c8【http://sns.ca800.com】0d7

1.1 种有色金属产量九年稳居世界第一7cef0e【中国自动化网社区】f553c8【http://sns.ca800.com】0d7

我国种有色金属产量自2002年超过美国后,连续9种有色金属产量稳居世界第一位。除了镍之外,其余个品种(铜、铝、铅、锌、锡、锑、镁、钛、汞)产量均为世界第一,中国十种有色金属产量、消费量平均占全球产量、消费量35%以上。十一五期间种有色金属产量年均递增13.8%,产值年均增长16.2%,占全国GDP的比重从2005年的1.19%提高到2010年的1.99%[1],也就是说,有色金属在国民经济中的地位在不断上升十一五期间按年份统计的种有色金属产量、产值、利润增长情况见表7cef0e【中国自动化网社区】f553c8【http://sns.ca800.com】0d7

十一五期间种有色金属产量、产值、利润的增长情况6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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单位6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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十种金属总产量6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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总产值6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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利润6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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1.2 生产技术的进步6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

我国有色金属行业依靠技术进步,通过自主创新、引进消化再创新集成创新,成功研究开发了一大批行业共性技术、关键性技术并用于生产,显著提高了企业生产技术装备水平,大大缩小了与发达国家的技术差距,明显增强了我国有色金属工业的竞争力。我们可以从以下几个方面看到我国有色金属行业生产技术的进步6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

矿产勘查:我国在对可能成为矿区的矿产勘查对资源枯竭矿山的边部、深部开展新一轮找矿取得了明显成效;与此同时,我们加快境外矿产资源的开发力度,如中国有色矿业集团投资建设的赞比亚中国经济贸易合作区取得新进展,成功收购赞比亚、澳大利亚、英国的三家矿业公司;铜陵有色集团与中国铁路建设股份公司收购了加拿大科里安特资源公司96.9%的股份[1]6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

矿山开发:我们已经具备了年产3000万吨露天矿山和年产600万吨地下矿山的设计能力、配套装备制造能力和建设能力;大型高效钻机、采装运机械,复杂矿体采矿、大型矿体的爆破等技术装备的研制并投入使用;选矿技术进步明显,在浮选流程的创新、多种联合流程的应用、复杂多金属选矿技术、电位调控剂电化学控制浮选、预选抛尾即尾矿再选、铝土矿浮选脱硅等方面获得突破性的进展;一批矿山新设备如世界最大最先进的Φ12.2m×10.9m自磨机及Φ7.93m×13.6m溢流型球磨机均为中国中信重工生产,200m3大型浮选机及破碎比大、产品粒度均匀的Φ1200惯性圆锥破碎机等投入运行[2]6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

冶炼技术:一水硬铝石选矿拜耳法技术、富矿强化烧结法技术砂状氧化铝生产技术300kA320 kA350 kA400 kA大型预焙铝电解技术;闪速炉、诺兰达炉、艾萨炉(或称为澳斯麦特炉)以及国内自主创新的液态高铅渣直接还原技术、白银炼铜法、铁闪锌矿氧压浸出等多种冶炼技术成功应用;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

金属加工:通过先进技术装备的引进和自主研究,已能成功生产各种大型、异型、精密的型材和板、带、箔材;自主研发出的万吨级的油压技术压机,生产了高速列车用的材料,原来我们在引进250km/h列车的时候高速列车用的铝材是生产不了的,现在不仅能生产时速250km/h的高速列车用铝材,连时速350km/h400km/h以上高速列车用铝材也可以全部自己生产了高精铜板带、铝板带、铜箔、铝箔、工业型材为代表的有色金属精深加工带动整个行业质量的上升[1]6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

产品质量明显提高:早在20世纪90年代初,种有色金属产品的质量已基本与国际上一致,并开始批量出口到现在,我国冶炼产品的质量水平已居世界先进水平,铜、铝、铅、锌、锡、镍、银、铝合金等8种产品的56个品牌已先后在伦敦金属交易所和伦敦金银市场注册有色金属加工材质量水平的提高是全方位的,铝箔、铜管材、铜板带、铝型材铝板材、镁铸件、钛棒材等大宗有色金属加工产品质量都得到很大提高,不仅能完全满足国内传统产业的需求,而且能够满足高技术产业的需求,很多产品得到了国外客户的青睐,大批量出口国外。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

能耗大幅度降低:2010年,铜冶炼综合能耗为360.3 kg标煤/t,比“十一五”期下降39.4%;铅冶炼综合能耗为453.5 kg标煤/t,比“十一五”初期下降16.4%;电解锌综合能耗为946.6 kg标煤/t,比“十一五”初期下降24.1%;铝锭综合交流电耗为13979kWh/t“十一五”初期下降5.1%;氧化铝综合能耗为632.4 kg标煤/t,比“十一五”初期下降21.2%[1]6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

产业集中度提高:2010年,我国排名前十位的铜、铝、铅、锌占全国总产量比例分别为76%64%50%50%100亿元以上产值的有色金属企业有24家,其中300亿元以上产值的企业有7家,1000亿元以上产值的企业有2家,其中中国五矿集团公司以375.55亿美元在世界财富500强中的排名2010年的第332位跃升至第228位,中国铝业公司以288亿美元在世界财富500强中的排名由2010年的436位上升到330位。2010年,金川集团有色金属年产量60万吨,其中镍15万吨、铜40万吨、钴1万吨、金10吨、银260吨、硒120吨、铂族金属8000公斤,其他金属3万吨,化工产品280万吨,有色金属压延加工材15万吨;营业收入900亿元,利税总额100亿元。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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2 中国有色金属行业仪表与控制系统的现状6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

2.1 重点企业规模扩大为仪表与控制系统的深度应用创造了条件6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有色金属行业集中度不断增加,重点企业规模不断扩大,为仪器仪表与控制系统的深度应用创造了条件。如金川集团15万吨的年产量居世界镍第三位,江西铜业集团公司已达到年产100万吨的能力,进入世界铜前三位“十二五”规划要达到年产150万吨的能力6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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2.2 仪表与常规控制系统得到广泛应用6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

大多数参数的检测技术能满足工艺过程的要求,智能检测与智能仪表技术,以及在线分析检测技术得到一定程度的应用,以集散控制系统(DCS)和可编程序控制器(PLC)为代表的控制系统广泛应用,数千控制点的工序、上万控制点的大型工艺装置也比较常见。基础自动化的工作达到了这样的深度,对有色金属工业生产过程的安全与稳定运行起到了保证作用,也为有色金属工业可持续发展奠定了基础。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

是几个有代表性的大型企业应用的DCS系统、PLC系统。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有代表性的大型企业应用的DCSPLC系统6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

企业名称6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

主产金属6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

DCS系统6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

PLC系统6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

金川6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

镍、铜6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

西门子PCS-7,和利时SmartProMACSVABB AC800FAC460横河,CS3000浙江中控JX-300JX-300XP6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

A-B ControllogixSLC500Compactlogix西门子S7-4003002006c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

江铜贵冶6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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横河YEW-PACK IIµXLCS1000CS3000R3,霍尼威尔TDC3000S9000TPSTDC3000BASIC和利时HS2000MACS,艾默生Dalta-V6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

AB Logix5500SLC-500SLC 5/04PLC-5/40,欧姆龙CV500C200,三菱FX26c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

平果6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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福克斯波罗I/A 51系列/70系列6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

西门子S7系列,AB ControLogixSLC-500SLC 5/03PLC-5/306c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

GE PLC,施耐德PLC6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

株冶6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

铅、锌6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

福克斯波罗I/A,艾默生Dalta-V,横河CS3000,欧陆T3500,和利时HS2000MACS6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

西门子PLC6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

云铜6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

铜、锌6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

艾默生Dalta-V,霍尼威尔TPSS9000,浙江中控JX-300XPECS—100,和利时HS2000MACS6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

西门子S7-4006c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

AB ControlLogic 5000,欧姆龙PLC6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

驰宏锌锗6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

锌、锗、铅6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

艾默生Dalta-VABB AC800F6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

欧姆龙PLC6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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2.3 现场总线技术由样板走向普及6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有色金属工厂有3个采用现场总线技术成功应用的样板:株冶、驰宏锌锗、贵冶目前已有更多的工序、更多的工厂采用FFProfibus-PA现场总线技术。表是这3个工厂应用的情况。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有色金属工厂应用现场总线技术3个样板6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

工程名称6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

工序名称6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

DCS型号6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

总线仪表数量6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

投产年份6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

株冶6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

锌沸腾焙烧、铅烧结、WSA湿烟气制酸6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

艾默生Dalta-V6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

1906c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

2002.16c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

驰宏锌锗6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

艾萨炉、艾萨余热锅炉、锌焙烧6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

艾默生Dalta-V6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

1746c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

2005.126c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

江铜贵冶6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

闪速炉、硫酸装置、余热锅炉发电以及3m3/h制氧装置6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

艾默生Dalta-V横河CS3000R36c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

4326c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

2007.86c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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2.4企业信息化建设进展快6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

在信息化建设方面,目前我国大型有色金属企业基本上都建立了独立的、部门级的应用系统;多数企事业建立了覆盖整个企业主要业务部门的信息通信网络系统并实施了财务管理系统;大多数大型有色金属企业基本建立了综合信息管理平台(如公司网站、办公平台、电子邮件系统等);许多重点有色企业还应用了计划管理、生产调度管理、设备管理、原材料管理、劳动人事、库存管理、质量管理等系统;部分大型重点有色企业建立了生产执行系统(MES)、供应链管理系统及企业资源计划系统ERP系统。这些大型企业信息化系统应用日趋完善,实现了基础管理,简化了中间环节,在生产、经营、管理各个方面发挥了积极作用,增强了企业对市场的快速反应和综合竞争能力[3]6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

国内有色金属企业从20世纪90年代开始自己研发管理信息系统(MIS),之后逐步开始管控一体化系统、集成制造系统(CIMS)及企业资源计划(ERP)的初步应用,重点大型有色金属企业已初步建成了体现ERP思想的整体产销系统。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

大型有色金属企业如中国铝业公司中国五矿集团、西南铝业、金川集团、铜陵集团、忠旺集团等企业,以战略为导向,提升企业竞争力、改善产品质量等为主要目标,采用整体规划、统一标准、统一实施的方法逐步形成了一套有效的完整信息管控体系,其内容覆盖了硬件网络平台建设、企业资源计划(ERP)、基础网络、过程自动化等等[3]6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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2.5 复杂生产过程的建模工作逐渐铺开6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

我国目前大型铜冶炼企业的主体设备和工艺技术和相应的数学模型为上世纪80年代引进的,但由于我国矿源复杂、冶炼过程冰铜高品位、设备容量扩大,原有的数学模型无法满足当前生产的要求。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

江铜贵冶与太极计算机股份有限公司联合开发“闪速炉计算机优化控制系统”,系统采用了多项新技术:首次将美国OSISoft公司PI实时数据库应用到优化控制系统中采用面向对象的组件式开发,尽可能地减少各相对独立功能的偶合度采用完全的双机冗余技术,使得进程、网络、主机任何一个有问题,都可自动切换料仓物料可灵活放置,并在模型中增加了中央油枪和金精矿的处理以及数套制氧机协同工作的处理系统通过实时采集闪速炉DCS系统和化验分析仪器的数据,根据冶炼物理变化和化学变化,利用物料平衡和热平衡原理,构建了多个优化模型,用以计算添加剂石英矿的比例、工艺风量、重油量以及工艺氧量等,并将计算值传送到DCS控制系统,以调节相应的阀门,从而使得产出冰铜的品位、温度、渣中Fe/SiO2达到目标值。系统自20078月投入使用以来持续稳定运行,有力地确保了贵冶30万吨铜酸系统工况稳定达产达标。系统的投入使用,使贵冶30万吨铜冶炼闪速炉的冰铜温度基本稳定冰铜品位保持在62%左右,渣含铜降到指标线以下。通过实施该系统,可使工艺氧量降低9.8kg/t冰铜,工艺风量降低38kg/t冰铜,为企业创造了较好的经济效益[4]6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

江西铜业集团公司、中国瑞林工程技术有限公司等单位针对铜冶炼生产全流程自动化关键技术完成了以下开发工作[5]6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

铜精矿气流干燥过程水分预测与优化控制技术,建立基于智能集成策略的铜精矿气流干燥过程水分预测模型,预测相对误差小于7%,解决了无法在线测量干矿水份的难题;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

铜闪速熔炼配料优化与炉况综合优化控制技术,提出了铜精矿配料的满意多目标优化方法和基于操作模式的操作优化方法,建立了基于智能集成建模的工艺指标预测模型,实现了闪速熔炼炉况的综合优化;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

PS转炉优化控制技术,提出了基于剩余热预测的冷料添加优化方法,优化冷料添加量和添加时序,建立了基于智能集成策略的铜吹炼终点预测模型,实现了吹炼终点区间的准确预报;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

铜电解过程优化控制技术,建立电解液条件与生产率、阴极铜每吨电耗的关系模型,优化给液主管流量、过滤液流量等参数,实现了阳极泥输送过滤过程的自动控制;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

铜冶炼渣选矿过程优化控制技术,开发了矿浆浓度计、粒度仪、浮选机液位检测系统,解决了工艺参数的在线检测问题;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

烟气制酸过程优化控制技术,建立了一级动力波入口压力控制系统的数学模型和转化器最佳温度计算模型,实现了一级动力波入口压力的优化控制和转化器各层入口温度优化设定,有效减少了气体二氧硫的排放。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

该项目研制了具有自主知识产权的全流程综合自动化系统,申请国家发明专利9项,软件著作权5项。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

该项目解决了一直困扰铜冶炼全流程自动控制的若干关键难题,实现了铜冶炼全过程的控制与优化,并作为示范工程成功应用于江西铜业集团公司铜闪速熔炼全流程。以“铜冶炼生产全流程自动化关键技术及应用”令名的该项目荣获2010年度国家科技进步二等奖。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

株冶和浙江中控软件公司联合项目组在WSA湿烟气制酸项目中通力合作,利用数据挖掘技术,通过对相关生产过程的历史、实时及正常工况数据的预处理与数据挖掘建模,开发具有指定功能的计算机用户界面软件,建立实现在线或离线的数据分析处理平台,解决设备的负荷能力评价和操作参数优化问题,同时为工艺人员掌握过程的控制机理并进一步提高生产管理水平提供一个良好的工作平台。系统20062月正式投入运行,所有模块使用正常,达到了预期的功能并取得了良好的结果[6]6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

金川集团和浙江中控软件公司联合完成“冶炼烟气制酸生产实时监控与调度系统”项目,对金川集团20余台冶金炉、3个混气室及多套硫酸装置、亚硫酸钠装置的复杂管网进行综合调度[7]6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

2009年度何梁何利基金奖获得者、中南大学桂卫华教授与杨春华教授编者的国内第一本系统论述有色金属生产过程智能建模、控制与优化的专著“复杂有色冶金生产过程智能建模、控制与优化”已于2010年年底出版,他们针对铅锌、铜、铝冶炼及加工过程的重大装备,详细说明了智能集成建模、智能优化控制以及操作模式优化理论与方法在典型冶金工序和装备中的实现与应用。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

综上所述,有色金属生产过程控制已从单元控制、单体设备控制发展到整个生产线的生产过程控制;从以模拟盘装仪表控制发展到采用微处理机的PLC控制、DCS控制及FCS控制;从手动控制、简单PID控制发展到多回路控制、模糊控制、数模控制、优化控制;主要大中型企业生产实时数据和信息,通过数据总线与企业的主干网连接,生产技术状况可直接传到企业的领导及管理部门,大大提高了生产过程监控与管理水平。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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3 有色金属行业的特点6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

3.1 有色金属行业分类繁多6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有色金属行业从竖向来分,可以分成采矿、选矿、冶炼、加工四大部分。采矿将矿石从地下矿山(少部分是露天矿山)开采出来;由于大部分矿石的品位(即有价金属含量)较低,通常需要通过选矿过程的浮选、重选、磁选、电选等方法将有价金属富集到精矿中;冶炼通常采用火法、湿法将原料精矿(也包括一部分富矿)中的各类杂质排出,得到接近纯金属的产品;加工过程则是将金属(或者是合金)加工成各种形状的管材、线材、板、箔等其他行业可以直接使用的有色金属材料。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有色金属行业从横向来分,可以分成各种金属的生产,如铜行业、铝行业、铅锌行业、镍行业、锡行业、贵金属行业、稀土金属行业、稀有分散金属行业等等。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有色金属行业还可以按流程来分,大的方面可分为火法冶炼、湿法冶炼,再细分如火法冶炼又可按冶炼主体熔炼炉的种类分反射炉、电炉、鼓风炉、闪速炉、诺兰达炉,艾萨炉(或称为澳斯麦特炉)、合成炉等等6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

由于有色金属种类繁多,工艺流程,特别是冶炼流程各不相同,相互间可借鉴的经验较少。仅火法冶炼生产过程就有数十种以上的冶炼方法,而每一种冶炼方法又有可能存在多种炉型,所以有色金属生产工艺过程是千变万化的。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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3.2 工艺过程机理复杂6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有色金属工艺过程利用了电能、热能、化学能等多种不同形式能量相互传递与转换完成物理反应、化学反应和相变反应以提取有价金属的过程。有色金属工艺过程既有仅仅只是固体物料形状变化的物理过程,如采矿、选矿、加工过程也有固体物料、气体、液体、熔体组分发生变化的化学过程,如冶炼过程。物理过程主要涉及固体物料的输送、破碎、形状变化,再加上高温下物料的熔化、造渣、还原、挥发等化学变化,冶金工厂的特征明显;但湿法冶炼使用了酸、碱、盐,涉及了浸出、净化、电解等以液体物料(溶液)为主的操作,具有某些化工厂的特征,一些辅助装置甚至就是化工装置,如利用有色金属SO2烟气制酸的硫酸装置。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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3.3连续性操作、间断性操作并重6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有色金属行业的工艺流程既有连续性强的操作,也有很多间断性的批量操作。如采矿过程、加工过程和一部分选矿过程就是以间断性的批量操作为主,而冶炼过程则既有连续性操作,又有间断性的批量操作。即使是对连续性操作很高要求的闪速炉、诺兰达炉,艾萨炉之类设备,虽然原料准备、进料、燃料加入等过程是连续的,而出料、排渣等过程又可能是间断的。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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3.4 生产流程长6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

由于许多矿石是多金属共生的,在冶炼过程中需同时回收多种有色金属及伴生的有价元素(如硫、砷),工艺流程长,工序多,处理过程复杂。如铜的火法冶炼大的工序就有:精矿仓原料堆放、配料;送粗炼(反射炉、电炉、鼓风炉、闪速炉、诺兰达炉,艾萨炉、合成炉等)得到含铜、铁、硫三种主要元素的冰铜;送转炉吹炼除掉铁、硫得到粗铜;送阳极炉火法精炼并铸锭得到阳极铜板;送湿法电解得到阴极铜。铝的生产过程包括氧化铝、电解铝两大块,而氧化铝生产又包括矿石的破碎、磨矿、配料、溶出、分离、分解、洗涤、蒸发、煅烧等主要工序6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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3.5 物料种类多6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有色金属工艺过程设计的物料主要是固体物料,但也使用了包括气体、蒸汽(包括金属高温下气化的气态金属蒸汽)、液体以及固液两相流的矿浆。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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3.6 环境条件恶劣6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有色金属生产过程既有与一千多度高温打交道的火法冶炼工艺,也有与各类酸、碱、盐等溶液打交道的湿法冶炼工艺,还有与两相流的矿浆打交道的选矿工艺湿法冶炼工艺,即过程检测仪表要具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐潮湿的特性。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有色金属生产过程既有高达数十兆帕的高压环境,有正负压力仅几帕的炉膛微压,也有负压甚至高真空环境。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

由于涉及大量固体物料,高粉尘环境较稳常见,物料中常含有硫、铅、砷等成分,大气中可能含有一定量的SO2、铅、砷等有害甚至有毒成份。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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4 中国有色金属行业十二五发展的机遇6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

在经历了从1978年开始的几个十年大发展之后,国内外仪器仪表与控制系统厂家可能要问:中国有色金属行业的市场还有多大?我想可以从以下几个方面分析:6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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4.1 将保持一个适中的增长速度6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有色金属的“十二五”规划草案中指出:在产能扩张方面,2011年到2015年的“十二五”期间,十种有色金属的产能平均增速将被限制在8%以内[8]。显然增长速度的数值不大,我们知道中国的有色金属行业十年前就是世界第一,基数已经很大,对铜、铅、锌来说,8%意味着每年新增加各40万吨的产能,对铝来说,8%意味着每年新增加120万吨的产能,也是非常可观的一个数据。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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4.2 继续淘汰落后产能6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

由于中国有色金属行业中小企业很多,涉及到的落后产能设备虽然已经淘汰了一批,如:100kA及以下电解铝小预焙槽;密闭鼓风炉、电炉、反射炉 炼铜工艺及设备;采用烧结锅、烧结盘、简易高炉等落后方式炼铅工艺及设备;未配套建设制酸及尾气吸收系统的烧结机炼铅工艺;采用马弗炉、马槽炉、横罐、小竖罐(单日单罐产量8t以下)等进行焙烧、采用简易冷凝设施进行收尘等落后方式炼锌或生产氧化锌制品的生产工艺及设备。而且每一年的落后产能淘汰的规模是比较大的,如2009年,国内就淘汰落后的铜冶炼产能30万吨、铅冶炼产能60万吨、锌冶炼产能40万吨;2010年,淘汰落后的小预焙槽电解铝产能80万吨;2011年淘汰落后的电解铝产能61.9万吨、铜冶炼产能42.5万吨、铅冶炼产能66.1万吨、锌冶炼产能33.8万吨[9]。总之,国内还有一大批装置规模小、金属回收率低、耗能高、污染严重的中小有色金属企业将继续淘汰,因此还将腾出一部分产能。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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4.3 大规模的技术改造6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

由于设备老化、工艺流程落后、耗能高、污染严重,一些规模较大的工厂的一部分分厂、车间急需进行改造;还有一部分是原有工艺的仪表与控制系统落后或使用时间较长,须单独对仪表与控制系统改造。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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4.4 工厂异地搬迁改造6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

由于历史的原因,一大批老企业建在大中城市的郊区,随着城市规模的扩大,企业已经成为城区的一部分了,污染、噪音、物流运输等方面的问题使得这些城市忍无可忍,这就像钢铁行业的首钢、重钢的搬迁一样,很多大型的有色金属行业的工厂也面临从城区搬迁的问题,现在传说中尚待证实的消息有云铜、云锡、株冶之类工厂。其实按作者的观点,这些工厂迟早是要搬的,迟搬不如早搬,早搬对企业长远发展更有利。工厂异地搬迁改造,流程可能要变、厂房要变,机械设备大部分要变,仪表与控制系统能利用的可能性几乎没有,所以这也是一个商机。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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4.5 环境保护的压力、节能降耗的压力6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

近年来,有色金属行业一连串的环保事件,如紫金矿铜矿湿法厂渗漏紫金矿业尾矿库溃坝韶冶铊超标,陕西、河南、江苏、湖南、福建等地各有数百名儿童血铅含量超标等等引起人们关注有色金属行业工厂对环境污染,相关企业也就不得不加大处理设施、监测仪表的投入。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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4.6 对国产仪表与控制系统的好感增加6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

在有色金属行业对仪表与控制系统国内外产品的选型往往跟金属品种、企业类别有关比如铝行业的国有大型企业,其眼界往往很高,加上不同企业间的攀比,仪表与控制系统的选型往往是最顶级的国外产品其他金属行业的国有大型企业的选型原则往往趋向现实通常是主体(包括引进国外技术)工艺车间仪表与控制系统选国外产品(但不一定是顶级的),而辅助车间仪表与控制系统选国内产品民营企业,即使是铝行业的民营企业,仪表与控制系统的选型则以国内产品为主。比如国内产能最大的氧化铝企业山东魏桥铝业公司年产400万吨氧化铝项目(其规模大约是之前最大氧化铝企业的2倍),I/O点数达到26300,但该公司所选用的DCS为和利时公司产品[10]。最近几年还出现这样一种趋势,即国内的大型有色金属企业,包括金川公司、江铜贵冶、株冶等国内最大的有色企业,也逐步增加了对国产控制系统的好感。如金川公司在合成炉工程、大型烟气制酸工程等均采用了国产和利时公司的DCS系统;和利时公司HS2000 DCS系统1998年开始用于贵冶铜电解净液工段,2000年初贵冶铜电解一、二期改造,又采用了HS2000 DCS系统,2002贵冶铜电解三期新建时第三次采用了和利时公司的产品MACS DCS系统,前后4年在同一车间共采用了三套和利时公司DCS系统,在亚砷酸工序,贵冶还用和利时公司DCS系统更新了进口的DCS系统[11]和利时公司的HiMES流程行业实时信息管理系统已在中铝山东分公司、中铝河南长城分公司、中铝贵州分公司、湖南水口山、江铜永平铜矿、铜陵集团金昌冶炼厂应用。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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5有色金属工厂对控制系统的需求6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

多数企业对控制系统功能要求不高,通常仅要求能实现简单的连锁控制、时序控制和常规PID模拟量回路控制,也可以这样说,他对系统的要求仅仅是取代常规仪表。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

部分大型设备由于工艺参数互偶性强、滞后时间长、工艺过程反应速度快以及一些关键参数难以直接快速测定,所以要通过软测量技术或复杂的数学模型进行关键参数计算并实现实时控制,因而对控制系统的数学运算能力、快速响应能力有较高的要求。随着大规模的技术改造和设备产能的扩大,这样的要求增加的速度较快。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

一部分生产过程以连续性操作为主,通常选用DCS系统,另一部分生产过程以间断性的批量操作为主,通常选用PLC系统;而FCS系统由于投资要增加,对安装、施工技术要求较高,而且对投产后的维护人员水平也要求较高,虽然FCS系统的优点突出,几个试点也很成功,但大规模的应用尚待时日。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

部分工厂的主体工序及设备与辅助工序及设备由于系统规模、控制要求相差较大,或由于工序及设备投产时间相距较长,往往造成国外控制系统与国内控制系统并存、大规模控制系统与中小规模控制系统同时拥有的局面,即使是同一家公司提供的产品,也有新老几种不同的型号,因而当后期上ERPMES系统时,需要通过采用OPC技术等方案解决异构系统间的实时通讯问题。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

以往采矿、选矿控制系统的应用水平较为落后,但近年来随着设备的大型化及管理水平提高,称之为数字化矿山的检测仪表应用技术、控制系统应用技术、信息化管理应用技术发展也很快。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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6有色金属工厂对仪表的需求6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

6.1 整体技术要求6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有色金属工大量使用的仪表类别有温度、压力、流量、物位、称重、成份分析、执行器等等。虽然其中大部分与其他工业行业的要求一致,但也有不少特殊的要求,如高温、高腐蚀、高磨损、固液两相、固态成分分析等等。以下是几点具体要求:6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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6.1.1 工业无线通讯6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

有色金属工较多位于山区、河谷、丘陵地带,且厂区相对分散、部分辅助车间往往位于厂区的某个角落,采用常规仪表信号的一对一导线传输、多对一总线信号传输往往不是最现实、最经济的,工业无线通讯可能是上述方案的补充,近年来一些工厂的技术改造及设计院工程项目设计已经开始采用包括现场仪表检测信号和小型控制系统数据传输的工业无线通讯方式,如贵冶转炉铜液、铜渣包子吊运系统采用了无线RTU设备,驰宏会泽项目设计将采用Wireless Hart无线设备。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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6.1.2 自诊断功能、预测维护功能6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

随着有色金属工仪表用量的大幅增加和工厂从事仪表维护工作人员数量的减少,对仪表的稳定性、可维护性提出了更高的要求,一部分维护量大的智能仪表本身具备的或通过现场总线方式实现的自诊断功能、预测维护功能受到用户的欢迎,典型的例子如控制阀门、质量流量计、变送器、pH计、称量仪表,他们所带自诊断功能、预测维护功能能大大减少维护工作量、减少非计划停工时间。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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6.1.3 成套应用技术6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

仪表厂应该为一些技术含量高的仪表应提供设计、选型、安装、维护的成套技术,比如有色金属行业早期的成分分析仪表使用状况都很差,原因主要是存在设计院设计选型不合理、安装公司安装不合格,用户无能力维护等问题,而由仪表厂提供设计、选型、安装、维护的成套技术后,目前成分分析仪表的投运率显著提高。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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6.1.4 人员(车辆)自由跟踪管理系统6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

基于安全生产和规范管理的需要,对进入厂区、车间、井下、采场的人员(车辆)自由跟踪管理的要求越来越迫切,也希望能有相应功能的产品能满足其功能和可靠性的要求。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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6.2 特殊要求6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

6.2.1温度仪表6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

高温烟气温度检测,温度测量范围1200~15006c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

高温高速烟气温度检测,温度测量范围1200~1500,烟气流速高达每秒数十米;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

高温高速高磨损气体温度检测,温度测量范围1000~1500,为流速高达每秒数十米气固两相流的磨损及冲刷;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

金属熔体(如铜、铝、锌、锡)温度的检测,包括各种金属熔融物(如冰铜)、熔渣温度的检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

高浓度酸、低浓度硫酸腐蚀环境温度的检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

高温状态下高浓度酸、低浓度硫酸的腐蚀环境温度的检测。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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6.2.2压力仪表6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

高含尘量气体压力检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

高精度炉膛压力检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

矿浆压力检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

脉动压力监测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

腐蚀性介质压力检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

高真空度检测。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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6.2.3流量仪表6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

大管径气体流量检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

大管径高温气体流量检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

大管径高含尘量烟气流量检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

熔融金属流量检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

酸碱介质流量检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

液固两相流(如矿浆)流量检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

液固两相流(如矿浆)中干矿量流量检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

气固两相流(如风送煤粉、烟尘、焙砂)中固体流量检测。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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6.2.4物位仪表6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

冶金炉内高温大块固体物料物位检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

冶金炉内高温熔融金属或炉渣物位检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

冶金炉内高温熔融金属或炉渣界面检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

耐火砖腐蚀冲刷程度检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

干燥细粉状物料(如煤粉、烟尘、焙砂)物位检测;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

浓密机固液界面检测。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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6.2.5称重仪表6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

干燥细粉状物料(如煤粉、烟尘、焙砂)的称重计量;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

高精度皮带输送机物料计量;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

易进行检定的皮带秤物料计量装置;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

高温环境或熔融金属等物料计量;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

窄轨、准轨矿车动态轨道衡计量;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

中小型矿井出口税控皮带秤计量。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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6.2.6成份分析仪表6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

烟气成分全分析装置;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

微量SO2分析装置;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

93酸分析装置;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

带自动电极清洗设备的pH测量装置;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

OPR氧化还原电位计的实际应用及推广;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

固体物料水分连续检测装置6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

熔融金属或炉渣成分分析装置;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

固体物料在线成分和组分全分析装置;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

湿法冶金过程溶液成分分析装置;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

矿浆中固体物料成分分析装置;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

矿浆中固体物料粒度分析装置。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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6.2.7执行器6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

耐高温控制阀门;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

大口径控制阀门;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

高温环境条件下工作的电动执行机构;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

液固两相流(如矿浆)控制阀门;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

耐酸、碱腐蚀控制阀;6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

耐高温、耐酸、碱腐蚀控制阀。6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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参考文献:6c7【中国自动化网社区】d582dc【http://sns.ca800.com】2e

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回复

  • 张静 2013-04-09 10:21
    分析的真好!支持!
  • 浅醉闲眠 2013-04-10 12:17
    由仪表厂提供设计、选型、安装、维护的成套技术对很多特殊仪表来说,很重要。
  • 匿名 2013-09-30 20:37
    浅醉闲眠: 由仪表厂提供设计、选型、安装、维护的成套技术对很多特殊仪表来说,很重要。
    很重要。
  • 匿名 2013-10-10 09:22
  • 江湖走走 2014-01-09 16:38
    补充下,铝行业的DCS系统还有霍尼韦尔、AB、西门子的。资料上说我们的是对的,PLC还有三菱的,其实最早的是国产华光的、
  • 琴瑟在御 2014-01-09 18:08
    江湖走走: 补充下,铝行业的DCS系统还有霍尼韦尔、AB、西门子的。资料上说我们的是对的,PLC还有三菱的,其实最早的是国产华光的、
    走走太帅了!牛!
  • 跳动的音符 2014-04-29 13:41

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