電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)探討

劉 穎 鐘玉珍

（長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品分院教務(wù)科，吉林長(zhǎng)春 130033）

0 前言

電氣自動(dòng)化工程是電氣工程與自動(dòng)化的簡(jiǎn)稱(chēng)，這個(gè)專(zhuān)業(yè)涉及電工、電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)等專(zhuān)業(yè)，是一門(mén)綜合性比較強(qiáng)的學(xué)科。電氣化控制系統(tǒng)的最大功能就是幫助企業(yè)降低勞動(dòng)力成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，提高工作精度，增強(qiáng)信息傳遞的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)還能降低安全事故發(fā)生的概率，保證設(shè)備的安全。

1 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程

要對(duì)目前電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)有清楚地認(rèn)識(shí)，并對(duì)未來(lái)的自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)提出意見(jiàn)，必須要了解電氣自化控制的發(fā)展過(guò)程，電氣自動(dòng)化的發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程，這期間涌現(xiàn)了三種控制系統(tǒng)：PLC、DCS、FCS。這三大系統(tǒng)引起各自的特點(diǎn)在某個(gè)時(shí)代的某些工業(yè)領(lǐng)域占據(jù)著重要的地位。PLC可編程邏輯控制器。它主要是依靠?jī)?nèi)部存儲(chǔ)的程序，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)等操作，通過(guò)數(shù)字輸入輸出的方式控制工業(yè)生產(chǎn)。DCS是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和圖形顯示技術(shù)于一體的控制系統(tǒng)。DCS以其高度的可靠性、方便的組態(tài)軟件、豐富的控制算法、開(kāi)放的聯(lián)網(wǎng)能力，逐漸成為過(guò)程工業(yè)自動(dòng)控制的主流系統(tǒng)。在眾多工業(yè)制造領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。FCS控制系統(tǒng)是Inter公司在1984年提出的一種分布式控制系統(tǒng)-位總線（BITBUS），F(xiàn)CS控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備、互聯(lián)信息的傳遞與溝通，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信，對(duì)于信息的處理也更現(xiàn)場(chǎng)化。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的控制工作分散到各個(gè)控制儀表中，復(fù)雜的高層次的運(yùn)算依靠控制室運(yùn)算即可。

2 電氣自動(dòng)化體現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)特征

電氣體系在設(shè)置時(shí)一般將用電設(shè)備安裝在電動(dòng)機(jī)部門(mén)與配電室，此類(lèi)系統(tǒng)配件較多，負(fù)責(zé)處理的信息量大，在出現(xiàn)技術(shù)問(wèn)題時(shí)維修復(fù)雜困難。和熱工體系相比較而言，電氣系統(tǒng)在操作控制時(shí)控制的頻率較低，系統(tǒng)正常運(yùn)營(yíng)階段，一般經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間間隔在發(fā)布下一個(gè)操作命令即可。電氣設(shè)備在系統(tǒng)保護(hù)時(shí)要求較高，一般其運(yùn)動(dòng)操作速率較快。從構(gòu)造層面來(lái)講，電氣設(shè)備操作困難但是邏輯連鎖規(guī)律強(qiáng)。一般對(duì)于電氣自動(dòng)化監(jiān)控體系需要引入不同的控制技術(shù)。如兩臺(tái)體系同時(shí)操作，要保證兩種體系互不干擾，及兩臺(tái)操作體系相互獨(dú)立。為此應(yīng)科學(xué)考量同步運(yùn)行機(jī)組中分布控制電氣模式確保整個(gè)操作系統(tǒng)的安全、準(zhǔn)確、穩(wěn)定。綜合考慮電氣設(shè)備的各類(lèi)特點(diǎn)，在構(gòu)建控制體系的過(guò)程中，必須采取慎重的態(tài)度科學(xué)準(zhǔn)確的布設(shè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，選擇行之有效的控制聯(lián)網(wǎng)方案，保證整個(gè)電氣化控制系統(tǒng)的安全高效。在進(jìn)行自動(dòng)化服務(wù)階段，要搜集各類(lèi)有價(jià)值的信息并通過(guò)一定的手段處理這些數(shù)據(jù)，根據(jù)分析結(jié)果擬定應(yīng)急預(yù)案，保證整個(gè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)持續(xù)高效的運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是見(jiàn)年來(lái)科技領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成績(jī)，雖然和西方的發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的電氣自動(dòng)化技術(shù)還是略顯遜色，但是隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步成熟，國(guó)際之間的交流越來(lái)越頻繁，電氣自動(dòng)化技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。我國(guó)的自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)該結(jié)合自己的國(guó)情，接納發(fā)展一些先進(jìn)的控制理念，爭(zhēng)取在自動(dòng)化控制領(lǐng)域取得巨大的突破進(jìn)展。目前我國(guó)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，DCS控制是主流。

隨著工業(yè)自動(dòng)化的需求DCS系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。DCS的含義就是集散控制系統(tǒng)也叫分布式控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)的特點(diǎn)就是通過(guò)一個(gè)總的控制室把各個(gè)不同位置處的設(shè)備集中到一起管理，這種分布式控制系統(tǒng)能大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本。一個(gè)工人通過(guò)一個(gè)儀器設(shè)備就可以控制多種設(shè)備，而不需要各個(gè)設(shè)備室都配置一個(gè)工人。

上世紀(jì)七十年代中葉，產(chǎn)生了第一個(gè)分布式控制系統(tǒng)——美國(guó)霍尼韋爾控制系統(tǒng)TD-CS2000，眾多的分布式控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域取得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。DCS具有可靠性高、軟件操作簡(jiǎn)單、控制算法豐富、開(kāi)放的聯(lián)網(wǎng)能力，逐漸成為當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化控制的主要控制系統(tǒng)。目前全球數(shù)百家的公司開(kāi)發(fā)了上千種分布式控制系統(tǒng)，然而DCS因其先進(jìn)、可靠、準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)在工業(yè)領(lǐng)域占有重要地位，此操作系統(tǒng)廣泛的服務(wù)于航天、熱工、石油化工、汽車(chē)制造、輪船加工等行業(yè)。

開(kāi)發(fā)了各種類(lèi)型的分布式控制系統(tǒng)1500余種，DCS以其先進(jìn)、可靠、靈活和操控簡(jiǎn)便以及介理的價(jià)格而得到廣大工業(yè)用戶(hù)的青睞，廣泛應(yīng)用于冶金、電力、化工、石油和造紙等工業(yè)領(lǐng)域。雖然DCS控制系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、可擴(kuò)充性等優(yōu)質(zhì)特點(diǎn)，但是隨著DCS的廣泛應(yīng)用，分布式控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)開(kāi)始暴露。

但隨著DCS逐漸的運(yùn)用，我們也越來(lái)越感受到分布式控制系統(tǒng)所存在的缺點(diǎn)。例如對(duì)于混合體系來(lái)說(shuō)，采用傳統(tǒng)的儀表進(jìn)行分布式控制已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足制造的精度及要求，系統(tǒng)的可靠性就大大降低了；另外由于長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)于分布式控制系統(tǒng)一直沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致許多廠商之間的產(chǎn)品不能互換共容。因此必須要對(duì)現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

4 電氣自動(dòng)化應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)與電氣自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合越來(lái)越緊密，眾多的控制系統(tǒng)制造廠商開(kāi)始將電氣自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)融合在一起。Internet和以太網(wǎng)技術(shù)給電氣自動(dòng)化帶來(lái)了全面技術(shù)革命，電子商務(wù)的發(fā)展對(duì)這一過(guò)程也具有巨大的促進(jìn)作用。網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的參與使控制系統(tǒng)的控制手段和方式有了更多的選擇。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及視頻處理技術(shù)的采用直接影響著工業(yè)設(shè)備的工作與控制。同時(shí)軟件操作系統(tǒng)越來(lái)越優(yōu)化，越來(lái)越智能，電氣自動(dòng)化技術(shù)向著集成化多元化的方向發(fā)展。

隨著電氣自動(dòng)化的發(fā)展，電氣自動(dòng)化不僅應(yīng)用于制造復(fù)雜、控制手段嚴(yán)格的飛機(jī)、汽車(chē)等領(lǐng)域，一般的電器開(kāi)關(guān)之類(lèi)的生產(chǎn)中運(yùn)用了電器自動(dòng)化控制，未來(lái)電氣自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

4.1 現(xiàn)階段電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)的總體趨向

在控制策略上電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)正朝著更智能、更協(xié)調(diào)、更高效、適應(yīng)性更強(qiáng)等方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的介入使自動(dòng)化控制手段越來(lái)越多樣化，并且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷推進(jìn)，新的技術(shù)措施被引入到自動(dòng)化控制中，并且要求對(duì)信息處理技術(shù)要不斷地更新提高以適應(yīng)新的工業(yè)發(fā)展要求。發(fā)展中還要借助先進(jìn)的科技成果和創(chuàng)新理論來(lái)實(shí)現(xiàn)多樣化的發(fā)展。這種發(fā)展在手段上顯得變化多端，增加了微電子、電子電氣控制元件和遠(yuǎn)程通訊技術(shù)控制的方式。

4.2 核心競(jìng)爭(zhēng)力方向

電氣自動(dòng)化在企業(yè)發(fā)展中占據(jù)重要的地位，是企業(yè)擁有核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵籌碼，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，行業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，企業(yè)在電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)、研發(fā)投入上越來(lái)越注重。投入的增加必會(huì)帶來(lái)自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，研發(fā)的深入必定會(huì)帶來(lái)技術(shù)的革新，這些舉措都能大大縮小我國(guó)在該領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步逐步實(shí)現(xiàn)我國(guó)電氣自動(dòng)化的自主研發(fā)和創(chuàng)新，這無(wú)論對(duì)于提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)還是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都有重要的作用，并且能夠推動(dòng)我國(guó)的電氣自動(dòng)化技術(shù)朝著規(guī)模化、規(guī)范化的方向發(fā)展。從我國(guó)的基本國(guó)情出發(fā)，目前有兩大發(fā)展趨勢(shì)，即分布式趨勢(shì)和開(kāi)放式趨勢(shì)。分布是趨勢(shì)的主要特點(diǎn)是在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中建立相對(duì)獨(dú)立的功能模塊，這類(lèi)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是能夠降低系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。而開(kāi)放式系統(tǒng)主要是建立電氣自動(dòng)化系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與管理的完好結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)更加智能，更趨于一體化。

4.3 以電氣自動(dòng)化推動(dòng)電氣智能化的發(fā)展

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要收集、傳輸、處理的數(shù)據(jù)越來(lái)越多。以太網(wǎng)的發(fā)展為電氣自動(dòng)化的革命帶來(lái)了契機(jī)，以太網(wǎng)傳輸速度高、傳輸數(shù)據(jù)大，能夠更好的適應(yīng)目前控制的現(xiàn)狀。未來(lái)的發(fā)展應(yīng)該以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，結(jié)合具體的工業(yè)制造產(chǎn)生以以太網(wǎng)為核心的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。

目前我國(guó)在CIMS、自動(dòng)控制機(jī)器人產(chǎn)品、專(zhuān)用集成電路等方面取得了不錯(cuò)的進(jìn)步，各個(gè)電氣自動(dòng)化開(kāi)發(fā)公司紛紛基于現(xiàn)有先進(jìn)控制理念推出各種模式的控制系統(tǒng)，電氣自動(dòng)化控制越來(lái)越智能。目前被國(guó)際上普遍接受的EC61131標(biāo)準(zhǔn)儼然已成為了控制操作的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)在自動(dòng)化控制中占據(jù)著越來(lái)越重要的地位，自動(dòng)化控制系統(tǒng)廠商也越來(lái)越意識(shí)到軟件的重要性。軟件操作對(duì)工業(yè)的控制也從單一的設(shè)備向集成設(shè)備轉(zhuǎn)換，并且這個(gè)過(guò)程是不可逆轉(zhuǎn)的。在軟件發(fā)展過(guò)程中，要增強(qiáng)軟件的合理性增加工作的擴(kuò)充空間，其次對(duì)于通訊數(shù)據(jù)的處理及組態(tài)環(huán)境的使用要求更高。目前開(kāi)發(fā)應(yīng)用比較成熟的電氣智能化控制系統(tǒng)有同方CAPP，全業(yè)CAPP等這些都是以危及環(huán)境集成化CAPP為應(yīng)用開(kāi)發(fā)為基礎(chǔ)二次開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，隨著科技的不斷進(jìn)步，電氣智能化的發(fā)展道路會(huì)越來(lái)越廣，真正實(shí)現(xiàn)電氣控制的智能化一體化。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)闡述電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域及國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的巨大作用，說(shuō)明發(fā)展電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的重要意義。分析了電氣自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)特征，闡述在操作系統(tǒng)控制中的具體應(yīng)用，講述我國(guó)的電氣自動(dòng)化的研究發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)分布式控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)DCS的特點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)，提出未來(lái)電氣自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，特別是對(duì)電氣智能化的有點(diǎn)及發(fā)展空間進(jìn)行了詳細(xì)的分析，使電子自動(dòng)化的發(fā)展真正實(shí)現(xiàn)電氣智能化。

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