工業(yè)自動(dòng)化控制的現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

常一帆

（西北工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，西安 710072）

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工業(yè)自動(dòng)化控制的現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

常一帆

（西北工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，西安 710072）

［摘 要］工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于交通網(wǎng)絡(luò)、土木建筑、電子電力、設(shè)備制造和信息科技等方面，它解決的核心為題是如何達(dá)到產(chǎn)品生產(chǎn)效率與質(zhì)量的一致性。因此，論述工業(yè)自動(dòng)化的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)具有重要意義。

［關(guān)鍵詞］工業(yè)；自動(dòng)化；控制；機(jī)械設(shè)備

0　引 言

工業(yè)自動(dòng)化是在生產(chǎn)過(guò)程中依靠機(jī)械設(shè)備或者不需要人力進(jìn)行參與的情況下，可按照既定的目標(biāo)完成控制、操作等處理的統(tǒng)稱。在石油、化工、汽車(chē)制造業(yè)、軍工等各個(gè)行業(yè)中，生產(chǎn)效率的提高都離不開(kāi)控制技術(shù)自動(dòng)化水平的提高。本文就工業(yè)自動(dòng)化控制的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行系統(tǒng)性的論述。

1　工業(yè)自動(dòng)化控制發(fā)展現(xiàn)狀

1.1工業(yè)自動(dòng)化控制概述

工業(yè)自動(dòng)化包括工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、硬件和軟件3部分，是一種運(yùn)用儀器儀表、控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)要求完成既定操作，從而達(dá)到增加產(chǎn)量、降低消耗、提高質(zhì)量等目的綜合性技術(shù)。

傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)主要對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，通過(guò)編寫(xiě)的軟件程序、生產(chǎn)過(guò)程中的反饋調(diào)整以及電路邏輯的引導(dǎo)，材料相互協(xié)調(diào)和集成，形成物質(zhì)和能量的規(guī)則運(yùn)動(dòng)組成工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)和產(chǎn)品。進(jìn)入21世紀(jì)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)的沖擊下，信息傳遞和交互迅速覆蓋了生產(chǎn)區(qū)域設(shè)備層、控制層和管理層的各個(gè)方面。工業(yè)自動(dòng)化當(dāng)前發(fā)展的特征轉(zhuǎn)變成智能化和集成化。

1.2工業(yè)自動(dòng)化控制現(xiàn)狀

依托于電子與通訊行業(yè)的發(fā)展，當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化控制主要以微機(jī)控制為主。目前典型的控制由上位機(jī)、工業(yè)控制器、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成三層結(jié)構(gòu)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)以可編程控制器、分布式控制系統(tǒng)、工業(yè)PC機(jī)，以及包括PID調(diào)節(jié)器和控制器在內(nèi)的嵌入式計(jì)算機(jī)與OEM產(chǎn)品為主。

第一，可編程控制器技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，是一種專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。由于可編程控制器能夠執(zhí)行算數(shù)操作、順序控制、計(jì)數(shù)和定時(shí)以及進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并能有效控制產(chǎn)品和機(jī)械生產(chǎn)的全部加工過(guò)程，因此在工業(yè)自動(dòng)化控制中長(zhǎng)期主導(dǎo)著市場(chǎng)［3］。

第二，分布式控制系統(tǒng)以基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，由多級(jí)計(jì)算機(jī)體系，包括過(guò)程監(jiān)控級(jí)和控制級(jí)等組合而成。DCS融合了包括現(xiàn)代通信技術(shù)、控制技術(shù)、顯示技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在內(nèi)的多種高新技術(shù)，是一個(gè)多融合技術(shù)的產(chǎn)物。

第三，隨著信息技術(shù)革新的興起，工業(yè)PC機(jī)融合了現(xiàn)場(chǎng)總線和控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)以及先進(jìn)設(shè)備和顯示技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，順應(yīng)現(xiàn)代科技中信息、數(shù)字、智能化的發(fā)展潮流工業(yè)PC機(jī)自20世紀(jì)90年代初進(jìn)入軍工業(yè)自動(dòng)化后，迅速進(jìn)入商用和民用的各領(lǐng)域，并獲得了更為廣泛應(yīng)用。

2　工業(yè)自動(dòng)化控制的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

2.1可編程邏輯控制器（PLC）向一體化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

一體化控制器（OCS）的提出，使PLC一體化路線逐漸清晰。OCS由PLC發(fā)展而來(lái)但卻不是單純的PLC，它將傳統(tǒng)的PLC與 HMI、I/O以及迅速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，成為一體，增加了人機(jī)交互界面，以方便工業(yè)自動(dòng)化的控制操作。其中PLC控制程序和人機(jī)界面的編程過(guò)程都使用的是由HORNER開(kāi)發(fā)的編程平臺(tái)，方便快捷的操作使其備受用戶青睞，PLC一體化的趨勢(shì)變得更加明顯。此外，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的革新和發(fā)展，引發(fā)了過(guò)程控制領(lǐng)域的變革，即Ethernet技術(shù)的擴(kuò)展，PLC的發(fā)展也依托互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨于網(wǎng)絡(luò)化。通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的高速傳輸和控制終端網(wǎng)絡(luò)功能的集成度提高，PLC將繼續(xù)向著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

2.2新型現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的發(fā)展

在新技術(shù)的推動(dòng)下，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了基地式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)以及集散控制系統(tǒng)（DCS）幾個(gè)重要階段后，現(xiàn)今正朝著現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的方向拓展和延伸。FCS在今后生命力會(huì)越加強(qiáng)大，究其原因在于FCS結(jié)合了DCS、產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)、先進(jìn)控制等新技術(shù)。其中產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以提供可靠性強(qiáng)、靈活度高、方便快捷的數(shù)據(jù)傳輸方式，這使FCS在產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)將得到更加廣泛的應(yīng)用，新型現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在控制領(lǐng)域?qū)⒈３衷鲩L(zhǎng)，占據(jù)更重要的市場(chǎng)地位。

2.3智能化控制的發(fā)展

智能化的提出引領(lǐng)了各個(gè)領(lǐng)域的變革，它是信息化技術(shù)的應(yīng)用，它采用了人工智能理論、學(xué)習(xí)算法、先進(jìn)技術(shù)，使設(shè)備能夠模擬人類智能的某些特性和功能。工業(yè)智能化控制是在人工智能的基礎(chǔ)上提出的控制方法，主要表現(xiàn)在機(jī)械設(shè)備自動(dòng)控制的多功能化方面。通過(guò)以太網(wǎng)和Web技術(shù)實(shí)現(xiàn)開(kāi)放型分布式智能系統(tǒng)，基于網(wǎng)絡(luò)通用的TCP/IP四層協(xié)議族，提供高度模塊化、分布式技術(shù)和可反復(fù)使用的工業(yè)控制方案。比如:新一代的固態(tài)傳感器和智能變送器向微型化、高精度、低功能、智能化方向發(fā)展，智能閥門(mén)定位器由高集成度的微控制器控制，對(duì)所有控制參數(shù)都可組態(tài)，實(shí)現(xiàn)線性、分程控制、等百分比、快開(kāi)等特性修正功能，并能實(shí)現(xiàn)智能化。網(wǎng)絡(luò)的嵌入使智能化的實(shí)現(xiàn)成為必然趨勢(shì)。

3　結(jié) 語(yǔ)

工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，顯著提升了社會(huì)總體生產(chǎn)效率，同時(shí)也促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和升級(jí)。隨著各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的相互交叉，學(xué)科打破原有界限，先進(jìn)的科技融合到工業(yè)控制自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)是工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，工業(yè)自動(dòng)化控制將趨于一體化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和高便捷快傳輸。工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的逐步發(fā)展，也將對(duì)提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體素質(zhì)，保持經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度和提升綜合國(guó)力有著重要的作用。

主要參考文獻(xiàn)

［1］李曉峰，張敏.有關(guān)自動(dòng)化控制的現(xiàn)狀和發(fā)展的討論［J］.河南科技，2010（6）.

doi:10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.12.117

［中圖分類號(hào)］TP273

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A

［文章編號(hào)］1673-0194（2016）12-0177-01

［收稿日期］2016-05-08