淺談工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展前景

宋文超

摘 要：工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，是工業(yè)技術(shù)改造、技術(shù)進(jìn)步的主要手段和技術(shù)發(fā)展方向。工業(yè)自動(dòng)化的技術(shù)水準(zhǔn)，不僅影響整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，而且對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的技術(shù)進(jìn)步有很大的直接影響。本文就我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展前景進(jìn)行初步探討。

關(guān)鍵詞：工業(yè)自動(dòng)化；發(fā)展；前景

前言

工業(yè)自動(dòng)化是機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程在不需要人工直接干預(yù)的情況下，按預(yù)期的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)測(cè)量、操縱等信息處理和過程控制的統(tǒng)稱。自動(dòng)化技術(shù)就是探索和研究實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化過程的方法和技術(shù)。它是涉及機(jī)械、微電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域的一門綜合性技術(shù)。同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)也促進(jìn)了工業(yè)的進(jìn)步，如今自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造、電力、建筑、交通運(yùn)輸、信息技術(shù)等領(lǐng)域，成為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的主要手段。

1.工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展歷程

1.1四十年代—六十年代初

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，資源利用，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，適應(yīng)批量生產(chǎn)需要。此階段主要為單機(jī)自動(dòng)化階段，各種單機(jī)自動(dòng)化加工設(shè)備出現(xiàn)，并不斷擴(kuò)大應(yīng)用和向縱深方向發(fā)展。典型成果和產(chǎn)品：硬件數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。

1.2六十年代中—七十年代初期

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，要求產(chǎn)品更新快，產(chǎn)品質(zhì)量高，并適應(yīng)大中批量生產(chǎn)需要和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。此階段主要以自動(dòng)生產(chǎn)線為標(biāo)志，在單機(jī)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，各種組合機(jī)床、組合生產(chǎn)線出現(xiàn)，同時(shí)軟件數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)并用于機(jī)床，CAD、CAM等軟件開始用于實(shí)際工程的設(shè)計(jì)和制造中，此階段硬件加工設(shè)備適合于大中批量的生產(chǎn)和加工。典型成果和產(chǎn)品：用于鉆、鏜、銑等加工的自動(dòng)生產(chǎn)線。

1.3七十年代中期

市場(chǎng)環(huán)境的變化，使多品種、中小批量生產(chǎn)中普遍性問題愈發(fā)嚴(yán)重，要求自動(dòng)化技術(shù)向其廣度和深度發(fā)展，使其各相關(guān)技術(shù)高度綜合，發(fā)揮整體最佳效能。自70年代初期美國(guó)學(xué)者首次提出CIM概念至今，自動(dòng)化領(lǐng)域已發(fā)生了巨大變化，CIM已逐步為人們所接受；CIM也是一種實(shí)現(xiàn)集成的相應(yīng)技術(shù)，把分散獨(dú)立的單元自動(dòng)化技術(shù)集成為一個(gè)優(yōu)化的整體。所謂哲理，就是企業(yè)應(yīng)根據(jù)需求來分析并克服現(xiàn)存的“瓶頸”，從而實(shí)現(xiàn)不斷提高實(shí)力、競(jìng)爭(zhēng)力的思想策略；而作為實(shí)現(xiàn)集成的相應(yīng)技術(shù)，一般認(rèn)為是：數(shù)據(jù)獲取、分配、共享；網(wǎng)絡(luò)和通信；車間層設(shè)備控制器；計(jì)算機(jī)硬、軟件的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等。同時(shí)，并行工程作為一種全新的工作模式自80年代末期開始應(yīng)用和活躍于自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，并將進(jìn)一步促進(jìn)單元自動(dòng)化技術(shù)的集成。

2.工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展前景

2.1工業(yè)智能化

從工業(yè)自動(dòng)化儀表的發(fā)展趨勢(shì)看，智能化是其核心部分，所謂智能化表現(xiàn)在其具有多種新功能。例如過去當(dāng)流量?jī)x表需要進(jìn)行溫度，壓力的補(bǔ)償時(shí)需要分別測(cè)量流量，溫度和壓力的三臺(tái)變送器，并且需要運(yùn)算器來計(jì)算，而現(xiàn)在一臺(tái)智能化的流量變送器就可以包攬這一任務(wù)；又如一臺(tái)智能化執(zhí)行器，由于具有多種的自診斷功能，使維修預(yù)報(bào)成為可能。如當(dāng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥的閥桿行程累計(jì)超過一定長(zhǎng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)出信號(hào)通知維修人員進(jìn)行密封填料的更換；又當(dāng)閥門的動(dòng)作過于頻繁時(shí)也可通知工作人員進(jìn)行干預(yù)，以免發(fā)生事故；當(dāng)用于具有腐蝕性介質(zhì)時(shí)，如超過一定流量及工作時(shí)間時(shí)，也能發(fā)出信號(hào)，以便及時(shí)更換，因?yàn)榻^不會(huì)發(fā)生腐蝕的材質(zhì)是沒有的。在工業(yè)控制方面，過去控制的算法，只能由調(diào)節(jié)器或DCS來完成，如今一臺(tái)智能化的變送器或者執(zhí)行器，只要植入PID模塊，就可以與有關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)儀表在一起，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)自主調(diào)節(jié)；從而實(shí)現(xiàn)控制的徹底分散，從而減輕了DCS主機(jī)的負(fù)擔(dān)，使調(diào)節(jié)更加及時(shí)，并提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

2.2工業(yè)高精度化

由于工業(yè)生產(chǎn)對(duì)成品質(zhì)量的要求日益提高，國(guó)家的政策和法令對(duì)節(jié)能減排也有具體的要求和規(guī)定，因此提高測(cè)量?jī)x表與控制系統(tǒng)的精度就被提上了議事日程。例如變送器的精度，普遍從百分之零點(diǎn)七五提高到百分之零點(diǎn)零四。用于貿(mào)易交換計(jì)量的科氏質(zhì)量流量計(jì)，精度已達(dá)到百分之零點(diǎn)零五，部分氣體超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確度已達(dá)到百分之零點(diǎn)五，同時(shí)新一代的DCS也以此作為一個(gè)重要的指標(biāo)。

2.3工業(yè)無線化

現(xiàn)場(chǎng)總線本來是一種非常有前途的技術(shù)，理應(yīng)得到迅速的發(fā)展和推廣，但由于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的過多，影響了推廣，例如第一代總線型的現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)到10多種，到年低，加上第二代的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)，其國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)有20多種，而第三代的總線通信方案又在興起，而且各大跨國(guó)公司和有關(guān)組織都在制定各自的標(biāo)準(zhǔn)，便如目前知道的就有HART無線，ISA的SP100，IEC，還有艾默生，西門子等一些大公司都在制定各自的無線標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)過多，對(duì)用戶來講，實(shí)在不是一個(gè)好兆頭，用戶希望能夠通過努力，制訂出單一的國(guó)際的標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)生產(chǎn)要求高產(chǎn)，穩(wěn)定，優(yōu)質(zhì)，低耗，安全，環(huán)保。如果現(xiàn)場(chǎng)儀表能夠?qū)崿F(xiàn)通信無線化，電纜和維護(hù)的工人量都會(huì)大大減少，因此研發(fā)低功耗可靠的無線通信是當(dāng)前的一個(gè)重要課題。

2.4安全儀表系統(tǒng)

隨著生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，一旦發(fā)生事故，不但在經(jīng)濟(jì)上會(huì)造成巨大的損失，而且人員傷亡和對(duì)環(huán)境的影響均非同小可，因此生產(chǎn)的安全問題日益受重視。目前，一些化工或石化企業(yè)的安全系統(tǒng)，如ESD緊急停車是由專門的PLC如TRICONES來負(fù)責(zé)管理，這樣企業(yè)的控制系統(tǒng)就由兩大部分組成，即DCS與專門的PLC。由于新型DCS的功能不斷擴(kuò)大，已經(jīng)有了安全儀表系統(tǒng)（SIS），因此也可以用一套具有SIS功能的DCS來統(tǒng)一管理，這樣業(yè)主當(dāng)然歡迎。但保險(xiǎn)公司需要第三方的認(rèn)證，而認(rèn)證就要有量化的概念，因此IEC 制定了標(biāo)準(zhǔn)，將安全等能分為四級(jí)。所謂SIL全名為安全完整性等級(jí)。根據(jù)目前的制造水平，變送器的安全等級(jí)僅為SIL2，若要滿足SIL3的要求，可采取冗余措施，至于DCS，目前一些大的DCS制造商都已通過了TUV認(rèn)證，達(dá)到了SIL3。按照目前的社會(huì)的生產(chǎn)水平，只要符合SIL3的標(biāo)準(zhǔn)就可以滿足化工及重石化行業(yè)的安全要求了。

2.5科學(xué)儀器的在線化

隨著科技的進(jìn)步，科學(xué)儀器的結(jié)構(gòu)。日益簡(jiǎn)化，體積縮小，重量減輕，操作也更方便，價(jià)格也逐步降低，而且能在工業(yè)條件下操作。因此在過去只能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行離線操作的科學(xué)儀器，現(xiàn)在可以在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行在線運(yùn)行了。例如質(zhì)譜儀居武鋼的高爐上試用，用來分析爐頂煤氣的成分。從應(yīng)用的角度來看，這種儀器也可看成工業(yè)自動(dòng)化儀表中的一員了。今后這種趨勢(shì)還會(huì)加速發(fā)展。

2.6 MIV模式

目前新建的一些大型石化裝置如乙烯項(xiàng)目都采用了MIV承包模式，所謂MIV就是主要儀表承包商。這種做法利于大型工程的建設(shè)，保證項(xiàng)目順利按時(shí)投產(chǎn)，如百萬噸級(jí)的乙烯項(xiàng)目，其下產(chǎn)品很多，一般有十幾個(gè)裝置，需要同時(shí)投產(chǎn)。否則誤工一天，就會(huì)有上億元的損失。為了便于管理，工程公司和企業(yè)都愿意這樣做。但這種模式也不是一成不變的，例如南海的CSPC乙烯項(xiàng)目采用的是MAC模式，福建的乙烯項(xiàng)目采用的是MICC。對(duì)于承包的儀表廠商來講這是一種增值的服務(wù)。作為MIV的公司也需要一定的資源質(zhì)，即除了能提供一定水平的DCS外，還要有較廣泛的，質(zhì)量過硬的現(xiàn)場(chǎng)儀表，而且還要熟悉工藝或有這個(gè)方面的經(jīng)驗(yàn)。

3.結(jié)束語

總而言之，我國(guó)工業(yè)發(fā)展應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，不但要起點(diǎn)高，瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水準(zhǔn)，而且必須包括各種靈活的低成本、見效快的自動(dòng)化技術(shù)，我們只有堅(jiān)持提高與普及相結(jié)合的方針，我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用才能走上高速度、高質(zhì)量和高效益的健康之路。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：上海申美飲料食品有限公司）