電氣自動化工程控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

周小祥

（江蘇省揚州技師學(xué)院 江蘇 揚州 225003）

0 引言

電氣自動化工程中的控制系統(tǒng)能夠直接影響和限制各項系統(tǒng)設(shè)備的實際運行參數(shù)和應(yīng)用狀態(tài)，因此非常考驗各項自動控制裝備的聯(lián)網(wǎng)接入質(zhì)量和整體工作頻率。在研發(fā)與應(yīng)用電氣自動化工程控制系統(tǒng)的過程中，需要對實際應(yīng)用場景和產(chǎn)品功能邊界進行詳細劃分，并確保各項系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)指標和數(shù)據(jù)信息資源的集成化結(jié)果、數(shù)據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)一致性。

1 電氣自動化工程控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

1.1 系統(tǒng)信息集成化

在眾多電氣自動化工程技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，控制系統(tǒng)裝置的信息集成化特征非常顯著，能夠直接影響到工業(yè)企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)資源的完整性以及安全可靠性，還需要對各項生產(chǎn)裝備和儀器設(shè)備的生產(chǎn)狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集和通信傳輸控制，才能夠呈現(xiàn)更加節(jié)能高效的自動控制系統(tǒng)運行模式[1]。如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)裝置的信息集成化結(jié)構(gòu)圖

工業(yè)企業(yè)需要根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)營管理需求，對各項自動控制系統(tǒng)內(nèi)部信息資源進行分類集成，并確保系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)接口以及通信傳輸技術(shù)標準的一致性即可。在部署和應(yīng)用電氣自動化工程控制系統(tǒng)的過程中，需要呈現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)與儀器設(shè)備的自動控制操作模式，避免出現(xiàn)過多資源被浪費等風(fēng)險問題。在系統(tǒng)信息的集成化處理模式中，電氣自動化工程控制系統(tǒng)的各項運行參數(shù)指標非常關(guān)鍵，能夠從側(cè)面體現(xiàn)出工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)管理模式是否存在一系列安全風(fēng)險因素，還能夠動態(tài)監(jiān)測各項生產(chǎn)物料和設(shè)備信息資源之間的變化趨勢是否安全可靠[2]。部分工業(yè)企業(yè)在集中部署和應(yīng)用電氣自動化工程控制系統(tǒng)以及虛擬化操作平臺的過程中，能夠?qū)π畔⒓苫螒B(tài)進行客觀分析，還能夠顯著提升企業(yè)經(jīng)濟效益和節(jié)能降耗水平。

1.2 標準語言規(guī)范是windows NT和IE

隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，電氣自動化工程控制系統(tǒng)的標準語言規(guī)范正在逐步更新和完善，當前較多工業(yè)企業(yè)選用的標準語言規(guī)范為windows NT和IE，其數(shù)據(jù)通信接口和傳輸控制模式能夠精準適配，但是并未完全接入物聯(lián)網(wǎng)裝置以及云計算硬件設(shè)施，仍然具有一定的滯后性。但是對于不同地區(qū)的企業(yè)工業(yè)系統(tǒng)而言，其生產(chǎn)經(jīng)營活動之間存在的差異非常顯著，也能夠間接限定和約束企業(yè)內(nèi)部電氣自動化工程控制系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)通信接口和標準語言規(guī)范，電氣自動化工程控制系統(tǒng)設(shè)備對應(yīng)的信息傳輸效率相對比較有限[3]。

基于電氣自動化技術(shù)對控制平臺的各項需求，以及用戶的安裝使用環(huán)境，windows NT和IE逐漸成了電氣工程控制系統(tǒng)使用標準化語言，操作系統(tǒng)和語言的統(tǒng)一，讓自動化設(shè)備具有了更高的兼容性。在工業(yè)企業(yè)設(shè)定配套的標準語言規(guī)范過程中，需要對本區(qū)域內(nèi)的硬件基礎(chǔ)設(shè)施和軟件系統(tǒng)操作環(huán)境指標進行客觀評測和量化統(tǒng)計分析，并合理運用自動監(jiān)控裝置，動態(tài)協(xié)調(diào)各項系統(tǒng)設(shè)備運行參數(shù)指標即可。

1.3 分布式控制系統(tǒng)

對于工業(yè)企業(yè)而言，電氣自動化工程的控制系統(tǒng)大部分為分布式控制系統(tǒng)DCS，但是需要根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)管理需求，對上位機以及接口機設(shè)備資源進行科學(xué)配置，避免影響到數(shù)模信號的實時轉(zhuǎn)換效率和數(shù)據(jù)通信質(zhì)量。如圖2所示。

圖2 分布式控制系統(tǒng)DCS結(jié)構(gòu)圖

分布式控制系統(tǒng)的部署和應(yīng)用，需要與工業(yè)企業(yè)的各項生產(chǎn)加工工藝流程實現(xiàn)有效銜接，還需要整合更高標準的生產(chǎn)裝備資源，合理運用分布式計算單元設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)傳感器設(shè)備，對各項分布式控制邏輯信號進行精準采集[4]。但是在工業(yè)企業(yè)統(tǒng)一部署和應(yīng)用分布式控制系統(tǒng)的過程中，需要以實際生產(chǎn)建設(shè)條件為基礎(chǔ)，避免浪費較多設(shè)備資源和工業(yè)原料，還需要對其資源總量和能耗量等數(shù)據(jù)參數(shù)指標進行客觀評測，避免影響到企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)操作環(huán)境的安全性和可持續(xù)性。對于分布式控制系統(tǒng)DCS而言，不同類別的數(shù)據(jù)通信技術(shù)標準以及數(shù)據(jù)接口，都能夠間接限定和約束控制信號和狀態(tài)量信息資源的完整性和有效性。分布式控制系統(tǒng)DCS需要呈現(xiàn)更加安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)，因此需要與工業(yè)企業(yè)優(yōu)化改造的生產(chǎn)技術(shù)工藝進行有機融合，最大限度提升系統(tǒng)內(nèi)部信息資源的綜合利用效率，避免出現(xiàn)成本費用過高以及材料資源被浪費等問題。

1.4 集中監(jiān)控控制系統(tǒng)

集中監(jiān)控控制系統(tǒng)，是電氣自動化工程技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的重要技術(shù)成果之一，能夠顯著提升不同系統(tǒng)單元和層次上的監(jiān)控與控制操作精度，還能夠快速定位和識別存在系統(tǒng)故障問題的儀器設(shè)備編號，并及時安排故障檢修人員進行檢修處理。但是在統(tǒng)一部署和應(yīng)用集中監(jiān)控控制系統(tǒng)的過程中，很多中央控制單元和微處理器設(shè)備的通信頻次相對較高，也會產(chǎn)生較多系統(tǒng)運維風(fēng)險因素和安全隱患問題等等，因此需要定期開展監(jiān)控控制操作，避免影響到電氣自動化工程各項控制系統(tǒng)裝置的安全穩(wěn)定運行狀態(tài)[5]。如圖3所示。

根據(jù)集中監(jiān)控控制系統(tǒng)設(shè)備獲取的各項數(shù)據(jù)信息資源和狀態(tài)量指標，設(shè)備運維管理人員需要客觀評估和統(tǒng)計分析各項設(shè)備狀態(tài)量數(shù)據(jù)指標是否基本處于安全穩(wěn)定的區(qū)間范圍之內(nèi)，還需要對現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的控制單元和邏輯器設(shè)備進行定期安全質(zhì)量檢查工作。集中監(jiān)控控制系統(tǒng)是電氣自動化工程中的重要組成部分，也能夠間接限定各項電氣系統(tǒng)資源和生產(chǎn)技術(shù)資源的實際應(yīng)用質(zhì)量。

圖3 集中監(jiān)控控制系統(tǒng)

2 電氣自動化工程控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

2.1 集成信息技術(shù)的應(yīng)用

電氣自動化工程控制系統(tǒng)，在不同行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用重點和難點普遍存在一定差異，因此可以廣泛應(yīng)用集成信息技術(shù)，對企業(yè)內(nèi)部信息資源進行橫向管理與縱向管理，創(chuàng)新融合精益化生產(chǎn)管理模式與智能制造技術(shù)資源。但是在部署各項硬件和軟件基礎(chǔ)設(shè)施的過程中，相關(guān)企業(yè)部門需要對集成信息技術(shù)資源和電氣自動化工程建設(shè)條件進行動態(tài)協(xié)調(diào)，避免受到較多外部市場經(jīng)濟因素的干擾和影響。在電氣自動化系統(tǒng)未來發(fā)展過程中，以現(xiàn)代化信息技術(shù)為基礎(chǔ)，通過引進先進的研究成果，促使系統(tǒng)得以低碳、經(jīng)濟的運行，最終生產(chǎn)出無污染、無害的產(chǎn)品。尤其對于石油化工領(lǐng)域內(nèi)的工業(yè)企業(yè)而言，合理部署應(yīng)用集成信息技術(shù)，能夠客觀評測生產(chǎn)操作環(huán)境中的各項安全風(fēng)險因素，定期開展環(huán)境影響評價等基礎(chǔ)工作，確保不同生產(chǎn)管理部門收集到的集成化數(shù)據(jù)信息資源具備較強的真實性和準確性，還能夠間接推動企業(yè)內(nèi)部各個部門之間的信息共享和數(shù)據(jù)交換進程。

2.2 分布式控制技術(shù)的應(yīng)用

在不同生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模的工業(yè)企業(yè)中，分布式控制技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，能夠客觀評估DCS系統(tǒng)裝置的各項信息資源整合效率，還能夠?qū)Σ煌瑢I(yè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的信息資源進行詳細劃分，避免影響到分布式控制操作結(jié)果的精確性和真實性。但是在應(yīng)用分布式控制技術(shù)的過程中，一般企業(yè)都會選用現(xiàn)場總線系統(tǒng)作為硬件支撐體系，但是需要及時設(shè)定備用線路，并合理運用大數(shù)據(jù)計算方法，對各項云端數(shù)據(jù)指標進行精準測算，避免影響到不同生產(chǎn)管理部門之間的資源調(diào)度和精細化生產(chǎn)管理模式的協(xié)調(diào)性即可。如圖4所示。

圖4 分布式控制技術(shù)

電氣自動化系統(tǒng)當中，采取分離式方法對整個生產(chǎn)活動進行監(jiān)督控制，采取分離式監(jiān)管手段，從監(jiān)控、總控以及生產(chǎn)活動入手。但是工業(yè)企業(yè)在實際應(yīng)用分布式控制技術(shù)資源以及儀器設(shè)備的過程中，需要對各項生產(chǎn)物料和工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計標準進行全面整合，避免影響到自動控制系統(tǒng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運行狀態(tài)[6]。很多現(xiàn)代化的工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理模式，能夠?qū)⒔?jīng)濟效益和社會效益的量化評估指標最大化，但是也會伴隨較多系統(tǒng)控制風(fēng)險因素，因此需要對各項分布式計算結(jié)果與配套的控制通道進行量化標識，避免影響到企業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)備和線路的安全穩(wěn)定性。

2.3 現(xiàn)場總線技術(shù)的經(jīng)濟化應(yīng)用

在眾多電氣自動化工程中，控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，能夠進一步凸顯異步通信模式的重要性，還需要對現(xiàn)場總線技術(shù)和系統(tǒng)管理平臺進行經(jīng)濟化應(yīng)用，才能動態(tài)均衡各項設(shè)備技術(shù)資源，確保系統(tǒng)設(shè)備安裝作業(yè)和運行過程的連貫性和安全穩(wěn)定性。現(xiàn)場總線技術(shù)能夠與較多工業(yè)系統(tǒng)進行精準對接，但是也會受限于較多工業(yè)企業(yè)的內(nèi)部業(yè)務(wù)工作邏輯規(guī)則，因此需要綜合判定現(xiàn)場總線技術(shù)資源和電纜線路的經(jīng)濟風(fēng)險系數(shù)和技術(shù)風(fēng)險系數(shù)是否在安全可控的范圍之內(nèi)。很多工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)線相對比較復(fù)雜和煩瑣，其中業(yè)務(wù)流程的信息整合過程會額外耗費較多時間和精力，因此在集中部署和應(yīng)用現(xiàn)場總線系統(tǒng)技術(shù)的過程中，需要對各項自動控制裝置的操作精度進行動態(tài)協(xié)調(diào)，還需要合理引入計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系，保障現(xiàn)場總線系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息資源通信傳輸過程的穩(wěn)定性和安全可控性。

2.4 系統(tǒng)標準化接口的革新

在眾多電氣自動化工程控制系統(tǒng)中，各類標準化接口的革新趨勢非常顯著，能夠直接影響到信息集成技術(shù)的應(yīng)用效率，因此設(shè)備管理人員和信息技術(shù)人員需要創(chuàng)新整合各項系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息資源，客觀評估CPU以及計算機服務(wù)器設(shè)備的實時計算能力和其他性能指標參數(shù)。在革新和完善系統(tǒng)標準化接口的過程中，需要對當前我國大部分工業(yè)系統(tǒng)中配置的各項硬件基礎(chǔ)設(shè)施和軟件系統(tǒng)資源類型進行精細化分類，并迎合我國5G通信技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用需求，才能夠?qū)Σ煌詣涌刂葡到y(tǒng)中的標準化數(shù)據(jù)接口接入標準進行安全驗證和實證分析，還需要對企業(yè)內(nèi)部不同業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)之間的信息共享需求和數(shù)據(jù)交換標準進行嚴格界定，才能夠避免出現(xiàn)較為極端的電氣自動化控制操作結(jié)果。通過對接口標準化，讓控制系統(tǒng)具有更高的兼容性與擴展性，可以與企業(yè)內(nèi)多類系統(tǒng)建立連接，但是需要對企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)以及工業(yè)生產(chǎn)體系中的數(shù)據(jù)信息資源進行安全加密運算，避免影響到電氣自動化工程控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行狀態(tài)。

2.5 市場產(chǎn)業(yè)化和院校合作

隨著市場經(jīng)濟的不斷創(chuàng)新與改革，市場產(chǎn)業(yè)化發(fā)展以及院校合作模式都能夠進一步推進電氣自動化工程的控制系統(tǒng)革新進程，還能夠?qū)ζ髽I(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)裝備進行客觀評測，避免投入過多成本費用。市場產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢，能夠間接凸顯企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新水平，但是也會受到地方經(jīng)濟發(fā)展條件的制約和限制，因此企業(yè)內(nèi)部管理人員的眼光需要更長遠一些，對電氣自動化工程的控制系統(tǒng)設(shè)備資源進行經(jīng)濟技術(shù)評估和風(fēng)險預(yù)測分析。對于輕工業(yè)以及重工業(yè)企業(yè)而言，技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品研發(fā)成本費用都是必不可少的，但是可以通過與相關(guān)院校進行科研實踐合作等形式，著重培養(yǎng)具有較高創(chuàng)新能力水平的專業(yè)技術(shù)人才和管理人才。市場產(chǎn)業(yè)化以及院校合作模式，也能夠?qū)﹄姎庾詣踊こ炭刂葡到y(tǒng)的產(chǎn)教融合體系進行有效對接。

2.6 工程和產(chǎn)品的協(xié)同安全

提高電氣自動化工程控制系統(tǒng)的使用安全性也是重要的發(fā)展方向之一，提高系統(tǒng)自身的安全性以及用戶在使用后根據(jù)自己的實際需求，運用最低設(shè)計開發(fā)成本實現(xiàn)自己定制的安全方案，還能夠?qū)Ω黜椆I(yè)工程項目以及工業(yè)產(chǎn)品的系統(tǒng)應(yīng)用框架進行動態(tài)化調(diào)整，確保企業(yè)內(nèi)部信息資源的高效利用率即可[7]。工程和產(chǎn)品的協(xié)同安全，能夠進一步凸顯電氣自動化工程以及自動控制系統(tǒng)技術(shù)資源的系統(tǒng)協(xié)調(diào)性特征，還需要對企業(yè)內(nèi)部各項業(yè)務(wù)系統(tǒng)的橫向以及縱向管理模型進行動態(tài)化監(jiān)測和安全監(jiān)控分析，確保不同工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)的安全可控性即可。很多電氣自動化工程控制系統(tǒng)、工業(yè)產(chǎn)品與企業(yè)實際生產(chǎn)經(jīng)營需求能夠有序?qū)印?/p>

3 結(jié)語

電氣工程及其自動化技術(shù)已然運用到社會生產(chǎn)生活的多個領(lǐng)域中，電氣工程及其自動化技術(shù)不僅有利于促進國民經(jīng)濟的持續(xù)增長，在減少人力資源投入、降低工作危險、提高效率等方面也卓有成效。加強我國工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的研發(fā)力度與人才培養(yǎng)，緊扣智能化、統(tǒng)一化和創(chuàng)新化的發(fā)展趨勢，才能全面提升我國電氣自動化控制領(lǐng)域的實力，保障我國經(jīng)濟的長遠、可持續(xù)發(fā)展。