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自动化技术的发展与趋势

原创 Linux操作系统 作者:dragonflydas 时间:2012-06-28 10:57:54 0 删除 编辑

自动化技术的发展与趋势

工业自动化技术是生产过程(连续和离散)综合自动化系统技术及其支撑工具和环境技术的总称。 工业自动化系统是一个动态广义的概念,随着科学技术的进步和生产的发展,其内涵不断扩充和深化。 在现代工业生产中,工业自动化系统(硬件和软件)不仅包括我们熟悉的各种简单复杂的自动调节系统、 顺序逻辑控制系统、自动批处理控制系统、连锁保护系统等,也包括各生产工段和各生产车间的优化 调度系统,以及根据市场和生产状态反馈所制定的企业决策系统、管理系统(如MRP II统、ERP系统) 和售后服务系统等,涉及到产品生命周期的所有过程,为企业提供全面的解决方案(Total Solution)。 工业生产离不开工业自动化系统技术。现代化的工业生产都是由高速、高效、高度自动化的机器系统与 人共同组成。世界各国对发展工业自动化的重大意义已取得共识,工业自动化系统已是当今世界高新 技术研究开发和产业竞争的重点之一。

发展工业自动化系统产业的重要意义

工业自动化系统是直接转变为生产力的高技术。利用自动化系统能缩短产品制造周期、使产品上市快, 能提高和保证产品质量,有效降低成本,增加经济效益;利用自动化系统能替代或减轻生产和管理人员的 体力和脑力劳动,改善劳动条件、做好市场服务、充分利用资源,减少废弃物和环境污染。 工业自动化 系统是实现大规模工业生产安全、平稳、优质、高效的基本条件和重要保证。工业现代化程度越先进, 其成套技术装备的主辅机依赖于工业自动化仪表与系统的程度就越大,对工业自动化仪表与系统的要求 也就越来越高。一般来说,在工程建设中,自动化仪表的投资与工业设备的总投资之比(自动化投资率) 也越来越高,电力工业已由60~70年代的3~5%提高到目前的10~12%;钢铁工业从8%提高到12~15%,化工工业 从10%提高到15~18%。这表明工业自动化仪表与系统在工业生产中的作用越来越大,其应用水平不断提高。 工业自动化系统是传统产业改造升级的有效手段。应用工业自动化仪表与系统能改变技术设备和管理的落后面貌, 使传统产业实现低消耗、高质量、高效益的目标。提高新产品开发能力和市场竞争能力,确立现代先进制造业新形象。 工业自动化仪表与系统是国民经济各部门重要的现代化装备之一,广泛应用于能源、交通、通信、原材料、农业、 机械、电子、轻工、纺织、建筑、医药、卫生、国防、环保和科学研究等各个领域。它已成为衡量一个国家国民经济 发展水平和现代化程度的标志。

世界工业自动化系统产业状况及市场分析预测

近十年来,随着信息与控制技术的进步,工业自动化系统技术得到了空前的发展,其应用范围几乎扩展到 人类活动的一切领域。工业自动化系统不断吸纳高技术成果,更新换代速度日益加快,市场需求稳定增长。 产品特点是,数字化、智能化、模块化、高精度化和小型轻量化。国际上,特别是工业发达国家,在工业 自动化仪表与系统的主导产品领域,如主控装置、基于现场总线的控制系统、智能化现场仪表、工业机器人、 智能化低压电器等,竞争非常激烈,是工业自动化中发展最快的领域,在国际上有较大影响的公司不下百家, 但实力雄厚的几家公司主要集中在美国、日本和德国,如美国的Honeywell公司,Fisher-Rosemount公司, 日本的横河公司和德国的Siemens公司等。因此,工业自动化仪表的产业结构趋向于集中。

工业自动化系统技术发展过程

自20世纪60年代出现第一套工业过程控制系统以来,工业自动化系统技术已经历了4个主要发展阶段:
60年代主要采用机械继电器、电器继电器组成的继电逻辑控制系统;电动和气动单元仪表的应用; 模拟量控制主要由晶体管分离元件电路或小规模集成运算放大器组成。以单回路结构、PID为主的简单控制 系统。
70年代由于半导体技术、集成电路技术推动微处理器、微控制器的发展,各种控制器、控制装置、 PLC更新换代加快,模拟控制器、智能控制器已初步商品化及推广应用。
80年代,PLC技术走向成熟,无论是处理速度还是功能强化、通讯能力都提高到一个新水平,小型PLC向 小型化、低成本、简单、多用方向发展,大中型PLC向多功能、高速度、大容量、网络化方向发展。 分布式控制系统(DCS)得到了大规模应用。
90年代计算机技术、通讯技术、控制技术的发展,使控制系统向全数字化、全分散式、全开放可互操作 和开放式互联网络的新一代现场总线控制系统(FCS)发展,同时,先进控制、模糊控制、人工神经网络、 人工智能技术和专家系统已在工业自动化系统中实际应用,制造自动化向CIMS、精良生产、敏捷制造方向 发展,流程工业向集成生产系统CIPS发展。

工业自动化系统技术发展趋势预测

近年来,工业自动化系统技术发展迅速,其发展趋势可用“三化”简要描述,即集成化、网络化和智能化。
集成化 集成化一方面是指新一代的工业自动化系统技术,是集多种学科、多种技术,如光机电技术、 信息技术、系统控制技术、人工智能等之大成,另一方面是指现代的工业自动化系统是企业生产控制、 经营、管理的集成,把“自动化孤岛”式的单机系统、分散单元和功能软件集成为一个贸、管、控一体化的综合大系统, 它不仅包括现场控制,而且还有营销决策、原料供应、生产计划、工艺监督等内容,这种集成已从单项局部集成向多项 综合集成发展,从而可以提高企业的整体效益。现场总线智能仪表和开放式系统是综合自动化中最有效的装备。 计算机集成综合自动化系统(CIMS、CIPS)是工业自动化的高级组织形式和发展方向。

网络化 随着控制计算机通信和网络等技术的发展,信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备 层到控制和管理的各个层次,从工段、车间、工厂、企业到世界各地的市场。90年代发展起来的现场总线 广泛用于过程自动化和制造自动化等领域的现场设备互连通信网络。它作为工厂数字通信网络的基础沟通 了现场设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。现场总线技术的推广应用,因特网技术、企业内联网外 联网技术与工业自动化技术的紧密结合,使未来的工业自动化系统向开放型网络式综合控制与管理系统发展。

智能化 智能化包括机器智能化和脑力劳动自动化两个方面。一方面,工业自动化仪表、设备和系统采用现 代科学技术手段(人工智能、机器人、知识工程、神经元网络、智能体、全能体等)使机器或系统具有人的某些智能, 另一方面,采用智能系统替代或扩展人的脑力劳动,实现脑力劳动自动化。新一代的工业自动化是智能自动化 (Intelligent Automation)。 近年来,工业自动化仪表正从模拟仪表走向数字化仪表,继而借助微处理器, 专用集成电路(ASIC)、软件、现场总线、人工神经元等技术走向智能化,基于现场总线的智能仪表不再是传统仪表 那样的硬件实体,而是基于现场总线的硬件、软件的结合体。随之,工业自动化系统产业将逐步向智能产品转化, 原来的仪表研究和制造部门将淘汰陈旧低档的产品,不断研制和更新智能化程度越来越高的整机、部件和模块, 如推出多品种多规格的智能工控机、智能调节器、智能传感器和智能执行机构、智能低压电器等。 智能控制技术与DCS、CIMS、CIPS等的结合以及工业智能机器人、智能体(Agent)、全能体(Holon)等技术的推广 应用将使工业自动化系统跃升到一个更高水平。

当前国际上工业自动化仪表与控制系统的技术发展特点和趋势是在集成化、智能化和网络化技术的支持下 实现高可靠性、高性能和高适用性。高可靠性是指国外产品一直不断在提高产品设计制造的可靠性。 有的产品保修期已经延长到10年以上,最近还有的企业甚至提出了产品全生命周期保修的概念。 另一方面,通过智能化和现场总线网络技术,即使产品出现故障,也可以迅速判断故障地点和性质, 并可以实施前瞻性维护。与采用了新型检测技术和数字补偿技术,测量精度和稳定性能得到大幅度的提高。 通过智能化技术和现场总线技术,功能也大大丰富。能够实现运算功能、控制功能、补偿功能、诊断功能和 通讯功能。 高适用性是指产品对环境(包括对高温、高湿、尘埃、高磨损等)的适应性更高,抗干扰能力 更还,特别是抗EMC方面的能力,安全性也大大提高。 在工业自动化仪表与控制系统的应用方面, 则呈现出“三个紧密”的趋势,即仪器仪表与使用对象结合更加紧密,为不同的对象提供个性化一揽子 解决方案(solution);与企业的经营管理系统的结合更加紧密,使整个产业链得到优化,形成管控一体 化系统;与提高经济效益结合更加紧密。通过各种过程的优化软件和先进控制算法使企业得到明显的 经济利益。

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