淺談我國工業(yè)自動(dòng)化控制的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

摘要：隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，我國工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用越來越普及，并且在自動(dòng)化應(yīng)用方面取得了巨大進(jìn)步，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)人工機(jī)械的不同在于它解放了勞動(dòng)力，提升了生產(chǎn)效率，促進(jìn)了生產(chǎn)質(zhì)量的提高。文章首先對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)進(jìn)行了概述，隨后對(duì)當(dāng)前自動(dòng)控制化的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并探討了未來自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)生產(chǎn)；自動(dòng)化控制技術(shù)；機(jī)械技術(shù)；微電子技術(shù)；信息技術(shù)；電氣技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP273 文章編號(hào)：1009-2374（2017）06-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.037

1 工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的概述

所謂工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)，是指綜合運(yùn)用一系列先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行綜合控制并應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中的先進(jìn)技術(shù)，它主要包括機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)以及電氣技術(shù)等。換一種方式說，工業(yè)自動(dòng)化控制要根據(jù)人的控制需求預(yù)先設(shè)定好流程，然后運(yùn)用設(shè)備（控制器和儀表），實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的過程。要實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制，需要技術(shù)人員事先設(shè)定好數(shù)據(jù)和程序，核定好各類參數(shù)是否準(zhǔn)確，這樣才能確保自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠在生產(chǎn)過程中運(yùn)作正常，保質(zhì)保量。通常工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要的設(shè)備包括四類，即可編程序控制器（以下簡稱PLC）、工業(yè)PC機(jī)、分布式控制系統(tǒng)（以下簡稱DCS）、嵌入式計(jì)算機(jī)及OEM產(chǎn)品。其中PLC根據(jù)其規(guī)模的不同分為大型、中型和小型PLC；工業(yè)PC機(jī)可以適應(yīng)比較惡劣的環(huán)境條件，因此應(yīng)用的地區(qū)不受環(huán)境限制，在進(jìn)行生產(chǎn)控制時(shí)依靠輸入輸出接口；DCS根據(jù)規(guī)模不同分為多級(jí)多層、中小型、兩級(jí)分布式控制系統(tǒng)；嵌入式計(jì)算機(jī)中的設(shè)備組成包括PID調(diào)節(jié)器以及控制器等。

2 我國工業(yè)自動(dòng)化控制的現(xiàn)狀

我國工業(yè)自動(dòng)化控制發(fā)展的歷程比較短，開始的時(shí)間較晚，是在20世紀(jì)40年代才開始產(chǎn)生并發(fā)展的，那時(shí)我國的自動(dòng)化控制設(shè)備采用的是單機(jī)加工的方式，一直到20世紀(jì)70年代，我國才開始采用流水線作業(yè)的方式，比較廣泛地在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，這也是工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志階段。目前，我國自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)融入了信息技術(shù)等高科技技術(shù)，并綜合了其他科學(xué)技術(shù)，以下筆者將主要分析PLC、工業(yè)PC以及DCS這三種技術(shù)。

2.1 PLC

PLC（見圖1）是可編程序邏輯控制器的簡稱，它是一種可以進(jìn)行編寫的存儲(chǔ)器，依靠數(shù)字運(yùn)算實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)的控制，是計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的代表。當(dāng)前我國工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)廣泛的應(yīng)用PLC，主要是由于其具有功能強(qiáng)，性價(jià)比高；編程簡單；操作便捷，可靠性強(qiáng)；維修方便等多種優(yōu)點(diǎn)，PLC作為計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的總監(jiān)控和控制，可以根據(jù)指令進(jìn)行存儲(chǔ)和邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)模擬輸入輸出，是工業(yè)生產(chǎn)控制的關(guān)鍵。

PLC最早是由美國通用企業(yè)公司研發(fā)的，在1969年誕生了第一臺(tái)可編程序邏輯控制器，隨后世界各國也開始研究PLC控制器，它的工作步驟主要經(jīng)過三個(gè)階段：第一，輸入采樣階段；第二，程序執(zhí)行階段；第三，輸出刷新階段，在工業(yè)生產(chǎn)中有重大推動(dòng)作用，我國雖然也在不斷研發(fā)和改進(jìn)控制器的性能，但是較之國外還有很大的差距，很多技術(shù)都需要進(jìn)口，在未來，我國科研單位還要不斷提升PLC的性能，提升我國工業(yè)自動(dòng)化控制水平。

2.2 工業(yè)PC機(jī)

工業(yè)PC機(jī)主要有兩種：一種是IPC；另一種是Com-pact PCI。IPC采用的虛擬化技術(shù)，Com-pact PCI是在PCI技術(shù)之上改造而來的，工業(yè)PC機(jī)由于能適應(yīng)更復(fù)雜更惡劣的自然環(huán)境，因此可以滿足工業(yè)生產(chǎn)更多更高的要求，工業(yè)PC機(jī)防磁、防塵、抗高溫，具有良好的抗干擾能力，且能長時(shí)間運(yùn)作，具有優(yōu)良的配置和兼容性，工業(yè)PC機(jī)的兩個(gè)控制類型是我國實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的保障，同時(shí)根據(jù)區(qū)域的不同，PC機(jī)能夠滿足客戶不同的服務(wù)要求。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融入，PC機(jī)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)的控制，促進(jìn)了內(nèi)部溝通。當(dāng)前，眾多企業(yè)都在采用工業(yè)PC機(jī)控制企業(yè)生產(chǎn)，這與我們前面介紹的PC機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是分不開的，作為具有高級(jí)診斷功能，且安裝簡便的自動(dòng)化控制設(shè)備，技術(shù)人員對(duì)于其操作步驟更加容易掌握，在出現(xiàn)故障后診斷與檢修都比較簡便，且需要的花費(fèi)合理，性價(jià)比高。現(xiàn)在不管是在我國還是國際社會(huì)都十分歡迎工業(yè)PC機(jī)的使用，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國在這方面的技術(shù)研發(fā)仍將不斷進(jìn)步。

2.3 DCS

DCS是Distributed Control System的縮寫，代表的是集散控制系統(tǒng)，它是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)的一種新型控制系統(tǒng)。在20世紀(jì)70年代DCS才開始開發(fā)，我國對(duì)于它的研究還要更晚，隨著科技的不斷發(fā)展，我國對(duì)于DCS的投入在不斷增多，當(dāng)前不論是在質(zhì)量保障還是安全保障上我國都已經(jīng)達(dá)到了世界頂尖水平，隨著研究成果的逐漸增多，我國現(xiàn)在不少企業(yè)都在應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的改良。

3 工業(yè)自動(dòng)化控制的未來發(fā)展趨勢(shì)

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

作為新型的PLC，OCS（一體化控制器）的開發(fā)和應(yīng)用具有結(jié)構(gòu)簡便緊湊，安裝更加方便的優(yōu)點(diǎn)，它的出現(xiàn)讓PLC的控制線路更加清晰。OCS不同于傳統(tǒng)的PLC，它的出現(xiàn)有效集合了包括HMI、FO在內(nèi)的多個(gè)控制器設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，OCS有效將它們集成一體，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，使技術(shù)人員在操作時(shí)更簡單也更便捷。作為可編程的邏輯控制器，它在未來將向著一體化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，在實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的過程中，采用的是HORNER編程平臺(tái)，使用起來更加快捷，十分受企業(yè)青睞。另外，隨著我國信息技術(shù)的不斷發(fā)展，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)也讓PLC的發(fā)展之路更加廣闊，當(dāng)前不論是控制終端還是傳輸速度都有大幅提高，并且在未來還會(huì)向更加智能和高效的方向發(fā)展。

3.2 新型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用讓新型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)得到了發(fā)展，由計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)經(jīng)過了這樣幾個(gè)發(fā)展階段，即基地式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、組合式儀表控制系統(tǒng)、數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)和DCS，經(jīng)過了一系列整合發(fā)展后，當(dāng)前控制系統(tǒng)開始向總線控制的方向發(fā)展，我們簡稱FCS，F(xiàn)CS在未來還會(huì)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展壯大，讓總線控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用到工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，憑借更高的靈活性、更好的準(zhǔn)確性、更快的傳輸速度應(yīng)用到更廣的領(lǐng)域，占據(jù)更高的市場地位。

3.3 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。通過以太網(wǎng)和Web技術(shù)實(shí)現(xiàn)開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、快開等特性修正功能，并能實(shí)現(xiàn)智能化。

4 結(jié)語

總之，當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)在我國很多行業(yè)中都得到了應(yīng)用，自動(dòng)化控制大大減輕了人工負(fù)擔(dān)，有效提升了工作效率，提高了生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)自動(dòng)化的應(yīng)用是科技發(fā)展的體現(xiàn)，它促進(jìn)了我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和升級(jí)優(yōu)化。在未來，我國工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)仍將結(jié)合多個(gè)學(xué)科，結(jié)合多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，以先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)不斷向前發(fā)展，走向更加智能化、網(wǎng)絡(luò)化、便捷化的道路。這對(duì)于促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)繁榮、不斷提高我國綜合國力、提高國際競爭力具有十分積極的作用。

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作者簡介：許楠（1981-），男，天津人，天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程師，研究方向：自動(dòng)控制。

（責(zé)任編輯：蔣建華）