工業(yè)自動化智能控制的探究

趙鵬舉（酒鋼集團(tuán)吉瑞再生資源開發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅　嘉峪關(guān)　735100）

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工業(yè)自動化智能控制的探究

趙鵬舉（酒鋼集團(tuán)吉瑞再生資源開發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅嘉峪關(guān)735100）

隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化水平已經(jīng)成為衡量一個企業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志，工業(yè)自動化最為自動化的一個重要分支，對于提高企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)具有重要的意義。目前，智能控制作為現(xiàn)代控制理論之一被廣泛的運用在工業(yè)自動化領(lǐng)域中。本文主要闡述了工業(yè)自動化智能控制相關(guān)方面的內(nèi)容。

工業(yè)；自動化；智能控制

引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的不斷發(fā)展，智能控制在我國工業(yè)自動化中得到了廣泛的發(fā)展和運用。智能控制是一種新興的交叉學(xué)科系統(tǒng)，在工業(yè)自動化中運用智能控制，將會使工業(yè)自動化的過程控制有更大進(jìn)展。

1　工業(yè)自動化

工業(yè)自動化就是工業(yè)生產(chǎn)中的各種參數(shù)為控制目的，實現(xiàn)各種過程控制，在整個工業(yè)生產(chǎn)中，盡量減少人力的操作，而能充分利用動物以外的能源與各種資訊來進(jìn)行生產(chǎn)工作，即稱為工業(yè)自動化生產(chǎn)，而使工業(yè)能進(jìn)行自動生產(chǎn)之過程稱為工業(yè)自動化。世界工業(yè)自動化行業(yè)經(jīng)過幾十年的大浪淘沙，已形成少數(shù)跨國公司規(guī)模生產(chǎn)、瓜分全球市場的寡頭壟斷局面。原來的幾百個廠商目前只剩下幾十個，最著名者如西門子、ABB、HONEYWELL、三菱、菲尼克斯等，其工控產(chǎn)品均號稱兼具DCS/PLC/FCS功能，在質(zhì)量、價格、售后服務(wù)方面已經(jīng)贏得了市場信譽(yù)。一般認(rèn)為，工業(yè)自動化有兩個主要領(lǐng)域：以過程（流體運動）控制技術(shù)支撐的流程自動化（PA）和以運動控制技術(shù)支撐的工廠自動化（FA或離散型生產(chǎn)自動化）。前者從傳統(tǒng)的模擬式回路儀表起步，綜合ICT控制技術(shù)，發(fā)展為分布式（或集散式）控制系統(tǒng)DCS.其高度的可靠性、方便的組態(tài)軟件、豐富的控制算法、開放的聯(lián)網(wǎng)能力等優(yōu)點，成為計算機(jī)工業(yè)控制系統(tǒng)的主流，廣泛應(yīng)用于大型、設(shè)備眾多、工況復(fù)雜的流程型裝備的自動控制，如大型化工廠、火電廠等。20世紀(jì)90年代以來，現(xiàn)場總線技術(shù)FCS迅速發(fā)展。這是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)字式智能化儀表與測控設(shè)備，與自動控制裝置或系統(tǒng)間的多點通信、全分散、開放式的底層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

工業(yè)自動化控制技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機(jī)和其它信息技術(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(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。工業(yè)自動化控制是工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要方向：解決效率、產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性、一致性的基礎(chǔ)技術(shù)。普及工控是推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，以信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)兩化融合的基礎(chǔ)工作。工業(yè)自動控制技術(shù)路線呈互相滲透、互相融合的趨勢。PLC應(yīng)用范圍向中小型過程控制系統(tǒng)、近程維護(hù)服務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)控等領(lǐng)域擴(kuò)展，在某些應(yīng)用上取代了DCS，DCS也應(yīng)用PLC與工控計算機(jī)聯(lián)合組網(wǎng)?？偟内厔菔歉娱_放 （細(xì)化分工合作）、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品化、集成化。

2　智能控制

2.1智能控制的意義

智能控制是一類無需人的干預(yù)就能夠自主地驅(qū)動智能機(jī)器，利用對實際環(huán)境或過程進(jìn)行組織、決策和規(guī)劃，以實現(xiàn)問題求解及其目標(biāo)的自動控制，是使用計算機(jī)模擬人類智能的一個重要領(lǐng)域。目前自動化已經(jīng)不能僅是單純的討論單一的產(chǎn)品，而是必須以控制器為核心，進(jìn)行軟硬件平臺的集成，從現(xiàn)場控制器的配置、相關(guān)生產(chǎn)信息的搜集、管理，一直到后臺與企業(yè)管理端的平臺進(jìn)行集成，都是在自動化規(guī)劃時必需要考量的部分，如此才能協(xié)助使用者降低待機(jī)、開發(fā)與集成系統(tǒng)的時間，做到自動化真正可以達(dá)到的效益。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，許多新方法和技術(shù)進(jìn)入工程化、產(chǎn)品化階段，這對自動控制技術(shù)提出獷新的挑戰(zhàn)，促進(jìn)了智能理論在控制技術(shù)中的應(yīng)用，以解決用傳統(tǒng)的方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。所以智能控制技術(shù)的作用以及影響力將會關(guān)系國民生計，并且智能控制技術(shù)的發(fā)展也是日新月異。我們只有時刻關(guān)注智能控制技術(shù)，才能跟上其日益加快的技術(shù)更新步伐。因此智能控制技術(shù)的研究對各行各業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

2.2智能控制的發(fā)展過程

從經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論發(fā)展到今天的智能控制理論，經(jīng)歷了很長時間。經(jīng)典控制理論中基于傳遞函數(shù)建立起來的如頻率特性、根軌跡等圖解解析設(shè)計方法，對于單輸入-單輸出系統(tǒng)極為有效，至今仍在廣泛地應(yīng)用。但傳遞函數(shù)對處于系統(tǒng)內(nèi)部的變量不便描述，對某些內(nèi)部變量還不能描述，且忽略了初始條件的影響。鼓傳遞函數(shù)描述不能包含系統(tǒng)的所有信息。現(xiàn)代控制理論主要研究具有高性能、高精度的多變量變參數(shù)系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題，它對多變量有很強(qiáng)的描述和綜合能力，其局限在于必須預(yù)先知道被空對象或過程的數(shù)學(xué)模型。智能控制是在經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展和提高的。智能控制的提出：①實現(xiàn)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)控制的需要；②現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、人工智能和微電子學(xué)等學(xué)科的高度發(fā)展，給智能控制提供了實現(xiàn)的基礎(chǔ)。智能控制提供了一種新的控制方法，基本解決了非線性、大時滯、變結(jié)構(gòu)、無精確數(shù)學(xué)模型對象的控制問題。

3　案例分析

3.1智能控制設(shè)計概況

某污水廠設(shè)計規(guī)模為16×104m3/d，采用BAF工藝。依據(jù)集中監(jiān)測為主，分散控制為輔的基本原則，本工程采用PLC（可編程控制器）為基礎(chǔ)的監(jiān)測控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在中央控制室利用PC（工業(yè)級PC）機(jī)對廠內(nèi)各工況進(jìn)行實時監(jiān)控，并有信號報警和聯(lián)鎖等設(shè)施以保證生產(chǎn)正常運行。生產(chǎn)的過程自動控制采用獨立控制，即設(shè)備控制層PLC各個子站與上位監(jiān)控計算機(jī)相互獨立，可以不依靠上位機(jī)獨立運行，保證了生產(chǎn)過程的獨立性和安全性。

3.2污水處理廠工程自動化系統(tǒng)功能

具有實時監(jiān)測全廠的生產(chǎn)過程參數(shù)、水質(zhì)參數(shù)、電量參數(shù)，并對其進(jìn)行采集、處理、儲存、顯示和打?。粚崟r監(jiān)測全廠主要設(shè)備的運行狀態(tài)，并對其信號進(jìn)行采集顯示。對污水廠重要設(shè)備的開/關(guān)次數(shù)和運行時間進(jìn)行累計并生成設(shè)備管理報表，使用戶能夠科學(xué)合理的安排生產(chǎn)設(shè)備檢修時間；能夠全自動控制現(xiàn)場設(shè)備。在中控室可以實現(xiàn)對全廠設(shè)備和儀器儀表的監(jiān)測和控制。上位機(jī)采用全中文操作界面。界面友好美觀，操作簡便易學(xué)，響應(yīng)迅速，可以實現(xiàn)實時動態(tài)顯示過程參數(shù)、水質(zhì)參數(shù)、電氣參數(shù)的趨勢圖；可以動態(tài)顯示全廠生產(chǎn)工藝流程圖和各工藝單元流程圖，并且可以在流程圖上選擇彈出多級細(xì)部詳圖。具有自動生成各種生產(chǎn)統(tǒng)計報表。具有自動進(jìn)行越限報警和設(shè)備故障報警，并可根據(jù)相應(yīng)的報警數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。具有故障追憶功能，能夠自動記錄系統(tǒng)或某臺設(shè)備故障前和故障過程中的狀態(tài)信息。

3.3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在綜合樓設(shè)立中央控制室，下設(shè)1#PLC預(yù)處理控制子站、2#PLCBAF生物濾池處理子站、3#PLC污泥脫水系統(tǒng)處理子站和4#PLC污中央控制處理子站。PLC處理子站通過開放式的與商用以太網(wǎng)兼容的光纖EtherNet環(huán)網(wǎng)與1#、2#工作站相連接并通過工作站與上位管理系統(tǒng)相連。在中央控制室可對主要設(shè)備實施開、?？刂?。同時，設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)也通過EtherNet送入上位計算機(jī)，在計算機(jī)上對全廠設(shè)備運轉(zhuǎn)情況進(jìn)行顯示監(jiān)控。中央控制室還設(shè)置了以太網(wǎng)交換機(jī)，與廠級管理自動化層以太信息網(wǎng)絡(luò)相連接。自控系統(tǒng)配置兩套互為熱備的監(jiān)控操作站、一臺故障打印機(jī)、一臺圖表打印機(jī)。中央控制系統(tǒng)下設(shè)兩套現(xiàn)場控制站。按照控制對象的功能、設(shè)備量，根據(jù)本廠工藝流程和平面布置圖，設(shè)置現(xiàn)場控制站和中央控制室。

4　結(jié)語

綜上所述，智能化控制是工業(yè)自動化發(fā)展的趨勢，有著光明的發(fā)展前途，會對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會帶來重要的影響。今后在工業(yè)自動化技術(shù)發(fā)展中，還需要急需加強(qiáng)對智能控制技術(shù)的研究，加強(qiáng)工業(yè)自動化中智能控制技術(shù)的運用，不斷的促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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趙鵬舉，男，工程師中級，工程碩士學(xué)位，主要從事電氣技術(shù)和項目管理工作。

TP273.5

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2095-2066（2016）11-0254-02

2016-3-8