李 炳

（北京市工業(yè)技師學院,100023）

1 工業(yè)電氣自動化的特點

1.1 技術(shù)含量高

電氣自動化技術(shù)應(yīng)用普遍，具有很強的實用價值，絕大部分工業(yè)生產(chǎn)部門都會或多或少與電氣自動化技術(shù)有聯(lián)系，再者，由于技術(shù)含量高，電氣自動化系統(tǒng)兼顧軟件和硬件設(shè)計，同時還要“對癥下藥”，根據(jù)不同行業(yè)的需求和特點量體裁衣，制定針對性較好的方案，這要求設(shè)計人員具備很寬廣的知識面。

1.2 高度依賴電子技術(shù)

現(xiàn)代電子科學技術(shù)日新月異，電氣自動控制系統(tǒng)的各大組成部分，諸如信號采集器、信號處理運算器、執(zhí)行機構(gòu)、傳感器，都與電子技術(shù)有著緊密聯(lián)系。沒有電子技術(shù)的進步，電氣自動化技術(shù)的革新也就成了空談。

2 我國工業(yè)電氣自動化的現(xiàn)狀

2.1 工業(yè)電氣自動化在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀

毋庸置疑的是，中國已躍居全球第一大電子制造基地。在新的發(fā)展機遇下，技術(shù)突飛猛進，運營成本壓力尤其是勞務(wù)成本的擴張，是企業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)，這也使得工業(yè)電氣自動化解決方案在電子產(chǎn)業(yè)鏈中的地位與日俱增。同時，中國正處于新一輪經(jīng)濟轉(zhuǎn)型期，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、經(jīng)濟發(fā)展模式轉(zhuǎn)變、工業(yè)增長轉(zhuǎn)向技術(shù)密集型，工業(yè)化和信息化高度融合，新興產(chǎn)業(yè)如雨后春筍般成長，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)仍保持旺盛活力。隨著“Made in China”走向全球，前所未有的激烈市場競爭迫使企業(yè)要盡快提高技術(shù)水平，這也推進了工業(yè)電氣自動化技術(shù)在中國的深入發(fā)展。我國的電氣自動化發(fā)展模式仍以引進消化吸收再創(chuàng)新為主，在購入成套設(shè)備的基礎(chǔ)上，進行二次開發(fā)改進。我國工控計算機系統(tǒng)行業(yè)已日趨成熟，工業(yè)自動化技術(shù)正朝著智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)信息化大步邁進。

2.2 我國工業(yè)自動化存在的問題

（1）工業(yè)自主創(chuàng)新能力一般，自主知識產(chǎn)權(quán)分量不夠。我國自主研發(fā)的高端工業(yè)自動化產(chǎn)品極少，在市場上屬于弱勢地位，市場占有率很低。尤其是關(guān)鍵零部件制造，例如專用控制單元，幾乎完全依賴進口。

（2）自動化產(chǎn)品性能和穩(wěn)定性與發(fā)達國家相比差距明顯，不適用于大型精細化工程。無論是穩(wěn)定性、可靠性和適應(yīng)性，還是智能性和數(shù)字化程度，都凸顯出各種短板，這導(dǎo)致在重大工程裝備上，我國的自動化產(chǎn)品幾乎沒有用武之地。

（3）控制系統(tǒng)呈現(xiàn)“中間大，兩頭小”的局面。國產(chǎn)自動化系統(tǒng)中的主控部分，研發(fā)力量雄厚，有強有力的資金支持，也取得了豐碩的研究成果。但是，控制系統(tǒng)的兩端，變送器和執(zhí)行器，長期以來未得到足夠重視，產(chǎn)品質(zhì)量一般，我國自行研發(fā)的智能變送器市場占有率只有國外的十分之一，智能執(zhí)行器幾乎沒占有率。高質(zhì)量產(chǎn)品具備微型化、數(shù)字智能化、集成控制化等特色，并向著高精度、高穩(wěn)定性、遠程監(jiān)控一體化、低功耗的方向發(fā)展。我國的執(zhí)行器和變送器距離此目標還有非常巨大的差距。

3 工業(yè)控制計算機發(fā)展策略與前景展望

工控計算機應(yīng)用范圍迅速拓展，以往的工控機多用于過程控制，例如電力、煤炭、化工、石油加工的連續(xù)化和工藝流程化自動控制；制造自動化，機械設(shè)計加工、電子器件生產(chǎn)、汽車工業(yè)等離散加工；單機智能化，例如CNC數(shù)控機床、傳感器、步進電機、數(shù)字化家用電器、高端醫(yī)用器械等。今后，工控機將會在更多領(lǐng)域大放異彩，包括環(huán)保節(jié)能、道路交通、自動化樓宇、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等。

3.1 集散控制系統(tǒng)

以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的FCS發(fā)展迅速，并且已經(jīng)在很多方面代替了DCS，但FCS系統(tǒng)架構(gòu)相對麻煩，標準統(tǒng)一、儀表自動化等工作量繁重。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護改造仍舊離不開DCS，F(xiàn)CS想要完全取代DCS尚需時日?？v觀當今的工控計算機應(yīng)用，仍以分散對象、大規(guī)模系統(tǒng)、連續(xù)生產(chǎn)過程為主，基于分散控制模型的分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還處于發(fā)展期。得益于集成技術(shù)進步和開放結(jié)構(gòu)革新，大型分散控制系統(tǒng)市場份額逐年增加。目前DCS年銷售額逾百億元。主要DCS廠商有：YOKOGAWA、山武霍納威爾、AB、EuRo、Westing、西屋電子等。DCS是工控機中受計算機技術(shù)影響最大的一種。今后的發(fā)展趨勢主要包含以下幾點：

（1）向綜合方向不斷挺進。標準化數(shù)據(jù)通信鏈路和計算網(wǎng)絡(luò)的普及，將各種回路調(diào)節(jié)器、可編程控制器、工業(yè)PC、NC等連為一體，構(gòu)成一個大系統(tǒng)，滿足工廠各類復(fù)雜需求，開放程度日益提高。

（2）向智能化方向發(fā)展。數(shù)據(jù)庫技術(shù)、存儲技術(shù)的發(fā)展，也別是專家診斷技術(shù)和知識庫的應(yīng)用，建立了諸如自學習控制、遠程狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷、自行尋優(yōu)等多種先進模式，促進了DCS在各級的實現(xiàn)。類似于FF現(xiàn)場總線，智能輸入輸出設(shè)備的PID控制、智能變送器和執(zhí)行器、多功能人機接口、可編程控制器逐漸嶄露頭角。

3.2 數(shù)控裝置

為了適應(yīng)CAM、CIMS、FMC的發(fā)展，大規(guī)模集成電路在數(shù)控裝置中得到廣泛應(yīng)用，改善了數(shù)控裝置功能，提高了設(shè)備運行效率，也增強了機組柔性。

（1）PC化：隨著大規(guī)模集成制造技術(shù)的進步，PC硬件在功能增強的基礎(chǔ)上體積反而越來越小，CPU運行速度逐漸加快，存儲量也呈幾何倍增長。PC機的量產(chǎn)化，壓低了成本，提高了可靠性。PC機開放性好，在Windows平臺上，更多技術(shù)人員可以進行二次技術(shù)開發(fā)，極大豐富了PC機軟件。PC機功能日益增強，各類CAD/CAM軟件層出不窮，諸如UG、Pro/E、AutoCAD等軟件已在工業(yè)領(lǐng)域得到了重要應(yīng)用、PC機成為開發(fā)CNC系統(tǒng)的重要元素。

（2）交流伺服化

交流伺服系統(tǒng)的精度高、穩(wěn)態(tài)性能優(yōu)良，恒功率范圍已經(jīng)做到1:4，調(diào)速范圍可達到1:2000，已經(jīng)可以與直流伺服相媲美，而且交流伺服系統(tǒng)體積小、成本低，應(yīng)用難度比直流系統(tǒng)要小得多。

（3）高功能數(shù)控系統(tǒng)綜合性能日益增強。為適應(yīng)FMS、無人工廠的發(fā)展需求，并早日實現(xiàn)與機器人、自動化車輛、智能診斷系統(tǒng)的對接；發(fā)展管控一體化集成系統(tǒng)，已成為國際數(shù)控系統(tǒng)的大勢所趨。

（4）便捷化。簡化人機接口，采用更為易讀的編程語言，操作面板使用貼近感性思維的符號鍵，盡量實現(xiàn)對話方式等，已經(jīng)得到了設(shè)計方的重視，人機交互性也是衡量工控系統(tǒng)性能的一個重要方面。

3.3 PLC

目前，PLC廠家在全球范圍內(nèi)約有兩百多家，逾四百個品種。在汽車加工、糧食加工、化工制藥、礦山冶煉中都有大量應(yīng)用。其主要發(fā)展趨勢為：

（1）加大模擬量處理靈活度，高速、多功能、大容量，與DCS形成競爭格局。

（2）PLC實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信是重要發(fā)展方向，目前已經(jīng)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)以太化。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)能夠?qū)LC的優(yōu)勢擴展到更為廣闊的范圍。

（3）編程語言豐富。梯形圖、順序功能圖、功能塊圖、結(jié)構(gòu)文本、指令表是常用的五種PLC編程語言，這其中尤以梯形圖使用最廣泛。為適應(yīng)不同地區(qū)國家的使用習慣，同一個PLC程序可以借用多種編程語言。

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