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。

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工业自动化控制主要利用电子电气、机械、软件组合实现。主要是指使用计算机技术、微电子技术、电气手段，使工厂的生产和制造过程更加自动化、效率化、精确化，并具有可控性及可视性。工控技术的出现和推广带来了第三次工业革命，使工厂的生产速度和效率提高了300%以上。20世纪80年代初，随着改革开放的春风，国外先进的工控技术进入中国大陆，比较广泛使用的工业控制产品有“PLC、变频器、触摸屏、伺服电机、工控机”等。这些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作出了巨大的贡献。

一、工业自动化仪器仪表

1.PLC（可编程序控制器）

PLC――可编程序控制器，英文为Programmable Logic Controller，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，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。

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。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。

二、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。

三、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展

从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了51年的历程。近10年来，随着计算机技术的飞速发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生，发展很快。目前正朝着标准化开放体系结构的方向前进。就结构形式而言，当今世界上的数控系统大致可分为4种类型：1.传统数控系统；2.“PC嵌入NC”结构的开放式数控系统；3.“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统；4.SOFT型开放式数控系统。国外数控系统技术发展的总体发展趋势是：新一代数控系统向PC化和开放式体系结构方向发展；驱动装置向交流、数字化方向发展；增强通信功能，向网络化发展；数控系统在控制性能上向智能化发展。

四、工业控制软件正向先进控制方向发展

工业控制软件将从人机界面和基本策略组态向先进控制方向发展。

先进过程控制APC（Advanced Process Control）目前还没有严格而统一的定义。一般将基于数学模型而又必须用计算机来实现的控制算法，统称为先进过程控制策略。如：自适应控制；预测控制；鲁棒控制；智能控制（专家系统、模糊控制、神经网络）等。

在未来，工业控制软件将继续向标准化、网络化、智能化和开放性方向发展。

参考文献：

[1]张琳，井.基于DeviceNet现场总线的CompoBus/D网络系统[J].电工技术杂志，2004（12）.

[2]岳大为，李奎.罗克韦尔E3 Plus智能固态过载继电器[J].低压电器，2005（5）.

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中图分类号：TH86 文献标识码：A

引言

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。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。

一、工业自动化的概念及意义

工业自动化，是指工业生产的一个自动化过程，在这个过程中利用各种先进的科技设备，使生产不需要人员的直接参与的一种过程。

工业实现这种自动化的生产，目的是节省人力资源，提高工作效率。工业自动化控制，主要是通过对生产过程中参数的控制，从而控制整个过程。控制参数，实现自动化，而不是人为的直接参与，这就节约了人力资源，优化了生产和管理结构；工业自动化控制，是通过一些能源和咨询进行生产工作，应用了先进的科学和技术，将生产模式优化，使之提高生产效率。自动化技术，涉及机械、微电子、计算机等技术领域的一门综合性技术。工业革命是自动化技术的起源。工业革命与科学技术是相互作用的，科学技术有效地促进了工业的发展。如今，自动化技术已经运用到社会各个领域，比如，机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域，并且自动化技术已经成为提高劳动生产率的主要手段。

二、工业自动化控制的现状

工业自动化控制的诞生和应用，是我国制造业高速发展的需要。我国制造业发展，制造业内传统的设备和技术都不能满足生产的需要，因此，现实的需要，激发了自动化仪表和控制系统的形成和发展。

近年来，自动化仪表技术发展，在现场总线技术的发展方面虽取得了显著成就，现场总线，不但标志着信号形式的改变，还为实际管理的技术提供着基础，不同的客户对底层信息化改善的要求才是现场总线不断发展的最初动力，随着时间的变化，现场总线在设备管理、预示并判断等等方面的力量被不断的开拓出来，这就告诉了它是具有很大的发展空间的。

但自动化仪表的发展有一定的缺陷，主要的是存在资金和市场的缺陷。其一是自动化仪表的新兴市场的用户对产品价格敏感度很高；其二是往往可以找非常便宜的替代品时，用户更热衷选择替代品。这样的现状，很难激发研制新型仪表。因此，许多自动化生产仪器在应用方面仍处在初级阶段。

自动化控制的这种发展趋势的变化是很自然的，任何一个新东西的推广和应用都是需要一定的时间的，是要按照发展进程的，而在实际的使用方面也是有不足的，况且智能仪表设计的一些比较新的性能也没有很好的利用和发挥。应该注意一下几个问题：其一数字仪表和系统的信息保密问题、安全问题；其二程序和软件的可行性问题。其三通信的保密、安全和可行性问题；其四智能仪表在运行时是可以与控制系统互动的以及如何进行互动问题；其五智能仪表提供了远比模拟仪表多的信息以及如何充分利用这些信息等问题。

三、工业控制自动化发展趋势

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.lms/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、面向测控管一体化设计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TCN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。

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。

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 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。

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育旨。

结束语

综上所述，工业自动化控制技术的不断发展，可以将人们从繁重的体力和脑力中解救出来，也可以使人们远离不良的工作环境。在另一方面，有助于能源消耗，提高工业生产产量与劳动生产率，增加人类寿命，获得更高的经济效益。借助科技促进工业发展，推动工业自动化技术产业的深入发展，能够进一步增强人们认识世界和改造世界的能力，是顺应时代潮流的积极作法。所以，我国应该重视工业自动化控制技术这一行业的发展，尽快对相关政策进行调整；而各大企业也要抓住第三次科技革命的机遇，及时调整企业结构，跟上社会发展的脚步，这样才能够真正实现可持续发展。

参考文献

[1]武志强.浅谈工控自动化在工业中的应用和发展[J].天津科技，2007-10-25.

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化工工艺的危险性是毋庸置疑的，其生产装置也存在着潜在的危险，一旦操作不当就会引发危险，因此，必须强化人们对危险的辨识能力，加强危险工艺的操作技术，控制危险装置的安全性，提高生产管理的水平，改善整个行业的本质安全，这对提高生产质量具有重要意义。随着科技的发展，我国的大部分化工企业的生产工艺水平迅速提高，对一些具有强放热反应的装置配备自动报警系统、连锁等安全的设施，改善了整个生产工艺的安全性，可靠性，参与推动危险工艺自动化改造工作的工程技术人员和安全管理人员也注意到，由于目前还没有出台有关涉及危险工艺生产装置自动化控制的国家标准或行业标准，推行过程中遇到了一些在技术上有争议的问题，所以，有必要进行工艺的改造，同时对传统的改造范围进行调整，使其与现代生产相适应，不断地完善和发展。

二、危险工艺范畴分析

1.具有危险性的生产装置

与硝化、氟化、磺化、氯化、氧化、裂解、重氮化等危险工艺相关的生产装置都具备潜在的危险性。

2.储存物质的设备

一些化学产品具有易燃、易爆、高毒的特征，其储存的装置都具有一定的危险性，或者是一些液化砌体具有高危性，必须采取必要的安全控制措施。

三、化工工艺危险性特点概述

1.高温高压下极容易爆炸

一旦达到爆炸所需的温度与气压，爆炸的极限就会扩大，一旦接触到氧气，就会在设备或者管道中爆炸，造成重大损失。

2.泄露导致爆炸

化工工艺所生产的产品均属高温高压产品，气体物料一旦从设备管线泄露会迅速膨胀，与空气中的氧气混合，形成爆炸物，一旦碰到静电或者火花就会引发大的爆炸。

3.积碳燃烧爆炸

气体压缩机等转动设备再高温下运行会导致油挥发出现裂解，管道内会形成积碳，其会自燃导致爆炸。

4.物理爆炸

所谓的物理爆炸就是在高温高压下设备金属材料会发生一定的蠕变，改变金相组织，钢材腐蚀会加剧，导致设备疲劳腐蚀，机械强度减弱，引起的爆炸。

5.液氮泄露导致的中毒爆炸

如果发现液氮大规模的泄露，就会形成低温云团，引起中毒事件，遇到明火还会发生爆炸。

四、比较普及的自动化控制方式

1.自动控制与安全联锁的作用

化工生产离不开高温、剧毒、高压、易爆、腐蚀等危险因子，这是必然的，自动化操作可以实现对工艺参数的严格控制，同时也避免了由于手动操作而带来的不安因素，降低劳动强度，改变传统的作业环境，可以更好地实现高质、高效、长期的安全运行质量。

2.较为常见的自动控制机安全联锁形式

化工装置属高危作业，因此，必须实行温度、压力、流量的自动控制系统，实行自动报警、联锁停车、实现化工工艺生产过程中的自动控制。目前的生产工艺水平下，常用的工艺过程自动化控制及安全联锁主要包括：

2.1分布式的工业控制微机系统

这一系统俗称DCS，也被称为分散控制系统，主要利用现代的网络通讯技术，将分布在现场的控制点、采集点与操作中心进行连接，实现集中管理的目的。

2.2可编程序控制器

也就是所谓的PLC，主要被应用于逻辑控制，顺序控制，在一些领域已经取代了继电器，在小规模范围内，可以实现过程控制。

2.3现场总线控制系统

俗称FCS，是基于现场总线的开放型自动化系统，被广泛的应用于多个控制领域，这是工业控制发展的必然方向，尤其是本质安全型的总线，比较适用于一些高危险性的工艺场所，降低危险性。

2.4各种总线结构的工业控制设备

俗称OEM,其以配置灵活，扩展方便，具有较强的适应力，可以实现集中控制。

五、改造危险工艺自动化控制的对策

1.对危险工艺单元进行定性和定量的分析

化工生产装置自动控制是技术相当复杂，全面的掌握系统的工艺特征，尤其是热力学的数据、动力学参数是实现自动化控制的基础，对于涉及到强烈反应的危险工艺单元，要对其热量做到心中有数，在缺乏动力学参数的情况下，至少应参照类似的反应体系，借助能量衡算建立一个简化的动力学模型，最终找到一个相对更加安全可靠的工作领域。唯有如此，实现自动化控制才更加可信，对于一些在异常情况下，会发生爆炸的装置，必须结合其具体的生产工艺，对其潜在危险性进行控制，对一些较为敏感的参数要采取实时监控的措施。

2.对相邻的情况进行全面的分析

如果在危险工艺单元选用DCS，那么该如何设置其他单元，很多化工企业在面对这一情况时都显得无奈，可以对整个车间的布局进行调整，将危险的工艺单元选在一个边缘的区域，降低对其他单元的影响，同时要采取隔离措施，在危险工艺单元相邻处布置危险相对较小的设备，操作与观测频率较低的设备，以此加以缓冲，此外，还应对原有的疏散通道进行调整，避免紧急疏散时通过危险性较高的区域。

3.调整安全规范操作规程与安全管理制度

采用自动控制工艺后，整个管理体系都发生了变化，要对传统的工艺进行改革，一些管理办法要进行重新的修订，使其适应现代工艺控制发展的要求。

六、结束语

综上所述，我们对化工企业的危险性有了新的认识，对实现自动化控制后的管理也有了新的认识，只有不断地提高管理水平，加强控制，才能实现现代化工企业的发展。

篇8

1、计算机技术理念

采用计算机软件技术运用在工业自动化生产中，实际是对自动化和计算机技术中进行控制，但随着我国科学技术不断提高，逐渐提高了计算机控制技术和生产创新理念，致使计算机技术在工业生产发展中获得广泛运用。除此之外，对于计算机控制技术而言，采用该技术期间需要获得自动控制技术、网络通讯、传感装置、系统等软件给予支撑。也就是说，在计算机技术中控制技术属于核心技术，通过运用不同装置和计算机实现全程控制操作，将计算机技术作为工业生产发展的基础技术。因此，在基础中，通过运用计算机数据装置逐渐取代传统系统操作方式，从而实现对生产装置进行全程操作控制，有助于降低人力资源的运用，提高工作效率等，进一步加强生产质量。

2、计算机技术在工业自动化生产中的特点

2.1具备可操作性以及相互运用等特点，企业实施生产发展过程中可以将生产设备和生产系统相互连接起来，还能将生产设备以及生产系统两者进行连接，以此保证数据之间相互传送、交流。并根据不同生产装置实施装置之间相互取代、替换等工作。

2.2开放性特征，工业生产各项环节具备公开性以及开放性特征，运用公开性和开放性特征充分实现装置和系统两者间的连接工作，确保各个装置可以正常、有效率的运行。并能充分满足使用者的需求，通过对不同类型的系统和装置实施组装材料，这样产品生产才能事半功倍。③智能性特征，计算机软件在工业生产系统中还具备智能性特征，生产现场中总线系统可以运用传感装置对总线现场中的装置实施分层控制，根据运用现场装置和其设备确保自动化系统安全运行，并能对装置内部系统的安全性进行诊断工作。

3、计算机控制系统工作原理

计算机控制系统主要由两部分组成：硬件部分和软件部分。要想实现计算机对被控制目标的有效控制，需要采用专门的数字―――模拟量转换设备和模拟量―――数字转换设备。由于工业自动化过程中的控制一般都是采取即时控制的方式，许多控制过程对计算机的运行速度要求并不高，但是对计算机的可靠性要求非常高，必须做到响应及时。计算机控制系统主要有如下三个过程组成的过程实现控制目的。首先，需要对被控制目标的瞬时值进行检测进而实现对实时数据进行采集，然后输入给工业控制计算机。然后，即是实时决策过程。这一步需要专门的应用软件对采集到的能够被控对象相关参数的状态量进行计算分析，然后按照已经计划好的控制规律制定并执行下一步的控制过程。最后，实时控制系统依据相关决策，按照任务执行机构的作用，借助发射出的控制信号分配执行任务并控制相应的执行动作，然后完成控制任务。上述三个控制过程不断的循环往复，保证整个系统能够按照相应的品质指标自动的进行工作，而且能够对被控制对象和控制设备本身的异常情况及时进行处理。

4、计算机控制系统在工业自动化中的应用

钻机作为钻探工业施工作业的主要装备，如果引入工业计算机控制系统，能够实现对钻机钻探作业时的参数进行随时观测，进而采取一系列措施控制钻机运行，实现钻机的自动化作业，使钻探效果更好。本节将从钻机钻探作业时的计算机控制系统的硬件组成、控制算法的设计以及上位机系统的开发等几个方面综合介绍应用于钻探工业中的计算机控制系统。

4.1钻机系统功能与组成本文计算机控制系统控制的钻机为全液压驱动方式，钻机除了具备普通钻机的液压给进、回转功能之外，还具备顶驱冲击、动力感触钻探、静力感触钻探等功能。钻机主要有进油缸、回转马达、钻杆拧卸装置、桅杆、卷扬机以及泥浆泵等。在钻机的控制部分，主要由计算机控制系统负责对钻进参数的收集与钻机给进系统的控制。计算机控制的核心―――工控机安装在运载车上的专用的操控站房内，操作人员在操控站房内实时对钻机的各项性能进行观测，并对钻机实现控制。

4.2控制系统总体硬件设计钻机钻探作业中的计算机控制系统的硬件主要有检测控制部分、钻进参数检测单元、钻机自动控制单元。在钻机钻探工业中，计算机控制系统采用的是两级分布式控制结构，第一级为上位机，采用性能稳定的工控机，其抗干扰能力强，能应用于各种生产条件恶劣、情况变化复杂、干扰源多的环境，在钻探工业中，更是需要这样的工控机。系统的第二级为下位机。主要有各种数据采集传感器、信号变送器、接近开关以及光电编码器对钻探作业中的压力、钻杆扭矩、钻杆回转速度、钻进深度等数据进行采集；利用可编程的逻辑控制器及其关联不见实现对各种钻进参数的信号的采集处理和信号输出控制，进而实现对整个钻机钻进系统的自动控制。

4.3控制算法的设计钻机为全液压方式驱动，给进系统采用的是先导式比例溢流阀对进油缸的给进力进行控制，回转系统采用的是电控比例变量泵对液压马达的流量进行控制，进而实现对回转速度的控制。要想实现对钻机的有效控制，达到钻机自动化作业的目的，需要采取增量式PID控制算法。

4.4上位机系统的开发钻机钻探工业中，要想实现对钻机的控制，达到自动化的目的，上位机系统的开发是十分重要的步骤。工业控制领域的上位机系统，目前广泛使用的是组态软件。组态软件主要应具备如下功能：能够实时传输设备运行画面，能够使专业的操控人员随时随地的掌控设备的运行状态，对工程细节、监测参数、现场数据、趋势预测曲线、数据报表、操作记录和报警情况进行实时了解，而且还应具备对装置设备的控制操作。设备的启动、停止以及参数的调节等控制操作均能通过上位机软件完成，最重要的是上位机软件还应具备脚本编程能力，进行数据处理和运行策略的设计。

4.5集散式控制系统计算机软件技术中集散式控制系统最早出现在1975年，主要生产地在德国、美国等发达国家。其次在70世纪后期，我国大量生产行业渐渐将该技术运用到生产工作中，例如：工业生产、电力生产、石化生产、冶金生产等各个行业。

近几年来，国内科学技术发展将集散式控制系统设计技术推向巅峰，促使一批批优秀企业崛起，这些企业就是通过研究集散式控制系统技术，将其运用在生产发展中，使产品品种、数量不断增多，而该技术逐渐接近国外技术水平。正是该技术，致使计算机技术可以更快、更稳定的发展，集散式控制系统是对计算机影响较大、运行速度较快的一种。对于FCS来讲，虽然其性能较强、发展速度较快，但在传统控制装置中仍需要采用集散式控制系统对其进行控制、修理。目前，工业自动化生产中运用计算机仍然是比较分散、连续性能较低等，采用集散式控制系统具备综合性发展，还能对分散式系统进行调节。

结束语

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一、工业自动化控制现状

（一）PLC

工业自动化控制技术从被开发和应用以来，PLC控制系统便一直作为工业自动化控制行业的主导技术。正是基于这项技术可以实现多个工业自动化设备的同时控制，而且还能提供必要的安全性、精确性和可靠性方案，为工业自动化控制行业的发展提供不竭的动力。现阶段，世界大多数的PLC控制系统都是国外厂家为主，有超过三百种的型号满足各类型的需求。虽然我国在自动化控制中投入了巨大的资源，而现阶段的国产PLC控制系统产品已经有了一定的成果。但是，目前仍没形成高水平的生产技术，以及好的品牌形象。简单地说，我国PLC控制系统产品仍旧没有形成系统的产业化，这也造成了我国工业自动化控制大多使用国外的产品。

（二）DCS

DCS是集散控制系统的简称，在上个世纪七十年代被开发和使用，而我国的自主研发DCS控制系统要慢上十年左右。但是，随着近年我国在先进科技中的投入越来越多，DCS控制系统的研发在我国也取得了不少的成果，尤其是在产品质量和安全两个方面，都实现了对世界顶级DCS控制系统的赶超。现阶段，我国国内涌现出不少优质的DCS控制系统生产企业，逐步实现了生产和发展的良性循环。

（三）工业PC

就现阶段的世界发展状况而言，工业PC控制系统以及逐步形成一定的规模，而且开始不断的替代PLC和DCS的市场，其应用范围相信会获得更大的发展。因为这类控制系统有一个优势，就是其具有分布控制系统，能够实现让基础性的工业生产实现自动化控制。除此之外，还让自动化控制系统的客户模式和服务器模式有了很大的丰富，而且还能做客户机或服务器。以此实现区域性PC工业机群的构建，让网络来实现管理和控制，使得企业内部的数据交互变得更加方便快捷，还能进行信息的收集和共享，甚至是建立信息综合系统。

二、工业自动化控制发展趋势

（一）现场总线控制系统发展

现场总线是这几年发展比较迅速的一种工业数据总线，其优势便在于其解决了工业生产中各职能设备的信息交互，例如仪器、仪表、控制器、执行机构等。而且这种方式比较简单，同时又集合了可靠性和经济性两个方面，这让该模式迅速的脱颖而出。现场总线让测控设备拥有了数据的计算和讯息交互等功能，同时也对信号传输质量和精度进行了提升，对系统与设备的总体功能性有了很大突显。简单看，其虽然是一种基层网络，但是同时它也是一种实现了开放性的创新型多分布控制系统。就我国目前的情况而言，其发展趋势主要表现以下三个方面：一是多种现场总线在国内不断激化对于应用工程的竞争；二是自主研发的现场总线产品逐步融入市场；三是在各行业内的应用状况不断且迅速的发展。

（二）PLC网络化与开放性发展

PLC在被研发出来之后就一直在不断的发展和创新，到如今，已经通过微处理和电子信息技术的结合来实现快速扫描的功能。就这种发展势头看，在未来的电脑软件技术会不断的融入到社会生产当中。而且实现高速的储存、运算以及智能化。现阶段的小型PLC仅仅只有不到10个继电器的大小，体积的大小让其具有更加宽广的应用范围，而这也正是产品的发展趋势，会更好地适应工业控制的需求。就现阶段的市场而言，由于少数品牌开始逐步垄断国际市场，这也会让国际通用编程语言的出现变得愈发可能。

（三）DCS系统化一体化

集散控制系统（DCS）最早出现在1975年，发展至今，其市场已经受到来自于PLC、工业PC、FCS的竞争，未来可能会导致小型DCS逐步与与这三种系统发生融合。PC-based控制将更加广泛地应用于中小规模的过程控制，各DCS厂商也将纷纷推出基于工业PC的小型DCS系统。开放性的DCS系统将同时向上和向下双向延伸，使来自生产过程的现场数据在整个企业内部自由流动，实现信息技术与控制技术的无缝连接，向测控管一体化方向发展。

三、结束语

现代的工业自动化技术以及得到了普及，对社会生产的效率有了不少的促进，也推动了传统手工产业的结构优化和模式转型。尤其是在现代工业自动化控制技术的应用之后，让工业生产过程的人力支出得到了不少消减，也提高了恶劣自然环境下的生产能力，尤其是效率和质量两大方面。在未来世界里，工业自动化控制技术也会得到更大的普及和发展，人类对世界的改造能力也会得到更大的提升，促进社会的整体经济形势逐步转好。

参考文献

[1]刘会.工业自动化控制的现状和未来发展趋势[J].硅谷,2010,02:136.

[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,2010,04:42-47+56.

[3]于加荣.工业自动化控制的现状及趋势探析[J].电子世界,2014,10:2.

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1前言

自动化仪表和电气设备可以看作是人的眼睛和手脚，仪表将现场信息以可视的方式上传到上位机控制器，再由控制器根据预编程序下达命令至电气设备处，最终由各种电气自动化设备完成所需要动作，从而实现过程控制自动化。自动化仪表和电气设备是整个控制系统的基础。常见的自动化仪表和电气设备包括温度仪表、压力仪表、流量仪表、智能型电动机保护器、智能操作显示终端等。

2电气设备和自动化仪表概述

2.1电气设备概述

电气设备包括电力系统中的发/输电设备、电机保护设备、电力监控设备等，在过程控制中，电气设备主要包括：电动机、变频搅拌器、电加热器等。现代工业生产过程对各种电气设备的智能化要求将越来越高。

2.2自动化仪表概述

自动化仪表主要指各种温度仪表、压力仪表、液位仪表等，同时各种智能电力仪表（如：智能电力多功能仪表）也属于自动化仪表范畴。自动化仪表、电气设备及上位机控制器组成了一个完整的自控系统回路。常见的自动化仪表应用包括火电厂的温度监测、污水处理工厂的流量监测、锅炉压力监测等，这些监测行为除最基本的显示功能外，还可将数据上传至上位机控制器进行信号处理、报警、联锁等，最终由控制器发令给各执行器（电气设备）以完成自动控制的功能。

3电气设备和自动化仪表在工业控制过程中的应用

3.1电气设备和自动化仪表在工业控制过程中的设计原理

传统的工业过程主要是人工操作，现代工业为了加强安全生产并提高效率，遂引入了各种自动化仪表和电气设备。工控过程自动化的设计原理主要有四点：①充分了解生产环境；②设备具有较高的智能化水平；③可实现远程操作；④便于维护管理。对生产环境的了解是应用自动化仪表和电气设备的基础，如某工厂锅炉的荷载通常情况下均在额定最大荷载之下，但按需要提高其荷载时，控制设定的安全数值也应等比例的提高，若简单的设定为最大额定荷载，轻则造成资源浪费，重则造成工况不稳甚至发生生产事故。设备智能化主要体现在四个方面，测量、监控、调节、处理。仍以锅炉为例，测量指仪表可实时检测锅炉状态；监测是指锅炉状态可在上位机上实时观察到；调节指设备拥有自动跟踪调整以适应实际需求；处理指上位机发现锅炉出现问题时通过下达必要指令至电气设备终端，进行应急处理以使人员及时进行后续工作。如：监测到锅炉液位偏低时，通过仪表发送信号至计算机，再通过计算机发出相应指令至电气设备电控柜以启动锅炉补水泵等，同时相关参数如电流信号、故障状态等可在上位机上进行追溯。远程操作是智能设备的突出优势，远程控制的目的是根据需求随时进行必要调节，比如设备端设定的安全负荷为锅炉额定负荷的60％，但实际生产时需要锅炉提供更多的动力以达到额定负荷的70％，该项调节工作便可由计算机远程操作实现，通过程序数值的修改完成。便于管理是指所用电气设备和自动化仪表以智能技术为支撑，以默认的设定程序作为工作依据，无需过度依赖人工操作，只要程序设定合理、计算机软硬件性能正常，便可持续工作，管理上实现基本无人化。当热，设备应用还应注意定期的维护和管理。以上四个原则是自动化仪表和电气设备在工业过程控制中应用的基本雏形，也是在后续工作时应注意的内容。

3.2测量环节的实际应用

测量是自动化仪表的基础功能，在进行目标数据测量时，仪表可以将所得的测量值保存下来以便于后续统计工作的开展进行[1]。

3.3监测环节的实际应用

监测是控制工作的中心环节之一，是指在应用了带自动化仪表和智能电气设备的控制系统后，实际应用中系统对控制目标进行的实时监测。这种监测是伴随整个工作全程同步的，工作停止后，监测也同时停止，如：锅炉液位的监测、电机转速的监测、电动机故障状态的监测等。以净水厂的净化系统作为监控对象为例，净水过程包括进水、净化、出水三个基本环节，中间还包括过滤、沉淀等，就进水工作而言，通常需通过设置流量仪的方式了解进水量，由于进水工作往往是长期、持续的，人员不可能随时在进水口进行测量和观察，而且人员测量和观察也存在明显的误差，自动化流量仪从而有了使用的基础需求，将流量计、上位机控制器（PLC、工控机等）、执行器（电动阀、电控柜、泵等）应用于流量监控过程中，当进水流量在合理范围内时，流量计正常作业，当进水量过大或者过小时，流量计会发出信号至上位机，信号经上位机处理后发出指令至阀门或电控柜处，从而可实现流量超限关阀、停泵等自控控制和调节的动作。并以此保证了相关过程安全、高效的运作。需要注意的是，在实际应用中，可以将记录功能添加到监测工作中，即对全天的监测内容进行记录，该数据可以作为相关人员后续工作的有效支持，比如总进水量和总净化水量的比值等。

3.4执行环节的实际应用

执行环节是控制的核心环节，该环节是衡量工业过程自动化执行结果的关键一步，是指在自控过程中对发令器指令的最终执行和动作。该环节功能的实现依赖于自动化执行仪表（如：电动阀）和电气设备（电控柜等）的联合工作。仍以净水厂的净水系统为例，当该系统的工作无异常时，控制设备只进行正常的监测工作，如果该水厂由于外部设备损坏等因素，会造成大量水流涌入，放任水流蔓延，可能造成净化效果下降甚至设备、生产环境破坏，应用智能控制系统则可以避免该情况，当流量仪监测到水流量变化后，首先会发出警报，如果水流量持续增大，超过安全值，则流量计会将这一情况反馈给控制系统中央处理器，处理器再向执行器（泵、阀等）下达指令，从而可进行进水口封闭、停泵、开启备用水池蓄水等操作，避免净化系统非正常工作或水流蔓延带来的破坏[2]。

3.5保护环节的实际应用

保护环节是建立在监测和执行两个环节基础上的，是指在监测对象发生异常时，对其进行保护防止其过限动作等产生不可逆转的损失，该项工作也包括对控制系统本身的保护。以电力设备的控制系统为例，工业生产中很多时候会应用到大型电力设备，比如铸造厂的退火炉，在进行电加热作业时，由于设备功率大，产生的电流也是较大的，如果超过安全电流则会造成设备、加工部件损坏等问题，同样，如果设备出现短路，也会带来不良影响。传统模式下，对退火炉的控制依赖人工和旧式设备，存在着一定的落后性，对瞬间电流等也无法及时把控、处理，应用智能设备可以避免上述情况。在退火炉工作时，智能电流表随时监测其工作情况，尤其是较大交流，如果某一瞬间由于意外因素等造成瞬时电流急剧增大，电流表可以将该情况在一瞬间反馈给控制系统中央处理器，处理器将指令下达给电气设备，根据默认的设定程序，电气设备立即切断电源，从而避免了退火炉、加工部件以及控制系统受到破坏[3]。类似的处理原则在压力控制系统、流量控制系统、温度控制系统等自动化控制系统中也是十分常见的，比如火电厂的温度控制系统，当异常情况发生时，也会采取相应措施保证生产的安全。

4结束语

电气设备和自动化仪表在工业控制过程中往往是同时出现、联合工作的，连接两类设备的是智能模块的中央处理器，随着工业设备越来越专业化、精细化，工业生产对安全越来越重视，智能控制成为工业发展的一大特色，在进行系统设计时，需注意了解生产环境、保证设备性能和智能化水平，同时确保可以进行远程操作和控制，使其更好的应用于控制工作。

参考文献：

[1]朱耿.电气自动化控制设备可靠性测试研究[J].工程技术研究,2016,(8):115.

篇11

(2)先进控制与优化软件开发与产业化,主要包括先进控制技术,过程优化技术,实时监控软件平台,信息集成软件平台,系统集成技术等,专项将重点支持上述具有特色和市场价值的系列软件的产业化。

(3)智能仪表,执行器与变送器,成套专用控制装置和成套专用优化系统的开发与产业化。

就第(1)点而言,特别强调了“工业过程自动化”新一代主控系统及其综合自动化的开发与产业化。其“综合自动化”就是要打破传统的计算机、PLC、DCS的分工界限,构成有机组成的三电一体化的综合自动化系统。事实证明这种预计是正确的,促成这种转变的动力是科学技术的发展,是计算机技术、网络技术、数据库技术、显示技术及多媒体技术的发展,而这种发展并没有停止,并涵盖着更多更广泛的内容,如语音技术、有线和无线通信技术,Web信息服务技术等。所以,当今“综合自动化”的内涵有着更深刻、更广泛的含义,甚至可以包容我们工作生活的各个方面。

一、生产过程自动化系统和生产管理系统的融合

在ISO的六层功能模型中,把从检测、执行、驱动到一级的控制和管理共分成六层功能。构成这种多层功能结构的出发点,是按经营、生产管理、控制功能的划分,而不是按控制和管理计算机系统硬件结构来划分的。只不过过去由于当初计算机技术和网络技术的限制,以及计算机系统设计人员理解的不充分,长期以来,把计算机系统按六层功能模型相对应的分成六级计算机系统的多层次结构。

随着计算机技术和网络技术的发展,越来越暴露这种多层次计算机系统在数据采集,管理,数据和知识的共享,硬软件资源共享,数据通信,软件开发等等中的各种弊端,特别是在设备控制,过程控制,生产控制之间。以至很早就有人提出管控一体化,或者控制系统就是管理系统的观点。美国西屋过程控制的WDPF Ovation系统就是基于这种观点开发的,可以预计今后更多的工业过程自动化系统将会朝着这个方面发展。

二、软PLC和软DCS

由于计算机技术,特别是芯片技术的快速发展,按照摩尔定律微处理芯的速度性能每18个月将提高一倍。因此,当Initel pentium处理器问世后不久,pentium2.3以及主频为1.4GHz的pentium 4处理器就相继提供给市场,当广大用户还未来得及使用Penfium 4处理器时,Intel和HP两家公司就联合推出了64位的ltanium微处理器,自动化系统设备制造商和集成商难以跟上硬件技术的发展,往往出现自动化系统设备制造商和集成商的自动化系统设备的更新,发展,滞后干计算机技术的发展。

另一方面,当前的各种PLC和DCS的开发工具软件都是和制造商的硬件系统设备捆绑在一起的,即某一制造商的PLC或DCS的开发工具软件,只能在该制造商提供的硬件上使用。对于使用多种PLC和DCS的用户就要熟悉和掌握多种PLC和DCS的软件和硬件,使用户要投入大量人力和财力,当更换新的第三方的PLC和DCS时,就得重新进行人员培训,造成人力资源极大的浪费。同时也使具有高技术含量的开发工具软件的销售受硬件设备销售的制约。

在开发式工业计算机系统日渐成熟的今天,有的PLC和DCS制造商,为了充分发挥其在PLC和DCS开发工具软件上的优势和技术储备及潜力,最大限度的保护用户在软件人才和资源的投资提高其在市场上的竞争力,提出来了“软PLC”和“软DCS”的设想的开始实现。其目的是使其开发的PLC和DCS的软件工具与系统硬件设备分离,可以装载在各种开发式工业计算机系统的硬软件平台上,不仅方便了用户,而且也解除了硬件设备对制造商软件销售和发展的制约。选种变化不仅符合我国以开发式工业控制计算机系统为工业过程自动化新一代主控系统,开发实时监控软件平台和信息集成软件平台等重大专项实施方案所支持的工业过程自动化的开发和产业化的方向,也将会带来工业过程自动化用户从设计,使用维护的变化,这不得不引起我们注意,特别是PLc和DCS开发和制造业的注意。

三、生产过程控制和管理软件的融合

在上述发展趋势的推动下,集过程自动化和信息管理的集成化软件也应运而生,软件集成的功能也日益丰富和增强。Wonderware公司的套装化软件Factory Suite2000就是满足这种要求开发和集成的。它是从操作员开始,以一个从下到上的层次结构为生产管理系统提供信息,与ERP、EAM等相结合的,从下到上的生产制造和管理信息系统MMI(Manufacturing Management Informationsystem),从而根本上改变开发应用程序传统的观念和方法。

FactorySuite 2000包括如下的核心软件:

InTouch:过程图形化软件

InT0uch:资源管理和wIP(work inProcess)跟踪软件

lndustrlal SQL Server~关系型数据库

lnControl:基于PC机的过程控制软件

lnBatch:矛性批处理管理系统

I/O Server和OPC程序库:具有750多个I/O驱动程序和OPC客户程序,连接各种OLC,DCS,RTS,现场总线,回路控制器,测量设备,条码阅读机等设备。

FsctorySuite Web Seryer:集成的Intemet/Intraanet服务器软件,通过国际互联网和企业内部网收集数据,监视,浏览画面和应用程序。

SCADAlram:一个基于Windows的通信软件,用来连接工业自动化软件,提供实时智能报警通知,数据采集,并可通过各种通信装置远程控制。SCADAIram智能地将报警变信息成语音,通过扬声器。内部通信系统,广播和电话等等有线和无线通信方式传送到指定的电话,还可以发送字母一数字文E-mail到指定的BP机或手机中,并由电话或手机进行各种参数的远程设定和控制。

其中,lnConrtol就是基于Windows NT的实时控制软件,可在任何一个支持WindowsNT操作系统的硬件平台上使用,包括:面板/式工业工作站,SMP服务器和开放式工业计算机,用软件实现了生产过程自动化控制器的功能。这充分说明了,

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1 工业自动化仪表简介

1.1 工业自动化仪表基本概念

工业自动化x表指的是在工业生产活动中，按照设定的程序和流程，通过自动化技术，控制生产工艺、监测生产流程、显示生产进度，从而保障生产加工任务顺利完成的一系列仪表设备。工业自动化仪表可以对各项生产数据和信息进行监测和控制，从而保障工业产品的生产质量，同时将相关的数据传输到工业生产的控制终端，为管理者制定相关的管理决策和生产规划提供可靠的参考。

1.2工业自动化仪表分类

工业自动化仪表种类较多，按照不同的划分方式可以分成不同的种类，从生产过程中测量参数类型角度进行分类，主要包括温度测量仪表、流量测量仪表、压力测量仪表、物理位置测量仪表等；从实现的基本功能角度进行划分，主要有执行类仪表、调节类仪表、计算类仪表、显示类仪表。以显示类仪表为例，主要通过显示数据、图像以及模拟显示，对工业生产中涉及的各种信息数据进行跟踪记录和动态显示，当生产过程中出现磁场干扰，还会通过亮灯或鸣笛进行自动报警，提示相关检修人员进行及时调试和维修，减少生产事故，降低企业经济损失。

1.3 工业自动化仪表性能特点

工业自动化仪表的基本性能特点是通过微电脑技术，不断精简结构，避免笨重的外观，提高工作的可靠性和抗干扰性能，其具体特点体现在以下几点：一是可编程，通过软件编程代替传统的顺序控制，在仪表中植入软件设计，就可通过定时和控制电路实现工业控制，从而简化了硬件设备；二是记忆功能，自动化仪表通常采用组合逻辑电路和时序电路完成控制操作，可以对一些简单的运行状态和操作进行记录；三是计算功能，自动化仪表可以实现较复杂的计算，并且计算精度较高，例如在仪表中设定相关数据的范围，测量数据需要与相关系数进行乘除计算，然后与设定范围进行比较分析；四是数据处理功能，传统工业生产中，需要人为的对相关数据进行检测、校正、线性化处理等，难以保证数据准确性，而自动化仪表可以通过微处理器和相关软件形成数据综合处理系统，极大提高了数据处理效率。

2 关于工业电气自动化仪器仪表的技术分析

工业电气自动化仪器仪表是现代社会中的一种技术手段，其以多样化的功能在现代工业生产中得到了越来越多的应用，而在应用的过程中，工业电气仪器仪表的主要技术手段包括以下几种：

2.1 系统集成技术

在应用工业自动化仪器仪表的过程中，离不开系统集成技术的大力支持。所谓系统集成技术，主要是为大规模生产而服务的，该技术对相应模块的通信与系统分析比较注重，可以对工业生产的各个环节进行有效监控，不仅可以大大降低企业的生产成本，而且对于提高企业的生产效益也具有积极作用，同时，系统集成技术的广泛应用，也使得企业工业化的发展目标成为可能。

2.2 传感技术

在工业企业生产的过程中，很多方面都需要应用到传感技术，并且传感技术已经成为现代工业生产监控系统的重要组成部分，不仅可以为系统提供有效的数据，而且也为系统的自动控制提供了支持。

2.3 智能技术

在工业电气自动化仪器仪表中，提及的智能技术，就是指现代的智能控制技术。在实际的应用过程中，需要结合不同企业的实际要求，选择适合的智能控制设备与工具，才能更好地促进信息技术与工业仪器仪表的相互融合，更好地扩展系统效益。

2.4 人机界面技术

要想实现工作人员对工业机器设备的有效控制，必须加强对工业仪器仪表中人机界面的研发力度，设计更为科学的人机界面，当工作人员在人机界面下达工作指令之后，相关设备可以按照目的进行操作。当然，为了方便对人机界面进行升级和维护，在工业电气自动化仪器仪表的发展过程中，应该做好相关的处理工作。

3 自动化控制技术

3.1 应用自动化控制技术原理

科学的应用自动化的控制技术，能够在实际的企业生产工作过程当中提升生产产品的质量，对于整体的生产流程也具有安全监督与管理的作用，这是智能化生产仪表实际的工作和技术原理，也是支撑企业整体发展的关键性技术。智能化的设备工作体系不需要人工的支持就可以达成具体的生产工作需求，在实际的设备操作过程中能够不断的进行技术的升级，满足实际的生产效率提升需求。全面智能化的仪表生产技术广泛的应用到实际的工作内容中，可以提升市场经济整体的发展水平。

3.2 应用自动化技术控制的发展趋势

未来，自动化的生产技术应用的范畴会越来越广泛，逐渐会升级为机电生产的综合形式，这两种模式的融合能够极大的提升实际的社会生产力，并且能够在具体生产工作过程中进行数据和信息的审核，实现对具体工作的校正需求。通过系统化的生产模式能够提生产技术的质量，还能够为实际的生产工作节约成本，促进短时间范围内的工作质量提升。应用自动化技术能够满足实际的企业生产需求，在具体施工的过程中可以进行多元化的生产控制，满足市场商品供应的丰富性要求。

3.3 应用自动化控制技术

自动化的控制技术在企业生产工作当中应用的范畴十分广泛，涉及的行业非常丰富，具有良好的生产工作质量提升需求，并且能够满足实际的社会市场经济交易目标。在工业企业生产的过程当中应用自动化的控制技术，能够将生产和检验工作紧密的联系在一起，由智能化的设备完成一条流水线的工作需求，进而保证产品生产过程的安全性，也能够实现生产产品的质量要求。智能化的生产模式逐渐取代了传统的生产理念，引导行业进步。

3.4 应用自动化控制技术注意事项

自动化的控制技术在实际的应用过程当中需要注意使用的细节，针对企业生产的生产流程进行整体的规划，希望能够推动企业的生产质量和效率的全面进步。但是这将是一个漫长的过程，需要有良好的资本投入渠道来支持。另外，针对企业的生产实施自动化的控制技术，还需要关注到具体操作的规范性需求，保证具体工作进行的质量及稳定性。最后，重视人才的培养工作是提升工作质量的重要途径，以此确保自动化控制技术的实际应用效果，也是企业长久发展的重要战略计划内容之一。

4 结束语

综上所述，在工业自动化仪表中，对自动化控制技术的应用也取得了一定的实际效果，提高了企业的生产效率，保证了产品的精确度，促进了企业的良性发展。对于工业自动化仪表来说，最显著的优势就是自动化程度较高，具有很强的专业性和技术性，为自动化控制技术的利用打下坚实的基础。

参考文献

[1]田娜.工业自动化仪表与自动化控制技术探讨[J].橡塑技术与装备，2016，04：86-88.