淺談工業(yè)自動化的發(fā)展趨勢

李 勃

遼寧省機械設(shè)備成套局，遼寧 沈陽 110005

1 工業(yè)自動化概述

工業(yè)自動化綜合運用控制理論、電子裝備、儀器儀表、計算機和相關(guān)工藝技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、節(jié)省能耗、降低消耗、減少污染、確保安全等目的的一種綜合性技術(shù)。具體地，工業(yè)自動化是化工、煉油、食品、輕工、電力等流程工業(yè)生產(chǎn)過程自動化的簡稱。在生產(chǎn)設(shè)備上，配上一些自動化裝置（儀表），代替操作人員的部分直接勞動，使生產(chǎn)在不同程度上自動地進行，并達到預定的目標，這種用自動化裝置來管理生產(chǎn)過程的辦法，稱為生產(chǎn)過程自動化。

自動控制系統(tǒng)的分類可以按照多個原則來分，根據(jù)給定值不同分類：1）定值控制系統(tǒng)：給定值保持不變的系統(tǒng)。系統(tǒng)的任務(wù)是使被控變量以一定的精度保持在給定值上不變；2）隨動控制系統(tǒng)：給定值是隨機變化的，這種變化是事先不知道的；3）程序控制系統(tǒng)：給定值是按事先規(guī)定的程序變化的。

按控制系統(tǒng)的復雜程度區(qū)分可分為簡單控制系統(tǒng)和復雜控制系統(tǒng)等，按控制變量的名稱區(qū)分，可分為溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)等，按調(diào)節(jié)規(guī)律區(qū)分，可分為P、PI、PD、PID、預估控制等。

2 工業(yè)自動化的意義

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的蓬勃發(fā)展，煉油、化工、冶金、電力、生物、制藥等工業(yè)過程的生產(chǎn)規(guī)模越來越大型化、復雜化，各種類型的自動控制技術(shù)已經(jīng)成了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)安全、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的基本條件和重要保證。國家發(fā)改委指出：從整體上看我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在技術(shù)裝備，能源和原料消耗，產(chǎn)品質(zhì)量和管理水平等方面，與發(fā)達國家相比仍存在很大差距；尤其是我國技術(shù)裝備水平與發(fā)達國家的差距今后有繼續(xù)擴大的趨勢。在這樣嚴峻的形勢下，出路何在？大面積設(shè)備更新，國力承受不了；維持這些設(shè)備的現(xiàn)狀，拼設(shè)備生產(chǎn)，后果不堪設(shè)想，唯有應(yīng)用電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，把電子技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)結(jié)合起來，是提高企業(yè)素質(zhì)，提高整體效益最現(xiàn)實、最有效的途徑之一。

運用自動化控制技術(shù)和計算機應(yīng)用技術(shù)實現(xiàn)以提高經(jīng)濟效益為目標的傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造，已經(jīng)成為提高國力的主要手段之一。為此，國家與國家、企業(yè)與企業(yè)之間開展了激烈的競爭，日本和西德的經(jīng)濟騰飛便是在這場競爭中取得優(yōu)勢的例證；美國在高度重視以技術(shù)密集為特征的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的同時，也致力于發(fā)展工業(yè)自動化、運用現(xiàn)代控制技術(shù)和計算機應(yīng)用技術(shù)進行傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)改造，取得了巨大的經(jīng)濟效益。

3 工業(yè)自動化的幾個發(fā)展趨勢

3.1 從模擬到數(shù)字化

以往，絕大多控制系統(tǒng)的被控量是連續(xù)時間信號，隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的成熟和大規(guī)模集成芯片的推廣，數(shù)字信號的處理方式越來越得到了推崇，A/D和D/A構(gòu)成了計算機與自動控制系統(tǒng)其它部分聯(lián)系的橋梁，數(shù)字計算機的工作需要硬件和軟件兩大支撐條件，一個計算機控制系統(tǒng)也必須包括硬件和軟件兩部分。

硬件組成：計算機主機，由中央處理器（CPU）、存儲器和接口組成的主機是控制系統(tǒng)的核心，它根據(jù)輸入設(shè)備送來的反映設(shè)備或過程工作狀態(tài)的信息，以及既定的控制規(guī)則(算法)，進行運算處理，并將處理結(jié)果通過輸出設(shè)備向設(shè)備或過程發(fā)送控制命令，另外，主機還要接受來自操作臺的操作命令；輸入輸出設(shè)備 A/D、D/A是模擬量輸入輸出設(shè)備，除此之外，還有開關(guān)量輸入輸出設(shè)備，負責將設(shè)備或過程的開關(guān)、觸點等開關(guān)量信號送入主機，將主機關(guān)于通/斷的控制命令傳至設(shè)備或過程；人機接口設(shè)備，除了通用的CRT顯示器、鍵盤和打印機外，還包括專用的操作顯示面板或操作顯示臺，主要用于操作員發(fā)操作命令、設(shè)置控制系統(tǒng)參數(shù)、顯示工作狀態(tài)等。

軟件組成：軟件是計算機控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，負責指揮計算機控制系統(tǒng)的活動。軟件主要有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。系統(tǒng)軟件，指為用戶使用、管理、維護計算機所提供的計算機程序，一般包括操作系統(tǒng)、算法語言、數(shù)據(jù)庫、診斷程序等。應(yīng)用軟件，指為完成具體對象自動控制任務(wù)而編制的專用軟件，通常包括數(shù)據(jù)采集及處理程序、控制程序、過程監(jiān)視程序、打印制表程序等。

3.2 工業(yè)自動化的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（ Networked Control System ， NCS），即網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)，又稱為控制網(wǎng)絡(luò)。分布式控制系統(tǒng)或稱集散控制系統(tǒng)（DCS）、工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)（FCS）都屬于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。這體現(xiàn)了控制系統(tǒng)正向網(wǎng)絡(luò)化、集成化、分布化、節(jié)點智能化的方向發(fā)展。

隨著計算機領(lǐng)域的局域通信逐步被以太網(wǎng)壟斷，過程控制領(lǐng)域中上層的通信也逐步統(tǒng)一到以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)。以太網(wǎng)被用于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已成為一種發(fā)展趨勢 ；以太網(wǎng)技術(shù)具有數(shù)字式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、互操作性、開放性和高網(wǎng)絡(luò)性能，是最符合網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線的特點，工業(yè)以太網(wǎng)成為現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展方向。

3.3 工業(yè)無線技術(shù)

工業(yè)無線技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸傳輸，特別適用于惡劣環(huán)境或振動、高速旋轉(zhuǎn)對象的監(jiān)控，而且降低了安裝成本、持續(xù)降低運行維護成本，同時更換方便，便于升級，還能夠減少接插件故障，移動自由且不受限制，工業(yè)無線技術(shù)是工廠測控模式的變革，傳統(tǒng)認為成本過高，無法大規(guī)模部署傳感器進行監(jiān)測的應(yīng)用成為可能。

ARC預測：2010年～2015年，工廠設(shè)備健康維護相關(guān)市場將以每年200%的速度增長。美國總統(tǒng)科技顧問委員會在“面向21世紀的聯(lián)邦能源研究與發(fā)展規(guī)劃”中指出：工業(yè)無線技術(shù)的應(yīng)用將使工業(yè)生產(chǎn)效率提高10%，并使排放和污染降低25%。

4 結(jié)論

工業(yè)自動化技術(shù)是典型的高技術(shù)，是當代發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛、效益最顯著、最引人注目的關(guān)鍵技術(shù)之一，是推動新的技術(shù)革命和新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)之一，是信息電子技術(shù)的綜合集成技術(shù)之一，是一種技術(shù)密集型、智力密集型的技術(shù)，是走新型工業(yè)化道路的關(guān)鍵技術(shù)。

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