刍议自动化控制技术在工业中的现状及趋势

杜春城

（河钢集团衡水板业有限公司，河北 衡水053000）

工业自动化控制基于“运用控制理论”，涵盖仪表仪器、计算机技术、信息技术等，可在工业生产全过程，提供有效的技术支持，主要表现为全方位监测、全面控制、过程优化、调度、现场管理、有效决策等，能够达到保障生产安全、提高生产质量、提高产量等目的。自动化控制技术对20 世纪以来的工业发展产生了深刻的影响，尽管自动化控制技术本身不会创造效益，但是对于生产效率却有明显的促进、提升作用。我国历来注重实体经济建设，自新中国建立以来，工业在多项政策的扶持下不断发展，时至今日，中国已经成为“世界工厂”，制造影响力辐射至全世界。2015 年5 月，国务院印发的《中国制造2025》文件，对我国工业发展进行了全面的的战略部署，该战略部署文件将技术、创新纳入到核心位置，即“突破一批重点领域关键共性技术，促进制造业数字化、网络化、智能化，走创新驱动的发展道路。”因此，亟需对自动化控制技术在工业中的现状及趋势进行系统探究以及梳理，以为行业发展提供可靠参考借鉴。

1 自动化控制技术在工业制造中的应用现状

自二十世纪六十年代起，美国、德国等构架就依靠计算机、高新技术对工业进行全方位的改造，工业得到突飞猛进的发展，并成为国家实体经济的主要发展引擎。进入21 世纪，全球化市场框架基本形成，国际竞争越发激烈，中国的世界工厂体系也基本完善，在市场竞争的影响下，制造企业必须要提高制造效率、加快产品进入市场的时间、全面改善产品的质量、进一步降低生产成本、完善服务体系[1]。由此，现代制造企业开始追求更加准确、高效率信息传递模式以及设备控制方法，以工业PC 为基础的工业过程控制系统（process control system，PCS）得到普及。目前国内制造企业所应用的工业过程控制系统主要分为基础自动化、过程自动化、管理自动化三个层次。

有别于传统的自动化控制系统，工业过程控制系统不由集散控制系统和逻辑控制系统构成，因国内的PLC 元件制造水平相对较低，故传统自动化控制系统高额的成本让许多制造企业望而却步。基于工业PC 的自动化控制，依托于工业PC、监控体系、I/O 装置，实现了低成本控制，快速在各大企业普及。如，重钢电子公司就在21 世纪初就应用了工业过程控制系统，并以DCS 控制的型钢加热炉为基础，改变其加热控制逻辑，以模糊控制器解决传统逻辑控制存在的解耦问题、寻优问题，工厂PML 管理系统可直接连接型钢加热炉实现远程控制[2]。

近几年，工业过程控制系统的应用已经成为主流，主要分为compact PCI、Industrial 两种类型，比如AT96 总线工控设备等，就能够基本完成制造企业的控制目标。而从制造企业的发展态势来看，工业制造对热拔插、控制稳定性、冗余配置的要求你在不断提升，AT96 总线工控设备的局限性局部表现出来，所以在中大型规模的制造企业中，多采用了compact 总线技术以及计算机技术来实现对工业制造的综合控制[3]。

2 工业自动化控制的发展趋势

2.1 PLC 微型化、网络化、PC 化、开放化发展

长久以来，在工业自动化控制体系中，PLC 一直占据着“主角地位”，且PLC 也为制造业提供了多元化的控制方案。从宏观层面上看，我国工业生产自动化控制基本为工业PC、DCS、PLC三足鼎立的状态。从近几年PLC 工控市场的发展状况来看，不难发现，PLC 控制整体表现出稳中向好的发展态势。PLC 市场发展状态基本展现了中国工业的发展情况，在互联网技术、信息技术快速发展的背景下，PLC 也受到了一定冲击，未来PLC 控制必然会逐步朝着网络化、微型化、开放化的方向调整[4]。比如，近几年部分企业已经开始实装小于32 i/o 的微型PLC，且越来越多的供应商也开始提供PLC Ethernet 接口。

2.2 DCS 系统测控一体化发展

DCS 系统已经经历了数十年的发展时间，国内DCS 系统发展起步于二十世纪七十年代，时至今日，化纤、依稀、化肥、石材、电力等等制造企业均已经实装DCS 系统，“九五”到“十三五”期间，国内的DCS 系统制造企业林立且在不断发展，比如浙大中控、航天测控、电科院等等，且国内DCS 系统技术水准已经基本和国外持平，这就大幅度控制了DCS 系统的价格，为国内工业应用DCS 系统创造了良好环境[5]。但是就2018 年的统计数据来看，DCS 发展情况却不容乐观。据立木信息咨询发布的《中国DCS 控制系统市场格局与投资战略报告（2018 版）》显示，目前国内DCS 市场竞争愈演愈烈，整体价格呈逐年下降趋势，但DCS 本身功能亦日趋完善，应用范围也逐渐扩大，甚至渗透到一些PLC 的传统市场。传统DCS 厂家不再局限于仅仅销售DCS系统本身，而是越来越关注以DCS 为平台的“衍生”产品和解决方案。相对恶劣的DCS 市场以及工业生产更为复杂的控制需求，促使DCS 必须朝着测控一体化的方向发展。同时各大企业所应用的DCS 会朝着上下两个方向同步延伸，信息技术和DCS也亟需完成无缝衔接。

2.3 现场总线控制全面普及发展

IEC 61158 将现场总线控制定义为：安装在制造区域或者过程区域的自动控制装置、双向传输装置，现场总线控制能够保证测控设备具备应有的数字通信能力、数字计算能力，可有效保证测控装置信息传播精度、效率以及设备的运作性能等。现场总线控制技术的全面普及和相关技术规范的完善息息相关，在“九五”到“十三五”期间，国家为促进现场总线技术的发展，实施了一系列的开发研究计划，目前已经构成了一个基本完善的技术体系，HART、FF 协议也实现了和我国工业生产体系的全面适应。现场总线技术未来必然会和工业以太网、5G 技术、DCS 技术等实现全面整合，或会蜕变为一种更加方便、灵活的数据传输技术[6]。

2.4 工控软件先进化发展

这就表示未来自动化控制以及工控软件会朝着先进化、智能化的方向不断发展。具体表现为大数据技术、云计算技术的广泛应用，通过高效运算来为企业的管理、决策提供完善的解决方案。尽管目前业界对先进化控制、智能化控制还没有严格且统一的定义，但是基本能够预见工控软件未来即将实现的功能，即：自适应控制、预报控制、鲁棒控制等等功能。因智能化控制和先进控制能够创造出可观经济效益，且在技术经济的推动下，相关研究也会持续发展，所以广大从业者对这种变化应该有具体的认知，并在该方面加深了解。

综上所述，大力发展工业自动化，是加速传统产业改革，提高生产效益，提高整体国力的必要手段，工业作为中国经济的支柱，未来必然会在多项政策、战略规划的指导下实现持续发展。未来，一是会以信息技术应用作为重心，并提高传统自动化控制效率、稳定性；二是以先进技术为重心，持续推进制造行业的高效率发展，并不断提高装备制造业的整体水平；三是重点发展改造提升相关核心技术，并持续研发配套设备。