李 勃

辽宁省机械设备成套局，辽宁 沈阳 110005

1 工业自动化概述

工业自动化综合运用控制理论、电子装备、仪器仪表、计算机和相关工艺技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、节省能耗、降低消耗、减少污染、确保安全等目的的一种综合性技术。具体地，工业自动化是化工、炼油、食品、轻工、电力等流程工业生产过程自动化的简称。在生产设备上，配上一些自动化装置（仪表），代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，并达到预定的目标，这种用自动化装置来管理生产过程的办法，称为生产过程自动化。

自动控制系统的分类可以按照多个原则来分，根据给定值不同分类：1）定值控制系统：给定值保持不变的系统。系统的任务是使被控变量以一定的精度保持在给定值上不变；2）随动控制系统：给定值是随机变化的，这种变化是事先不知道的；3）程序控制系统：给定值是按事先规定的程序变化的。

按控制系统的复杂程度区分可分为简单控制系统和复杂控制系统等，按控制变量的名称区分，可分为温度控制系统、压力控制系统等，按调节规律区分，可分为P、PI、PD、PID、预估控制等。

2 工业自动化的意义

随着现代科学技术的蓬勃发展，炼油、化工、冶金、电力、生物、制药等工业过程的生产规模越来越大型化、复杂化，各种类型的自动控制技术已经成了现代工业生产实现安全、高效、优质、低耗的基本条件和重要保证。国家发改委指出：从整体上看我国传统产业在技术装备，能源和原料消耗，产品质量和管理水平等方面，与发达国家相比仍存在很大差距；尤其是我国技术装备水平与发达国家的差距今后有继续扩大的趋势。在这样严峻的形势下，出路何在？大面积设备更新，国力承受不了；维持这些设备的现状，拼设备生产，后果不堪设想，唯有应用电子技术改造传统产业，把电子技术与传统产业技术结合起来，是提高企业素质，提高整体效益最现实、最有效的途径之一。

运用自动化控制技术和计算机应用技术实现以提高经济效益为目标的传统工业技术改造，已经成为提高国力的主要手段之一。为此，国家与国家、企业与企业之间开展了激烈的竞争，日本和西德的经济腾飞便是在这场竞争中取得优势的例证；美国在高度重视以技术密集为特征的高技术产业的同时，也致力于发展工业自动化、运用现代控制技术和计算机应用技术进行传统工业的技术改造，取得了巨大的经济效益。

3 工业自动化的几个发展趋势

3.1 从模拟到数字化

以往，绝大多控制系统的被控量是连续时间信号，随着数字信号处理技术的成熟和大规模集成芯片的推广，数字信号的处理方式越来越得到了推崇，A/D和D/A构成了计算机与自动控制系统其它部分联系的桥梁，数字计算机的工作需要硬件和软件两大支撑条件，一个计算机控制系统也必须包括硬件和软件两部分。

硬件组成：计算机主机，由中央处理器（CPU）、存储器和接口组成的主机是控制系统的核心，它根据输入设备送来的反映设备或过程工作状态的信息，以及既定的控制规则(算法)，进行运算处理，并将处理结果通过输出设备向设备或过程发送控制命令，另外，主机还要接受来自操作台的操作命令；输入输出设备 A/D、D/A是模拟量输入输出设备，除此之外，还有开关量输入输出设备，负责将设备或过程的开关、触点等开关量信号送入主机，将主机关于通/断的控制命令传至设备或过程；人机接口设备，除了通用的CRT显示器、键盘和打印机外，还包括专用的操作显示面板或操作显示台，主要用于操作员发操作命令、设置控制系统参数、显示工作状态等。

软件组成：软件是计算机控制系统的神经中枢，负责指挥计算机控制系统的活动。软件主要有系统软件和应用软件两部分。系统软件，指为用户使用、管理、维护计算机所提供的计算机程序，一般包括操作系统、算法语言、数据库、诊断程序等。应用软件，指为完成具体对象自动控制任务而编制的专用软件，通常包括数据采集及处理程序、控制程序、过程监视程序、打印制表程序等。

3.2 工业自动化的网络化发展趋势

网络控制系统（ Networked Control System ， NCS），即网络化的控制系统，又称为控制网络。分布式控制系统或称集散控制系统（DCS）、工业以太网和现场总线系统（FCS）都属于网络控制系统。这体现了控制系统正向网络化、集成化、分布化、节点智能化的方向发展。

随着计算机领域的局域通信逐步被以太网垄断，过程控制领域中上层的通信也逐步统一到以太网和快速以太网。以太网被用于网络控制系统已成为一种发展趋势 ；以太网技术具有数字式互联网络、互操作性、开放性和高网络性能，是最符合网络控制系统现场总线的特点，工业以太网成为现场总线技术的发展方向。

3.3 工业无线技术

工业无线技术能够实现非接触传输，特别适用于恶劣环境或振动、高速旋转对象的监控，而且降低了安装成本、持续降低运行维护成本，同时更换方便，便于升级，还能够减少接插件故障，移动自由且不受限制，工业无线技术是工厂测控模式的变革，传统认为成本过高，无法大规模部署传感器进行监测的应用成为可能。

ARC预测：2010年～2015年，工厂设备健康维护相关市场将以每年200%的速度增长。美国总统科技顾问委员会在“面向21世纪的联邦能源研究与发展规划”中指出：工业无线技术的应用将使工业生产效率提高10%，并使排放和污染降低25%。

4 结论

工业自动化技术是典型的高技术，是当代发展最迅速、应用最广泛、效益最显着、最引人注目的关键技术之一，是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术之一，是信息电子技术的综合集成技术之一，是一种技术密集型、智力密集型的技术，是走新型工业化道路的关键技术。

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