電氣自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢淺析

楊瓊

摘 要：電氣自動(dòng)化技術(shù)是工業(yè)產(chǎn)業(yè)的重要支撐，在工農(nóng)生產(chǎn)、交通、制造、國防等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了巨大的作用。工業(yè)生產(chǎn)過程中的高度智能化、信息化的電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上降低了企業(yè)的運(yùn)行成本，增強(qiáng)了生產(chǎn)可靠性，提高了企業(yè)的效率和效益，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速健康發(fā)展。文章在總結(jié)現(xiàn)有電氣自動(dòng)化技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了我國電氣自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化技術(shù)；操作及其維護(hù)；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）21-0101-02

1 電氣自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用面廣泛

電氣自動(dòng)化技術(shù)憑借其強(qiáng)大的應(yīng)用范圍在大多數(shù)工業(yè)有關(guān)企業(yè)各部門中都有廣泛地應(yīng)用，工業(yè)生產(chǎn)過程中的高度智能化、信息化的電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上降低了企業(yè)的運(yùn)行成本，增強(qiáng)了生產(chǎn)可靠性，提高了企業(yè)的效率和效益，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速健康發(fā)展。此外，在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)中，包含了硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分，具體技術(shù)實(shí)施方案因應(yīng)用行業(yè)和場合而異，需要具體分析設(shè)計(jì)。另外電氣自動(dòng)化技術(shù)對微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)依賴性比較強(qiáng)。對于一個(gè)完整的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)來說，無論從進(jìn)行數(shù)字或模擬信號(hào)處理的控制器，到執(zhí)行指令動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和完成信號(hào)采集功能的傳感器等等，均與電子技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。

1.2 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)操作及其維護(hù)簡單

PLC/DCS控制系統(tǒng)的產(chǎn)生，使得電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)生質(zhì)的跳躍，PLC/DCS是微電子技術(shù)充分應(yīng)用于電氣自動(dòng)化技術(shù)的產(chǎn)物。通過對可編程邏輯元件的編程替代傳統(tǒng)的對繼電器和接觸器進(jìn)行特定組合方式，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)使得工業(yè)機(jī)器可以按照預(yù)先的程序設(shè)定來完成事先安排好的邏輯與判斷功能，并執(zhí)行操作指令。該項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用將生產(chǎn)工人從繁瑣的人工重復(fù)單一操作中解放出來；自二十世紀(jì)六十年代末至八十年代中期，隨著微處理器設(shè)計(jì)制造和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器技術(shù)、電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展；同時(shí)，由于用戶對控制系統(tǒng)提出了更加靈活、實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能要求，如增加系統(tǒng)的靈活性和精確性，減少開、停機(jī)時(shí)間，提高系統(tǒng)可靠性等等要求，使得PLC技術(shù)很快地被應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)控制中去。PLC控制系統(tǒng)做到了使得機(jī)器可以獨(dú)立地完成更加復(fù)雜、靈活和精確的控制任務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)了工業(yè)領(lǐng)域的電氣自動(dòng)化。

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)操作與控制的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)人機(jī)交互界面（UI）良好，指令的修改及維護(hù)操作簡單、靈活易用，廣受用戶喜愛；另外，目前采用PC的人機(jī)界面為基礎(chǔ)的自動(dòng)化系統(tǒng)已成為主流，在控制層選擇Windows OS作為操作系統(tǒng)平臺(tái)可以使電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的操作與維護(hù)易于進(jìn)行。

2 我國電氣自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀

2.1 Windows正成為工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)

PC在工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域普及程度非常高，在微軟的倡導(dǎo)下，世界上主要的自動(dòng)化系統(tǒng)廠商（如西門子、Rockwell等企業(yè)）共同制定了OPC標(biāo)準(zhǔn)。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，基于Window OS的人機(jī)交互界面目前已經(jīng)成為主流，基于PC的控制系統(tǒng)正是憑借其靈活可移植性強(qiáng)和易于集成的特點(diǎn)被更多廣大的用戶群體所采用。采用Windows OS作為工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)的好處還包括其易于和辦公平臺(tái)進(jìn)行高度集成整合，這使得信息化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場管理層得到了充分地利用，便于管理人員進(jìn)行快速實(shí)時(shí)查詢企業(yè)的各種信息和數(shù)據(jù)。電氣自動(dòng)化設(shè)備信息化地逐步普及，簡化了繁瑣的操作，使得我們的工作高效、準(zhǔn)確。現(xiàn)有的Windows OS平臺(tái)保證了從現(xiàn)場設(shè)備到控制系統(tǒng)平臺(tái)、從控制系統(tǒng)平臺(tái)到管理層層面的應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)平滑連接。

2.2 現(xiàn)場總線和分布式控制系統(tǒng)

現(xiàn)場總線系統(tǒng)是連接各種設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字型、采用全雙工通信模式的一種分支結(jié)構(gòu)，它利用串行電纜實(shí)現(xiàn)將位于中央控制室內(nèi)的各種工業(yè)計(jì)算機(jī)、監(jiān)視控制軟件和PLC與現(xiàn)場設(shè)備可靠連接起來，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，通過數(shù)據(jù)傳輸電纜傳到中央控制器上體現(xiàn)出來。現(xiàn)場總線系統(tǒng)可以解決工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備間多點(diǎn)雙向數(shù)字通信，包括現(xiàn)場控制設(shè)備與上級(jí)控制系統(tǒng)之間的通信交互問題。目前工業(yè)制造業(yè)、流水線、交通、國防等領(lǐng)域的自動(dòng)化系統(tǒng)中廣泛采用。分布式控制系統(tǒng)又稱為集散控制系統(tǒng)，其基本思想可以概括為實(shí)現(xiàn)分散控制、集中操作功能，以提高可靠性；另外還具有高可靠性、分層管理、便于組合、靈活等特點(diǎn)。在分布式控制系統(tǒng)中，劃分好區(qū)域后，按實(shí)際情況將微型處理元件安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)和測量裝置附近，以便實(shí)現(xiàn)控制功能分散，而管理功能相對集中。

2.3 IT技術(shù)與電氣工業(yè)自動(dòng)化

INTERNET和INTRANET的普及加速了IT技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域地廣泛的應(yīng)用，所利用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都可以用于實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化環(huán)境要求。采用Windows OS作為工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)的好處還包括其易于和辦公平臺(tái)進(jìn)行高度集成整合，這使得信息化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場管理層得到了充分地利用，便于管理人員進(jìn)行快速實(shí)時(shí)查詢企業(yè)的各種信息和數(shù)據(jù)。電氣自動(dòng)化設(shè)備信息化地逐步普及，簡化了繁瑣的操作，使得我們的工作更加高效、準(zhǔn)確。信息技術(shù)不僅滲入到工業(yè)界的管理層，而且深入到自動(dòng)化的機(jī)器、設(shè)備和系統(tǒng)中。整合了信息化技術(shù)的控制系統(tǒng)擁有傳統(tǒng)成熟PLC技術(shù)的變通性和可靠性，又兼容了信息技術(shù)的實(shí)時(shí)性和先進(jìn)性。

3 電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢

從電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程來看，為滿足用戶日益嚴(yán)苛的需求和利用當(dāng)今飛速發(fā)展的高新技術(shù)，在可預(yù)見的未來，無論是電氣自動(dòng)化系統(tǒng)生產(chǎn)廠商、系統(tǒng)集成制造公司，還是終端用戶，對于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向都有著統(tǒng)一化、通用化、高頻化的傾向。

3.1 采用統(tǒng)一的系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)

利用統(tǒng)一的系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整自動(dòng)化項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、平臺(tái)搭建和測試調(diào)試、開機(jī)運(yùn)行以及后續(xù)維護(hù)等階段和環(huán)節(jié)，這樣節(jié)省了開發(fā)成本、縮短了開發(fā)時(shí)間，提高了開發(fā)效益。采用統(tǒng)一系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)還可以最大程度的為電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的各部分提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息資源，提高了資源的使用效率，提升了系統(tǒng)的可靠性和可操作性，使得電氣自動(dòng)化系統(tǒng)具備更高，更強(qiáng)的實(shí)用性。

3.2 通用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

良好的自動(dòng)化系統(tǒng)還應(yīng)采用兼容的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以保證現(xiàn)場控制設(shè)備、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和企業(yè)管理系統(tǒng)之間的通訊暢通。利用內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)連接企業(yè)管理層就可以對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督。在進(jìn)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，要做到保證現(xiàn)場設(shè)備通訊的現(xiàn)場總線與上級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和辦公系統(tǒng)間通訊，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還必須能夠保證支持從辦公環(huán)境到控制級(jí)的整個(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)的通訊。在架設(shè)好的整個(gè)Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)中還應(yīng)集成的網(wǎng)絡(luò)配置、集成的數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理以及集成的互相通訊等功能。兼容的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以滿足數(shù)據(jù)信息在自動(dòng)化體系不同層面間的交換需求，從而達(dá)到增強(qiáng)了系統(tǒng)的開放性和可控性的目的。

3.3 從低頻向高頻方向發(fā)展

當(dāng)前PLC控制器還處于單頻道且低頻率的發(fā)展階段，不利于系統(tǒng)的高效運(yùn)行，同時(shí)也制約了指令處理速度。伴隨技術(shù)的快速發(fā)展與進(jìn)步，高頻化技術(shù)的采用在自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模體積小型化、快速化方向發(fā)展；同時(shí)CPU數(shù)據(jù)處理量的加大也要求向大容量、高速度方向發(fā)展。

另外，為充分利用分布式控制方式，還可向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，增強(qiáng)可編程邏輯元件的通信聯(lián)網(wǎng)功能利于使可編程邏輯元件間，PLC與工業(yè)計(jì)算機(jī)之間信息的交互，實(shí)現(xiàn)近距離或遠(yuǎn)距離通信，構(gòu)建分散集中控制系統(tǒng)，提高電氣自動(dòng)化的可靠性。

4 結(jié) 語

經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展后，電氣自動(dòng)化技術(shù)從對繼電器和接觸器進(jìn)行特定組合方式來實(shí)現(xiàn)初步自動(dòng)化到利用PLC/DCS控制系統(tǒng)對可編程邏輯元件的編程實(shí)現(xiàn)邏輯和判斷功能，使繁瑣的人工重復(fù)操作由工業(yè)機(jī)器人完成，真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化。隨著新技術(shù)的研發(fā)，軟硬件技術(shù)的提高、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展和半導(dǎo)體制程技術(shù)的提高，電氣自動(dòng)化技術(shù)必將日臻完善，憑借其可靠高效、強(qiáng)大功能支撐工農(nóng)等行業(yè)不斷進(jìn)步，進(jìn)一步促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速健康發(fā)展。

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