電氣自動化工程控制系統的現狀及其發展趨勢

【摘 要】電氣自動化工程控制系統是電子信息領域的核心內容，其觸角伸向各行各業，已經成為高新技術產業的重要組成部分。本文首先介紹了電氣自動化工程控制系統的現狀，之后就其今后的發展趨勢進行深入探討，最后為進一步推動電氣自動化工程控制系統的發展提出幾條合理化建議。

【關鍵詞】電氣自動化控制；現狀；發展趨勢

電氣自動化控制系統涉及自動控制、電力電子技術、信息處理、試驗技術等多個技術領域，廣泛應用于人們的日常生活及工業生產。隨著各學科領域之間的交叉融合技術水平越來越高，電氣自動化控制系統發展迅速，現已成為當今高新技術產業的重要組成部分。

1.電氣自動化工程控制系統現狀

1.1電氣自動化工程控制系統的監控方式

目前電氣自動化工程控制系統的監控方式主要有集中式和遠程監控方式。

集中式監控方式的主要特點就是系統的所有功能都集中到一個處理器上，且隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯鎖采用硬接線。這從某一方面來說可以實現所有電器設備的集中管理，設計簡單，操作維修方便，控制站的防護要求較低。另一方面，處理器任務繁重，機動性較差，當處理器出現故障時整個系統將處于癱瘓狀態。尤其是當系統中需要增加的設備越來越多時，就會出現很多問題，諸如主機冗余下降、長距離電纜造成系統可靠性下降、查線困難、維護量大等。

遠程監控方式主要應用計算機網絡的遠程控制技術，不需要接入大量電纜，極大了節省了安裝費用及材料，其優點是可靠性高和組態靈活。但由于其各種總線的通訊速度較低，所以只適用于電氣部分通訊量要求相對不是很大的場合，即適合于用于小監控系統[1]。

1.2電氣自動化工程控制系統控制方法

電氣自動化工程控制系統的應用源于20世紀40年代，其最初的控制系統是通過直接數字控制器實現，后來隨著計算機技術和集成電路的發展，同時在設備大型化、工藝流程連續性要求高、要控制的工藝參數增多的外界條件驅動下，陸續出現了基于集散控制系統（DCS）和可編制控制系統（PLC）的控制方法，并被廣泛應用于電力、冶金、石油、制造等工業過程控制中。

1.2.1集散控制系統（DCS）

DCS綜合了控制、計算機、顯示和通訊等技術，屬于模擬數字的混合體系，主要應用于化工，水泥，鋼鐵等的流程控制，其控制理論是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態方便。系統以通訊網絡為紐帶，由過程控制級和過程監控級組成。其主要特點及優點如下表1所示：

表1 DCS的特點與優點情況表

然而，DCS對數字量控制和時序控制不是很強大，編程太過于復雜，一般的工程師還無法完成。同時需要第三方儀表或控制系統與DCS通訊，采用RS485或網關來轉換實現通訊的硬件成本很高。

1.2.2可編制控制系統（PLC）

PLC主要用來控制數字量，適用于機械控制，如機床流水線等。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。PLC硬件結構基本上與微型計算機相同，相當于一種專用于工業控制的計算機。從功能特點來看，PLC具有使用方便、編程簡單、功能性強、性能價格比高、可靠性高、設計簡單、安裝調試費用少和維護方便等優點。但是PLC的體系結構是封閉的，各PLC廠家的硬件體系互不兼容， 編程語言及指令系統也各異，當用戶選擇了一種PLC產品后，必須選擇與其相應的控制規程，并且學習特定的編程語言[2]。

2.電氣自動化工程控制系統發展趨勢

2.1現場總線監控方式（FCS）的應用

現場總線是應用在生產現場、在微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統，也被稱為開放式、數字化、多點通信的層控制網絡。現場總線技術將專用微處理器置入傳統的測量控制儀表，使它們各自具有了數字計算和數字通訊能力，采用可進行簡單連接的雙絞線等為總線，把多個測量控制儀表連接成網絡系統，并按公開、規范的通信協議，在位于現場的多個微機化測量控制設備之間及現場儀表與遠程監控計算機之間，實現數據傳輸與信息交換，形成各種適應實際需要的自動控制系統。現場總線體現了分布、開放、互聯、高可靠性的特點，而這些正是DCS系統的缺點。DCS通常是一對一單獨傳送信號，其所采用的模擬信號精度低，易受干擾，位于操作室的操作員對模擬儀表往往難以調整參數和預測故障，處于“失控”狀態，很多的儀表廠商自定標準，互換性差，儀表的功能也較單一，難以滿足現代的要求，而且幾乎所有的控制功能都位于控制站中。FCS則采取一對多雙向傳輸信號，采用的數字信號精度高、可靠性強，設備也始終處于操作員的遠程監控和可控狀態，用戶可以自由按需選擇不同品牌種類的設備互聯，智能儀表具有通信、控制和運算等豐富的功能，而且控制功能分散到各個智能儀表中去。由此我們可以看到FCS相對于DCS的巨大進步，在工程控制領域的發展前景較大。

2.2控制系統的統一化及標準化

電氣自動化工程控制系統的統一化就是對系統實行統一管理，在工程控制中不管是使用現場總線還是通訊系統的以太網，都需保障控制設備、計算機監管體系及企業工程管理體系中的通訊數據暢通無阻。實行電氣自動化控制系統的統一化能實現產品設計、生產、保養和維護等各階段的統一管理、統一協調，最終滿足客戶的需求，這也勢必為電氣自動化控制系統的長期發展趨勢。

電氣自動化工程控制系統的標準化就是電氣自動化控制系統的接口標準化，隨著IEC61131頒布，Windows標準平臺的使用，電氣自動化控制系統的接口實現標準化已成為必然，這不僅能極大提高各個企業的軟硬件交換數據的普遍性，還能確保各個企業之間能夠將信息交流更方便，徹底解決了企業之間的通訊困難。在今后的發展中進一步擴大電氣自動化控制系統標準化的廣度與深度將是一個新的發展方向。

2.3智能化技術的應用

智能化技術是新興高新技術領域，該技術研究的主要方向就是如何使機器具有人工智能并能完全代替人去執行一些高難度、高危險度的工作。在電氣自動化工程控制中應用智能化技術，主要是以智能化控制器的形式來進行工程控制。眾所周知，傳統的控制器在進行自動化控制時，往往會因為控制對象的動態方程比較復雜而無法精確到位，這就會增加對象模型的設計風險，降低模型設計的準確性。而智能化控制器無需控制模型，這就避免了諸多不確定因素的產生，從而提高自動化控制的準確性和方便性，進而提高了自動化控制工作的工作效率，減輕了人員壓力，實現了人力資源的優化配置[3]。

3.電氣自動化工程控制系統發展的合理化建議

3.1持續推進電氣自動化工程控制系統技術革新

電氣自動化的不斷提高與完善離不開科技創新，為進一步優化電氣自動化控制系統可以從以下幾個方面加強科技創新。首先，加強人才隊伍建設，通過企業與院校之間的合作，可以使相關專業人才在實踐中了解企業所需，了解生產中需要解決的問題，這樣才能設計出與實際生產接軌的工程控制系統，提高設計產品的客戶滿意度。其次，應時刻關注國內外最新科學技術狀態，并適當引進先進技術，同時政府應加大科研經費的投入，以便創造出具有自主知識產權的電氣自動化工程控制系統。

3.2提高電氣自動化工程控制系統風險防控能力

電氣自動化工程控制系統本身具有設計風險、市場風險和安全風險。在設計風險方面，可以從安排足夠的專業人員、做好周密的設計計劃、準備充分的設計材料加以防控；在市場風險方面，可以從深入企業調查、加強與客戶的溝通和關注市場動向等方面加以防控；在安全風險方面，可以從加強專業人員和操作人員培訓、使用安全防范集成技術和將硬件設備和軟件設備的運行情況及時備案等方面加以防控。

【參考文獻】

[1]郭紅生.電氣自動化工程控制系統的現狀及其發展趨勢[J].江蘇科技大學學報科技創業月刊，2011（12）.

[2]周艷惠.電氣自動化控制系統的設計[r].中國新技術新產品，2010，（02）.

[3]石磊.電氣自動化工程控制系統的現狀及其發展趨勢[J].自動控制，2014，（02）.