淺談工業自動化的發展趨勢

李 勃

遼寧省機械設備成套局，遼寧 沈陽 110005

1 工業自動化概述

工業自動化綜合運用控制理論、電子裝備、儀器儀表、計算機和相關工藝技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、節省能耗、降低消耗、減少污染、確保安全等目的的一種綜合性技術。具體地，工業自動化是化工、煉油、食品、輕工、電力等流程工業生產過程自動化的簡稱。在生產設備上，配上一些自動化裝置（儀表），代替操作人員的部分直接勞動，使生產在不同程度上自動地進行，并達到預定的目標，這種用自動化裝置來管理生產過程的辦法，稱為生產過程自動化。

自動控制系統的分類可以按照多個原則來分，根據給定值不同分類：1）定值控制系統：給定值保持不變的系統。系統的任務是使被控變量以一定的精度保持在給定值上不變；2）隨動控制系統：給定值是隨機變化的，這種變化是事先不知道的；3）程序控制系統：給定值是按事先規定的程序變化的。

按控制系統的復雜程度區分可分為簡單控制系統和復雜控制系統等，按控制變量的名稱區分，可分為溫度控制系統、壓力控制系統等，按調節規律區分，可分為P、PI、PD、PID、預估控制等。

2 工業自動化的意義

隨著現代科學技術的蓬勃發展，煉油、化工、冶金、電力、生物、制藥等工業過程的生產規模越來越大型化、復雜化，各種類型的自動控制技術已經成了現代工業生產實現安全、高效、優質、低耗的基本條件和重要保證。國家發改委指出：從整體上看我國傳統產業在技術裝備，能源和原料消耗，產品質量和管理水平等方面，與發達國家相比仍存在很大差距；尤其是我國技術裝備水平與發達國家的差距今后有繼續擴大的趨勢。在這樣嚴峻的形勢下，出路何在？大面積設備更新，國力承受不了；維持這些設備的現狀，拼設備生產，后果不堪設想，唯有應用電子技術改造傳統產業，把電子技術與傳統產業技術結合起來，是提高企業素質，提高整體效益最現實、最有效的途徑之一。

運用自動化控制技術和計算機應用技術實現以提高經濟效益為目標的傳統工業技術改造，已經成為提高國力的主要手段之一。為此，國家與國家、企業與企業之間開展了激烈的競爭，日本和西德的經濟騰飛便是在這場競爭中取得優勢的例證；美國在高度重視以技術密集為特征的高技術產業的同時，也致力于發展工業自動化、運用現代控制技術和計算機應用技術進行傳統工業的技術改造，取得了巨大的經濟效益。

3 工業自動化的幾個發展趨勢

3.1 從模擬到數字化

以往，絕大多控制系統的被控量是連續時間信號，隨著數字信號處理技術的成熟和大規模集成芯片的推廣，數字信號的處理方式越來越得到了推崇，A/D和D/A構成了計算機與自動控制系統其它部分聯系的橋梁，數字計算機的工作需要硬件和軟件兩大支撐條件，一個計算機控制系統也必須包括硬件和軟件兩部分。

硬件組成：計算機主機，由中央處理器（CPU）、存儲器和接口組成的主機是控制系統的核心，它根據輸入設備送來的反映設備或過程工作狀態的信息，以及既定的控制規則(算法)，進行運算處理，并將處理結果通過輸出設備向設備或過程發送控制命令，另外，主機還要接受來自操作臺的操作命令；輸入輸出設備 A/D、D/A是模擬量輸入輸出設備，除此之外，還有開關量輸入輸出設備，負責將設備或過程的開關、觸點等開關量信號送入主機，將主機關于通/斷的控制命令傳至設備或過程；人機接口設備，除了通用的CRT顯示器、鍵盤和打印機外，還包括專用的操作顯示面板或操作顯示臺，主要用于操作員發操作命令、設置控制系統參數、顯示工作狀態等。

軟件組成：軟件是計算機控制系統的神經中樞，負責指揮計算機控制系統的活動。軟件主要有系統軟件和應用軟件兩部分。系統軟件，指為用戶使用、管理、維護計算機所提供的計算機程序，一般包括操作系統、算法語言、數據庫、診斷程序等。應用軟件，指為完成具體對象自動控制任務而編制的專用軟件，通常包括數據采集及處理程序、控制程序、過程監視程序、打印制表程序等。

3.2 工業自動化的網絡化發展趨勢

網絡控制系統（ Networked Control System ， NCS），即網絡化的控制系統，又稱為控制網絡。分布式控制系統或稱集散控制系統（DCS）、工業以太網和現場總線系統（FCS）都屬于網絡控制系統。這體現了控制系統正向網絡化、集成化、分布化、節點智能化的方向發展。

隨著計算機領域的局域通信逐步被以太網壟斷，過程控制領域中上層的通信也逐步統一到以太網和快速以太網。以太網被用于網絡控制系統已成為一種發展趨勢 ；以太網技術具有數字式互聯網絡、互操作性、開放性和高網絡性能，是最符合網絡控制系統現場總線的特點，工業以太網成為現場總線技術的發展方向。

3.3 工業無線技術

工業無線技術能夠實現非接觸傳輸，特別適用于惡劣環境或振動、高速旋轉對象的監控，而且降低了安裝成本、持續降低運行維護成本，同時更換方便，便于升級，還能夠減少接插件故障，移動自由且不受限制，工業無線技術是工廠測控模式的變革，傳統認為成本過高，無法大規模部署傳感器進行監測的應用成為可能。

ARC預測：2010年～2015年，工廠設備健康維護相關市場將以每年200%的速度增長。美國總統科技顧問委員會在“面向21世紀的聯邦能源研究與發展規劃”中指出：工業無線技術的應用將使工業生產效率提高10%，并使排放和污染降低25%。

4 結論

工業自動化技術是典型的高技術，是當代發展最迅速、應用最廣泛、效益最顯著、最引人注目的關鍵技術之一，是推動新的技術革命和新的產業革命的關鍵技術之一，是信息電子技術的綜合集成技術之一，是一種技術密集型、智力密集型的技術，是走新型工業化道路的關鍵技術。

[1]馬彥紅.工業自動化的發展現狀及其應用[J].硅谷，2010(14).

[2]李靜.工業以太網在工業自動化系統中應用及前景[J].承鋼技術，2008(1).

[3]向曉波.工業自動化是節能減排的重要技術支撐[J].新重慶，2008(7).

[4]劉會.工業自動化控制的現狀和未來發展趨勢[J].硅谷，2010(2).

[5]李東娟.探研我國工業電氣自動化的重要性和發展趨勢[J].科技傳播，2010(15).