摘要：就现代水泥生产流程工业控制的具体情况与智能化控制属性特征要求进行对比分析，认为现代水泥工业生产控制过程仍处于人工干预为主的自动化控制的中级阶段，仍需要继续努力，摆脱操控过程中过多的人工干预，进入全流程高度自动化控制阶段，而后在构建各个过程动态优化控制模型的基础上，逐步实现和完善各过程的动态优化操控，最终实现全过程的智能化控制目标，进入智能化控制阶段。目前行业中所谓“智能化”工作，多数仍属于自动控制手段的优化提升范畴，距智能化属性要求相差甚远，仍属旗帜运动。不要凡事戴上“智能化”的帽子，就觉得高大上，应脚踏实地、继续努力做好各项智能化所需的基础工作，为实现智能化控制目标打好坚实基础。

关键词：水泥生产、过程控制、自动化，高度自动化，智能化、人工智能。

0 前言

在“智能化”炒得火热之时，不妨静思一下，现水泥工业生产系统控制处在什么阶段？水平如何？水泥生产“智能化”是什么？需做哪些工作，着眼点是什么？难度在哪? 受何因素控制? 由谁支持和实施?能做到何种程度 等一系列难以回答的技术问题。笔者根据当前水泥生产系统基本控制面貌，站在工艺控制要求角度，发表一些不成熟的看法，供大家参考。

大凡从事水泥工程人员，不难形成印象：系统操控，开停易、抗扰难；安警易、维护难；数表易、精准难；调整易、调优难；配烧易、保质难；运行易、波控难；形成印象是：人工干预状态下的自动化易、摆脱人工干预的高度自动化难，感觉完全实现人工智能化控制可能更难。

众所周知，工业生产系统按生产方式，分为离散工业生产和流程工业生产两种不同方式，其控制要求大不相同，经分析比较不难看出：离散生产，多为物理加工过程，先将不同材料按不同标准目标分别加工成不同零部件，然后再按照一定程序组装成技术产品（如：机器人、车、船、飞机、电器产品等）；流程生产，多为连续的物理化学加工过程，只有连续生产才能保证合格产品（如：化工、冶金、材料三大过程多为材料）；对离散生产，由于加工材料、环境、条件、组装程序等各环节过程，易于稳定、便于统一、利于控制，为其重复生产奠定基础，便于实现自动化控制和智能化提升；流程生产，由于原燃、材料来源复杂，多涉及复杂的高温物化过程，交互影响因素较多，再加缺乏耐受、灵敏、高精、稳定的现场在线感知系统和执行系统装备支持，使该类系统成为复杂多因素、多参数、多变量、多维度、非线性、时变、滞后特征的工业生产控制系统；要保证长期处在最优状态稳定运行，其难度可想而知，要解决这一难题,恐怕摆脱不了解决系统参数间的建模，并在此基础上，实时根据环境条件进行优化控制的问题。这是稳定工业生产的关键，也是实现高度自动化，逐步过渡到智能化的关键环节。人们总希望流程工业生产，不需要人工干预就能保证在可行域内运行，实现无人干预的高度自动控制状态，进而能根据内部状态、外部环境条件、市场条件进行实时优化控制，体现智能化控制效果，实现最佳的经济控制要求。

智能化概念是对生产过程和产品控制而言，是人类智慧在工业生产控制中的具体要求和表征，是现代工业控制的发展方向，是指在现代科技与人工智能支撑下，使得事物能动满足人们各种需求的属性过程。是过程就有长有短，短的通过努力就能现实，长的就只能成为奋斗的目标和方向。

因此，目前水泥生产控制，最重要的是摆脱过多的人工干预，实现高度自动化控制过程，并在此基础上，建立各系统的动态优化控制模型，完善动态优化控制，实现智能化控制目标。看来由高度自动化迈向智能化的道路还很漫长和艰难，这些不妨从工业智能化特征对比分析中得到答案。

1. 水泥生产过程控制的发展历程和现状

现代工业生产过程控制技术，是在电子元器件发展基础上， 由BSC→M-BSC→MRC→CCS→PLC&DCS→FCS→HACS→AICS逐步建立和完善起来的（图1所示）；目前水泥生产流程控制，仍处于PLC、DCS、FCS混合技术应用阶段。所有现场传感器、仪器仪表、电子元器件、执行机构、微型计算机，构成了不同时代的现场设备性能特征（例：模拟量→数字量），为安全可靠分层、分散控制奠定了物质基础；计算机技术、网络通信技术的发展，为系统设备集中管理控制创造了条件；各种控制模型、模式、算法、专家系统和控制软件的开发为工程化便捷应用提供了方便。中国水泥工业新型干法技术发展，虽起步于上世纪七十年代中期，但真正大型化生产应用，是从上世纪八十年代初开始，当时引进技术的控制，仍处于模拟手操盘向计算机操控过渡时期；国内大量生产系统，起源于世纪之初，其过程控制已发展到由DCS系统向FCS系统过渡阶段。目前正朝着高度自动化和智能化控制方向发展，有待新的控制技术成果出现和应用，智能化控制现已成为工业控制领域中的“目标和旗帜”作用。

1.1 对智能化控制一些概念的理解

智能化和智能制造，是指工业生产制造的类人化控制过程，是人类对各生产工具和系统过程控制的终极理想目标。即不需人工干预就能够自动完成工业生产控制过程。

曾记得几十年前工业控制就有了MSC、MRC、CCS，PLC、DCS、FCS、模糊逻辑、神经网络控制、信息高速公路、专家控制系统等；后来又陆续频繁出现了人工智能控制、智能化控制、全流程控制等概念，再加数字化、大数据、物联网、互联网、5G、全生命周期、数字孪生等概念不绝于耳，这些“新”概念的连续不断涌现和应用，确实在工业控制和信息处理与通讯应用领域内发生了翻天覆地的变化，也为后续实现工业生产控制的高度自动化和智能化所需信息处理和快速通讯奠定了基础。目前工业制造领域，除以离散工业生产，采用了类人行为特征的装备外，对流程工业生产：因其过程影响因素多而复杂，其生产控制仍处于人工干预的自动化控制阶段，并未随着“新”概念和“新”技术出现，发生翻天覆地变化，而是个缓慢提升过程。水泥工业生产也不例外，仍摆脱不了过多的人工干预， 更不用说智能化， 有些过程就连自动控制也难稳定实现， 还有待改变完善和提升。

这些繁多的工业控制概念，总以突出不同控制特征呈现：例如：CCS，PLC、DCS、FCS所呈现的是控制过程的信号（模拟信

号→数字信号）和硬件结构（集中→分层）特征而言，解决的是感知信号传输对接与硬件结构的技术问题；模糊逻辑（模糊集合逻辑）控制、神经网络（非线性类人逻辑）控制、大数据（统计概率逻辑）控制、模型（数理化运筹逻辑），专家系统（经验逻辑）等，体现的是思维方式与算法，解决的是控制过程中的逻辑关系和计算方法；信息高速公路、局域网、环形网、以太网、互联网、物联网、5G以及数值孪生等，着重强调的是数字信息传输与处理速度要求，以及模型数据与现场数据互换互通过程，解决的是信息规范与标准的统一、传输和处理速度等技术问题；HACS是在此前各项先进控制技术的基础上，将已成功应用的各种控制方法集成起来，进行补充完善，充分发挥其控制优势，使水泥生产系统能自动地保持在可行域内运行，以满足高度自动化控制需要；AIC（人工智能和智能化）是工业控制的终极发展目标。研发出众多能够反映实际生产过程的多维度、多理化变量的动态优化控制模型和算法，解决实际生产过程所需的动态优化控制问题，使复杂的工业生产系统能够像人一样“思维”，实时择优运行，实现类人行为的协调优化控制。不管怎样叫法，工业控制技术概念出现，总想概括和强调其中的部分内容，这些概念无非反映了控制工作中的思维方式、硬件构造、参数算法、信息传输、速度标准、知识结构和软件平台等。还没有根据环境条件变化，实现实时优化的控制目标要求。

1.1.1 模糊逻辑控制 1965年美国数学家L. Zadeh提出Fuzzy Sets概念。随后在工业控制和信息处理等方面得到广泛研究和应用。实际是在多值逻辑基础上，运用模糊集合概念和方法，研究模糊性思维、语言形式及其规律，形成了模糊逻辑控制的概念；为那些难以建立控制模型、采用常规方法难以实现自动化控制的非线性滞后时变系统，提供了可靠的自动化控制方法。不难看出，模糊逻辑只是将系统运行控制在可行域内，并不能保证系统参数的最优。

1.1.2 专家控制系统 是集专门知识、技术经验、操控思想的一群技术专家为基础研发的控制软件，以期解决生产过程遇到各种控制难题；但这些专家系统，在我国水泥工业中应用不多，也许软件较贵，收支不平，影响企业使用兴趣，也许“水土不服”，总之不那么理想，仍摆脱不了人工干预的结局，很难实现最优操控的目标。例如此前：ABB公司Optimiser/Linkman；史密斯公司ECS/ Process Expert；Pavilion公司Pavilion8 MPC专家软件；Powitec公司Pit Navigator软件系统；还有些水泥公司：如Lafarge集团的Luci专家系统；Polysius公司：Polexpert KCE/MCE专家系统等。

1.1.3 大数据和控制 大数据是指在一定时间范围内，针对与工业系统相关环境与流程可能采集管理的数据集合总称。然后采用概率统计、数据关联、模型建立等一系列方法挖掘内在规律，用以指导后续生产运行、过程决策以及生产过程控制之中，使系统运行轨迹不偏离已有的成功状态，并能根据具体情况进行适当学习和调整，基本能够保持或优于原有运行业绩。

1.1.4 智能化控制 人工智能、神经网络控制、智能化控制，均是以模拟类人行为控制为主导思想，期望工业系统控制像人一样，想为人所想，行为人所行，能自动地为人所动，以满足人类生产活动的控制需要，具备能动满足人们各种需求的属性。人工智能体现“人工”和“智能”双层内容。“人工”涉及人的行为结果，易于理解；“智能”涉及人的意识与思维活动等诸多内容（有争议），是客观事物与环境自动在人脑中经反复思考和行为活动后形成的能动结果；人总希望通过研究，使机器和工业（离散或连续）系统像人一样，能动地按照事物客观规律和逻辑思维要求，通过一系列行为动作，实现某种目标，满足人们的各种需求，以延长或拓展人类的能力。神经：属医学范畴，简单理解为与人体感知处理相关信息的重要器官系统；神经网络：由中枢、感官、效应器、纤维等连接的网状信息处理系统；人们通过对人体大脑和神经系统的研究，以期获得人脑神经“获取,传递,存储,加工,处理”信息的机制，将其复制到工业控制中去，实现类人神经网络的工业控制过程，长期研究结果演绎出“前馈式、反馈式、竞争式、随机式”四种类型的网络算法，并取得五方面的初步成果：（1）神经网络辨识：为非线性系统建模与辨识提供了多种方式，有利推动和完善该项工作的开展；（2）神经网络控制：对不确定的未知系统及其扰动进行有效控制，将人类智能控制模式移植到工业控制中，使人工智能控制成为可能；（3）各种算法融合：神经网络与专家系统、模糊逻辑、遗传等算法结合，为系统提供非参数控制（器）模型；（4）过程动态优化：各种过程的动态优化算法与控制模型，为实现过程优化控制创造条件；（5）故障控制诊断：根据信息传送地址、时序、数据形态等一系列异常变化，可反馈出故障的位置和类型，指导人们及时修复。目前这些基本概念和成果，有些已得到了应用，有些还在研究和尝试应用阶段。针对水泥工业生产这种复杂的多因素非线性时变滞后的连续工业生产系统，不用说自动的动态优化控制，就连摆脱人工干预，全面实现高度自动化控制都存在着较多的难题有待解决，更何况智能化了。

不难看出，对于复杂的水泥生产系统，全面依靠模糊逻辑（模糊逻辑）控制、专家系统（经验逻辑）控制、大数据（概率逻辑）控制，神经网络（类人思维逻辑）控制，似乎有利于实现全流程高度自动化控制过程，然而这些方法有些虽得到应用，仍存在着一些缺陷和问题（过多人工干预就是很好证明），仍需要在长期实践中不断地补充和完善。最后再加上过程优化控制模型（数学运筹逻辑）控制，将四种控制模式进行优势互补集成，最终才能实现智能化控制目标。

1.2 智能化的外部表征

众所周知，智能化关键在“智”，字典解释为“见识、聪明与智慧”之意，应为生物思维和行动的特有属性。不难想象要让周边的事物也拥有这种思维和行为属性，应该具有如下特征：自我感知、自我调节、自我避让、自我修复、自我适应、自我学习等的过程。流程工业生产系统能否实现上述功能，恐怕还取决于感知系统、修复系统、执行系统的微型化和对内外环环境稳定感知的适应程度。比如：人体的感知系统，分布在人体任何部位，可借此对周边环境进行感知（气流、温度、影像等）信息，并传递给大脑做相应反映。这一过程主要得益于人体神经感知系统的微型密布；而现行工业机、具、器的感知技术，仍然在发展之中，其感知范围拓展、元器件、网络等的微型化，抗干扰耐受性的智能材料生产，仍是个漫长过程，很难像人体那样实现机体遍布“神经”感知功能；人脑的思维系统，人脑可以借助机体感知器官，传送各种信息，进行快速的行为（思考与判断）反映，做出调节、避让、以适应环境的变化，对于难以适应的环境可提前做出预案进行应对；而随高能计算机技术的发展，人类完全可将人类所具有的逻辑、思维、知识、运算、判断、经验等处理方式，通过程序，转移到高性能计算机中，让其代替人脑，来应对因环境变化做出相应反映，尤其在未来可能实现人脑和电脑的对接，使得这一过程更加直接；人体的修复系统：未超出人体耐受和自我修复范围创伤，可以借助机体内部营养传送机制，实现自我修复和补充；而工业机具却难以实现这方面的

功能，也许未来可通过材料内部微管输送各种“营养”，以补充和修复机械磨损和组织消耗；眼下机器受损无论大小，均需要离线修复或更换；人体的执行系统：人可以通过大脑判断分析，直接进行灵活快速反映、适度调节或采取行动处理；而对于机械系统，要实现完全类人化的感知、思维、避让、修复、适应、学习等过程，仍然是个漫长的时间过程；也许一些机具（机器人等）已具有某些类人行为和外部智能表征，但作为复杂多变的流程工业生产系统，很难实现全部的智能化控制过程。总之：现代流程工业生产系统的控制，就外部表征对比来看，离散工业生产系统，其生产控制过程已具有了一些智能化的属性，仍需要进行完善和提高；对于流程工业生产系统，目前尚未实现高度自动化，当然距离智能化控制要求，相差较远，并非像人们想象的那样，就在面前，仍然需继续努力去铺垫前进的道路。

2. 水泥生产过程智能化面临的技术问题

众所周知，电子集成产品换代，遵循非自然法则摩尔(Gordon Moore)定律：当价格不变，集成电路板可容纳元器件数目，约每隔两年便会增加一倍，性能也随之提升一倍。大宗电子产品性能与微型化的速度适应这一规律已超半个世纪。目前虽有放缓趋势，即使如此两三年也会翻番。这就需要人们不断更新知识，加快技术学习、研发与应用的步伐，跟上形势发展需要；但也不难看出：这些硬件在技术进步方面，也存在着短板，例如：在环境适应范围的拓展、灵敏度、精准性、耐受性、抗干扰、稳定性、产品寿命等方面的性能改进与提升仍然缓慢，难以满足现代工业实现高度自动化，迈向智能化的控制需要。例如：高温区内置雷达、内置检测探头、内置物化分析，以及精密仪器的现场化在线分析等，还存在着一定的难度，仍需漫长的技术创新研发和改进提高，而且这些技术的进步又取决于功能材料的研制和开发利用，完成结构材料和功能材料的统一，并且能够微型化和数字化。无论是电子元器件，还是集成硬件系统，在性能要求和微型化方面均有较高的要求（图2所示）。不同的电子元器件和集成硬件系统，其要求不同。

2.1 面临的硬件问题

为了稳定水泥生产系统控制需要，大量数据的采集和分析，离不开适应现场各种环境要求的各类数字化传感器的支撑；就应用环境而言，除了常态下（常温、常压等）的传感器外，例如：荷重、料位、振动、速度、位移、流量、电（流、压、容）等的检测探头和传感器系统，相对比较稳定可靠，能长期保持稳定运行外；对于那些处于非常态（高温、高压、气氛变化大）环境下的各类探头或传感器，例如：高温反应器内各点温度、压力、流速、气体组分等数据的采集和检测分析，往往受到内部环境、结构变化和干扰因素等的影响，其可靠性、稳定性、灵敏度、精准性、耐受性、抗干扰能力等均会受到较大的干扰。例如：现实生产过程中时常出现的传感器探头结皮、堵塞、腐蚀、变形、损毁、塌料、喷吹脉动等一系列问题，造成探头频繁清吹、维护、损毁、更换，不可避免地导致系统大量数据缺失、偏离、波动加大等特征，就连目前人工频繁干预下的自动化操控，都受到很大干扰和困惑，时常需要人脑判断与处理，方能维持系统的安全稳定运行，这也是制约系统实现高度自动化控制的原因之一，已成为现代流程工业生产数据稳定采集的致命弱点。自然也是全面实现智能化的重要制约因素。除此之外，要实现水泥生产系统的高度自动化操控，未来迈向全面智能化控制目标，恐怕还需要增添一些新的时空数据采集需求，例如：各类缓冲容器、管道、反应器内部空间各实时理化场（气流场、温度场、气氛场、浓度场、固相组分场、密度与孔隙率场、物质结构场），以及固体物料的颗粒分布、附着性等参数的连续精准采集、分析，可能也是实现智能化控制不可或缺的重要补充要素。即使满足各种需求的数字化传感器系统一应俱全，也只是解决了数字信息准确采集方面的技术问题，所采集的数字信息经分析后，需要反馈调整，可靠的硬件调整机构就成了关键。 回眸水泥工业操控系统不难看出，一些执行机构（电、液、气、磁）和调节手段，仍然显得比较粗糙、灵活度不高、精准度差、操控性差、存在严重的滞后现象，有些场合下的调整机构依然缺失，难以实现调控和摆脱随机干扰因素的影响和处置。例如：所有调节气流量的风门精准度都不高，固体流量往往受到所含物理水分的影响，导致流量不稳，无法完成自适应控制，高温反应器随机因素带来的结皮梗阻，无法完成自适应清理和疏通，缺乏有效的自清洁机构控制，除此之外，有些调节机构由于所处环境较差，其耐受性发生变化，难以满足调整控制要求，例如：一些调节阀、截止阀、电动阀、气动阀、电磁阀、长期缺乏自保养和维护，造成失灵或执行不力，难以实现调控目的，为了满足高度自动化投运控制需要，摆脱频繁的人力保养和维护，实现高度自动化控制的需要，恐怕加强执行机构的研发创新、提高执行机构的可操控性、实现其自保养维护机制，以确保其运行的可靠性。可预见未来在硬件开发创新和研究方面，如不做努力，很难实现水泥生产系统的全智能化控制工作。

2.2 面临的软件问题

水泥工业控制软件有两种：一种是整个生产系统自控所需各种常规的平台软件，目前该类软件虽较多也比较完善，但仍需结合水泥生产控制要求，逐渐提高生产系统的自动化控制水平和程度，实现高度自动化的控制目标；另一种是针对水泥生产过程的动态协同优化控制的模型软件，目前尚处于缺乏状态，很难解决系统间的实时协同优化控制的技术问题；生产实践证明，目前所谓模糊逻辑控制、神经网络控制、专家控制系统，以及未来大数据跟踪控制等，只是为实现系统的高度自动化控制做了基础铺垫，仍需结合水泥生产的控制实践要求，将各种控制方法集成起来，充分发挥其各自的控制优势，并在实践不断地进行补充、完善和提高，以满足实现高度自动化控制的需要，这些工作也仅解决了维持可行域控制的技术问题，仍然解决不了实时协同优化控制的技术问题，体现不出智能化的特征。要实现智能化控制，还必须结合水泥生产系统的协同优化控制需求，研发出动态优化控制的系列模型、算法和协同优化控制机制，编制出相应的智能化控制程序，并在随后的实践中逐步完善和提高，最终实现智能化的控制目的；由此看来，目前软件缺口有两个方面，其一：现有软件功能的协同发挥和补充完善，以满足减少人工干预、提高自动化的水平和程度，实现高度自动化控制的需要；其二：结合水泥生产系统动态协同优化控制要求，研发出适合系统实时动态协同优化控制的模型、算法和控制软件，为实现智能化控制目标创造软件环境。

2.3 内容区分与努力方向

水泥工业控制工作中已成熟的内容和有待努力的工作方向如下：

2.3.1 已成熟的控制内容

(1) 动力设备的开停与延时；（2）电动设备自由分组和连锁控制；（3）安全保护与报警（安保连锁）；（4）少量状态的调整和控制（限制型单因素控制回路）；（5） 基本故障显示与维护引导；（6）数据报表的编制与派送（编排报送）；（7）数据远程传送与操控等各个方面，实属常规自动化控制的范围，自动化程度较高，已属于成熟的技术内容，完全实现了自动化控制目标。是实现智能化控制的技术基础，不属于智能化的技术内容。

2.3.2 有待努力完善的控制内容

（1）确保系统实时控制在可行域内运行（无人工干预）； （2）系统抗干扰和参数波动自控能力的提升；（3）系统非正常故障自动排除能力的提升；（4）产品质量的自行稳定和自保能力的提升；（5）技术装备自动维保能力的提升；（6）系统数据采集分析能力和速度的提升（消除严重滞后问题）等。

通过比较不难看出，目前这六方面的自控功能，还很不完善，导致自控能力和程度大打折扣，成为阻碍水泥生产系统全面实现高度自动化操控的障碍。而这部分工作内容，更是决定水泥工业控制由高度自动化迈向智能化的关键。

2.3.3 尚待期望的智能化控制内容

水泥工业要实现智能化控制，关键要研发出符合智能化控制需求的各种硬件和软件系统：（1）高性能感知系统，例如：感知探头的耐受性和抗干扰能力，精密仪器的现场在线化；（2）高性能执行系统，例如：安全耐受强、适应范围宽的高精准度、高灵敏度的各类调节执行机构的开发与创新；（3）系统的自修复和能动抗干扰处置能力的提升，这是决定系统连续稳定运行的关键；（4）多因素复杂系统的动态优化控制模型建立和算法研发与创新，是实现系统智能化控制不可缺少的重要内容；（5）超前预测指导控制代替严重滞后的反馈控制，提高控制的及时性和精度要求；（6）人类大脑思维、信息与工业生产管理系统的“思维”信号对接，解决人与生产系统的快速学习与对话控制要求；使得机具和工业系统的所谓智能化的“智”得以充分体现，具备能动地满足人们各种需求的属性。

不难想象上述这一过程的难度之大，绝非一蹴而就。即使目前一些机具（机器人）已经植入了“人类思维程序”，具备类人行为特征，并在一些工业生产系统中重复扮演着一些固定的功能角色，引起了普通大众的浓厚兴趣，具备了满足人们某种需求的属性，树起了智能化的旗帜，为控制领域明确了努力方向；然而，对于一些复杂多因素非线性时变滞后的流程工业生产系统，不但是众多复杂机具的集成和链接，更为重要的是整个链条承载了大量料流，发生着一系列复杂的物理化学变化过程，而这些交互复杂的理化变化过程和结果，又受到系统内外环境的干扰和交互影响，要实现全面智能化是难上加难，但作为工业系统的理想控制目标，仍需要努力，首先要努力减少水泥工业的人工干预成分，提高自动化控制的程度，满足绿色生产的控制要求，并在某些方面使其具有一些智能化的特征，这是未来发展的实际内容。现阶段的工业系统控制，只是将原有控制过程中存在的问题和不足，以及随着控制技术水平的提高，对现有系统控制技术的补充完善、逐步升级的过程。

3. 行业应努力提升的方向

3.1高度自动化的内容

努力开拓创新，逐步提高水泥生产系统的自动优化控制水平，减少人工干预，实现高度自动化控制目标要求。经过前面的分析比较不难看出，目前水泥工业生产系统控制，难以摆脱人工干预，全面实现高度自动化控制的原因不难概括如下几个方面：

（1）缺少能快速响应的高精准度、高灵敏度、抗干扰和高耐受强的可靠硬件支撑;（2） 缺乏可靠的实时控制系统，保证系统运行在可行域中，不至于运行崩溃；（3）缺乏精密仪器的现场在线化快速分析和模型关联的支持；（4）缺乏影响质量的多因素分析和精细化控制过程的支持；（5）缺乏内外部环境影响的综合评估分析和数字关联的作用；（6）缺乏具有科技背景知识与素质的科技人员的铺垫。

3.2 努力提升的内容

众所周知，水泥生产属重化工范畴，其特点：物流大、组分杂、温度高、干扰多、难均匀、风险大、要求高、怎实现？可能还要回到工业控制所需的软硬件功能开拓、创新、改进、完善和提升上。

3.2.1 硬件功能的研发创新提升需求

眼下硬件的不足与缺陷，着实成为影响了实现高度自动化控制工作的因素之一。比如数据采集方面：环境变化带来干扰造成数据精度不高、设备探头耐受性损毁导致数据频繁丢失、电子系统稳定带来的数据基点漂移、快速分析过程的数据失真、离线数据分析滞后带来的调控难以及时等，再比如：执行机构和控制手段方面：大流量控制设备（粗糙）精度不高、控制特性不佳（非线性）、执行机构调节不灵活、灵敏度不高、不到位等；这些硬件过程的缺陷或不足，依然需要依靠生产技术人员的干预和处理，严重影响了系统控制过程的高度自动化控制目标的实现；而这些硬件设备的改进和提升，是整个工业系统共同努力的结果，非水泥行业一家之举，只有期待和关注，争取有好的装备能被及时应用。

3.2.2 软件功能的补充开发创新

前面已经提及所谓的模糊逻辑控制、神经网络控制、专家控制系统和未来的大数据概率控制，解决的仅是保证生产系统能够在可行域范围内运行，并未对系统参数优化做出任何处理和优化选择。因此，结合水泥生产系统的控制特征和要求，围绕水泥生产系统各子系统中复杂的多因素非线性时变滞后的特征，开展各子系统的动态优化控制模型研究和程序化应用工作，并在生产实践中进行协同优化控制，满足高度自动化控制需要。而这一工作，不是其它行业或软件行业的工作，而是水泥行业自身应该努力开展的工作。

3.3 目前可开展的工作

水泥工业目前与高度自动化和智能化关联的研发提升工作，就是结合绿色水泥生产所需，进行节能降耗、提高水泥熟料的质量和资源利用效率，保证环境指标或超低排放过程的控制，使系统运行在最佳的经济状态。

3.3.1数字化堆场堆取料动态模型建立和算法的程序化工作

提高水泥产品质量，也是节能降耗和节约资源的努力方向；质量的提高，会减少材料用量，同样也是节能降耗之举。质量的提升，首先在于原料的准备、均化和配料控制；因此，矿山的数字化和堆场的数字化是保证超前指导动态优化配料控制的关键环节，用以代替现在的后检测反馈动态配料控制法；超前指导动态配料控制法，可以有效降低所配生料组分的波动幅度；而反馈动态配料法，易于造成主料波动和辅料波动因素的叠加，导致所配生料组分波动增大；生料组分的波动范围控制，有利于熟料均匀煅烧、结粒大小控制和熟料冷却机制的控制，以改善和提高水泥熟料强度。

3.3.2 粉磨过程的动态优化控制模型建立和算法的程序化工作

众所周知，目前无论何种粉磨（管磨、立磨、辊压磨、混合粉磨）系统，所涉及的过程，均为物理过程；目前生产过程的操控，多在人工干预下实现自动化控制；仍然缺少系统性参数的实时自动优化控制，导致能量消耗增加。例如，因为粉磨系统内外环境和原、燃料内质的变化，导致其风热系统中存在着大量无需求和过负载消耗以及过粉磨消耗等现象，而这些消耗，完全可以借助在线分析仪（水分、温度、风速、颗粒级配等）进行参数检测，而后根据动态控制模型和参数关系，进行动态实时自动优化控制，以满足最佳的控制目标需求。这种有关粉磨的多变量、多维度、非线性滞后时变系统的控制模型建立和相应算法开发，正是实现粉磨系统高度自动化控制的关键。目前国内已有些公司和高等院校合作，开展这方面的工作，有待实施和推广应用。

3.3.3 烧成各子系统动态优化控制模型建立、算法和协同优化控制的程序化工作

烧成系统过程极为复杂，除了与前序生料均化、配方、喂料的稳定有关外，还涉及到生料预热、分解、煅烧、冷却四个特征区段的“三传一反”过程，不仅涉及到静态热力学问题，还涉及到各种传递与反应动力学过程的制约问题；能否真正构建出真实反映烧成系统内部复杂物理化学过程的动态控制模型和稳定求出多目标、多约束的非线性问题的算法求解器，是决定水泥工业能否实现高度自动化控制关键。为了解决这一控制过程，必须根据烧成系统中各反应器的特征，进行分区建模，然后分布协同优化控制，这主要源于区域内物理化学过程存在差异，有些区域既有物理过程、又有复杂的化学过程，有些区域只有物理过程。即将烧成系统分为四个部分：生料预热部分（物变为主、化变为辅）、生料分解反应部分（化变为主、物变为辅）、回转窑煅烧反应部分（物化变各半）、熟料冷却部分（物变过程），实际操控过程中是四个核心反应器的协同作用的结果；模型中应包含：静态能量守恒方程、热反应动力学限制性方程、传递（质量、能量、动量）动力学限制方程、各物质相变和晶体转化的热效应函数、过程耗散方程等；再加上一些约束条件和优化控制的目标函数。例如：经济运行控制目标函数、质量保证目标函数、环境保护控制目标函数，另外根据自然逻辑添加的边界约束条件等一系列方程，组成了整个烧成系统的控制模型系统。然后选择成熟的非线性规划集成算法，编制独立的程序求解器模块，以满足这种多系统、多因素、多参数、多变量、多维度、多目标、多约束的复杂非线性自动协同优化控制的动态过程要求，实现烧成系统的高度自动化控制目标。这种分析建模工作，绝非水泥工程专业以外的其人员花上点滴时间，一蹴而就能独立完成的工作，必须依靠具有多年生产实践经验、理论功底扎实的专业工程技术研发人员与具有数学功底和自控专长的专家，长期共同坚持不懈努力地协作才能完成的任务。

为了实现水泥工业控制的高度自动化工作，未来逐步迈向水泥工业的智能化控制目标，这些基础性的开发研究工作是不可能依托外部专业人员所能逾越的任务。

4. 结语

水泥工业生产系统的操作控制，由现今过多的人工干预自动化控制，转入高度自动化的优化控制过程，必须依托两方面的研发创新开拓和技术进步工作，一方面是硬件的研发创新，必须依靠整个工业系统技术水平的提升；另一方面软件技术的研发创新，必须依靠行业自身的努力，结合水泥生产系统的控制特征，研发出能够适用于多系统、多参数、多变量、多维度、多目标、多约束过程的复杂非线性滞后时变系统的动态组合控制模型，并借助数学家研发的多目标、多约束非线性规划集成求解器。以提高整个水泥工业生产系统的高度自动化控制目的；而且这一过程，非一时之功，必须进行长期坚持不懈的工作才行。

目前水泥工业控制工作，多数仍然还属于自动化控制水平提升的范畴，只是在已有控制系统的基础上，借助现代控制技术的进步，不断完善提高的过程罢了，尚不具有完全智能化控制的特征，即使有些方面采用了一些类人行为的智能化机具（机器人），但生产水泥主体控制过程，没有发生颠覆性变化，不能以偏盖全，统统冠上“智能化”的帽子，就觉得时髦和高尚，笔者认为这样做，显得华而不实，掩盖了技术研发的实质，对于弘扬科技精神、推动技术进步不利，凡事要实事求是，认真负责，尤其科研创新工作，必须脚踏实地、不能浮躁，必须将实事求是的科技创新工作落到实处，取得有效的实质性成果才是最好的。否则，不仅会造成概念混乱，还会掉入学术浮夸、工作浮躁的漩涡之中，不是一个好的现象。

水泥工业积极采用一些具有智能化属性的机具或装备（机器人），改进和完善水泥生产系统中部分的操控性能，是一项很有意义的工作，但未必就代表水泥工业生产控制系统技术就进入了智能化控制阶段，上述问题没有得到彻底解决，就想逾越高度自动化阶段，直接进入智能化控制过程，只能是天方夜谭之想。