淺談我國工業(yè)電氣自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

劉愛強(qiáng)

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動(dòng)化分公司，山東 濟(jì)南 271104）

工業(yè)自動(dòng)化水平的高低事關(guān)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展命脈，因此，近年來，諸多工業(yè)生產(chǎn)型企業(yè)為了縮減與發(fā)達(dá)國家之間的差距，不斷改良生產(chǎn)工藝流程，不斷創(chuàng)新自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)，構(gòu)建了一個(gè)集信息數(shù)據(jù)集中、終端操控系統(tǒng)優(yōu)化、加工制造過程高效、產(chǎn)品精度質(zhì)量卓越的智能化管理平臺(tái)，踐行了“科技是第一生產(chǎn)力、創(chuàng)新是第一發(fā)展動(dòng)力”的基本原理。

1 工業(yè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)分析

工業(yè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)處理的信息量巨大，維修保養(yǎng)程序也較為繁瑣，但是與熱工系統(tǒng)相比，電氣設(shè)備的操作頻率相對(duì)較低，發(fā)生故障的幾率也相對(duì)較小，通常情況下，一臺(tái)電氣設(shè)備的維修保養(yǎng)周期的時(shí)間間隔為三個(gè)月到半年之間，由此可見，電氣設(shè)備的保護(hù)裝置在發(fā)揮防護(hù)功能時(shí)，每一個(gè)保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間也比較短，進(jìn)而延長了設(shè)備的使用壽命。工業(yè)電氣設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)相連，當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，如果一個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障，在檢修時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證另一個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，在這種情況之下，通常采用兩臺(tái)機(jī)組來控制DCS系統(tǒng)，這樣能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，在設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮系統(tǒng)的適應(yīng)性與安全可靠性，尤其是電氣線路的最佳絕緣距離、絕緣強(qiáng)度、荷載能力、熱穩(wěn)定性等，使系統(tǒng)在正常工作的同時(shí)，能夠保障運(yùn)行安全。

2 工業(yè)電氣自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)的開放式發(fā)展

截至2019年末，全球生產(chǎn)PLC（可編程邏輯控制器）的廠家已經(jīng)超過200家，生產(chǎn)品種達(dá)到500種以上，其中最為著名的生產(chǎn)商包括三菱、富士、光洋、siemens等。由于生產(chǎn)商不同，PLC的編程語言以及表達(dá)方式也各不相同，為此，國際電工委員會(huì)頒布了IEC61131標(biāo)準(zhǔn)，即可編程邏輯控制器標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的頒布執(zhí)行為PLC生產(chǎn)商提供了參考標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，逐步規(guī)范了編程界面，不僅提升了編程代碼的使用效率，而且也使我國的工業(yè)電氣自動(dòng)化發(fā)展水平逐步接近發(fā)達(dá)國家的水平。

目前，國際上通用的終端操作平臺(tái)主要以microsoft以及windows平臺(tái)為主，尤其是windows操作系統(tǒng)，界面清晰、直觀、簡(jiǎn)潔，而且便于操作，因此，這一平臺(tái)也成為我國工業(yè)生產(chǎn)型企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化操控平臺(tái)。操作人員登錄到windows系統(tǒng)界面后，可以根據(jù)界面上的圖形標(biāo)志選擇操作對(duì)象，當(dāng)調(diào)出操作系統(tǒng)后，可以快速的做出判斷，發(fā)出生產(chǎn)執(zhí)行口令，利用該系統(tǒng)界面，減少了大量繁瑣的中間操作流程，不僅提高了工作效率，同時(shí)也避免了人為失誤的發(fā)生。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線屬于一種串行的連接智能設(shè)備與自動(dòng)化系統(tǒng)的雙向傳輸?shù)姆种ЫY(jié)構(gòu)的通訊總線，主要的總線協(xié)議包括FF、Lon words、prof i-bus等?，F(xiàn)場(chǎng)總線取代了過去的4mA～20mA模擬信號(hào)回路，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性與可靠性得到大幅提升，該控制技術(shù)可以借助于雙向的通訊對(duì)變送器進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試、診斷與管理。其中FF協(xié)議可交互操作的雙向通信協(xié)議，它將OSI七層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層以及再加用戶層，具有操作便捷、安裝簡(jiǎn)單、安全性能高等特點(diǎn)，是目前現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)應(yīng)用頻率較高的一種通訊協(xié)議[1]。

Lon words現(xiàn)場(chǎng)總線采用與OSI相似的七層協(xié)議結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)核心是具備通信與控制功能的Neuron芯片，芯片中的三個(gè)CPU，一個(gè)用于處理應(yīng)用，另外兩個(gè)用于處理網(wǎng)絡(luò)通訊，Lon words是普及性高、投入成本低的總線系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用范圍也較為廣泛。而Prof i-bus現(xiàn)場(chǎng)總線采用了OSI模型的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層，適用于基于PLC的加工自動(dòng)化過程控制領(lǐng)域的應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)能夠有效控制各種智能儀器儀表與高級(jí)控制系統(tǒng)，將plc與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到一起，并通過輸入、輸出模塊轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)程序與執(zhí)行程序，進(jìn)而對(duì)各道生產(chǎn)工序?qū)嵭屑胁僮?、分散管控?/p>

2.3 IT與大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用

IT與大數(shù)據(jù)技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用，不僅可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)信息，而且企業(yè)管理者可以通過瀏覽器界面及時(shí)獲取到生產(chǎn)一線的動(dòng)態(tài)信息以及財(cái)務(wù)、行政、人力資源等職能部門的共享資源。利用IT技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與管理，生產(chǎn)指令的傳達(dá)，工作動(dòng)態(tài)信息的發(fā)布，都可以借助于操作系統(tǒng)的執(zhí)行程序第一時(shí)間傳輸?shù)矫恳粋€(gè)工作崗位。隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，工業(yè)電氣設(shè)備的終端操作系統(tǒng)也逐步向微處理器時(shí)代過渡，海量數(shù)據(jù)只需要一個(gè)小小的芯片就能夠長期存儲(chǔ)，不僅節(jié)省了大量的設(shè)備資源與投入成本，而且也推進(jìn)了工業(yè)電氣自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程。

3 工業(yè)電氣自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)

3.1 操作系統(tǒng)集中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通用

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，企業(yè)的上層管理系統(tǒng)、終端控制平臺(tái)以及生產(chǎn)一線的操作現(xiàn)場(chǎng)，需要建立一個(gè)安全穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道，這樣，不僅有利于數(shù)據(jù)傳輸?shù)木珳?zhǔn)性與即時(shí)性，同時(shí)，也能夠確保正常的生產(chǎn)作業(yè)流程。

因此，工業(yè)電氣自動(dòng)化的未來發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)當(dāng)突顯系統(tǒng)集成化、數(shù)據(jù)共享化、操作簡(jiǎn)潔化、資源獲取高效化等特點(diǎn)。比如終端控制平臺(tái)在發(fā)布生產(chǎn)執(zhí)行口令時(shí)，上層管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間獲取到相關(guān)的口令信息，并及時(shí)對(duì)程序的正確性與技術(shù)參數(shù)的精準(zhǔn)度進(jìn)行審核，以避免程序指令錯(cuò)誤，而影響生產(chǎn)進(jìn)度或者產(chǎn)品質(zhì)量。在規(guī)劃系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，無論選擇與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通訊的現(xiàn)場(chǎng)總線還是選擇與上級(jí)辦公系統(tǒng)通訊的以太網(wǎng)，確定的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品必須覆蓋整個(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)的通訊，使全集成自動(dòng)化技術(shù)貫穿于企業(yè)中的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3.2 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化操控界面

目前，我國的工業(yè)生產(chǎn)型企業(yè)應(yīng)用的終端操作系統(tǒng)五花八門，不盡相同，包括windows xp、windows7以及windows10等等，由于系統(tǒng)的程序界面存在較大差異，導(dǎo)致在數(shù)據(jù)傳輸以及系統(tǒng)操作時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)人為操作失誤，使數(shù)據(jù)信息丟失，進(jìn)而給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。為了規(guī)避損失，提高辦公與生產(chǎn)效率，企業(yè)應(yīng)當(dāng)基于微軟標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化操控界面，比如將操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為使用頻率較高的windows7系統(tǒng)，該系統(tǒng)操作界面簡(jiǎn)潔清晰，圖標(biāo)不易混淆，操作方便，尤其對(duì)于企業(yè)中的一些職能部門來說，統(tǒng)一操作系統(tǒng)后，對(duì)于一些文件的收取或者圖像處理，不再像過去一樣，先進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，而是直接可以獲取文件以及圖像信息，這樣一來，既簡(jiǎn)化了工作流程，提高了工作效率，也節(jié)省了耗時(shí)成本[2]。

因此，企業(yè)在采購終端計(jì)算機(jī)設(shè)備時(shí)，應(yīng)當(dāng)事先統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)界面，減少后續(xù)的調(diào)整與修正環(huán)節(jié)，同時(shí)也緩解了系統(tǒng)檢修人員的工作壓力。

3.3 統(tǒng)一系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)

系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)是工業(yè)電氣自動(dòng)化生產(chǎn)的控制核心，每一個(gè)控制環(huán)節(jié)都關(guān)系到生產(chǎn)進(jìn)度與產(chǎn)品質(zhì)量，因此，企業(yè)應(yīng)當(dāng)立足當(dāng)下市場(chǎng)，以客戶的滿意度為出發(fā)點(diǎn)，使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)。在選擇PLC生產(chǎn)廠家時(shí)，需要結(jié)合國內(nèi)同行業(yè)所使用的系統(tǒng)平臺(tái)，事先制訂一個(gè)可行性分析報(bào)告，通過調(diào)研、篩選，選擇產(chǎn)品性價(jià)比最高的生產(chǎn)商，以確保系統(tǒng)平臺(tái)能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)需求，滿足絕大多數(shù)客戶的主觀需求。

4 結(jié)語

數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化生產(chǎn)當(dāng)中，應(yīng)用范圍越來越廣，因此，在這一利好形勢(shì)下，工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)著眼于行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，站在全新的高度對(duì)電氣自動(dòng)化的未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)判，做到未雨綢繆，并利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，為工業(yè)電氣自動(dòng)化生產(chǎn)提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐。與此同時(shí)，在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，不斷查找電氣設(shè)備的運(yùn)行缺陷，不斷改進(jìn)和優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，在為社會(huì)貢獻(xiàn)更多優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的同時(shí)，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益雙豐收的美好愿景保駕護(hù)航。