自动化技术与经济发展

引言:

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， 对生产过程实现检测、 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 自动化软件、硬件和系 统三大部分。

自动化技术作为20世纪现代制造领 域中最重要的技术之 一，主要解 决生产效率与一致性问题。虽然自 动化系统本身并不直接创造效益， 但它对生产过程有明显的提升作用。

无线通讯技术现在汽车、石化、水处理等行 业有较多应用，考虑到有些企业占有的物理 空间很大，有些工艺测量的位置难于安装， 而有些工艺测量点环境十分恶劣，用传统的 硬连线安装器件成本又过高，如果改用无线 通讯能够节约能源，减少配线和维护费用。

在无线通讯领域内有许多供应商，如Siemens 的SCALANCE W，它是无线局域网产品系列， 可用于移动设备之间的通讯，也可实现移动 设备与固定网络之间的通讯；菲尼克斯公司 （Phoenix）的产品采用无线通讯技术有蓝牙， 局域网和Trusted wireless(信托无线)等， 也有许多中国公司在开发相应的产品。
五、无线通讯技术进一步渗透控制领域

无线通讯技术作为有线控制系统的补充，正方 兴未艾地用于工业自动化系统中，也是工业自 动化产品一个新增长点，运行于2.4GHz 1SM波 段的跳频扩频（FHSS）无线传输技术具有优良 的抗干扰性和高可靠性，无线局域网和无线网 状网络扩大了无线传输的覆盖范围。无线通讯 的数据安全性是人们所关心的，但可以通过加 安全密码和加密密码等一系列措施来确保数据 的安全传输。据悉HART基金会将在近期推出 HART无线通讯新协议。
一、信息技术推动自动化

以信息化推进自动化， 自动化再促使节能、 环保、安全、高效四 大目标的实现，已成 为各行业的共识。在 当今自动化领域内， 从工艺现场层到工厂 （集团）管理层可经 由以太网，基本实现 信息的畅通无缝流通。

所谓的“现代集成生产工艺”是将信息技术、 网络技术和现代新工艺相结合，并应用于企 业产品生命周期的各个阶段，通过信息的无 缝集成、过程优化和资源优化，实现物流、 信息流、价值流的集成，以缩短企业新产品 的开发周期（T）、提高质量（Q）、降低成 本（C）、改进服务（S）和改善环境（E）， 从而提升企业的市场的应变能力和竞争能力， 与此想适应开发出一系列管理层软件，如 ERP、MRP、MIS、PES等，并越来越显示其 巨大的经济效益。

某集团MES的运营， 集团化管理的控制主 要依靠是多种人机界 面，通过OPC实现了 集团内各个生产线之 间的信息交换，也实 现了主控系统和各子 控制系统的互连，如 质量控制系统等。
七、变频器性能更加扩展

变频器的应用领域已从常规的风 机、泵类等拓展到输送、喂料机 械等，在行业应用面上也越来越 广，因而其功能也进一步提升并 多样化，一方面是全数字化、功 能齐全、能够补偿负荷变化的自 适应、调谐技术，特别是分布式 具有通信、联网功能和集成PLC的 高端变频器。另一方面是简易或 专用的变频器以及机电一体化的 变频器。
六、人机界面更趋人性化

人机界面已全系列化，包括手持式、面板式、 台式和PC机式。今后的人机界面已不仅仅局 限于SCADA以及编程、监控和诊断等，在工 业自动化领域，人机界面可以为操作和管理 人员提供越来越多的信息，功能强大的模块 化软件和多客户机/服务机结构，使人机界 面成为企业实时生产信息以及商务垂直集成 的统一的软件平台，它也是连通到外部世界 的媒介。通过驱动器或OPC来驱动各种I/O模 块，总之人机界面已演变为一个完整的系统。

除上述领域外，在自动化界特别引起关注的， 还有射频识别技术（RFID）的突起，它促使 机器视觉及其系统的迅速发展；和视觉系统 连在一体的是运动控制系统，它更趋高度智 能化，这对于有上百台驱动器的制造业，为 提高生产效率，降低运行成本是极为有利的。 另一热点是工业以太网的突破性发展，使工 业控制的三层网络（设备层，控制层，网络 层）更能无缝连接，并能与IT世界相通。自 动化技术的发展将使我们能尽快实现节能、 环保、安全、高效这四大目标。
网，互联网，无线技术等渗透控制系统。 使控制系统扁平化，实现了跨平台跨地区 的控制。
二、自动化技术的互补与渗透

DCS，PLC，IPC是自动控制领域的三大支 柱，它们之间竞争激烈，但又取长补短 和相互渗透，相互融合，因而形成了具 有混合控制策略的PLC/DCS混合系统HCS， 某咨询集团把其称之为PAC。
自动化 技术与经济发展
柳州同方科技有限公司 邓其贵
什么是自动化
机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序 或指令自动进行操作或控制的过程。 自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学 研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等 方面。 采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳 动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境 中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大 地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造 世界的能力。 因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术 现代化的重要条件和显著标志。

由于企业实现了MES的运营，集团化管理 的控制力和执行力明显提高，精细化运行 方式使得物流成本和原材料成本得到控制， 实现了综合效益的大幅增长，要把生产调 度和企业领导的决策统一成为真正的企业 管理级（ERP）还需要进一步开发。

现今计算机技术、网络技术和先进的控制 技术相结合，已不再停留在理论和实验阶段 如模型预测、神经元和神经网络、模糊控制、 多变量控制。自适应和自寻优等先进控制算 法已进入实践并用于DCS、PLC等控制器中， 而且这种趋势在加快。
物联网技术

物联网（Internet of things）从“传感网络” 发展而来的，是当前最热门的技术话题之一。 物联网主要是通过各种终端（传感器）与各种 无线通信技术相结合实现物与物的连接，再通 பைடு நூலகம்与互联网的深入广泛地融合，从而实现物与 物、人与物的大规模互联。


有些企业的控制系统采用 了Siemens的PCS7，就感到 比西门子公司原有的PLC和 step7的系统前进了一大步， 主要就是开发环境的完善， 并能方便实现集团的MIS和 MES集成，这对于做系统工 程的设计院和系统集成商 是至关重要的。
三、自动化系统更注重功能和信息安全
安全生产越来越引起人们的关注，人的生命高 于一切，已成为衡量现代工业的重要指标，对 于安全事故多发的我国，意义更为重要。 自动化控制系统主要考虑的安全有： 电气安全 防爆安全 信息安全 功能安全 信息安全是指由于信息泄密、黑客入 侵等系 统的安全性； 功能安全是指控制系统所执行的安全功能失 效引起的可能危险。

就开展控制技术而言，DTC直接转矩控制、无 传感器矢量控制是发展方向。目前速度响应约 为2ms，电流响应能达到 0.1到0.5ms。速度调 节的发展趋势是提高速度的控制精度，一般在 闭环时，对应于全范围，调速比为1:100或更 高时，速度控制精度高达0.05%。 另外变频器性能在低速时的过载 能力，稳定的、四象限运行能力 以及一机驱动多台电机的负荷平 衡等方面也有所增强。

我国自动化的发展道路，大多是在引进成 套设备的同时进行消化吸收，然后进行二 次开发和应用。目前我国自动化技术、产 业和应用都有了很大的发展，自动化技术 正在向智能化、网络化和集成化方向发展。
主要内容
信息技术推动自动化 自动化技术的互补与渗透 自动化系统更注重功能和信息安全 控制系统由集中向分散化发展 无线通讯技术进一步渗透控制领域 人机界面更趋人性化 变频器性能更加扩展 柳州市自动化技术水平现状
八、现阶段自动化发展趋势 国家用信息化带动工业化的工作重点有三个 方面：一是以电子信息技术应用为重点，提 高传统产业生产过程自动化、控制智能化和 管理信息化水平；二是 以先进制造技术应 用为重点，推进制造业领域的优质高效生产， 振兴装备制造业；三是改造提升重点产业的 关键技术、共性技术及其相关配套技术水平、 工艺和装备 水平。
四、控制系统由集中向分散化发展

智能化分布式I/O是将某一部分I/O组成 一个有自治能力的节点，其本身带有处理 器，独立完成某一部分的控制。由于组合 在一个框架内，它可直接安装在现场，甚 至空间十分有限的地方，但它同时又可链 接到中央计算机，从而将控制系统从传统 的三层结构简化为二层结构。

许多有名的PLC厂商大都推出了分布式I/O， 如Siemens的ET200系列，Rockwell的Flex ArmorI/O, Wago的WAGO-SPEED WAY 767等高 速智能I/O。智能化分布式I/O将使生产线的 系统配置可更趋扁平化，原设置的远程I/O 场合，如矿山、预配料站等可用智能化分布 式I/O替代，以节省I/O安装电缆和控制系统 整体的开销。


例如大型企业的综合自动化系统、全国铁路 自动调度系统、国家电力网自动调度系统、 空中交通管制系统、城市交通控制系统、自 动化指挥系统、国民经济管理系统等。
自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩 展，如医疗自动化、人口控制、经济管理自 动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智 能，机器人已在工业生产、海洋开发和宇宙 探测等领域得到应用，专家系统在医疗诊断、 地质勘探等方面取得显著效果。 工厂自动化、办公自动化、家庭自动化和农 业自动化将成为新技术革命的重要内容，并 得到迅速发展。

当前国内企业在竞争不断加剧的压力下，也紧跟 这股信息化的潮流，推进自动化的发展，如国内 近几年来,一些大中型企业的生产线做自动化控制 系统配置时，在现场级和过程控制级(PCS)的上端， 还增加了制造执行系统（MES ）层，并正在策划 和运作ERP，即企业资源规划和管理层，它包括有 生产管理系统、质量控制系统、采购管理系统、 仓库管理系统、销售子系统、设备管理系统、财 务管理系统、办公自动化管理系统和综合管理子 系统等。

如Siemen公司的过程控制 系统PCS7；ABB公司的 Optimize IT优化专家则集 成于Industry IT中，它通 过集成大量已验证的先进 控制技术及广泛的专家知 识库，如模糊逻辑、控制 模型、神经元和模糊控制 等，来对各企业生产过程 进行控制及实施优化决策 管理。
IT技术与自动化结合另一热点是公共局域
混合系统HCS的主要特点是：构建一个公共 的、集成的开发环境，提供通用开发平台、 共用标签和单一数据库，以满足多领域自动 化系统设计和集成的需要； 同时它采用了可自由组合的模块化的硬件架 构，减少系统升级带来的开销。它支持 IEC61158等现场总线国际标准以实现高度分 散的自动化环境，也支持事实上的工业以太 网标准，可方便地和上一级的ERP、MIS、 MES集成。


目前已相继出台的国际标准有IEC61508— 电气/电子/可编程电子安全相关系统的功 能安全标准，IEC61511—关于过程工业领 域安全仪表系统的功能安全标准，一般以 整体安全等级SIL来评估风险程度，共有4 级，安全等级SIL越高，风险就越低。

在自动化领域内现今纷纷出台了相应的 标准产品，如Siemens的故障安全容错 S7F/FH系统，Rockwell的Gruard PLC 等，有的公司则配置专用的安全模块和 相应的组态软件，并由被动的维护、诊 断发展到预防性安全措施，与此相适应 还出台了许多安全协议，如PROFIsafe、 CIPsafety等。

目前市场以PLC为主导地位的Siemens、 Schneider、Rockwell等公司纷纷推出 的具有混合控制策略的PLC/DCS混合系 统HCS，如Siemens的PCS7, ABB的 AC800F，800M, Schneider的Modicon Quantum, Rockwell的ControlLogix等， 已作为主导产品在各行业推广，并已取 得不俗的业绩。