工业控制自动化范文

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中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 02-0000-02

工业控制自动化技术是一种先进的工业制造技术，其技术水平已成为衡量一个国家国民经济发展水平和现代化程度的标志。据统计，对自动化控制系统投入和企业效益方面提升产出比约在1：4 至1：6之间，是实现大规模工业生产安全、平稳、优质、高效的基本条件和重要保证，是传统产业优化升级的有效手段，对钢铁、石化、冶金、电力、纺织等支柱性产业的技术进步具有重要作用。工业控制自动化的产品和技术大力推广了中国的制造业自动化进程，为中国现代化的建设做出了巨大的贡献。

1 工业控制自动化现状

我国工业自动化制造产业经过一段时间发展，已经逐步实现国产化的过程。在下游冶金、石化等行业的需求以及自动化率提升的双重带动下，我国工业自动化控制系统装置制造产业取得了长足的发展。但是，我国工业自动化具有自己的特点，下面就对我国自动化的优势和劣势进行简要总结。

1.1 我国工业控制自动化的优势

从整体上看，我国工业控制自动化具有以下优势，第一、工业控制自动化产品技术含量高，专业性强，而且产品繁多，业内第一门户网站；中国自动化学会的唯一门户网站及合作网站中国工控网目前分类达16个大项，200余个小项，第二、厂商众多，全球厂商达20万家，仅变频器的生产商就达2000余家；第三、市场巨大，90年代以来，我国工业自动化控制系统装置制造产业的产量一直保持在年增长20%以上，2009年我国仪器仪表行业规模以上企业5，363个，完成工业总产值4，047亿元，销售产值3，947亿元，其中工业自动控制系统装置占比约21.26%，达到843亿元。IMSResearch最新的研究报告指出中国自动化控制系统市场规模在2013年将会达到1，311亿元；第四、工业控制自动化大范围应用，遍及冶金、石油、化工、纺织、造纸、机械、机床、汽车、航空航天、楼宇、环境工程等所有工业及民用领域。

1.2 我国工业控制自动化的劣势

虽然工业控制自动化在我国得到了一定程度的发展，但还是存在很多不足的地方，主要有以下几点：第一、竞争激烈，国内工业控制系统产品供应商直接面临西方发达国家的竞争，无论IPC、DCS还是PLC，与外国公司相比较，我国的企业仍处于弱势地位；第二、总体上自动化企业规模太小，工业自动化比例依然不高，我国自动化仪器仪表行业的产值占GDP 的比例从90年代的0.5%才刚刚提升到2009年的1.1%，而美国在90年代就达到了4%的水平；第三、自动化企业多数急功近利，科技研发投入较少，科研人员队伍不稳，缺乏长时间的科研积累，缺乏自主创新能力，大型装备自动化控制系统的应用程度较低，有信誉的品牌产品还未形成；第四、与国际著名品牌系统相比还有差距，多数自动化企业没有明显的核心技术能力，缺乏后劲，国产系统就总体水平特别是在应用平台和开放性方面等较低，而且国内自动化系统企业综合业务能力差，系统产品系列不全等。

2 工业控制自动化发展趋势

2.1 PLC在向高速化、网络化、智能化方向发展

为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更快的响应速度和更大的存储容量，目前有的PLC扫描速度可达0.1ms/s以上，PLC的响应速度已经成为一个很重要的性能指标；在存贮容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节，为了扩大存储容量，有的公司已经利用磁盘处理器或者硬盘；加强PLC网络通讯能力，是PLC技术进步的潮流，为了加强网络通讯能力，PLC生产厂商之家正在协商制定通用的通讯标准，以构成更大的网络系统；80%的PLC控制系统的故障属于外部故障，因此致力于研制、发展用于检测用于外部故障的专用智能模块，已成为提高PLC系统可靠性的有效途径。

2.2 面向测控管一体化设计的DCS系统

开放性是制约dcs发展的一个很大的问题，不同公司的控制设备很难进行无缝的接入dcs控制系统，这个问题就阻碍了dcs的应用领域和竞争力。目前很多公司舍弃了传统的lcn网，采用了服务器结构的形式，使其开放性大大加强。随着技术进步，DCS的开放性需要逐渐加强，而且还应发挥其特色，使分散型计算机控制系统，从传统dcs中解放出来，使dcs与cips系统的调度层、管理层、决策层（辅助决策层）进行无缝连接，将dcs的相关信息上传，使其实时数据库、历史数据库为上述3层所共用，避免重复建库，为先进控制和优化建好平台，与上层的关系数据库共享数据，真正实现管控一体化。

2.3 控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展

FCS是控制体系结构的一场革命，它将影响今后几十年内自动控制技术的发展。FCS是由DCS发展而来的，它克服了DCS的很多缺点，而且具有很多DCS无法比拟的优点，FCS具有可靠性高、互换性和互操作性好、功能强、全数字通讯、多分枝结构及实现了完全开放的系统等优点。FCS的出现，对广大中小型企业和研究机构是一次难得的机遇。可以预见，一个全数字化、全分散式、可互操作、开放式互连网络FCS是工业自动控制系统的发展趋势。

2.4 数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展

新世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成，及为提高驱动性能及使用连接方便的智能化；数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路，利用开放式数控系统可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品；网络化数控装备是最近机床博览会的一个新亮点，数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。

2.5 工业控制网络向实时性、安全性多有线及无线相结合的方向发展

支持实时通讯可以通过提高操作系统和交换技术或者改变拓扑结构，还可通过提高在MAC层上的数据传输的调度方法等；提高工业通讯的安全性，以满足SIL高级别的要求，是工业控制网络安全性的发展方向；无线局域网技术能够在工厂环境下，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高带宽的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构，在一些特殊环境下有效地弥补了有线网络的不足，进一步完善了工业控制网络的通信性能。

参考文献：

[1]唐攻坚.浅谈工业自动化控制的现状与趋势[J].中国新技术新产品，2012（6）：136.

[2]刘鑫.中国工业控制自动化技术的现状与发展趋势[J].航天控制，2002，22（4）：42-48.

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（Hebei Metallurgical Mine Management Office，Shijiazhuang 050000，China）

摘要： 本文主要阐述了冶金工业自动化控制技术的创新与发展以及钢铁工业的节能环保与冶金工程自动化控制技术，同时提出了冶金工业自动化控制技术的未来发展方向。

Abstract: This paper mainly expounds the innovation and development of automation and control technology in metallurgical industry and the control technology of energy conservation and environmental protection and metallurgical engineering automation, at the same time, it puts forward the development direction of automation and control technology in metallurgical industry in the future.

关键词 ： 电气自动化；自动化控制技术；应用

Key words: electric automatization；automation and control technology；application

中图分类号：TP273 文献标识码：A

文章编号：1006-4311（2015）02-0024-02

1 冶金工业自动化控制技术的创新与发展

科学技术进步日新月异，技术交流日渐频繁，为降低生产成本和提高国际竞争力，我国不断引进和自主开发了大量自动化控制技术，并付诸于实践。近年来，特别是一些民营企业，经过初期的资本积累，更加注重将资金投入到研发新技术、新装备、新工艺上，在冶金工业领域，给民营企业带来了旺盛的生机和活力，给国有大中型冶金工业企业带来了不可避免的竞争和挑战。他们主要采取引进部分先进技术，经过适当的硬件和软件的改造升级，实现了适合自身发展的电气自动化设备的功能提升和技术创新。主要表现在以下两个方面。

1.1 更加注重改善和提升DCS系统集成工作能力 DCS系统：Distributed Control System，即分散控制系统。国内一般习惯称之为集散控制系统。它主要集成了计算机（Computer）、显示（CRT）、通讯（Communication）、和控制（Control）“4C”技术，主要是以通信网络为纽带，由过程控制级和监控级组成的多级计算机运算、处理系统。DCS系统的综合可利用率可达99.8%；系统平均无故障时长超过8万小时，广泛应用于火电、热电、核电、化工、冶金、建材等领域，并实现了全程自动监控。20世纪的我国冶金自动化控制技术装备和水平，注重在“点”上寻求突破，而进入21世纪，则注重在“面”上寻求发展和进步，逐渐覆盖全国。其优点是智能化的自动、自主化进程控制，且整个系统的核心技术集成化程度较高，能够广泛地应用于工业生产实践。目前，其正在进行冶金工艺最新智能流程的研发，成功实现了点到面的转变，因此能从根本上提高冶金工业控制系统的自动化程度和工作效能。

1.2 冶金工程自动化系统控制软件技术的应用与创新有较大提升 20世纪80年代以前，受科研资金、研发投入、市场规模和体制机制的影响，我国主要是从国外引进冶金工程自动化系统控制软件，到后期，逐渐意识到自主研发的重要性和适用性，所以加大了人、财、物的主动投入，实现了较大的历史性转变。在生存中求发展的历史阶段下，我国在二级自动化监控软件，三级MES自动化控制软件以及国有大中型企业领军的能源管理控制系统等领域有了长足的进步和提升，进而逐渐取代进口软件，在应用水平、管控质量、运行效率等方面都优于国外进口自动化系统控制软件。近年来，更加注重向技术要效益理念的培育，兴起了自主研发的冶金工业工程自动化控制平台技术类软件，在工业生产中得到了较为广泛的采用和实践，新一代冶金工业工程自动化系统控制软件平台的应用，使得冶金工业自动化管控效率和水平达到了国际领先地位，同时也创造出可观的经济效益。

2 钢铁工业的节能环保与冶金工程自动化控制技术

2.1 基于钢铁工业节能环保的冶金工业自动化控制技术的应用 早期的冶金工业自动化控制技术的应用主要局限在装备性能、产品质量，以及生产成本、运行效率、过程灵活控制、废气废渣废水的工程排放等方面，随着工业技术的进步和自动化控制软件的研发，基于更加节能环保与钢铁产品制造流程优化的设计，成为了钢铁工业生产、设计、研发的主导趋势。因此要对钢铁工业生产的流程结构、功能以及效率进行进一步优化和改善，必然要加强对钢铁制造整体流程的研究和投入。在此基础上，加大计算机模拟仿真技术研究，引入绿色环保、节能降耗等理念，实现了生产效率的最大化、生产能耗的最小化、对环境影响的最低化。

2.2 自动化控制技术在钢铁生产过程中减少污染物排放的应用 钢铁企业以铁、铬、锰三种金属元素为主要原料，经过冶炼及压延等工序，以及以高品位金属矿石（或精矿）为原料，经过高炉、转炉、电炉等流程生产生铁、钢材产品，产生了大量的废气、废液、废渣。主要污染排放物为工业烟尘颗粒（主要为金属氧化物）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）等。自动化控制技术在钢铁生产过程中减少污染物排放的应用较为普遍。这个应用过程主要为防止不合格产品的产生和资源的浪费，主要通过建立广义模型、优化和完善控制技术过程，研发出对钢铁工业各环节产品实行实时监测、评估与控制的新型自动化控制技术，从而实现全程自动化控制，减少污染物排放。同时，研发出对生产设备实施全过程实时诊断的新型自动化控制技术，使设备运转高效、误差率较低，工业产品质量得到有效保障。

2.3 自动化控制技术在钢铁冶炼清洁高效生产中的应用 金属冶炼过程伴随着大量污染物排放，为了建设环境友好型社会，控制污染物排放，研发一整套控制或降低污染物排放的自动化控制系统势在必行。例如，基于在线分析检测监控技术对污染物的产出实施动态实时监控、作用于废水处理的大功率电气高压转动自动化控制技术、利用谐波检测仪控制技术改善电能输出质量等，实现了钢铁工业生产的清洁、高效。

2.4 自动化控制技术在钢铁冶炼废物循环利用中的应用 钢铁冶炼过程中会产生大量煤气、钢渣等固体废物，因而研发出使煤气、钢渣的合理运用自动化控制技术可实现对固体废弃物的循环利用。高温冶炼中的高炉、转炉等设备也会产生大量废物，因此，自动化控制技术的研发和应用有助于对废物的循环利用。

3 冶金工业自动化控制技术的未来发展方向

3.1 提高冶金自动化控制技术核心科技的原创性 科学是技术之源，是技术产业之源，技术创新以科学理论的研发为基础，而产业创新主要以技术创新为基础。我国建国以来，在冶金工业科技研究领域取得了许多历史性进步，有的已经步入国际领先水平，但是由于底子薄、起步晚、科技人才相对缺乏、科研资金投入跟不上等因素，与欧美、日本等国家在总体技术实力上还无法抗衡。但是科研人员要取人所长补己所短，发挥自身优势，自主研发一套先进的冶金工业自动化控制技术体系，软硬件配套衔接，产学研相结合，改善操控系统，提高生产工艺技术水平，走自主发展的道路。首都钢铁集团创造的数字化炼钢模式带了个好头，其在原有冶金流程的基础上，对生产进程进行改善，将智能仿真技术运用在控制系统运算比对上，通过仿真模拟计算，调整出最佳控制效果。

3.2 提高整套控制系统的实时性和可靠性 该技术的实时性和可靠性是它的最大优势，要通过采集最新数据，对各项数据进行综合分析并进行科学处理，实现实时、可靠、高效。对钢铁工业来说，如果只生产生铁、粗钢等低端产品，则对实时性要求偏低，如果要生产镀锌板、彩涂板、焊管、五氧化二钒、钒氮合金、钒铁合金等精细、特种、高端钢铁产品，则必须提高整个系统的运算速度、实现实时诊断、实时布控、实时处理的能力，便于及时发现问题，及时调整参数配比，及时改善生产工艺。

3.3 要实现数据挖掘和运用 通过改善整套控制平台系统的运行质量和水平，生产优质钢铁终端产品，是提高钢铁企业和冶金行业竞争力的关键。钢铁生产过程实现自动化控制，注重对实时数据参数进行收集、整理、分析，对数字模型经过全过程优化，进而达到对生产各环节的自动控制和精细化管理。在当今的冶金工程技术研发中，数据的挖掘和运用越来越普遍和完善，数字模型和控制算法的广泛引入和采用会给整个钢铁工业自动化控制系统带来更加广阔的发展空间，为钢铁企业和冶金工业的发展带来强大动力。

参考文献：

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1.1PLC（可编程序控制器）

PLC—可编程序控制器的英文为ProgrammableLogicController，1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求

①编程简单，可在现场修改和调试程序；

②维护方便，采用插入式模块结构；

③可靠性高于继电器控制系统；

④体积小于继电器控制装置；

⑤数据可直接送入管理计算机；

⑥成本可与继电器控制系统竞争；

⑦可直接用115V交流电压输入；

⑧输出量为115V、2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；

⑨通用性强，易于扩展；

⑩用户程序存储器容量至少4kB。

为了实现通用汽车提出的要求，第一台适合其要求的PLC（可编程序控制器）于1969年在美国成功制造出来，自从第一台出现之后，随之，日本、德国、法国也相继开始了PLC的研发，并得到了迅猛的发展，现在主要生产PLC的厂家分别是：德国西门子、AEG，日本的三菱、美国AB，GE法国的TE公司等。

我国的PLC研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方面更为突出。在20世纪70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLC。此后，在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，并取得显著的经济效益，PLC在我国的应用越来越广泛，对提高我国工业自动化水平起到了巨大的作用。

目前，我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司，北京和利时和杭州和利时，浙大中控等。

1.2工控PC

由于基于PC的控制器被证明可以像PLC一样，并且作和维护人员接受，所以，一个接一个的制造商至少在部分生产中正在采用PC控制方案。基于PC的控制系统易于安装和使用，有高级的诊断功能，为系统集成商提供了更灵活的选择，从长远角度看，PC控制系统维护成本低。

由于PLC受PC控制的威胁最大，所以PLC供应商对PC的应用感到很不安。事实上，他们现在也加入到了PC控制“浪潮”中。

近年来，工业PC在我国得到了异常迅速的发展。从世界范围来看，工业PC主要包含两种类型：IPC工控机以及它们的变形机，如AT96总线工控机等。由于基础自动化和过程自动化对工业PC的运行稳定性、热插拔和冗余配置要求很高，现有的IPC已经不能完全满足要求，将逐渐退出该领域，取而代之的将是其他工控机，而IPC将占据管理自动化层。国家于2001年设立了“以工业控制计算机为基础的开放式控制系统产业化”工业自动化重大专项，目标就是发展具有自主知识产权的PC-based控制系统，在3-5年内，占领30%(50%的国内市场，并实现产业化。

几年前，当“软PLC”出现时，业界曾认为工业PC将会取代PLC。然而，时至今日工业PC并没有代替PLC，主要有两个原因：一个是系统集成原因;另一个是软件操作系统WindowsNT的原因。一个成功的PC-based控制系统要具备两点：一是所有工作要由一个平台上的软件完成;二是向客户提供所需要的所有东西。可以预见，工业PC与PLC的竞争将主要在高端应用上，其数据复杂且设备集成度高。工业PC不可能与低价的微型PLC竞争，这也是PLC市场增长最快的一部分。从发展趋势看，控制系统的将来很可能存在于工业PC和PLC之间，这些融合的迹象已经出现。

2工控行业仪器仪表发展

工控仪表重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表；全面扩大服务领域，推进仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化，完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变，5年内数字仪表比例达到60%以上；推进具有自主版权自动化软件的商品化。

2.1电工仪器仪表

电工仪器仪表重点发展长寿命电能表、电子式电度表、特种专用电测仪表和电网计量自动管理系统。2005年，中低档电工仪器仪表国内市场占有率要达到95%；到2010年，高中档电工仪器仪表国内市场占有率达到80%。

2.2科学测试仪器

科学测试仪器重点发展过程分析仪器、环保监测仪器仪表、工业炉窑节能分析仪器以及围绕基础产业所需的汽车零部件动平衡、动力测试及整车性能检测仪、大地测量仪器、电子速测仪、测量型全球定位系统以及其他试验机、实验室仪器等新产品。产品以技术含量较高的中档产品为主，到2005年在总产值中占50%～60%。

2.3环保仪器仪表

环保仪器仪表重点发环境、水环境的环保监测仪器仪表、取样系统和环境监测自动化控制系统产品，2005年技术水平达到20世纪90年代后期国际先进水平，国内市场占有率达到50%～60%，到2010年国内市场占有率达到70%以上。

2.4仪器仪表

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中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）19-0033-02

0 引言

工业自动化主要是为了减少人力的操作，在生产过程中，实现对各种过程的控制，能充分利用人工以外的各种能源，以实现操作处理和预定的工作目标的控制的统称。

自动化技术一种综合性非常强的一门技术，它囊括了机械、微电子、计算机等多门技术方法，随着工业革命的产生，自动化技术也应运而生，可以说正是工业革命的需要，才催发了人们研究自动化技术，进而得到了蓬勃发展的机会，如今，自动化技术已经在全球各个领域成功的应用起来，机械制造、交通运输、建筑、电力等行业，正是自动化的实施，才得以提升劳动生产率，才能使这些行业更好更快的发展。自动化控制技术在改革开放的时候，进入了中国大陆，于是中国制造业的自动化进程自此也加快了脚步，大大提高了生产效率，中国现代化建设的进程也离不开自动化技术的贡献。

1 工业自动化技术简介

自动化作为现代制造业最主要的技术之一，在高速大批量生产的制造业发挥着不可估量的作用，除此，在一些定制化和追求灵活的企业里面也是不可或缺的，都依赖着自动化技术。它主要的理论基础是控制理论，在结合仪表仪器和计算机等信息技术的处理，最终对工业生产实现各个参数的控制，比如工程检测、优化、调度以及工程的管理和决策等等，在降低消耗和提高质量和数量方面也得到应用，它主要包括自动化软件、硬件和系统在内的三大部分。

自动化技术系统对企业的有力作用主要表现在生产力的明显提升，它不会直接给企业创造效益，这些提升包括：生产安全性、生产效率、产品质量以及生产过程中降低原材料和能源消耗。一般对自动化系统的投入和企业效益提升的产出比大约是1:4和1:6之间，尤其是在资金密集的企业中自动化的实施会起到“四两拨千金”的作用。

现代的工业自动化和传统的工业自动化相比已经有了一个质的飞跃，传统自动化在对机械设备本身和执行机构、控制及信号处理单元、接口硬件等元素的控制上现在的自动化系统不再仅仅局限于这些方面它更多的强调的是集中式数字控制和集散式控制，它已经从基地式启动仪表和电动单元组合式模拟仪表控制系统中走了出来，不仅局限在对机电设备和工艺设备的简单控制了，已经衍生到更广义的一个层次了，它已经随着通讯、网络等技术的发展，覆盖到了整个企业的控制、管理各个层面，它的概念也延伸到用广义的机器来逐渐取代或超越人的体力。

2 自动化系统结构

现代工业自动化体系通常会被划分为企业管理级、生产管理级、过程控制级、设备控制级和检测驱动级5个级别，具体通过企业管理决策系统层（ERP）、生产执行系统层（MES）、过程控制系统层（PCS）三层结构和计算机支撑系统（企业网络、数据库），并实现系统集成，实现企业的物流、资金流、信息流的集成，提高企业竞争力。其中前两个管理级主要依靠计算机软件、网络等高新技术；过程控制级涉及的高新技术主要是智能控制技术和工程方法；设备控制级和检测驱动级涉及的高新技术主要是三电一体化技术、现场总线技术和新器件交流数字调速技术。

2.1 企业管理决策系统层（ERP） 上世纪90年代以来，制造资源计划（MPRII）的不断完善对企业资源计划EPR系统的形成起到了很大的作用，EPR不但进一步加强了制造资源计划的各种功能，而且升级了各种生产方式，它面向了更广泛的全球市场，管理的资源更多，覆盖面也更宽，不仅支持混合式的生产方式，更是有效地进入了企业的供应链管理，对于企业各个方面的集成化管理有了很大的帮助，让企业从一个全局的角度出发，对企业的经营和生产计划有了一个目标性和统筹性的管理。

EPR强大的集成化效果能够使企业面对市场迅速的作出商业调整，在供应商、制造商和分销商等伙伴关系中起了强调性的作用，它对企业人财物的集成管理包括后勤管理等，使得企业对现金流、信息流、物流等个方面更加有机的结合起来，对企业流程的管理有了很好的帮助，此外，EPR系统也囊括了对金融投资。质量管理、法规与标准等发面，让企业能够更好地提高经济效益。

另外，现在的市场供求关系越来越复杂，再加上网络技术的迅速发展，深处网络经济中的企业在管理中就要全方位的考虑更多的问题，在全球经济环境中，如何更好地管理和优化企业外部资源，拓展新的业务增长点、如何与客户保持密切的联系、如何挖掘新的潜在的客户、如何为客户提供“个性化”的产品和服务，如何能更好地改进管里层，这些问题都需要强大的支持。