淺談我國工業電氣自動化的發展現狀與趨勢

劉愛強

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動化分公司，山東 濟南 271104）

工業自動化水平的高低事關國民經濟發展命脈，因此，近年來，諸多工業生產型企業為了縮減與發達國家之間的差距，不斷改良生產工藝流程，不斷創新自動化生產技術，構建了一個集信息數據集中、終端操控系統優化、加工制造過程高效、產品精度質量卓越的智能化管理平臺，踐行了“科技是第一生產力、創新是第一發展動力”的基本原理。

1 工業電氣自動化系統的特點分析

工業電氣自動化系統處理的信息量巨大，維修保養程序也較為繁瑣，但是與熱工系統相比，電氣設備的操作頻率相對較低，發生故障的幾率也相對較小，通常情況下，一臺電氣設備的維修保養周期的時間間隔為三個月到半年之間，由此可見，電氣設備的保護裝置在發揮防護功能時，每一個保護動作的時間也比較短，進而延長了設備的使用壽命。工業電氣設備的監控系統與DCS系統相連，當兩個系統同時運行時，如果一個系統發生故障，在檢修時，應當保證另一個系統能夠正常運行，在這種情況之下，通常采用兩臺機組來控制DCS系統，這樣能夠提高系統的穩定性。此外，在設計電氣系統時，設計人員應當優先考慮系統的適應性與安全可靠性，尤其是電氣線路的最佳絕緣距離、絕緣強度、荷載能力、熱穩定性等，使系統在正常工作的同時，能夠保障運行安全。

2 工業電氣自動化的發展現狀

2.1 標準化平臺的開放式發展

截至2019年末，全球生產PLC（可編程邏輯控制器）的廠家已經超過200家，生產品種達到500種以上，其中最為著名的生產商包括三菱、富士、光洋、siemens等。由于生產商不同，PLC的編程語言以及表達方式也各不相同，為此，國際電工委員會頒布了IEC61131標準，即可編程邏輯控制器標準，該標準的頒布執行為PLC生產商提供了參考標準與規范，逐步規范了編程界面，不僅提升了編程代碼的使用效率，而且也使我國的工業電氣自動化發展水平逐步接近發達國家的水平。

目前，國際上通用的終端操作平臺主要以microsoft以及windows平臺為主，尤其是windows操作系統，界面清晰、直觀、簡潔，而且便于操作，因此，這一平臺也成為我國工業生產型企業的標準化操控平臺。操作人員登錄到windows系統界面后，可以根據界面上的圖形標志選擇操作對象，當調出操作系統后，可以快速的做出判斷，發出生產執行口令，利用該系統界面，減少了大量繁瑣的中間操作流程，不僅提高了工作效率，同時也避免了人為失誤的發生。

2.2 現場總線控制技術的應用

現場總線屬于一種串行的連接智能設備與自動化系統的雙向傳輸的分支結構的通訊總線，主要的總線協議包括FF、Lon words、prof i-bus等。現場總線取代了過去的4mA～20mA模擬信號回路，使數據傳輸的準確性與可靠性得到大幅提升，該控制技術可以借助于雙向的通訊對變送器進行遠程測試、診斷與管理。其中FF協議可交互操作的雙向通信協議，它將OSI七層結構簡化為物理層、數據鏈路層、應用層以及再加用戶層，具有操作便捷、安裝簡單、安全性能高等特點，是目前現場總線控制技術應用頻率較高的一種通訊協議[1]。

Lon words現場總線采用與OSI相似的七層協議結構，整個系統核心是具備通信與控制功能的Neuron芯片，芯片中的三個CPU，一個用于處理應用，另外兩個用于處理網絡通訊，Lon words是普及性高、投入成本低的總線系統，在工業生產當中的應用范圍也較為廣泛。而Prof i-bus現場總線采用了OSI模型的物理層與數據鏈路層，適用于基于PLC的加工自動化過程控制領域的應用。現場總線控制技術能夠有效控制各種智能儀器儀表與高級控制系統，將plc與現場設備連接到一起，并通過輸入、輸出模塊轉換為現場檢測程序與執行程序，進而對各道生產工序實行集中操作、分散管控。

2.3 IT與大數據技術的應用

IT與大數據技術在工業電氣自動化中的應用，不僅可以存儲大量數據信息，而且企業管理者可以通過瀏覽器界面及時獲取到生產一線的動態信息以及財務、行政、人力資源等職能部門的共享資源。利用IT技術可以實現遠程操作與管理，生產指令的傳達，工作動態信息的發布，都可以借助于操作系統的執行程序第一時間傳輸到每一個工作崗位。隨著微電子技術的迅猛發展，工業電氣設備的終端操作系統也逐步向微處理器時代過渡，海量數據只需要一個小小的芯片就能夠長期存儲，不僅節省了大量的設備資源與投入成本，而且也推進了工業電氣自動化發展進程。

3 工業電氣自動化發展趨勢

3.1 操作系統集中，網絡結構通用

在工業生產過程中，企業的上層管理系統、終端控制平臺以及生產一線的操作現場，需要建立一個安全穩定的數據傳輸通道，這樣，不僅有利于數據傳輸的精準性與即時性，同時，也能夠確保正常的生產作業流程。

因此，工業電氣自動化的未來發展趨勢應當突顯系統集成化、數據共享化、操作簡潔化、資源獲取高效化等特點。比如終端控制平臺在發布生產執行口令時，上層管理系統應當第一時間獲取到相關的口令信息，并及時對程序的正確性與技術參數的精準度進行審核，以避免程序指令錯誤，而影響生產進度或者產品質量。在規劃系統網絡時，無論選擇與現場設備通訊的現場總線還是選擇與上級辦公系統通訊的以太網，確定的網絡產品必須覆蓋整個系統范圍內的通訊，使全集成自動化技術貫穿于企業中的整個網絡結構。

3.2 統一標準化操控界面

目前，我國的工業生產型企業應用的終端操作系統五花八門，不盡相同，包括windows xp、windows7以及windows10等等，由于系統的程序界面存在較大差異，導致在數據傳輸以及系統操作時，經常出現人為操作失誤，使數據信息丟失，進而給企業帶來經濟損失。為了規避損失，提高辦公與生產效率，企業應當基于微軟標準與技術，統一標準化操控界面，比如將操作系統轉換為使用頻率較高的windows7系統，該系統操作界面簡潔清晰，圖標不易混淆，操作方便，尤其對于企業中的一些職能部門來說，統一操作系統后，對于一些文件的收取或者圖像處理，不再像過去一樣，先進行格式轉換，而是直接可以獲取文件以及圖像信息，這樣一來，既簡化了工作流程，提高了工作效率，也節省了耗時成本[2]。

因此，企業在采購終端計算機設備時，應當事先統一標準界面，減少后續的調整與修正環節，同時也緩解了系統檢修人員的工作壓力。

3.3 統一系統開發平臺

系統開發平臺是工業電氣自動化生產的控制核心，每一個控制環節都關系到生產進度與產品質量，因此，企業應當立足當下市場，以客戶的滿意度為出發點，使用統一標準的系統開發平臺。在選擇PLC生產廠家時，需要結合國內同行業所使用的系統平臺，事先制訂一個可行性分析報告，通過調研、篩選，選擇產品性價比最高的生產商，以確保系統平臺能夠滿足工業生產需求，滿足絕大多數客戶的主觀需求。

4 結語

數字技術、計算機技術、人工智能技術在工業電氣自動化生產當中，應用范圍越來越廣，因此，在這一利好形勢下，工業生產企業應當著眼于行業發展現狀，站在全新的高度對電氣自動化的未來發展趨勢進行精準預判，做到未雨綢繆，并利用先進的科學技術，為工業電氣自動化生產提供強大的技術支撐。與此同時，在實際生產當中，不斷查找電氣設備的運行缺陷，不斷改進和優化生產工藝流程，在為社會貢獻更多優質產品的同時，為企業實現經濟效益與社會效益雙豐收的美好愿景保駕護航。