工业过程控制系统发展与趋势交大理工

华东交通大学理工学院

Institute of Technology.

East China Jiaotong University

课程（论文）

题目工业过程控制系统发展与趋势

分院：电信分院

专业：电力牵引与传动控制

班级：12电牵1班

学号：

学生姓名：

指导教师：李杰

起讫日期：2015.11-2015.12

摘要

工业自动化技术的应用与发展，是工业技术改造﹑技术进步的主要手段和技术发展方向。本文主要介绍了工业自动化技术的特点及其对现阶段我国产业结构优化升级的重大推动作用。

关键词：工业自动化技术；技术进步；产业结构

Abstract

The application and development of industrial automation technology is the main method and technology development direction of industrial technological transformation and technological progress. This paper mainly introduces the characteristics of industrial automation technology and its important role in promoting China's industrial structure optimization and upgrading at present.

Key words: industrial automation technology; technological progress; industrial structure

引言

工业自动化技术是一种运用控制理论﹑仪器仪表﹑计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检索﹑控制﹑优化﹑调度﹑管理和决策，达到增加产量﹑提高质量﹑降低消耗﹑确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件﹑硬件和系统三大部分。工业自动化技术作为现代制造业领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。无论是高速大批量制造企业还是追求灵活﹑柔性和定制化企业，都必须依靠自动化技术的应用。实现工业自动化通常是由自动化系统和各个延伸于生产环节的自动化设备和仪表﹑工业控制阀经过组合后安装﹑调试而成。从社会学上来讲，在整个工业生产中，尽量减少人力的操作，而能充分利用人力以外的能源与各种资讯进行组织生产工作，即称为工业自动化生产，而使工业能进行自动生产的过程称为工业自动化。

工业自动化系统即机电一体化系统，主要是对设备和生产过程的控制，及机械本体﹑动力部分﹑测试传感部分﹑执行机构﹑驱动部分﹑控制及信号处理单元和接口等硬件元素，在软件程序和电子逻辑有目的的信息流引导下，相互协调﹑有机融合和集成，形成物质和能量的有序运动，从而组成工业自动化系统或产品。

在工业自动化领域，控制系统经历了电动单元组合式模拟仪表控制系统﹑集中式数字控制系统和集散式控制系统﹑集中式控制系统和集散式控制系统DCS的发展历程。

1 工业自动化的产品与系统组成

工业自动化的要素包括传动系统﹑计算机硬件通信网络和检测仪表。

传动设备：包括调速器﹑伺服系统﹑电源系统及电动机等。

计算机硬件：包括嵌入式计算机﹑工业计算机及工业控制计算机等。

通信网络：网络交换机﹑视频监视设备﹑通信连接器及网桥等。

检测仪表：各种传感器及显示仪表。

（1）工业自动化系统产品种类

工业自动化系统产品一般可分为下列几类：①可编程序控制器（PLC）按功能及规模可分为大型PLC(输入输出点>1024) ,中型PLC(输入输出点数256-1024)及小型PLC（输入输出点<256）.②分布式控制系统（DCS）又称集散控制系统，按功能及规模亦可分为多级分层分布式控制系统﹑中小型分布式控制系统﹑两级分布式控制系统。③工业PC机能适合工业恶劣环境的PC机，配有各种过程输入输出接口板组成工控机。近年又出现了PCI 总线工控机。④嵌入式计算机及OEM产品，包括PID调节器及控制器。⑤机电设备数控系统（CNC﹑FMS﹑CAM）。⑥现场总线控制系统（FCS）。

（2）自动化系统结构

目前，工业自动化系统通常分为5级：企业管理级﹑生产管理级﹑过程控制级﹑设备控制级和检测驱动级。前两级管理控制涉及的高新技术主要是计算机技术﹑软件技术﹑网络技术和信息技术；过程控制涉及的高新技术是智能控制技术和工程方法；设备控制级和检测驱动级涉及的高新技术主要是三电一体化技术﹑现场总线技术和新器件交流数字调速技术。工业自动化系统5级结构如下：

也可将上述5级分层归纳为：企业管理决策层（ERP）﹑生产执行系统层（MES）﹑过程控制系统层（PCS）三层结构和计算机支撑系统（企业网络﹑数据库），并实现系统集成，从而实现企业的物流﹑资金流及信息流的集成，提高企业竞争力。企业管理决策系统层（ERP）﹑生产执行系统层（MES）必须建立在设备自动化和过程自动化基础上。

2 工业自动化控制技术的发展趋势

（1）未来PLC。PLC现在开始向着微型化和网络化方向发展，性能和结构的PLC是未来PLC发展的一个主要趋势。当前Ethernet技术的扩展是控制领域很重要的一个发展趋势，PLC也随了这一潮流。现在有的PLC生产企业开始向客户提供Ethernet接口，使得PLC控制系统的开放性更加广泛。

（2） DCS控制系统到现场总线（FCS）的发展。基于3C技术的DCS开始向基于现场总线的FCS方向发展，这个新方向的特点是本着全分散化和全数字化，并且尽可能的全开放和互操作的最新工业生产控制自动化系统。它是双向传输和多分支结构的信息通讯网络系统，在产品生产现场装置与总控制室的自动化控制装置之间进行安装。现场总线的技术使得监测控制装置有了计算和通信双重能力，对于信号测量及传输和控制的精度的提高有着很大的影响，并且对于系统与设备的功能提高也是有帮助的。

（3）工业控制自动化软件向着先进控制技术发展。工业控制自动化软件将从人机界面朝着先进控制的方向发展，即APC（Advanced Process Control）。目前的先进控制策略主要包括有：自适应控制，预测控制和鲁棒控制，尤其是智能控制，它的下属分支有，专家系统、模糊控制和神经网络等。