電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展

黃林杰

（酒鋼集團(tuán)榆中鋼鐵有限公司，甘肅 蘭州 730104）

電氣自動(dòng)化作為電氣信息領(lǐng)域的新興學(xué)科，其不僅能夠代替工人完成很多勞動(dòng)強(qiáng)度、危險(xiǎn)性較高的工作，保證各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)的安全性與高效性，同時(shí)還能夠有效控制生產(chǎn)活動(dòng)的人力成本，減少各種人為操作失誤，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)活動(dòng)工作質(zhì)量的全面提升，對(duì)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展有著很大幫助，而要想實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用，自然也就需要對(duì)電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)展開深入分析。

1 電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)又稱DCS系統(tǒng)，是目前電氣自動(dòng)化工程中應(yīng)用最為普遍的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)雖然在上世紀(jì)七十年代才被研發(fā)出來，但由于其具有著系統(tǒng)組態(tài)功能，能夠通過軟件工具來對(duì)DCS進(jìn)行組態(tài)、配置，并對(duì)DCS網(wǎng)絡(luò)的各節(jié)點(diǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)，因此在問世后很快就被應(yīng)用于電氣自動(dòng)化工程領(lǐng)域，并憑借著其在實(shí)時(shí)性、可靠性和擴(kuò)充性等方面的優(yōu)勢(shì)取得了良好的應(yīng)用效果，為很多行業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)活動(dòng)提供了重要幫助。當(dāng)然，由于DCS系統(tǒng)的發(fā)展、應(yīng)用時(shí)間較短，在模擬混合體系方面的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全成熟，因此在應(yīng)用于電氣自動(dòng)化工程領(lǐng)域后，往往會(huì)面臨著維修困難、保養(yǎng)成本高的問題，而這也對(duì)DCS系統(tǒng)的進(jìn)步推廣發(fā)展帶來了較大阻礙[1]。

1.2 集中監(jiān)控控制系統(tǒng)

與分布式控制系統(tǒng)相比，以集中控制為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化工程中同樣比較常見。該系統(tǒng)主要是將系統(tǒng)所有控制功能集成起來，利用單個(gè)處理器進(jìn)行統(tǒng)一的控制數(shù)據(jù)處理，基本能夠滿足電氣自動(dòng)化工程的控制需求。但必須要明確的是，隨著未來工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展，未來各行業(yè)電氣自動(dòng)化工程的規(guī)模必將會(huì)變得越來越大，控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的的控制數(shù)據(jù)也會(huì)呈幾何式增長(zhǎng)，一旦控制數(shù)據(jù)體量超出處理器了數(shù)據(jù)處理能力，那么此類控制系統(tǒng)就很可能會(huì)出現(xiàn)處理速度緩慢、控制效率降低的情況，其未來在電氣自動(dòng)化工程領(lǐng)域的應(yīng)用空間也會(huì)相對(duì)較小。就是把所有的功能集中到一個(gè)處理器中，這就導(dǎo)致了處理速度相當(dāng)?shù)木徛?/p>

1.3 信息集成控制系統(tǒng)

在信息化時(shí)代下，信息集成技術(shù)已經(jīng)在很多行業(yè)領(lǐng)域中得到了有效應(yīng)用，而電氣自動(dòng)化控制則正是其中之一。一般來說，電氣自動(dòng)化工程的信息集成控制系統(tǒng)可根據(jù)信息整合路徑運(yùn)行分為兩個(gè)方向，其一以從生產(chǎn)管理的角度出發(fā)，對(duì)電氣自動(dòng)化工程進(jìn)行全面、細(xì)致的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)與生產(chǎn)信息采集，并通過特殊瀏覽器來對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理、分類，從而通過準(zhǔn)確、細(xì)化的數(shù)據(jù)來凸顯企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)情況，并為生產(chǎn)設(shè)備控制與企業(yè)生產(chǎn)決策提供支持[2]。其二則是從網(wǎng)絡(luò)軟件方面入手，在對(duì)電氣自動(dòng)化工程控制數(shù)據(jù)與設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)共享的基礎(chǔ)上，對(duì)控制系統(tǒng)的操作人員進(jìn)行多層級(jí)權(quán)限設(shè)置，對(duì)不同崗位工作人員的使用權(quán)限作出精密劃分描述，以保證電氣自動(dòng)化工程控制的規(guī)范性，避免因無關(guān)人員誤操作控制系統(tǒng)而導(dǎo)致電氣自動(dòng)化工程內(nèi)部硬件設(shè)備的錯(cuò)誤運(yùn)行。另外，該系統(tǒng)還具有著較強(qiáng)的可追溯能力，可通過科學(xué)的數(shù)據(jù)信息庫(kù)的結(jié)構(gòu)來對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行合理采集與集中存儲(chǔ)，即便對(duì)于很長(zhǎng)時(shí)間之前的控制數(shù)據(jù)，也同樣能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)回溯，這對(duì)于系統(tǒng)控制優(yōu)化是很有幫助的。

2 電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)

2.1 統(tǒng)一化

在電氣自動(dòng)化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的背景下，近年來國(guó)內(nèi)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研發(fā)工作雖然取得了為顯著的成果，控制系統(tǒng)的整體質(zhì)量性能也得到了一定提升，但由于市場(chǎng)上的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)較為多樣，且質(zhì)量處于良莠不齊的狀態(tài)，因此其實(shí)際應(yīng)用效果往往并不理想，如控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、操作過程差異較大等問題問題都時(shí)有出現(xiàn)。因此在電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的未來發(fā)展中，控制系統(tǒng)在研發(fā)、設(shè)計(jì)、操作等方面的差異必然會(huì)凸顯出來，并在行業(yè)內(nèi)的廣泛重視，而對(duì)于控制系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)、實(shí)施操作的統(tǒng)一，也必將會(huì)成為電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的未來主要發(fā)展趨勢(shì)之一[3]。例如在研發(fā)方面，未來電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可能會(huì)將研發(fā)系統(tǒng)從生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)中獨(dú)立出來，并對(duì)研發(fā)工作中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)進(jìn)行整合、規(guī)范，以提高研發(fā)效率、縮短雅畈設(shè)計(jì)實(shí)踐。而在設(shè)計(jì)方面，則會(huì)逐漸將控制系統(tǒng)的操作模式、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化，以減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)投入，并為用戶的熟悉應(yīng)用提供方便。

2.2 市場(chǎng)化

隨著電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能的不斷優(yōu)化，未來用戶對(duì)控制系統(tǒng)必然會(huì)提出更高的要求，而為了適應(yīng)用戶的全新功能、性能要求，電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)未來也必然會(huì)向著市場(chǎng)化的方向發(fā)展。由于用戶可選擇的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)較多，在系統(tǒng)要求上又比較多樣，因此電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)研發(fā)企業(yè)在未來可能會(huì)對(duì)市場(chǎng)需求展開更加細(xì)致的調(diào)查研究，并在充分尊重市場(chǎng)規(guī)律與市場(chǎng)需求的前提下，有針對(duì)性的展開控制系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)工作，使其能夠在功能、價(jià)格等方面更適合主要用戶群體的需求。

2.3 智能化

電氣自動(dòng)化技術(shù)雖然能夠提高生產(chǎn)活動(dòng)效率，降低生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)人工的依賴性，但在控制操作方面，卻仍然存在一定的不足，尤其是在面對(duì)一些復(fù)雜的生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)，由于生產(chǎn)過程中的不確定性因素較多，因此很難通過預(yù)定程序來對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行全過程、自動(dòng)化控制[4]。針對(duì)這一問題，當(dāng)前電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研發(fā)工作已經(jīng)逐漸延伸到了人工智能領(lǐng)域，希望能夠?qū)θ斯ぶ悄芗夹g(shù)的合理應(yīng)用，來解決當(dāng)前電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)所存在的不足，使其能夠模仿人類對(duì)各種復(fù)雜生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行合理控制決策，并為生產(chǎn)活動(dòng)提供更大的幫助，而這也意味著智能化將會(huì)成為未來電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的主要發(fā)展方向之一。

2.4 安全化

隨著電氣產(chǎn)品不斷更新，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的質(zhì)量性能目前已經(jīng)得到了一定的提升，但從運(yùn)行安全性、可靠性的角度來看，很多控制系統(tǒng)卻仍然存在著一定不足，尤其是在面對(duì)特殊運(yùn)行環(huán)境時(shí)，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行更是面臨著很多挑戰(zhàn)，而為了解決產(chǎn)品運(yùn)行安全方面的諸多問題，未來電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)自然也會(huì)向著安全化的發(fā)現(xiàn)發(fā)展，系統(tǒng)運(yùn)行安全性進(jìn)行全面改進(jìn)。例如開關(guān)控制方面，由于電氣自動(dòng)化工程常常會(huì)受到高溫、低溫、潮濕、外力沖擊等諸多因素的影響，因此為避免因外界環(huán)境因素影響而出現(xiàn)設(shè)備誤操作問題，耐高溫、耐沖擊、防潮等性能將會(huì)成為未來電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。而從系統(tǒng)操作的角度來看，由于電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在目前仍然需要專門的工作人員負(fù)責(zé)操控，而控制系統(tǒng)操作由于受控設(shè)備在生產(chǎn)活動(dòng)中的運(yùn)行情況直接相關(guān)，因此為避免因控制系統(tǒng)操作不當(dāng)而引發(fā)安全事故，未來電氣自動(dòng)化工程的控制系統(tǒng)在操作上還將逐漸趨于簡(jiǎn)單化，以保證用戶能夠在短時(shí)間內(nèi)熟悉系統(tǒng)各項(xiàng)控制功能，并熟練掌握控制系統(tǒng)的各項(xiàng)操作技巧。

2.5 創(chuàng)新化

在用戶要求不斷提高的背景下，未來電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展還將呈獻(xiàn)出明顯的創(chuàng)新化趨勢(shì)。首先，由于我國(guó)對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)的引入時(shí)間相對(duì)較晚，因此無論是控制系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)水平，還是實(shí)際質(zhì)量性能，都與發(fā)達(dá)國(guó)家存在著一定的差距，而在未來的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展中，自然也會(huì)在積極借鑒國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家法發(fā)展經(jīng)驗(yàn)與先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)控制系統(tǒng)相關(guān)研發(fā)工作展開全面創(chuàng)新[5]。其次，在設(shè)計(jì)方面，由于近年來電氣自動(dòng)化工程的設(shè)備規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)控制系統(tǒng)功能與系統(tǒng)規(guī)模的要求也隨之發(fā)生了變化，因此為適應(yīng)電氣自動(dòng)化工程的全新發(fā)展需求，控制系統(tǒng)未來還可能會(huì)采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的軟硬件設(shè)計(jì)模式，通過現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地單元與上位機(jī)間的連接，進(jìn)而為大規(guī)模硬件設(shè)備的無人化（或少人值守）控制提供支持。最后，由于當(dāng)前電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在控制信息傳輸方面仍有所不足，因此提高電氣工程的自動(dòng)化控制水平，未來電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)還可能會(huì)從無限系統(tǒng)入手，通過對(duì)無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用來構(gòu)建通常、可靠的信息傳輸渠道傳輸，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制信息傳輸方式的有效創(chuàng)新。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)化

為保證電氣自動(dòng)化工程中控制信息傳遞的高效性，未來電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)還將會(huì)向著標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。一方面，由于電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，而不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)形式又存在一定差異，因此未來的控制系統(tǒng)開發(fā)將確立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，以盡快實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接，以優(yōu)化電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為不同控制系統(tǒng)研發(fā)、生產(chǎn)廠家間的數(shù)據(jù)交換提供支持。另一方面，電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)需要基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制信息傳輸，因此未來的控制系統(tǒng)研發(fā)還可能會(huì)涉及到通用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建，有技術(shù)人員根據(jù)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息傳輸需求來構(gòu)建通用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體架構(gòu)、功能特點(diǎn)等進(jìn)行調(diào)整，使其能夠具有充分的實(shí)用性與安全性，并將不同領(lǐng)域數(shù)據(jù)信息的傳輸效率保持在較高水平上，為電氣自動(dòng)化工程的高效控制提供支持。

3 結(jié)語

總而言之，近年來電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)雖然在國(guó)內(nèi)得到了較好的發(fā)展與應(yīng)用，但要想滿足不斷提高的電氣自動(dòng)化工程控制要求，仍需對(duì)分布式控制系統(tǒng)、集中監(jiān)控控制系統(tǒng)、信息集成控制系統(tǒng)等各類控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行深入了解，同時(shí)對(duì)未來電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化、創(chuàng)新化、安全化、智能化、市場(chǎng)化等各方面發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行準(zhǔn)確把握。