工业过程控制系统发展与趋势交大理工.doc

华东交通大学理工学院Institute of Technology. East China Jiaotong University课 程 （论 文） 题 目 工业过程控制系统发展与趋势 分 院： 电信分院 专 业： 电力牵引与传动控制 班 级： 12电牵1班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 李杰 起讫日期： 2015.11-2015.12 摘 要工业自动化技术的应用与发展，是工业技术改造技术进步的主要手段和技术发展方向。本文主要介绍了工业自动化技术的特点及其对现阶段我国产业结构优化升级的重大推动作用。关键词：工业自动化技术；技术进步；产业结构AbstractThe application and development of industrial automation technology is the main method and technology development direction of industrial technological transformation and technological progress. This paper mainly introduces the characteristics of industrial automation technology and its important role in promoting Chinas industrial structure optimization and upgrading at present.Key words: industrial automation technology; technological progress; industrial structure引 言 工业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，对工业生产过程实现检索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，主要包括工业自动化软件硬件和系统三大部分。工业自动化技术作为现代制造业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。无论是高速大批量制造企业还是追求灵活柔性和定制化企业，都必须依靠自动化技术的应用。实现工业自动化通常是由自动化系统和各个延伸于生产环节的自动化设备和仪表工业控制阀经过组合后安装调试而成。从社会学上来讲，在整个工业生产中，尽量减少人力的操作，而能充分利用人力以外的能源与各种资讯进行组织生产工作，即称为工业自动化生产，而使工业能进行自动生产的过程称为工业自动化。工业自动化系统即机电一体化系统，主要是对设备和生产过程的控制，及机械本体动力部分测试传感部分执行机构驱动部分控制及信号处理单元和接口等硬件元素，在软件程序和电子逻辑有目的的信息流引导下，相互协调有机融合和集成，形成物质和能量的有序运动，从而组成工业自动化系统或产品。 在工业自动化领域，控制系统经历了电动单元组合式模拟仪表控制系统集中式数字控制系统和集散式控制系统集中式控制系统和集散式控制系统DCS的发展历程。1 工业自动化的产品与系统组成工业自动化的要素包括传动系统计算机硬件通信网络和检测仪表。传动设备：包括调速器伺服系统电源系统及电动机等。计算机硬件：包括嵌入式计算机工业计算机及工业控制计算机等。通信网络：网络交换机视频监视设备通信连接器及网桥等。检测仪表：各种传感器及显示仪表。（1） 工业自动化系统产品种类 工业自动化系统产品一般可分为下列几类：可编程序控制器（PLC） 按功能及规模可分为大型PLC(输入输出点1024) ,中型PLC(输入输出点数256-1024)及小型PLC（输入输出点256）.分布式控制系统（DCS） 又称集散控制系统，按功能及规模亦可分为多级分层分布式控制系统中小型分布式控制系统两级分布式控制系统。 工业PC机 能适合工业恶劣环境的PC机，配有各种过程输入输出接口板组成工控机。近年又出现了PCI总线工控机。嵌入式计算机及OEM产品，包括PID调节器及控制器。 机电设备数控系统（CNCFMSCAM）。 现场总线控制系统（FCS）。（2） 自动化系统结构 目前，工业自动化系统通常分为5级：企业管理级生产管理级过程控制级设备控制级和检测驱动级。前两级管理控制涉及的高新技术主要是计算机技术软件技术网络技术和信息技术；过程控制涉及的高新技术是智能控制技术和工程方法；设备控制级和检测驱动级涉及的高新技术主要是三电一体化技术现场总线技术和新器件交流数字调速技术。工业自动化系统5级结构如下： 也可将上述5级分层归纳为：企业管理决策层（ERP）生产执行系统层（MES）过程控制系统层（PCS）三层结构和计算机支撑系统（企业网络数据库），并实现系统集成，从而实现企业的物流资金流及信息流的集成，提高企业竞争力。企业管理决策系统层（ERP）生产执行系统层（MES）必须建立在设备自动化和过程自动化基础上。2 工业自动化控制技术的发展趋势 （1） 未来PLC。PLC现在开始向着微型化和网络化方向发展，性能和结构的PLC是未来PLC发展的一个主要趋势。当前Ethernet技术的扩展是控制领域很重要的一个发展趋势，PLC也随了这一潮流。现在有的PLC生产企业开始向客户提供Ethernet接口，使得PLC控制系统的开放性更加广泛。（2） DCS控制系统到现场总线（FCS）的发展。基于3C技术的DCS开始向基于现场总线的FCS方向发展，这个新方向的特点是本着全分散化和全数字化，并且尽可能的全开放和互操作的最新工业生产控制自动化系统。它是双向传输和多分支结构的信息通讯网络系统，在产品生产现场装置与总控制室的自动化控制装置之间进行安装。现场总线的技术使得监测控制装置有了计算和通信双重能力，对于信号测量及传输和控制的精度的提高有着很大的影响，并且对于系统与设备的功能提高也是有帮助的。（3） 工业控制自动化软件向着先进控制技术发展。工业控制自动化软件将从人机界面朝着先进控制的方向发展，即APC（Advanced Process Control）。目前的先进控制策略主要包括有：自适应控制，预测控制和鲁棒控制，尤其是智能控制，它的下属分支有，专家系统、模糊控制和神经网络等。3 产业结构优化升级产业结构优化升级是产业结构合理化和高度化的有机统一。（1） 产业结构合理化，即在现有技术基础上所实现的产业之间的协调。涉及产业间各种关系的协调，如各产业间在生产规模上比例关系的协调、产业间关联程度的提高等，还包括产值结构的协调、技术结构的协调、资产结构的协调和中间要素结构的协调。（2）产业结构高度化，即产业结构根据经济发展的历史和逻辑序列从低级水平向高级水平的发展。包括在整个产业结构中由第一产业占优势比重逐级向第二、第三产业占优势比重演进；由劳动密集型产业占优势比重逐级向资金密集型产业、技术知识密集型产业占优势比重演进；由制造初级产品的产业占优势比重逐级向制造中间产品、最终产品的产业占优势比重演进。（3） 产业结构合理化和高度化的统一。产业结构合理化是产业结构高度化的基础；产业结构高度化是产业结构合理化的必然结果。中国自改革开放以来，就开始了从计划经济向社会主义市场经济转轨、从二元经济向现代经济转轨的双重转轨时期。前一转轨，是经济体制的改革，后一转轨乃经济结构的转变。历史表明，要把二元经济结构改变为现代经济结构，就必须走工业化道路，即大大提高二产（主要是工业）和三产（主要是服务业）在社会生产结构中所占比重，大大降低一产（主要是农业）所占比重；特别是要改变就业结构，要大大降低一产所占比重，通过工业化和与此相联系的城市化进程，把大批农村剩余劳动力转移到二产、三产中去，变成城市和乡镇的居民。但多年来我国经济增长方式比较粗放，实现经济快速增长付出的代价过大。自党的十四届五中全会确立实现经济增长方式根本性转变的战略方针以来，我国虽然已在这方面取得不少成效，但从总体上看，经济增长方式尚未实现根本性转变，近年来随着经济增长速度加快，增长方式粗放的问题更加突出，资源环境面临的压力越来越大。不仅影响短期的健康发展，更为重要的是，将严重制约长期的持续发展和全面建设小康社会目标的顺利实现。党的十七大报告在全面把握我国经济发展规律的基础上，从当前的发展实际出发，将党的十四届五中全会提出的“转变经济增长方式”改为“转变经济发展方式”。这两个字的改动，寓意深远，意义重大，针对性和指导性更强，反映了我们党对经济发展规律的认识更全面、更深刻。党的十七大报告提出，加快转变经济发展方式，推动产业结构优化升级，这是关系国民经济全局紧迫而重大的战略任务。为此党中央提出中国必须走新型工业化道路，即坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。4 工业自动化技术推动我国产业结构优化升级 工业自动化就是信息化和工业化的结合点。大力发展工业自动化技术，既可以促进信息化的发展，又可以武装传统产业。自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程起着明显的提升作用：提高生产过程的安全性：提高生产效率：提高产品质量：减少生产过程的原材料、能源损耗。据国际权威机构统计，对自动化系统投入和企业效益方面提升产出比约1:4至1:6之间。特别在资金密集型企业中，自动化系统占设备总投资10以下，起到“四两拨千金”的作用。一方面，工业自动化可以提高企业整体素质。企业素质是装备水平技术水平管理水平的综合。抓什么可以提高工业企业的综合素质？工业自动化肯定是其中之一。例如浙江大学工业自动化国家工程研究中心所生产的SUPCON集散控制系统，集过程控制操作优化生产管理与一身，形成一个高效益高柔性高质量的生产指挥系统，可以有效地提高装备水平技术水平和管理水平，投运后可以产生巨大的经济效益。到目前为止，这一离散控制系统，已经生产应用了1100套，在化工领域内，占的份额是37，产生的效益是18.8亿元。其次，工业自动化可以调整工业结构，活跃大中型企业。因为工业自动化是电子技术自动化技术仪器仪表通信光学声学计量激光等诸多的电子技术和信息技术。也就是发展自动化技术，可以带动众多的技术向前发展。工业自动化投资少见效快，可大幅度的节约能源。如宝钢冷轧厂，用计算机控制系统改造，20人花了两年半时间，投资了1300万元，项目完成投产后，整个冷轧厂产生的效益，是产值增加6个亿，纯经济效益2380万元！ 甘肃金川集团有限公司化工厂应用自动化技术后，分别回收二氧化硫烟气35万吨生产硫酸53万吨，被业内称为“节能减排的先锋，环保监测的卫士。” 另外，发展工业自动化可以建立一大批企业，如仪器仪表电子计算机产业各类软件产业各类应用软件的企业可以建立起来。发展工业自动化可以改造一大批产业，用工业自动化的软硬件技术，以及它的系统技术，改造冶金电力石化化肥建材等工业部门。发展工业自动化可以拉动一大批产业，如电子元件器件各类接插件产业各类金属加工产业，还有集成电路等等。5 结束语工业控制自动化技术对于传统产业的改造企业素质的提高和国家国力的提高是非常有效的途径。随着一系列工业自动化控制技术产业化专项的实施，基于信息化带来工业化的思想，将会使工业自动化技术得到更深入的发展，这对加快推动我国产业结构优化升级是必要的。参考文献1 刘美丽，现代工业条件下工业自动化的特点与作用.现代制造技术与装备.2010(3)2 刘会.工业自动化控制的现状和未来发展趋势。应用科学.2010(1)3 张昌南，浅谈我国工业自动化发展状况J.金属加工，2008（19）4 吴淳.自动化技术发展的新机遇以信息化带动工业化J,自动化博览，2002.15 孙柏林.从“十一五”展望工业自动化的机遇与挑战.新自动化2006-096 贺章波.我国自动化的发展方向.工业技术.2010 NO.197 陈军进.工业自动化技术在