工业自动化技术应用分析与发展展望
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【摘要】随着IT技术和控制技术的发展，工业自动化系统正在发生一些变化和变革。文章分析了当前工业自动化技术的应用特点和现状，对工业自动化的发展前景进行了简要的探讨。
【关键词】工业自动化;智能控制;PLC
工业自动化技术是当今微电子技术和电力电子技术领域中高技术的综合应用技术，这也是工业自动化技术的特点之一。工业自动化是工业技术改造和进步的主要手段，它综合应用系统科学、认知科学、信息科学、控制科学与工程等理论，形成相应的自动化软硬件及系统，实施检测、控制、优化、调度、管理与决策，达到增加产量、提高质量、降低成本、减少资源消耗、环境污染和确保安全的目的。
1.工业自动化控制技术的应用
1.1 智能控制
智能控制作为人工智能的一个研究与应用方面，与自动控制、运筹学、系统论、信息论等学科的结合，已形成一个新兴的交叉学科系统，在实际应用中已产生了许多类型的智能控制系统，如多级递阶智能控制、基于知识的专家系统、基于模糊逻辑的智能——模糊控制、基于神经网络的智能——神经控制、基于规则的仿人控制、基于模式识别的智能控制、多模变结构智能控制、学习控制与自学习控制、基于混沌理论的智能——混沌控制等类型。与其它行业一样，智能控制作为一项关键技术，在钢铁工业中也得到了较多的应用。在各个生产工序中，用于设定与控制、生产计划的安排与调整，以及设备诊断、监测、学习等方面。智能控制能在钢铁工业中得到较多应用，是与它的特点分不开的，它适合于那些含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知算法的非数字过程，并以知识进行推理，以启发引导求解过程;也可以对具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的过程进行混合控制。智能控制的发展，将会使工业自动化的过程控制有更大进展。
1.2 以PLC为基础的分布式控制系统
PLC作为专为工业环境应用而设计的数字运算电子系统，实现了单机、车间、工厂的自动化控制。它表现出了诸多的优点，具有抗干扰能力强、维修方便等特点，由于PLC对现场进行实时监控具有很高的可靠性，且编程简单、灵活，因此得到广泛的应用。随着科技的进步，它的控制功能将会演变成更加复杂的过程控制和连续控制，这也为将来成为未来的支柱性技术产业而奠定坚实的基础。
1.2.1 模拟量控制
根据控制对象特征，PLC通过组合功能模块组装能成功地控制系统，来灵活实现系统控制。PLC有主机模块、I/O模块、高速计数模块、位置控制模块、模拟量控制模块、通信模块等。PLC的模拟量控制能大大地提高过程控制系统的精度，它可以对热处理的升温、降温、保温等过程进行严格的控制，给热处理过程的控制设计和维护带来了极大的方便，这是以往的仪表控制系统很难实现的。
1.2.2 开关量控制
作为继电器控制的替代品，PLC的自动开关量控制提高了控制的可靠性，它用中间继电器控制系统动作，根据顺序控制器的公式进行设计，画出顺序控制器控制部分梯形图，并根据模拟仿真进行检查，保证设计的规范化。
1.2.3 位置控制
在工业自动化控制中，位置控制占有很重要的地位。工业生产中，机床刀具串刀补偿控制、主轴精确分度控制、搬运定位控制都是位置控制的方式。PLC可通过控制步进电机，给步进电机绕组发出脉冲，能精确地确定步进电机位移，来达到位置控制的目的。
1.2.4 系统集中控制
PLC不仅可以实现自动化控制，而且也适用于系统本身的控制，如控制系统故障检测和显示等。控制系统的原理是根据时限故障检测和逻辑错误检测的原则进行系统监控。由于机床设备在工作循环中的各工步运动在执行时都需要一定的时间，在检测工步动作时可启动定时器，并将定时器的输出信号作为自动停机信号或启动报警信号。
1.3 三电一体化和嵌入式系统
任何工业自动化系统都是由检测仪表或传感器(电测)，自动控制装置(电控)和以电力传动为主的执行机构(电力传动)构成的三电一体化系统。没有符合检测精度要求的电测仪表或传感器和满足动静态技术指标要求的电力传动执行机构，自动化控制装置是不能发挥作用或难以达到要求的控制精度。虽然三电系统的各种装置是由各个厂家的产品集成，但是只有全面地掌握三电综合技术才能承担和完成自动化工程项目，特别是大中型工业自动化工程项目。计算机技术、通信技术和控制技术在工业自动化控制领域有机结合的产物和产品升级，实现控制系统更高一级高精度、高性能、高可靠、高适应性，多功能、低消耗等功能成为现场总线技术发展最新趋势。而促进系统组态傻瓜化是现场总线在应用上又一新发展趋势。针对总线传输速度而言，应继续发展和完善低速现场总线技术，同时注重高速现场总线技术的研发。综合自动化系统是为实现企业综合自动化而提出，相应的ERP/MES/PCS三层结构体系是当今世界工业自动化技术的另一发展趋势。
2.工业自动化控制系统的发展展望
随着IT和控制技术的融合的不断深入，工业自动化控制技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展，自动控制的三大构成系统也将有新的突破。
PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展。在基于PLC自动化的早期，PLC体积大而且价格昂贵。但在最近几年，微型PLC已经出现，价格只有几十到几百欧元不等。随着软PLC(Soft PLC)控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软PLC组态软件和PC-based控制的市场份额将逐步得到增长。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。
DCS将向信息管理系统和计算机网络控制扩展，将过程控制和信息管理系统紧密结合起来，构成计算机集成过程系统(CJPS)。CIPS除了要完成传统DCS过程控制的`功能外，还要实现运行支持和决策支持的功能，包括质量控制、过程管理、在线优化、经营管理、决策分析等。网络是当今工厂自动化的核心，是计算机集成过程系统的基础，而工厂自动化的每一层都有适用于自己的网络。计算机集成技术和现场总线的发展，将对DCS的结构产生重大影响。目前DCS的结构将受到上下肢解，上层工作站将与CIPS紧密结合，DCS将演变成CIPS的低层部分;在现场级，现场总线的应用将使传统的DCS输人输出结构彻底改变。现场总线将对自控领域带来深刻影响，工业控制系统的体系结构将以统一的现场总线为纽带构成，现场控制系统(FCS)代称将是新世纪的开放控制系统。
工业计算机，从软交换机到即插即用的通信服务器，将成为一个与信息网络融为一体、以人为中心的随时随地地服务平台。各种各样的工业计算机技术将无处不在，它们将通过多样化网络通信方式，无缝地集成在一个信息网络里，随时随地为人们提供所需要的丰富多彩的服务，而又不为人所察觉。新的工业计算机体系结构有更强的交互和互操作性，同时也是多种信息系统的融合平台。
参考文献
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