工厂自动化介绍

工厂自动化技术概述

一、工厂自动化发展史：

20世纪40年代开始, 人們开始使用分散式测量仪表和控制装置, 进行单参数自动调节,取代了传统的手工操作。

50 年代，人们开始把检测与控制仪表集中在中央控制室, 实行车间集中控制, 一些工厂企业初步实现了检测仪表化和局部自动化．这一阶段, 过程控制系统结构绝大多数还是单输入单输出系统, 受控变量主要是温度、压力、流量和液位四种参数, 控制的目的是保持這些参数的稳定, 消除或减少对生产过程的干扰影响．而过程控制系统采用的方法是经典控制理论中的频率法和轨迹法, 主要解决了单输入单输出系统的常值控制和系统综合控制问题．

60 年代, 工业生产的不断发展, 工厂自动化程度大大提高。在自动化仪表方面, 开始大量采用单元组合仪表．为了满足定型、灵活、多功能等要求, 还出现了组装仪表, 以适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统需要．与此同时, 开始采用电子计算机对大型设备, 如大型蒸馏塔、大型轧钢机等, 进行最优控制, 实现了直接数字控制（DDC）及设定值控制（SPC）。在系统方面,出现了包括反馈和前馈的复合控制系统。在过程控制理论方面,除了仍采用经典控制理论解决实际生产过程中的问题外, 现代控制理论也开始得到应用, 控制系统由单变量系统转向复杂的多变量系统．在此期间, 工厂企业实现了车间或大型装置的集中控制．

70—90年代, 现代工业生产的迅猛发展, 自动化仪表与硬件的开发, 微计算机的问世,使生产过程自动化进入了新的高水平阶段。对整个工厂或整个工艺流程的集中控制, 应用计算机系统进行多参数综合控制, 或者用多台计算机对生产过程进行分级综合控制和参与经营管理, 是这一阶段的主要特征。在新型自动化技术工具方面, 开始采用微机控制的智能单元组合仪表, 显示和调节仪表, 以适应各种复杂控制系统的需要．现代控制理论中的状态反馈、最优控制和自适应控制等设计方法和特殊控制规律, 在过程控制中得到了广泛应用, 自动化技术呈现出一派欣欣向荣的新景象．

进入21世纪以来，“以人为本”、“节能环保”的观念深入人心，对工厂自动化提出了新的要求。随着计算机技术、无线技术、现场总线技术、工业以太网技术、IT技术、机器人技术，传感器技术以及安全技术等科学技术的不断发展与创新，工厂自动化在经历了单机自动化、车间自动化、全厂集中控制等几个重要阶段之后正向工厂综合自动化 (又称

全盘自动化)发展，即把过程控制．监督控制、产品设计、质量监测、工厂管理等方面融为一体，运用现代控制理论．大系统理论、人工智能、4 C ( Co mp u t e r 、Co mmu -I 1 i e a t i o n、CRT、Co n t r o 1 )技术，实现优化控制、分级控制、分散控制、测试自动化、建筑物自动化、信息I 处理与经营决策自动化，以便进一步提高工作效率，保证质量与安全，节约能源和原材料。

化工厂实现综合自动化，可以保证化学反应达到最佳，自动配料，对成品质量进行自动监测，仓库自动化管理，适应化工产品向多品种小批量的过渡。

二、工厂自动化概念

工厂自动化是指用自动装置或系统控制來管理生产设备及生产过程, 它集计算机技术、自动化技术、激光技术和机器人技术之大成。一般认为, 工厂自动化是指利用计算机充分掌握从接受订货开始, 到产品发货结束之间所有生产活动的复杂信息流，并对生产系统整体进行高度管理和控制的自动化过程．其目的主要是: ①省力；②提高设备运转率和利用率；③实现高效生产管理, 即减少零件、材料、半成品和成品的库存量、减少资金积压, 加快资金周转,创造大的经济效益；①缩短从产品规划、设计、研制到产品出厂之间的生产周期；⑤满足用户对产品的多样化、多功能化和智能化需求。

工厂自动化, 按其性质又可分为连续生产自动化和断续生产自动化两种。连续生产自动化又叫过程自动化, 主要是指石油、化工、冶金、电力等工业部门中连续生产过程的自动化．即通过采用各种检测仪表、调节仪表、控制装置、电子计算机等自动化技术工具, 对整个生产过程进行自动检测、监督和控制, 以达到实现各种最优的技术经济指标, 提高经济效益和劳动生产率, 节约能源、改善劳动条件、保护生态环境等目标。

一个实现自动化的工厂，应具有以下特征：

第一就是有一个内部联网的现代化的信息管理系统，即通过网络实现全厂生产、信息采集与处理、财务、人事、技术与设备等的计算机自动化管理；

第二就是生产设备实现自动化，即单个设备由计算机控制，生产过程中实现自动传输等；

第三就是建成一个“柔性生产系统”，即具备一种新型的多品种、少批量生产的加工设备。这种系统比较容易适应设计的改变和加工物形状、数量的变化。这种系统可大可小，大

的由若干控制装置、监控电脑、机器人及无人运输车组成，可以构成整条生产线；小的则可以独立完成各种各样的加工生产任务；

第四就是产品设计与生产工艺设计实现自动化，并采用了计算机辅助设计的方法，这样既节省了设计时间和费用，又大大提高了生产效率；

第五就是建立了自动化仓库，实现工厂自动化的一个必备的条件。对一个工厂的原材料、半成品和成品实现自动化管理，不仅能提高场地的利用效率，减少管理费用，还能使物品的存取变得井然有序，一旦某种生产原料告缺，采购部门将立即从中获得信息，及时进货。

一个自动化工厂的主要表现就是：生产线上的人员减少到最低限度，除少数的维修人员外，生产线上的整个生产过程几乎不需人员参与，可以一天24小时连续不停地生产，产品的质量稳定可靠，生产效率也很高。

三、工厂自动化的主控系统

工厂综合自动化要求实现的控制功能，主要是由分散型控制系统( DCS ) 完成。 DCS 主要采用4 C技术，把信息采集、过程控制能源监测，监督控制、管理调度有机地结合起来，通过通讯网络渗透到工厂的每一个环节，成为工厂自动化的主控系统。目前DCS 正在向以下几个方面发展：

1 ．采用高速、中速、低速通讯技术，发展装置型和仪表型等多种结构形式，构成完整的控制体系，既可组成大规模的分层分散管理与控制系统，又可组成中小规模的分散型控制系统。

2 ．采用国际公认标准或规程 ( 如MAP 或MI NI MAP等)，把现场使用的不同机型联结起来，共同构成统一的综合自动化开放系统，从而尽量降低对具体机型的种种限制。

3 ．把基本控制器、可编程控制器，分批控制器和单、多回路控制单元进行系列化设计，使之成为一个统一的“家族”，以适应连续生产过程，断续生产过程、分批生产过程控制的要求。

4 ．大力开发软件，应用专家系统，不断增强DCS 的控制功能和管理功能，提高信息处理和管理调度水平，优化DCS 的应用效果。

5 ．开展可靠性设计，强化自诊断功能，