芻議自動(dòng)化控制技術(shù)在工業(yè)中的現(xiàn)狀及趨勢(shì)

杜春城

（河鋼集團(tuán)衡水板業(yè)有限公司，河北 衡水053000）

工業(yè)自動(dòng)化控制基于“運(yùn)用控制理論”，涵蓋儀表儀器、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等，可在工業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程，提供有效的技術(shù)支持，主要表現(xiàn)為全方位監(jiān)測(cè)、全面控制、過(guò)程優(yōu)化、調(diào)度、現(xiàn)場(chǎng)管理、有效決策等，能夠達(dá)到保障生產(chǎn)安全、提高生產(chǎn)質(zhì)量、提高產(chǎn)量等目的。自動(dòng)化控制技術(shù)對(duì)20 世紀(jì)以來(lái)的工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響，盡管自動(dòng)化控制技術(shù)本身不會(huì)創(chuàng)造效益，但是對(duì)于生產(chǎn)效率卻有明顯的促進(jìn)、提升作用。我國(guó)歷來(lái)注重實(shí)體經(jīng)濟(jì)建設(shè)，自新中國(guó)建立以來(lái)，工業(yè)在多項(xiàng)政策的扶持下不斷發(fā)展，時(shí)至今日，中國(guó)已經(jīng)成為“世界工廠”，制造影響力輻射至全世界。2015 年5 月，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《中國(guó)制造2025》文件，對(duì)我國(guó)工業(yè)發(fā)展進(jìn)行了全面的的戰(zhàn)略部署，該戰(zhàn)略部署文件將技術(shù)、創(chuàng)新納入到核心位置，即“突破一批重點(diǎn)領(lǐng)域關(guān)鍵共性技術(shù)，促進(jìn)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，走創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的發(fā)展道路?！币虼耍叫鑼?duì)自動(dòng)化控制技術(shù)在工業(yè)中的現(xiàn)狀及趨勢(shì)進(jìn)行系統(tǒng)探究以及梳理，以為行業(yè)發(fā)展提供可靠參考借鑒。

1 自動(dòng)化控制技術(shù)在工業(yè)制造中的應(yīng)用現(xiàn)狀

自二十世紀(jì)六十年代起，美國(guó)、德國(guó)等構(gòu)架就依靠計(jì)算機(jī)、高新技術(shù)對(duì)工業(yè)進(jìn)行全方位的改造，工業(yè)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并成為國(guó)家實(shí)體經(jīng)濟(jì)的主要發(fā)展引擎。進(jìn)入21 世紀(jì)，全球化市場(chǎng)框架基本形成，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)越發(fā)激烈，中國(guó)的世界工廠體系也基本完善，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的影響下，制造企業(yè)必須要提高制造效率、加快產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間、全面改善產(chǎn)品的質(zhì)量、進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本、完善服務(wù)體系[1]。由此，現(xiàn)代制造企業(yè)開(kāi)始追求更加準(zhǔn)確、高效率信息傳遞模式以及設(shè)備控制方法，以工業(yè)PC 為基礎(chǔ)的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)（process control system，PCS）得到普及。目前國(guó)內(nèi)制造企業(yè)所應(yīng)用的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)主要分為基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化、管理自動(dòng)化三個(gè)層次。

有別于傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)不由集散控制系統(tǒng)和邏輯控制系統(tǒng)構(gòu)成，因國(guó)內(nèi)的PLC 元件制造水平相對(duì)較低，故傳統(tǒng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)高額的成本讓許多制造企業(yè)望而卻步?；诠I(yè)PC 的自動(dòng)化控制，依托于工業(yè)PC、監(jiān)控體系、I/O 裝置，實(shí)現(xiàn)了低成本控制，快速在各大企業(yè)普及。如，重鋼電子公司就在21 世紀(jì)初就應(yīng)用了工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)，并以DCS 控制的型鋼加熱爐為基礎(chǔ)，改變其加熱控制邏輯，以模糊控制器解決傳統(tǒng)邏輯控制存在的解耦問(wèn)題、尋優(yōu)問(wèn)題，工廠PML 管理系統(tǒng)可直接連接型鋼加熱爐實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制[2]。

近幾年，工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)成為主流，主要分為compact PCI、Industrial 兩種類型，比如AT96 總線工控設(shè)備等，就能夠基本完成制造企業(yè)的控制目標(biāo)。而從制造企業(yè)的發(fā)展態(tài)勢(shì)來(lái)看，工業(yè)制造對(duì)熱拔插、控制穩(wěn)定性、冗余配置的要求你在不斷提升，AT96 總線工控設(shè)備的局限性局部表現(xiàn)出來(lái)，所以在中大型規(guī)模的制造企業(yè)中，多采用了compact 總線技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)制造的綜合控制[3]。

2 工業(yè)自動(dòng)化控制的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 PLC 微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC 化、開(kāi)放化發(fā)展

長(zhǎng)久以來(lái)，在工業(yè)自動(dòng)化控制體系中，PLC 一直占據(jù)著“主角地位”，且PLC 也為制造業(yè)提供了多元化的控制方案。從宏觀層面上看，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制基本為工業(yè)PC、DCS、PLC三足鼎立的狀態(tài)。從近幾年P(guān)LC 工控市場(chǎng)的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，不難發(fā)現(xiàn)，PLC 控制整體表現(xiàn)出穩(wěn)中向好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。PLC 市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顟B(tài)基本展現(xiàn)了中國(guó)工業(yè)的發(fā)展情況，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)快速發(fā)展的背景下，PLC 也受到了一定沖擊，未來(lái)PLC 控制必然會(huì)逐步朝著網(wǎng)絡(luò)化、微型化、開(kāi)放化的方向調(diào)整[4]。比如，近幾年部分企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始實(shí)裝小于32 i/o 的微型PLC，且越來(lái)越多的供應(yīng)商也開(kāi)始提供PLC Ethernet 接口。

2.2 DCS 系統(tǒng)測(cè)控一體化發(fā)展

DCS 系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展時(shí)間，國(guó)內(nèi)DCS 系統(tǒng)發(fā)展起步于二十世紀(jì)七十年代，時(shí)至今日，化纖、依稀、化肥、石材、電力等等制造企業(yè)均已經(jīng)實(shí)裝DCS 系統(tǒng)，“九五”到“十三五”期間，國(guó)內(nèi)的DCS 系統(tǒng)制造企業(yè)林立且在不斷發(fā)展，比如浙大中控、航天測(cè)控、電科院等等，且國(guó)內(nèi)DCS 系統(tǒng)技術(shù)水準(zhǔn)已經(jīng)基本和國(guó)外持平，這就大幅度控制了DCS 系統(tǒng)的價(jià)格，為國(guó)內(nèi)工業(yè)應(yīng)用DCS 系統(tǒng)創(chuàng)造了良好環(huán)境[5]。但是就2018 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，DCS 發(fā)展情況卻不容樂(lè)觀。據(jù)立木信息咨詢發(fā)布的《中國(guó)DCS 控制系統(tǒng)市場(chǎng)格局與投資戰(zhàn)略報(bào)告（2018 版）》顯示，目前國(guó)內(nèi)DCS 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，整體價(jià)格呈逐年下降趨勢(shì)，但DCS 本身功能亦日趨完善，應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)大，甚至滲透到一些PLC 的傳統(tǒng)市場(chǎng)。傳統(tǒng)DCS 廠家不再局限于僅僅銷售DCS系統(tǒng)本身，而是越來(lái)越關(guān)注以DCS 為平臺(tái)的“衍生”產(chǎn)品和解決方案。相對(duì)惡劣的DCS 市場(chǎng)以及工業(yè)生產(chǎn)更為復(fù)雜的控制需求，促使DCS 必須朝著測(cè)控一體化的方向發(fā)展。同時(shí)各大企業(yè)所應(yīng)用的DCS 會(huì)朝著上下兩個(gè)方向同步延伸，信息技術(shù)和DCS也亟需完成無(wú)縫銜接。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線控制全面普及發(fā)展

IEC 61158 將現(xiàn)場(chǎng)總線控制定義為：安裝在制造區(qū)域或者過(guò)程區(qū)域的自動(dòng)控制裝置、雙向傳輸裝置，現(xiàn)場(chǎng)總線控制能夠保證測(cè)控設(shè)備具備應(yīng)有的數(shù)字通信能力、數(shù)字計(jì)算能力，可有效保證測(cè)控裝置信息傳播精度、效率以及設(shè)備的運(yùn)作性能等?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的全面普及和相關(guān)技術(shù)規(guī)范的完善息息相關(guān)，在“九五”到“十三五”期間，國(guó)家為促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，實(shí)施了一系列的開(kāi)發(fā)研究計(jì)劃，目前已經(jīng)構(gòu)成了一個(gè)基本完善的技術(shù)體系，HART、FF 協(xié)議也實(shí)現(xiàn)了和我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)體系的全面適應(yīng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)未來(lái)必然會(huì)和工業(yè)以太網(wǎng)、5G 技術(shù)、DCS 技術(shù)等實(shí)現(xiàn)全面整合，或會(huì)蛻變?yōu)橐环N更加方便、靈活的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)[6]。

2.4 工控軟件先進(jìn)化發(fā)展

這就表示未來(lái)自動(dòng)化控制以及工控軟件會(huì)朝著先進(jìn)化、智能化的方向不斷發(fā)展。具體表現(xiàn)為大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)的廣泛應(yīng)用，通過(guò)高效運(yùn)算來(lái)為企業(yè)的管理、決策提供完善的解決方案。盡管目前業(yè)界對(duì)先進(jìn)化控制、智能化控制還沒(méi)有嚴(yán)格且統(tǒng)一的定義，但是基本能夠預(yù)見(jiàn)工控軟件未來(lái)即將實(shí)現(xiàn)的功能，即：自適應(yīng)控制、預(yù)報(bào)控制、魯棒控制等等功能。因智能化控制和先進(jìn)控制能夠創(chuàng)造出可觀經(jīng)濟(jì)效益，且在技術(shù)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下，相關(guān)研究也會(huì)持續(xù)發(fā)展，所以廣大從業(yè)者對(duì)這種變化應(yīng)該有具體的認(rèn)知，并在該方面加深了解。

綜上所述，大力發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化，是加速傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改革，提高生產(chǎn)效益，提高整體國(guó)力的必要手段，工業(yè)作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)的支柱，未來(lái)必然會(huì)在多項(xiàng)政策、戰(zhàn)略規(guī)劃的指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展。未來(lái)，一是會(huì)以信息技術(shù)應(yīng)用作為重心，并提高傳統(tǒng)自動(dòng)化控制效率、穩(wěn)定性；二是以先進(jìn)技術(shù)為重心，持續(xù)推進(jìn)制造行業(yè)的高效率發(fā)展，并不斷提高裝備制造業(yè)的整體水平；三是重點(diǎn)發(fā)展改造提升相關(guān)核心技術(shù)，并持續(xù)研發(fā)配套設(shè)備。