摘要：如今，机械制造技术、微电子技术以及计算机技术的飞速发展推动了自动化技术的前进，在交通运输、建筑领域、电力领域、机械制造行业以及信息技术等方面获得了广泛地的应用，也促进了整个工业体系的进步。在本文中，笔者就工业自动化控制的现状和未来发展趋势进行了浅略地分析和探讨。
关键词：工业自动化；现状；发展前景
一、工业自动化的概念
在整个工业生产中，尽量减少人力的操作，而能充分利用动物以外的能源与各种资讯来进行生产工作，即称为工业自动化生产，而使工业能进行自动生产之过程称为工业自动化。工业自动化主要包括自动完成加工生产的设备自动化，自动完成正常生产进程的过程自动化，以及自动实现业务管理的管理自动化。工业自动化当前发展的特征是智能化和集成化，也就是，一方面制造和应用智能机器（如电脑和机器人）代替人的体力劳动和部分脑力劳动，实现高水平自动化生产；另一方面，综合运用计算机、制造技术、控制技术、电子技术、通讯技术和管理科学等学科知识，采用设备集成、信息集成实现规划设计、生产制造、管理销售等功能的集成。当代工业自动化控制主要以微机控制为主，依附于电子与通讯行业的发展。其典型的控制模式为：由上位机、工业控制器、现场执行机构组成三层结构。上位机实现人工干预与预测；控制器实现主要逻辑和计算功能，主要以 PLC 和 DCS 为主，FCS 的份额在不断加大；现场执行机构主要包括 I/O 模块、仪器仪表、受控对象等。其中上位机和工业控制器之间的通讯主要由以 TCP/IP 为协议的通讯网络 1 建立，工业控制器和现场执行机构之间的通讯多采用 RS485 或改进型 RS485 的通讯网络 2 建立。
二、工业自动化控制的发展现状
2.1工业自动化的产品与系统组成
工业自动化控制系统主要包括了计算机硬件、传动设备和通信网络。即：1）计算机硬件，主要是指嵌入式的，还有工业的及工业控制的计算机等；2）系统传动设备，主要有电动机、伺服系统及调速器等；3）通信网络，主要有通信连接器、网络交换机及网桥等。
2.2工业自动化控制的发展现状
（1）PLC。即可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），长期以来，PLC一直主导着工业自动化领域的发展方向，它能够执行逻辑运算、顺序控制、计数、算数操作、定时等用户指令，并能够有效控制机械生产的全过程，因此它可以为不同的机械设备提供种类众多的、安全可靠的、符合用户需求的、控制方案，其基本结构见图一。目前，PLC技术与下文中的DCS技术与工业PC技术一起推动着工业自动化技术的发展。
（2）DCS。是指分布式控制系统（或者称为集散控制系统），它是以通信网络为基础、由过程监控级和过程控制级组成的多级计算机体系，它融合了通信、计算机、控制以及显示等四种高新技术。DCS技术具有集中操作、分级管理、分级控制、组态方便以及配置灵活等优点，其基本结构见图二。它在上个世纪70年代被研发出来，在80年代我国便取得了较大的进展，目前，我国正在对它的许多关键技术进行重点攻关。
（3）工业PC。以工业PC为基础的分布式控制系统可以替代现有的PLC与DCS。由于客户的不同，服务器的模式也存在着不同，工业PC可以作为客户机和服务器的兼容机进行形成工业PC群，并在通信网络的协助之下构成融合管理与控制的自动化控制系统。该系统不仅可以实现企业内部的沟通和交流，还能够非常方便地与客户、金融部门等共同构建起信息共享的网络控制系统。
三、 工业自动化控制的现状
3.1 嵌入式微控制器
技术嵌人式微控制器是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物，是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪，适合应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌人式微控制器系统通常面向特定应用，设计和开发必须考虑特定环境和系统要求，是一个发散的、技术密集的系统。嵌人式微控制器系统是由硬件系统和软件系统组成。
3.2 可编程序控制器技术
可编程序控制器是以计算机技术为基础的新型工业控制装置，是一种专为工业环境而设计的数字运算操作的电子系统。近年来，PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制和计算机数字控制（CNC）等各种工业控制中，加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PIJC 组成各种控制系统变得非常容易。
四、工业自动化控制的发展趋势
4.1 以工业 PC 为基础的低成本工业控制自动化将成为主流
众所周知，从 20 世纪 60 年代开始，西方国家就依靠技术进步（即新设备、新工艺以及计算机应用）开始对传统工业进行改造，使工业得到飞速发展。20 世纪末世界上最大的变化就是全球市场的形成。全球市场导致竞争空前激烈，促使企业必须加快新产品投放市场时间（Time to Market）、改善质量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服务体系（Service），这就是企业的 T.Q.C.S.。虽然计算机集成制造系统（CIMS）结合信息集成和系统集成，追求更完善的 T.Q.C.S.，使企业实现“在正确的时间，将正确的信息以正确的方式传给正确的人，以便作出正确的决策”，即“五个正确”。然而这种自动化需要投入大量的资金，是一种高投资、高效益同时是高风险的发展模式，很难为大多数中小企业所采用。在我国，中小型企业以及准大型企业走的还是低成本工业控制自动化的道路。
4.2 PLC 在向微型化、网络化、PC 化和开放性方向发展
长期以来，PLC 始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与 DCS 和工业 PC形成了三足鼎立之势。同时，PLC 也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业 PC 所带来的冲击。当前，过程控制领域最大的发展趋势之一就是 Ethernet 技术的扩展，PLC 也不例外。现在越来越多的 PLC供应商开始提供 Ethernet 接口。可以相信，PLC 将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业 PC 的控制系统。3.3 面向测控管一体化设计的 DCS 系统集散控制系统 DCS（Distributed Control System）问世于 1975年，小型化、多样化、PC 化和开放性是未来 DCS 发展的主要方向。目前小型 DCS 所占有的市场，已逐步与 PLC、工业 PC、FCS 共享。今后小型 DCS 可能首先与这三种系统融合，而且“软 DCS”技术将首先在小型 DCS 中得到发展。PC- based 控制将更加广泛地应用于中小规模的过程控制，各DCS 厂商也将纷纷推出基于工业 PC 的小型 DCS 系统。开放性的 DCS 系统将同时向上和向下双向延伸，使来自生产过程的现场数据在整个企业内部自由流动，实现信息技术与控制技术的无缝连接，向测控管一体化方向发展。
五、结论
工业自动化作为“工业4.0（第四次工业革命）”和“中国制造2025”得以启动的重要前提条件，其对于传统产业的改造、企业素质及国家国力的提高发挥重要作用。随着一系列工业自动化控制高技术产业化专项的实施，基于信息化来带动工业化的思想，将会使得工业控制自动化技术得到更深入的发展，从而进一步提高国民经济整体素质和综合国力。
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论文作者:龙海强
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/22
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