工業(yè)自動(dòng)化控制的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)研究

【摘要】工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)是一種現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)，它綜合了精密儀器、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、控制論、統(tǒng)籌學(xué)等多種學(xué)科技術(shù)，通過對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)施檢測(cè)、修正、調(diào)整、優(yōu)化和管理等，不斷提高工業(yè)生產(chǎn)效率，以最少的工業(yè)投入收到更高的產(chǎn)出，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量。工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成：即工業(yè)自動(dòng)化軟件、工業(yè)機(jī)械和信息系統(tǒng)。通過發(fā)揮工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)能夠有效提高工業(yè)生產(chǎn)效率，幫助企業(yè)不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程，提升綜合生產(chǎn)效益。工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)，是工業(yè)化水平提高的重要標(biāo)志。今天，自動(dòng)化技術(shù)已得到十分廣泛的應(yīng)用，在機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)床加工、石化冶煉、信息科技、建筑施工以及航空航天等領(lǐng)域都有它的影子。本文將全面分析工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)以及其的未來發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)自動(dòng)化控制；系統(tǒng)組成；趨勢(shì)；分析

一、工業(yè)自動(dòng)化簡(jiǎn)介

工業(yè)自動(dòng)化以生成活動(dòng)中的各項(xiàng)參數(shù)為基礎(chǔ)，采用現(xiàn)代管理技術(shù)和設(shè)備對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程實(shí)施控制，通過大量使用現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備和技術(shù)不斷降低人力資本投入，充分利用人以外的生產(chǎn)性資源來組織生產(chǎn)活動(dòng)，這就是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)模式，而工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化就是工業(yè)自動(dòng)化。

1、我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展過程

隨著經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展水平的不斷提高，我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平也得了快速提升，如今在多個(gè)生產(chǎn)部門和領(lǐng)域都應(yīng)用到了工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)。自動(dòng)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)完全自動(dòng)化或者部分自動(dòng)化的基礎(chǔ)，它可以有效節(jié)省工業(yè)生產(chǎn)人力資本的投入。自動(dòng)化技術(shù)涉及到多個(gè)學(xué)科知識(shí)和內(nèi)容，例如機(jī)械、力學(xué)、電子信息、軟件等。當(dāng)前，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用水平成為衡量一國(guó)工業(yè)化水平的重要指標(biāo)和尺度，也是提高工業(yè)生產(chǎn)效率的重要手段。我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化主要經(jīng)歷了三個(gè)主要階段，即20世紀(jì)40年代至60年代，以單機(jī)自動(dòng)化加工設(shè)備出現(xiàn)為標(biāo)志的初級(jí)發(fā)展階段；20世紀(jì)60年代中至70年代初期，以流水線工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用為標(biāo)志的階段；20世紀(jì)70年代中期至今，以高科技技術(shù)為應(yīng)用的現(xiàn)代發(fā)展階段。

2、工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成

自動(dòng)化控制技術(shù)是一種現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，在多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域得到了充分的利用和發(fā)展，在農(nóng)業(yè)、教育、加工業(yè)等行業(yè)中都可以看到它的影子，它是集機(jī)械、電子、信息以及電氣等學(xué)科知識(shí)為一體的綜合性應(yīng)用技術(shù)。工業(yè)控制系統(tǒng)則是指工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、控制系統(tǒng)以及自動(dòng)化設(shè)備和技術(shù)的統(tǒng)稱。

3、工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)產(chǎn)品

（1）可編程序控制器（PLC）：按功能及規(guī)?？煞譃榇笮蚉LC，中型PLC及小型PLC。（2）分布式控制系統(tǒng)（DCS）：按功能及規(guī)模亦可分為多級(jí)分層分布式控制系統(tǒng)、中小型分布式控制系統(tǒng)、兩級(jí)分布式控制系統(tǒng)。

（3）工業(yè)PC機(jī)：在一些生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣地方比較使用，它通過與各種控制指令輸入輸出接口相結(jié)合組成綜合性工控機(jī)。

（4）嵌入式計(jì)算機(jī)及OEM產(chǎn)品，包括PID調(diào)節(jié)器及控制器

二、工業(yè)自動(dòng)化控制的現(xiàn)狀

1、PLC

PLC主要是指數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器，它可全程監(jiān)控和控制工業(yè)生產(chǎn)全過程。它配置了可自動(dòng)編程的開發(fā)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)存儲(chǔ)和利用各種存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是工業(yè)自動(dòng)化控制的核心部分，好比人的神經(jīng)中樞。

2、DCS

在國(guó)內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域，DCS也被稱作集散式綜合控制系統(tǒng)。它是一個(gè)綜合性的多級(jí)信息通信計(jì)算系統(tǒng)，主要由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成，主要組成部分有微機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、輸出終端和控制調(diào)配器等多項(xiàng)科技技術(shù)，其主要工作原理是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。DCS具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如高穩(wěn)定性、靈活性和兼容性等?？梢杂靡痪湓拋砗?jiǎn)單概括DCS的主要功能特點(diǎn)：分散控制，集中管理。

3、工業(yè)PC

工業(yè)PC主要有兩種類型：IPC工控機(jī)和CompactPCI工控機(jī)。工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用對(duì)工業(yè)PC的運(yùn)行提出了更高的要求，對(duì)其的工作穩(wěn)定性、冗余配置以及兼容性給出了苛刻的技術(shù)要求。過去的IPC技術(shù)逐漸難以滿足現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，慢慢退出了歷史舞臺(tái)。多種不同的PC機(jī)能夠兼做服務(wù)器和客戶機(jī)，并形成了按區(qū)域劃分的工業(yè)PC機(jī)群，依靠網(wǎng)絡(luò)形成了集管理和控制為一體的綜合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部之間的信息交換和溝通。

三、工業(yè)自動(dòng)化控制的未來發(fā)展趨勢(shì)

1、未來PLC

自面世以來，PLC就一直沒有停止創(chuàng)新和發(fā)展的腳步，它通過利用當(dāng)前最新的微處理技術(shù)和電子信息技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快速掃描。從技術(shù)應(yīng)用趨勢(shì)來看，電腦軟件技術(shù)將會(huì)在程序化控制器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上得到更多的應(yīng)用，未來必然會(huì)出現(xiàn)存儲(chǔ)功能強(qiáng)大、運(yùn)算速度更快、智能化水平更高的PLC產(chǎn)品。一個(gè)小型的PLC相當(dāng)于8-10個(gè)繼電器，具有十分廣泛的應(yīng)用空間。從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種豐富、規(guī)格齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)工業(yè)控制的需求。從市場(chǎng)上看，少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語言。

2、控制系統(tǒng)正在向現(xiàn)場(chǎng)總線方向發(fā)展

現(xiàn)場(chǎng)總線是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。由于現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)總線使測(cè)控設(shè)備具備了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，提高了信號(hào)的測(cè)量、傳輸和控制精度，提高了系統(tǒng)與設(shè)備的功能、性能。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)是：①多種現(xiàn)場(chǎng)總線在國(guó)內(nèi)展開激烈競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)是應(yīng)用工程；②自己開發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品開始投入市場(chǎng)；③各行業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用工程迅速發(fā)展。

3、工業(yè)自動(dòng)化控制軟件的發(fā)展趨勢(shì)

IDE為每個(gè)應(yīng)用程序組件提供了一種歷史記錄審核跟蹤機(jī)制，包括用戶標(biāo)識(shí)符、時(shí)期與時(shí)間戳、以及關(guān)于變化的詳細(xì)的摘要信息。IAS對(duì)用戶而言可顯著降低工程成本，為簡(jiǎn)化分布式自動(dòng)化的開發(fā)、部署、維護(hù)與管理提供了基礎(chǔ)。最近的工業(yè)自動(dòng)化軟件系統(tǒng)正利用先進(jìn)的軟件技術(shù)朝著集成化、網(wǎng)絡(luò)化、平臺(tái)化、綜合管理等方向發(fā)展。

四、結(jié)束語

總體而言，現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用和普及，將會(huì)顯著提升社會(huì)總體生產(chǎn)效率，同時(shí)也會(huì)加快促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和升級(jí)。借助現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)，可以大大節(jié)約工業(yè)生產(chǎn)過程中人力資本的投入、不斷提高惡劣環(huán)境下的生產(chǎn)安全性、有效提高工業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，人類改造世界的能力將會(huì)不斷增強(qiáng)，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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