工業儀表自動化控制技術發展的新趨勢

張倍

山西北方銅業有限公司垣曲冶煉廠 山西 運城 043700

引言

在當前科技水平快速提升的背景下，自動化控制技術也得到了廣泛應用，工業生產自動化主要由設備、儀器、技術組成，借助于計算機技術實現對工業儀表的自動化控制，進而逐漸表現出明顯的自動化、智能化趨勢，一方面大幅節約了企業的生產成本，提高了經濟效益，另一方面也同步提升了生產質量與效率。鑒于自動化控制技術在工業生產、社會經濟發展中發揮著重要作用，下文便主要針對工業儀表自動化控制技術的發展展開深入分析。

1 工業儀表自動化控制技術發展現狀

對工業儀表自動化控制的發展現狀進行分析，需要從如下幾方面著手：其一，工業儀表中的數控技術。數控技術作為精密儀表加工過程中不可或缺的技術，主要應用了數學原理，精準定位切削工件的刀具，計算出待加工工件的長、寬、高，然后開展自動化、封閉式加工。所以，數控技術在工業儀表自動化控制中應用極為廣泛，只需預先編寫好程序，輸入CNC系統，便可在成品產出前無須任何操作，不僅能確保工件精度，也能提高生產效率[1]；其二，工業儀表自動化的應用。我們生活中常見的水表、電表、汽車儀表盤等等，就是工業儀表自動化的應用，而生活與工業聯系密切，隨處可見各種工業儀表的自動化，因此工業儀表自動化控制技術與人類的生活、發展密不可分；其三，工業儀表自動化的安全。倘若工業儀表齒輪精準度不夠，便極有可能造成儀表失靈，進而出現安全問題。鑒于工業儀表對人們的生活會產生直接影響，所以在生產加工時需要高度重視這方面問題。其四，工業儀表的智能化。智能化逐漸成為工業儀表發展的核心，但在現階段，還面對著一些技術上的不成熟。同時，智能化也在想集成化發展，在某些特定的環境和角度，能夠提升整體的可靠度，提升局部效率。

2 工業儀表自動化控制技術的應用

隨著信息時代的來臨，工業生產發展面臨著挑戰的同時，也迎來巨大發展機遇，有了信息采集技術的加持，現代工業生產需求得到滿足，能彌補傳統生產活動中的信息獲取問題，實現對海量信息數據的自動化甄選，為推動工業生產現代化發展奠定基礎。下文主要對工業儀表自動化控制技術的應用進行分析：

2.1 信息采集模塊

為了能夠實現工業生產一體化控制，則必須深入生產一線，將生產過程中形成的儀表信息數據，傳送到中樞管理系統中。不難看出，信息采集是實現自動化控制的關鍵根基，相關工作人員在采集信息時必須保證對生產信息的全方位掌握以及對生產設備、生產工序、生產工藝的科學調配，改善傳統工業生產中設備與工序之間暴露出的沖突，進行統一化調配。相較于傳統的信息采集過程而言，如今的信息采集工作逐漸朝著快速、高效、精準的方向發展，因為傳統的工業儀表精度已經很難滿足現代化工業生產的需要，強化精度控制對提升產品質量而言至關重要。所以，需要重視現代化信息技術的引進，推動互聯網全覆蓋，提高信息采集工作實效，保證所獲取到的信息有著更高精度和可靠性，這對于不管是檢測還是生產而言，均具有巨大推動作用。

2.2 系統建模模塊

利用A/D單元可促使工業自動化控制系統實現數字化轉換，然后將相關信息進行輸入存儲，再運用信息處理軟件對系統儲存的數據展開處理，將其中有效數據甄選出來，作為對系統進行調整優化的參考，實現對系統資源的有效優化，完成對工業生產活動的模型建立。在系統建模模塊的加持下，信息采集模塊能在運行中進行信息實時采集，實現對工業生產活動的全程監控，大幅提升了自動化控制系統的精確性，能縮減生產投入成本。如果在建模系統運行中某一生產環節發生異常，系統便會實時監測與捕捉到故障信息，然后上報給上級系統，同時向相關人員報警。此時，工作人員便能第一時間停止設備與啟動備用設備，確保生產不受損且故障得到解決。舉例來講，某企業的工業生產遵循“一主一備”原則，目的是確保生產活動的連續性，提高生產質量與效率。借助系統建模技術以及計算機網絡技術，對生產過程實時化管理，改變傳統生產過程中的人工管理模式，實現設備狀態信息的實時上傳，保證了生產活動的穩定性。

2.3 動態控制模塊

在現代工業生產過程中，機械設備逐漸大面積取代人工，原因在于許多人工無法完成的高難度操作，機械設備通過程序控制能精準操作。因此，許多企業決定將機械設備與動態化管理有機結合，改變了過去工業生產效率低、人工操作誤差大的情況，這也是工業儀表自動化控制技術得到廣泛應用的主要原因。而動態控制模塊是自動化控制技術的主要組成部分，依據工業生產活動的現實情況，建立動態化控制流程，利用信息技術實現對工業生產活動全程的檢測，從而采取更具針對性的控制策略。該項技術的應用改善了以往工序由人工控制的情況，通過全程監控生產活動能保證工作精準度以及各生產環節的有序銜接。

2.4 DCS及PLC系統的應用

DCS又稱集散控制系統。主要結合計算機技術對電氣儀表設備進行集中管理、分散控制。尤其適合控制點分散，控制要求種類較多的大型系統，可以集中各種子類控制系統和儀表設備，統一調配控制。同時也可以實現工藝設備的過程控制。PLC又叫可編程邏輯控制器，現在的PLC已經可以實現對模擬量和其他信號的復雜控制，作用在一套集中的系統中。同時PLC和DCS都結合了計算機技術，實現了PC電腦的可視化控制。經過歷史的發展，DCS和PLC也進行了互相的滲透，現階段DCS也可以進行快速的邏輯處理和控制，PLC也發展為多站分散控制。現實中往往是多種控制系統并存，隨著總線技術和通訊端口的發展，DCS和PLC在一個工廠中互相連接，共同組成工業控制系統。

3 工業儀表自動化控制技術發展新趨勢

3.1 向數字化、智能化和虛擬化方向發展

隨著科技水平的快速提升，自動化儀表產業也迎來了發展機遇，在超聲波、激光、微波等技術的應用之下，自動化儀表的控制精度有了全面提升。如今行業內針對執行器、檢測儀表的生產投入了大量成本，并在近年來實現了創新與獲得良好成果，主要體現在如下三個方面：其一，全新固體傳感器與智能化壓力變送器。有了微機械技術、微電子技術的應用，變送器逐漸朝著智能化方向發展，精度較以往有了大幅提升。同時，基于對微機械加工技術的合理預測，未來處理器集成化與傳感器技術會有進一步的發展；其二，一體化節流式差壓流量計。該儀表主要是將流量裝置與智能差壓變送器合二為一，不僅耐腐蝕性強，而且檢定周期長、壓損較小，并且一體化的設計能夠弱化過去因為無法垂直、偏心所帶來的誤差，降低了故障發生率；其三，超聲波流量計。在超聲波技術逐步完善且在工業領域廣泛應用的背景下，應用超聲波技術的流量計也迎來了測量精度層面的提升。如今，多聲道超聲波流量計的精度已高達0.15%，成為工業領域重要的流量計量儀表之一。

從未來的發展來看，智能化生產是未來的發展趨勢和方向。如對流量的溫度壓力補償，可以由智能變送器一次性集成計算和顯示。對于復雜的控制要求，可以建立數學模型，實現對多變量復雜控制。隨著科學技術的快速發展，數字化，智能化已經被應用到工藝控制的各個領域，借助于控制技術和計算機技術的高度融合，工業控制系統能夠搭上計算機技術高速發展的便車，在工業領域廣泛開展人工智能的探索，尤其對高危環境有很好的替代價值。

3.2 向集成化、開放化和分布化方向發展

IPC逐漸替代了DCS與PLC，增設了對模擬量的顯示、記錄與調節功能，能夠實現對開關量的連鎖控制與程序控制。同時，隨著通信網絡技術與計算機技術的高速發展，DCS與PLC技術也有了相互滲透，所以可將計算機作為工業儀表自動化控制的主要系統，加強總線控制系統的應用效果，表現出不俗的發展潛力[2]。PC開放體系憑借著開放化、集成化的優勢，有著較高的市場占有率，同時自身功能也在逐步完善，其中過程、生產及基礎的自動化控制效果也在逐步強化。此外，動態化的數據交換形式、對象鏈接形式和開放式的數據庫結構，都為系統集成帶來基礎軟件。由此可見，IPC的出現直接取代了DCS與PLC，同時也將成為未來工業儀表自動化控制技術的發展方向。自動化控制系統朝著集成化、開放化、分布化的方向發展，意味著現場控制網絡系統的開放性會得到全年提升，借助于網絡傳輸線，能將大量執行器、傳感器、回路調節器相連，從而縮減了系統建立成本，同時加強了數據系統的交換效果，保證了工業生產的可靠性與時效性。

隨著通信技術的發展，各種系統也在互相融合和連接滲透。電氣儀表設備向智能化、集成化，數字化，無線化，高精度化的發展成了未來的新趨勢。其一，在智能化方便，結合先進的計算機技術，如模糊控制，模型預測控制，神經元網絡控制等，充分運用到工業控制中。其二，在數字化方面，控制系統結合了數字化管理系統，如MESS，ERP系統等，建立起廠級的甚至公司級的智能化智慧工廠。實現了從生產營銷、能源管理、設備管理、安環管理、質量管理到現場數據采集和設備控制的全面數字化管理系統。對生產調度、成本管控、金屬平衡等各類生產問題全面數字化，是未來的主要發展方向。其三，隨著微電子的發展，工業儀表中集成化程度越來越高。從終端儀表，如變頻器、變送器、數顯表等，已經實現了多種功能的集合，使得現場的采集和控制更簡單高效[3]。同時控制系統、計算機等，借助于工業互聯網，也變得高度融合和集中。其四，無線技術的發展為工業電氣儀表發展帶來福音，從開關量信號、模擬量信號，再到485通信信號和以太網信號，均已經實現了無線通信的可能。同時無線儀表和無線網關也在快速發展。無線化解決了大量人力物力的成本消耗，節約了資源，同時在維護和改造上也更便利，在解決了可靠性的問題后，未來必然成為主要的傳輸方式。

3.3 自動化控制理論及控制軟件的新發展

早在上世紀末，自動控制方法及理論便逐步朝著人工智能化的方向發展，而這種被廣泛應用于工業自動化控制系統中的人工智能技術，主要由模糊控制、神經元網絡與專家智能控制系統組成。以工業生產過程舉例，在對軋制過程的自動化控制過程中，會用到數學、物理方程抽象描述軋制過程，結合方程可以看出對軋制質量形成影響的因素中毒，所以難以依據工程參數對軋制產品質量進行合理檢測，最終導致軋制過程誤差顯著。因此，未來發展中需要重視對人工智能技術的應用力度，收集更多數據信息，結合工藝生產過程，填補常規式數學模型中的漏洞。此外，還應有機協調神經網絡和算法模型，通過設置模型精度，保證能夠獲得優質軋制產品，基于實際訂單，對專家系統故障展開在線診斷，加強軋制機組負荷分配效果。

自動控制理論研究與計算機算法的研究深入結合，但又成為一個獨立的學科，尤其在人工智能方便，是控制理論最前沿的研究方向。怎么解決好模式識別，和模糊控制，在篩選、預測等方便解決實際工藝控制的困境，是未來的方向之一。同時怎樣應對工業現場復雜惡劣的環境，提高儀表的抗干擾能力，也是控制研究理論的目標之一。

4 結束語

綜上所述，在信息技術時代，現代工業生產的自動化水平已有明顯提升，在自動化儀表及其控制技術的應用下，企業的生產質量與效率實現了大幅提高。從工業儀表自動化控制技術的發展來看，該項技術的誕生與應用一定程度上滿足了單變量控制系統的控制要求，但并不可能適用所有生產過程，因此工業儀表自動化控制技術未來發展應該向數字化、智能化、虛擬化、集成化、開放化與分布化方向發展，同時完善自動化控制理論與不斷升級更新控制軟件，提升工業控制系統的實用性。