淺談工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

周宏偉

摘 要：工業(yè)自動(dòng)化在我國(guó)具有重要意義，是我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的有利推進(jìn)力。因此本文將從工業(yè)自動(dòng)化的內(nèi)涵出發(fā)，闡述工業(yè)自動(dòng)化具有的重要意義，也從自動(dòng)化未來(lái)的幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)著手，進(jìn)行綜合敘述。

關(guān)鍵詞：工業(yè)自動(dòng)化；發(fā)展趨勢(shì)；探究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.046

1 概述

工業(yè)自動(dòng)化是一種綜合性技術(shù)，是通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)、電子裝備、控制理論及相關(guān)工藝技術(shù)的運(yùn)用，產(chǎn)生對(duì)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化、檢測(cè)、控制和調(diào)節(jié)等管理作用，從而完成既定目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)的增產(chǎn)、節(jié)能降耗及安全生產(chǎn)。具體來(lái)說(shuō)，輕工、煉油、化工及食品等流程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程都是工業(yè)自動(dòng)化的簡(jiǎn)稱。將一些帶有自動(dòng)化裝置的儀表，配備到機(jī)器設(shè)備上，用以代替人們進(jìn)行直接勞作，實(shí)現(xiàn)不同程度的自動(dòng)化生產(chǎn)，達(dá)成目標(biāo)，這種全過(guò)程都使用自動(dòng)化裝置來(lái)進(jìn)行管制的辦法，我們便稱之為自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類有很多，其都是按照不同的原則進(jìn)行劃分，不同給定值分類：（1）定值控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的給定值保持不變，系統(tǒng)任務(wù)是建立在被控變量以一定精度保持在給定值不變的基礎(chǔ)上完成。（2）隨動(dòng)控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)下的給定值呈隨機(jī)變化狀態(tài)，且事先不會(huì)知道變化。（3）程序控制系統(tǒng)。給定值的變化一直按照事先程序的規(guī)定行走。至于控制系統(tǒng)的種類區(qū)分，標(biāo)準(zhǔn)可按照復(fù)雜程度來(lái)進(jìn)行，所以其系統(tǒng)的劃分可分為簡(jiǎn)單、復(fù)雜控制系統(tǒng)，如果是按照不同變量名稱的區(qū)分，可以分為壓力控制、溫度控制，規(guī)律調(diào)節(jié)區(qū)分有預(yù)估控制、P、PI、PD、PID等。

2 自動(dòng)化意義

煉油、化工、生物、電力等工業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越趨向大型、復(fù)雜化，因此在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的大力發(fā)展之下，現(xiàn)代工業(yè)實(shí)現(xiàn)高效安全及優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的重要保證，完全有賴于各種自動(dòng)控制技術(shù)的保證作用。國(guó)家政委也曾發(fā)文提出：如果單從管理水平與產(chǎn)品質(zhì)量來(lái)進(jìn)行我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的對(duì)比，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)很大差距，特別是我國(guó)的裝備技術(shù)跟水平，往后還會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距對(duì)比，這種嚴(yán)峻情況下的國(guó)家出路在哪？首先因國(guó)力關(guān)系，承受不了大面積更新設(shè)備，其次如果維持設(shè)備現(xiàn)狀，和發(fā)達(dá)國(guó)家比生產(chǎn)，我們的后果可想而知，只有將傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行一定的改造，利用電子技術(shù)，將二者充分融合，將企業(yè)的素質(zhì)提升起來(lái)，提高整體收益，才是當(dāng)今最好的解決辦法。

目前，我國(guó)提高國(guó)力的主要手段便是，運(yùn)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)及自動(dòng)化控制技術(shù)，來(lái)對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)實(shí)行技術(shù)改造，讓他們提高經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)。所以，這也導(dǎo)致了激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)家與國(guó)家，企業(yè)與企業(yè)都不可避免的投身到這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中來(lái)。我們可以看到的優(yōu)勢(shì)例證，便是日本和西德的經(jīng)濟(jì)騰飛競(jìng)爭(zhēng)：而美國(guó)也開始在一邊致力于密集型技術(shù)產(chǎn)業(yè)的研究同時(shí)，一邊發(fā)展起自動(dòng)化工業(yè)技術(shù)，他們?cè)谶\(yùn)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用與現(xiàn)代化控制技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè)上，取得了不小的成就及經(jīng)濟(jì)收益。

3 工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的幾個(gè)趨勢(shì)

3.1 從模擬到數(shù)字化

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的被控量是連續(xù)時(shí)間信號(hào)，伴隨大規(guī)模集成芯片和數(shù)字處理技術(shù)的廣泛面世，人們?cè)絹?lái)越開始推崇數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，可以說(shuō)自動(dòng)控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)及其他部分之間由A/D、D/A構(gòu)架起橋梁，對(duì)數(shù)字計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，需要兩大支撐，即硬件和軟件，這兩部分也是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成。

硬件組成：CPU主板、計(jì)算機(jī)主機(jī)、接口及存儲(chǔ)器構(gòu)成了控制系統(tǒng)的核心部分。主機(jī)的任務(wù)是接受操作臺(tái)命令，開關(guān)量輸入輸出設(shè)備主要負(fù)責(zé)開關(guān)過(guò)程，人機(jī)借口設(shè)備除了顯示器、打印機(jī)及鍵盤外，還包括操作臺(tái)及面板顯示臺(tái)，作用是幫操作者發(fā)號(hào)指令，進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，顯示工作狀態(tài)等。

軟件組成：對(duì)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，軟件是其中樞神經(jīng)，它的作用就是用來(lái)操作整臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制命令的，產(chǎn)生活動(dòng)。軟件也分兩種，即應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件。用戶使用的是系統(tǒng)軟件，一般包括內(nèi)容為診斷程序、操作、語(yǔ)言算法及數(shù)據(jù)庫(kù)程序，而應(yīng)用軟件則具體服務(wù)于控制任務(wù)，是一種專用編制軟件，例如數(shù)據(jù)采集、控制、處理程序及打印、過(guò)程監(jiān)視等都由它進(jìn)行完成。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

我們又把網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)稱作網(wǎng)絡(luò)化控制，又叫控制網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)有兩個(gè)組成內(nèi)容，即DCS（分布式或集散控制系統(tǒng)），F(xiàn)CS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制和工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)），這些系統(tǒng)都明確體現(xiàn)出了現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，即分布化、網(wǎng)絡(luò)集成及節(jié)點(diǎn)智能化。過(guò)程中，以太網(wǎng)慢慢壟斷了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的局域通信，以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)又慢慢被過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)的上層通信統(tǒng)一。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對(duì)于以太網(wǎng)的運(yùn)用已經(jīng)成為趨勢(shì)，而以太網(wǎng)的互操作、數(shù)字式互聯(lián)及高開放性網(wǎng)絡(luò)性能，也非常符合現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)控制特點(diǎn)，因此，工業(yè)以太網(wǎng)成為現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在今后發(fā)展的重要方向。

3.3 無(wú)線技術(shù)

因?yàn)楣I(yè)無(wú)線技術(shù)的特點(diǎn)是，可以進(jìn)行非接觸傳輸，這樣一來(lái)可以在環(huán)境惡劣的時(shí)候?qū)Υ诉M(jìn)行運(yùn)用，它還可以監(jiān)控高速旋轉(zhuǎn)的對(duì)象，所以也節(jié)省了不少的安裝成本，由于更換、升級(jí)起來(lái)十分方便，所以也可以因此而降低一些持續(xù)維護(hù)成本，減少插件故障，不受任何移動(dòng)限制，優(yōu)點(diǎn)頗多。可以說(shuō)工業(yè)無(wú)線技術(shù)是一項(xiàng)模式變革，工廠傳統(tǒng)的認(rèn)為測(cè)控模式的成本過(guò)高，不便于大范圍進(jìn)行傳感器的部署，這項(xiàng)技術(shù)讓大面積檢測(cè)應(yīng)用變?yōu)榭赡堋?/p>

ARC預(yù)測(cè)：到2020年，工廠設(shè)備在維護(hù)健康方面的相關(guān)市場(chǎng)將不斷持續(xù)上升，以200%的年速度進(jìn)行增長(zhǎng)。美國(guó)科技委員顧問(wèn)也在會(huì)議中指出，21世紀(jì)聯(lián)邦發(fā)展技術(shù)與能源研究制定的發(fā)展計(jì)劃是，工業(yè)生產(chǎn)效率將在無(wú)線技術(shù)應(yīng)用之下提高10%的效率，與此同時(shí)排污并不會(huì)增長(zhǎng)，還會(huì)降低25%左右。

4 總結(jié)

工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的典型特點(diǎn)便是高技術(shù)，也是當(dāng)今世界發(fā)展最為廣泛和迅猛的一項(xiàng)效益顯著技術(shù)，矚目世界，它對(duì)新產(chǎn)業(yè)及技術(shù)革命均具有關(guān)鍵性推動(dòng)作用，也屬于信息電子技術(shù)綜合集成的一種，在技術(shù)上顯示出智力及技術(shù)密集的巨大優(yōu)勢(shì)，毫無(wú)夸張的說(shuō)，新型工業(yè)化道路的建設(shè)離不開工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)鋪墊，后者是保障前者成功的關(guān)鍵技術(shù)所在。

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