芻議自動化控制技術在工業中的現狀及趨勢

杜春城

（河鋼集團衡水板業有限公司，河北 衡水053000）

工業自動化控制基于“運用控制理論”，涵蓋儀表儀器、計算機技術、信息技術等，可在工業生產全過程，提供有效的技術支持，主要表現為全方位監測、全面控制、過程優化、調度、現場管理、有效決策等，能夠達到保障生產安全、提高生產質量、提高產量等目的。自動化控制技術對20 世紀以來的工業發展產生了深刻的影響，盡管自動化控制技術本身不會創造效益，但是對于生產效率卻有明顯的促進、提升作用。我國歷來注重實體經濟建設，自新中國建立以來，工業在多項政策的扶持下不斷發展，時至今日，中國已經成為“世界工廠”，制造影響力輻射至全世界。2015 年5 月，國務院印發的《中國制造2025》文件，對我國工業發展進行了全面的的戰略部署，該戰略部署文件將技術、創新納入到核心位置，即“突破一批重點領域關鍵共性技術，促進制造業數字化、網絡化、智能化，走創新驅動的發展道路。”因此，亟需對自動化控制技術在工業中的現狀及趨勢進行系統探究以及梳理，以為行業發展提供可靠參考借鑒。

1 自動化控制技術在工業制造中的應用現狀

自二十世紀六十年代起，美國、德國等構架就依靠計算機、高新技術對工業進行全方位的改造，工業得到突飛猛進的發展，并成為國家實體經濟的主要發展引擎。進入21 世紀，全球化市場框架基本形成，國際競爭越發激烈，中國的世界工廠體系也基本完善，在市場競爭的影響下，制造企業必須要提高制造效率、加快產品進入市場的時間、全面改善產品的質量、進一步降低生產成本、完善服務體系[1]。由此，現代制造企業開始追求更加準確、高效率信息傳遞模式以及設備控制方法，以工業PC 為基礎的工業過程控制系統（process control system，PCS）得到普及。目前國內制造企業所應用的工業過程控制系統主要分為基礎自動化、過程自動化、管理自動化三個層次。

有別于傳統的自動化控制系統，工業過程控制系統不由集散控制系統和邏輯控制系統構成，因國內的PLC 元件制造水平相對較低，故傳統自動化控制系統高額的成本讓許多制造企業望而卻步。基于工業PC 的自動化控制，依托于工業PC、監控體系、I/O 裝置，實現了低成本控制，快速在各大企業普及。如，重鋼電子公司就在21 世紀初就應用了工業過程控制系統，并以DCS 控制的型鋼加熱爐為基礎，改變其加熱控制邏輯，以模糊控制器解決傳統邏輯控制存在的解耦問題、尋優問題，工廠PML 管理系統可直接連接型鋼加熱爐實現遠程控制[2]。

近幾年，工業過程控制系統的應用已經成為主流，主要分為compact PCI、Industrial 兩種類型，比如AT96 總線工控設備等，就能夠基本完成制造企業的控制目標。而從制造企業的發展態勢來看，工業制造對熱拔插、控制穩定性、冗余配置的要求你在不斷提升，AT96 總線工控設備的局限性局部表現出來，所以在中大型規模的制造企業中，多采用了compact 總線技術以及計算機技術來實現對工業制造的綜合控制[3]。

2 工業自動化控制的發展趨勢

2.1 PLC 微型化、網絡化、PC 化、開放化發展

長久以來，在工業自動化控制體系中，PLC 一直占據著“主角地位”，且PLC 也為制造業提供了多元化的控制方案。從宏觀層面上看，我國工業生產自動化控制基本為工業PC、DCS、PLC三足鼎立的狀態。從近幾年PLC 工控市場的發展狀況來看，不難發現，PLC 控制整體表現出穩中向好的發展態勢。PLC 市場發展狀態基本展現了中國工業的發展情況，在互聯網技術、信息技術快速發展的背景下，PLC 也受到了一定沖擊，未來PLC 控制必然會逐步朝著網絡化、微型化、開放化的方向調整[4]。比如，近幾年部分企業已經開始實裝小于32 i/o 的微型PLC，且越來越多的供應商也開始提供PLC Ethernet 接口。

2.2 DCS 系統測控一體化發展

DCS 系統已經經歷了數十年的發展時間，國內DCS 系統發展起步于二十世紀七十年代，時至今日，化纖、依稀、化肥、石材、電力等等制造企業均已經實裝DCS 系統，“九五”到“十三五”期間，國內的DCS 系統制造企業林立且在不斷發展，比如浙大中控、航天測控、電科院等等，且國內DCS 系統技術水準已經基本和國外持平，這就大幅度控制了DCS 系統的價格，為國內工業應用DCS 系統創造了良好環境[5]。但是就2018 年的統計數據來看，DCS 發展情況卻不容樂觀。據立木信息咨詢發布的《中國DCS 控制系統市場格局與投資戰略報告（2018 版）》顯示，目前國內DCS 市場競爭愈演愈烈，整體價格呈逐年下降趨勢，但DCS 本身功能亦日趨完善，應用范圍也逐漸擴大，甚至滲透到一些PLC 的傳統市場。傳統DCS 廠家不再局限于僅僅銷售DCS系統本身，而是越來越關注以DCS 為平臺的“衍生”產品和解決方案。相對惡劣的DCS 市場以及工業生產更為復雜的控制需求，促使DCS 必須朝著測控一體化的方向發展。同時各大企業所應用的DCS 會朝著上下兩個方向同步延伸，信息技術和DCS也亟需完成無縫銜接。

2.3 現場總線控制全面普及發展

IEC 61158 將現場總線控制定義為：安裝在制造區域或者過程區域的自動控制裝置、雙向傳輸裝置，現場總線控制能夠保證測控設備具備應有的數字通信能力、數字計算能力，可有效保證測控裝置信息傳播精度、效率以及設備的運作性能等。現場總線控制技術的全面普及和相關技術規范的完善息息相關，在“九五”到“十三五”期間，國家為促進現場總線技術的發展，實施了一系列的開發研究計劃，目前已經構成了一個基本完善的技術體系，HART、FF 協議也實現了和我國工業生產體系的全面適應。現場總線技術未來必然會和工業以太網、5G 技術、DCS 技術等實現全面整合，或會蛻變為一種更加方便、靈活的數據傳輸技術[6]。

2.4 工控軟件先進化發展

這就表示未來自動化控制以及工控軟件會朝著先進化、智能化的方向不斷發展。具體表現為大數據技術、云計算技術的廣泛應用，通過高效運算來為企業的管理、決策提供完善的解決方案。盡管目前業界對先進化控制、智能化控制還沒有嚴格且統一的定義，但是基本能夠預見工控軟件未來即將實現的功能，即：自適應控制、預報控制、魯棒控制等等功能。因智能化控制和先進控制能夠創造出可觀經濟效益，且在技術經濟的推動下，相關研究也會持續發展，所以廣大從業者對這種變化應該有具體的認知，并在該方面加深了解。

綜上所述，大力發展工業自動化，是加速傳統產業改革，提高生產效益，提高整體國力的必要手段，工業作為中國經濟的支柱，未來必然會在多項政策、戰略規劃的指導下實現持續發展。未來，一是會以信息技術應用作為重心，并提高傳統自動化控制效率、穩定性；二是以先進技術為重心，持續推進制造行業的高效率發展，并不斷提高裝備制造業的整體水平；三是重點發展改造提升相關核心技術，并持續研發配套設備。