淺談工業(yè)自動化發(fā)展趨勢

江凱　向思睿　潘嘯天　姚凱

摘要：工業(yè)自動化是工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的基礎，在傳統(tǒng)產業(yè)改革及工業(yè)結構的調整優(yōu)化中起到重要作用。文章對于工業(yè)自動化自七十年代至目前幾個發(fā)展階段進行詳盡分析的基礎上，概括了現(xiàn)階段國內外工業(yè)自動化的發(fā)展現(xiàn)狀，在此基礎上，提出對未來自動化控制發(fā)展展望，即無線控制儀表以及總線控制模式的發(fā)展及應用。

關鍵詞：工業(yè)自動化;發(fā)展;現(xiàn)狀;展望

1 工業(yè)自動化自七十年代至目前幾個發(fā)展的趨勢

現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)即涵蓋上述功能性器件的子系統(tǒng)所組建的復雜型控制網絡，其發(fā)展經歷了以下幾個重要時期。

工業(yè)自動化啟蒙階段，七十年代左右，工業(yè)領域內已經出現(xiàn)了利用浮動閥門進行自動控制的機械裝置如水鐘等，并實現(xiàn)了蒸汽系統(tǒng)中溫度、壓力、機械傳動的控制，在工業(yè)革命熱潮下，工業(yè)控制系統(tǒng)在航海、制造業(yè)、電力、交通、研究等行業(yè)均產生較大的影響：航海領域，伺服機構的設計及應用極大地改善了操作機構與傳動機構間的配合性能;繼電器裝置在制造業(yè)領域的廣泛應用改善了制造業(yè)控制模式;電廠內通過配置具有電力監(jiān)控功能的中央控制室對于電站進行電力生產及調度控制，提升工作效率及可靠度;主動式平衡裝置、陀螺儀的發(fā)明及應用促進交通領域的發(fā)展，并為后期自動駕駛以奠定基礎;負反饋概念的提出以及“標準閉環(huán)”分析方法的建立對于新型控制系統(tǒng)的研發(fā)有著重要意義。總體上講，由于該階段經典控制理論尚未完全建立，所面臨的問題即控制系統(tǒng)的可靠性及安全性問題。

工業(yè)自動化發(fā)展階段，在現(xiàn)代化工業(yè)控制理論的基礎之上，不斷發(fā)展了工業(yè)自動化的應用。工業(yè)自動化的前期產業(yè)及標準均由美國組織所建立：美國電話電報公司對于通信系統(tǒng)進行了帶寬的擴展，福克斯波羅公司研發(fā)設計了第一款比例積分控制器用于系統(tǒng)反饋回路的控制;建設者鑄鐵公司在對于工業(yè)控制系統(tǒng)深入分析的基礎上，初步建立起工業(yè)自動化控制理論;麻省理工學院伺服機構實驗室進行了工業(yè)控制系統(tǒng)的模擬工作。經典控制理論極大豐富和發(fā)展了工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，提升其可靠性。二戰(zhàn)期間對于軍事領域的控制技術逐漸轉化用于民用工業(yè)，在理論及應用基礎上，實現(xiàn)了工業(yè)控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代：執(zhí)行機構、數據采集系統(tǒng)、中央控制機構等性能全面提升，極大促進了當時工業(yè)化的發(fā)展進程。

在工業(yè)自動化數字化應用階段，工業(yè)控制系統(tǒng)實現(xiàn)與通信系統(tǒng)及電子計算機的結合，促進了控制系統(tǒng)數字化發(fā)展及應用。其中，第一代工業(yè)控制系統(tǒng)即計算機集中控制系統(tǒng)，采用的是直接數字控制（Direct Digital Control：DDC）模式，其工業(yè)控制系統(tǒng)結構包括：用于替代繼電裝置的可編程邏輯控制器（PLC）數據采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）遠程終端單元（RTU）通信技術以及通信網絡傳輸協(xié)議及電力系統(tǒng)協(xié)議等。

2 國內外工業(yè)自動化發(fā)展現(xiàn)狀

2.1國內發(fā)展現(xiàn)狀

目前國內工業(yè)自動化控制系統(tǒng)技術已達中等國際水準，具備一定的生產規(guī)模及開發(fā)能力。國內的自動化控制系統(tǒng)具有專業(yè)性強、應用廣泛、市場巨大的特性，在IPS、DCS、PLC等領域，外商仍占據著統(tǒng)治性地位，給國內產品的發(fā)展造成較大的競爭壓力，國內中低端產品占據主要地位，自主開發(fā)的產品包括中小型DCS、總線式測試系統(tǒng)等，高端市場被歐美供應商占據，如集散控制系統(tǒng)等目前國內DCS產品逐漸向國際水平發(fā)展，已具有自主知識產權，國產PLC 尚未形成產業(yè)化規(guī)模。國內工業(yè)自動化行業(yè)市場規(guī)模為：國內工業(yè)自動化控制設備在國際市場中占據較大份額，2016年國內市場規(guī)模已達1550億元，預計2017年將達1593億元，工業(yè)控制自動化技術正在向智能化、網絡化和集成化方向發(fā)展。

2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀

依據IHS市場調研數據，在08-09年金融危機后期通過產業(yè)調整與優(yōu)化，國際范圍內工業(yè)自動化已實現(xiàn)快速發(fā)展，近年來全球工業(yè)自動化行業(yè)營業(yè)收入，至2011年營收已達1，653億美元，在之后的幾年中，工業(yè)自動化增速有所減緩，且亞太地區(qū)仍占據著全球工業(yè)自動化行業(yè)的主導地位，引領自動化控制行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

3 對未來自動化控制發(fā)展展望

3.1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

伴隨計算機網絡通信技術、電工電子技術等的發(fā)展，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)也在不斷優(yōu)化，更新?lián)Q代，未來工業(yè)自動化控制系統(tǒng)將朝著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)方向發(fā)展，即FCS。FCS系統(tǒng)也稱現(xiàn)場底層設備控制網絡，是連接現(xiàn)場智能設備和自動化控制設備的雙向串行、數字式、多節(jié)點通信網絡。伴隨FCS系統(tǒng)的設計研發(fā)及工程應用，不斷地推動著工業(yè)控制系統(tǒng)的前進。在該系統(tǒng)的基礎上，未來PLC發(fā)展的主流即為能遵循現(xiàn)場總線通信協(xié)議或能與其交換信息的可編程邏輯控制器。

3.2 管控一體化系統(tǒng)集成

伴隨網絡技術的應用不斷深入，管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的集成已成為未來工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，即管控一體化系統(tǒng)集成。通過大數據分析，為工業(yè)過程配套最優(yōu)解決方案，促進工業(yè)化效率以及綜合競爭能力，利用以太網以及Web技術實現(xiàn)的開放型分布式智能系統(tǒng)涵蓋多系統(tǒng)、多技術的集成，系統(tǒng)集成中，包括現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS與DCS的集成、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS、DCS與PLC的集成以及FCS的集成三方面;技術集成方面包括操作技術、通用數據交換技術等的集成。因此，未來工業(yè)自動化將朝著分布性、開放性程度不斷提升以及信息化方向不斷前進。

4 結束語

伴隨經濟社會的不斷發(fā)展，我國逐漸邁進了工業(yè)信息化以及科技化的嶄新時代，在時代的發(fā)展潮流中，工業(yè)自動化是工業(yè)現(xiàn)代化實現(xiàn)的重要基礎，也是工業(yè)現(xiàn)代化的重要核心以及標志。因此對于工業(yè)自動化的研究對于現(xiàn)階段工業(yè)化的發(fā)展有著關鍵性意義。工業(yè)自動化是針對機械作業(yè)過程而提出的，涵蓋了自動化控制、儀表、計算機網絡通信等領域，指設備在沒有人力的直接干預仍能高效完成機械作業(yè)，包括機械裝置的操縱、信息化處理以及整體性智能化過程控制等方面。工業(yè)自動化裝置具有自動化程度高、工作效率高、生產流程穩(wěn)定、適合批量生產等優(yōu)勢，工業(yè)自動化程度的提升對于產業(yè)轉型升級、工業(yè)結構的調整以及企業(yè)競爭力的提升有著十分重要的意義，特別是現(xiàn)階段我國面臨著供給側結構改革，工業(yè)領域也逐漸朝人機互動、智能化方向發(fā)展，以提升工業(yè)企業(yè)全要素生產率。

參考文獻

[1]馬彥紅.工業(yè)自動化的發(fā)展現(xiàn)狀及其應用[J].硅谷，2010（14）.

[2]李靜.工業(yè)以太網在工業(yè)自動化系統(tǒng)中應用及前景[J].承鋼技術，2008（1）.

[3]向曉波.工業(yè)自動化是節(jié)能減排的重要技術支撐[J].新重慶，2008（7）.