工业仪表自动化控制技术发展的新趋势

张倍

山西北方铜业有限公司垣曲冶炼厂 山西 运城 043700

引言

在当前科技水平快速提升的背景下，自动化控制技术也得到了广泛应用，工业生产自动化主要由设备、仪器、技术组成，借助于计算机技术实现对工业仪表的自动化控制，进而逐渐表现出明显的自动化、智能化趋势，一方面大幅节约了企业的生产成本，提高了经济效益，另一方面也同步提升了生产质量与效率。鉴于自动化控制技术在工业生产、社会经济发展中发挥着重要作用，下文便主要针对工业仪表自动化控制技术的发展展开深入分析。

1 工业仪表自动化控制技术发展现状

对工业仪表自动化控制的发展现状进行分析，需要从如下几方面着手：其一，工业仪表中的数控技术。数控技术作为精密仪表加工过程中不可或缺的技术，主要应用了数学原理，精准定位切削工件的刀具，计算出待加工工件的长、宽、高，然后开展自动化、封闭式加工。所以，数控技术在工业仪表自动化控制中应用极为广泛，只需预先编写好程序，输入CNC系统，便可在成品产出前无须任何操作，不仅能确保工件精度，也能提高生产效率[1]；其二，工业仪表自动化的应用。我们生活中常见的水表、电表、汽车仪表盘等等，就是工业仪表自动化的应用，而生活与工业联系密切，随处可见各种工业仪表的自动化，因此工业仪表自动化控制技术与人类的生活、发展密不可分；其三，工业仪表自动化的安全。倘若工业仪表齿轮精准度不够，便极有可能造成仪表失灵，进而出现安全问题。鉴于工业仪表对人们的生活会产生直接影响，所以在生产加工时需要高度重视这方面问题。其四，工业仪表的智能化。智能化逐渐成为工业仪表发展的核心，但在现阶段，还面对着一些技术上的不成熟。同时，智能化也在想集成化发展，在某些特定的环境和角度，能够提升整体的可靠度，提升局部效率。

2 工业仪表自动化控制技术的应用

随着信息时代的来临，工业生产发展面临着挑战的同时，也迎来巨大发展机遇，有了信息采集技术的加持，现代工业生产需求得到满足，能弥补传统生产活动中的信息获取问题，实现对海量信息数据的自动化甄选，为推动工业生产现代化发展奠定基础。下文主要对工业仪表自动化控制技术的应用进行分析：

2.1 信息采集模块

为了能够实现工业生产一体化控制，则必须深入生产一线，将生产过程中形成的仪表信息数据，传送到中枢管理系统中。不难看出，信息采集是实现自动化控制的关键根基，相关工作人员在采集信息时必须保证对生产信息的全方位掌握以及对生产设备、生产工序、生产工艺的科学调配，改善传统工业生产中设备与工序之间暴露出的冲突，进行统一化调配。相较于传统的信息采集过程而言，如今的信息采集工作逐渐朝着快速、高效、精准的方向发展，因为传统的工业仪表精度已经很难满足现代化工业生产的需要，强化精度控制对提升产品质量而言至关重要。所以，需要重视现代化信息技术的引进，推动互联网全覆盖，提高信息采集工作实效，保证所获取到的信息有着更高精度和可靠性，这对于不管是检测还是生产而言，均具有巨大推动作用。

2.2 系统建模模块

利用A/D单元可促使工业自动化控制系统实现数字化转换，然后将相关信息进行输入存储，再运用信息处理软件对系统储存的数据展开处理，将其中有效数据甄选出来，作为对系统进行调整优化的参考，实现对系统资源的有效优化，完成对工业生产活动的模型建立。在系统建模模块的加持下，信息采集模块能在运行中进行信息实时采集，实现对工业生产活动的全程监控，大幅提升了自动化控制系统的精确性，能缩减生产投入成本。如果在建模系统运行中某一生产环节发生异常，系统便会实时监测与捕捉到故障信息，然后上报给上级系统，同时向相关人员报警。此时，工作人员便能第一时间停止设备与启动备用设备，确保生产不受损且故障得到解决。举例来讲，某企业的工业生产遵循“一主一备”原则，目的是确保生产活动的连续性，提高生产质量与效率。借助系统建模技术以及计算机网络技术，对生产过程实时化管理，改变传统生产过程中的人工管理模式，实现设备状态信息的实时上传，保证了生产活动的稳定性。

2.3 动态控制模块

在现代工业生产过程中，机械设备逐渐大面积取代人工，原因在于许多人工无法完成的高难度操作，机械设备通过程序控制能精准操作。因此，许多企业决定将机械设备与动态化管理有机结合，改变了过去工业生产效率低、人工操作误差大的情况，这也是工业仪表自动化控制技术得到广泛应用的主要原因。而动态控制模块是自动化控制技术的主要组成部分，依据工业生产活动的现实情况，建立动态化控制流程，利用信息技术实现对工业生产活动全程的检测，从而采取更具针对性的控制策略。该项技术的应用改善了以往工序由人工控制的情况，通过全程监控生产活动能保证工作精准度以及各生产环节的有序衔接。

2.4 DCS及PLC系统的应用

DCS又称集散控制系统。主要结合计算机技术对电气仪表设备进行集中管理、分散控制。尤其适合控制点分散，控制要求种类较多的大型系统，可以集中各种子类控制系统和仪表设备，统一调配控制。同时也可以实现工艺设备的过程控制。PLC又叫可编程逻辑控制器，现在的PLC已经可以实现对模拟量和其他信号的复杂控制，作用在一套集中的系统中。同时PLC和DCS都结合了计算机技术，实现了PC电脑的可视化控制。经过历史的发展，DCS和PLC也进行了互相的渗透，现阶段DCS也可以进行快速的逻辑处理和控制，PLC也发展为多站分散控制。现实中往往是多种控制系统并存，随着总线技术和通讯端口的发展，DCS和PLC在一个工厂中互相连接，共同组成工业控制系统。

3 工业仪表自动化控制技术发展新趋势

3.1 向数字化、智能化和虚拟化方向发展

随着科技水平的快速提升，自动化仪表产业也迎来了发展机遇，在超声波、激光、微波等技术的应用之下，自动化仪表的控制精度有了全面提升。如今行业内针对执行器、检测仪表的生产投入了大量成本，并在近年来实现了创新与获得良好成果，主要体现在如下三个方面：其一，全新固体传感器与智能化压力变送器。有了微机械技术、微电子技术的应用，变送器逐渐朝着智能化方向发展，精度较以往有了大幅提升。同时，基于对微机械加工技术的合理预测，未来处理器集成化与传感器技术会有进一步的发展；其二，一体化节流式差压流量计。该仪表主要是将流量装置与智能差压变送器合二为一，不仅耐腐蚀性强，而且检定周期长、压损较小，并且一体化的设计能够弱化过去因为无法垂直、偏心所带来的误差，降低了故障发生率；其三，超声波流量计。在超声波技术逐步完善且在工业领域广泛应用的背景下，应用超声波技术的流量计也迎来了测量精度层面的提升。如今，多声道超声波流量计的精度已高达0.15%，成为工业领域重要的流量计量仪表之一。

从未来的发展来看，智能化生产是未来的发展趋势和方向。如对流量的温度压力补偿，可以由智能变送器一次性集成计算和显示。对于复杂的控制要求，可以建立数学模型，实现对多变量复杂控制。随着科学技术的快速发展，数字化，智能化已经被应用到工艺控制的各个领域，借助于控制技术和计算机技术的高度融合，工业控制系统能够搭上计算机技术高速发展的便车，在工业领域广泛开展人工智能的探索，尤其对高危环境有很好的替代价值。

3.2 向集成化、开放化和分布化方向发展

IPC逐渐替代了DCS与PLC，增设了对模拟量的显示、记录与调节功能，能够实现对开关量的连锁控制与程序控制。同时，随着通信网络技术与计算机技术的高速发展，DCS与PLC技术也有了相互渗透，所以可将计算机作为工业仪表自动化控制的主要系统，加强总线控制系统的应用效果，表现出不俗的发展潜力[2]。PC开放体系凭借着开放化、集成化的优势，有着较高的市场占有率，同时自身功能也在逐步完善，其中过程、生产及基础的自动化控制效果也在逐步强化。此外，动态化的数据交换形式、对象链接形式和开放式的数据库结构，都为系统集成带来基础软件。由此可见，IPC的出现直接取代了DCS与PLC，同时也将成为未来工业仪表自动化控制技术的发展方向。自动化控制系统朝着集成化、开放化、分布化的方向发展，意味着现场控制网络系统的开放性会得到全年提升，借助于网络传输线，能将大量执行器、传感器、回路调节器相连，从而缩减了系统建立成本，同时加强了数据系统的交换效果，保证了工业生产的可靠性与时效性。

随着通信技术的发展，各种系统也在互相融合和连接渗透。电气仪表设备向智能化、集成化，数字化，无线化，高精度化的发展成了未来的新趋势。其一，在智能化方便，结合先进的计算机技术，如模糊控制，模型预测控制，神经元网络控制等，充分运用到工业控制中。其二，在数字化方面，控制系统结合了数字化管理系统，如MESS，ERP系统等，建立起厂级的甚至公司级的智能化智慧工厂。实现了从生产营销、能源管理、设备管理、安环管理、质量管理到现场数据采集和设备控制的全面数字化管理系统。对生产调度、成本管控、金属平衡等各类生产问题全面数字化，是未来的主要发展方向。其三，随着微电子的发展，工业仪表中集成化程度越来越高。从终端仪表，如变频器、变送器、数显表等，已经实现了多种功能的集合，使得现场的采集和控制更简单高效[3]。同时控制系统、计算机等，借助于工业互联网，也变得高度融合和集中。其四，无线技术的发展为工业电气仪表发展带来福音，从开关量信号、模拟量信号，再到485通信信号和以太网信号，均已经实现了无线通信的可能。同时无线仪表和无线网关也在快速发展。无线化解决了大量人力物力的成本消耗，节约了资源，同时在维护和改造上也更便利，在解决了可靠性的问题后，未来必然成为主要的传输方式。

3.3 自动化控制理论及控制软件的新发展

早在上世纪末，自动控制方法及理论便逐步朝着人工智能化的方向发展，而这种被广泛应用于工业自动化控制系统中的人工智能技术，主要由模糊控制、神经元网络与专家智能控制系统组成。以工业生产过程举例，在对轧制过程的自动化控制过程中，会用到数学、物理方程抽象描述轧制过程，结合方程可以看出对轧制质量形成影响的因素中毒，所以难以依据工程参数对轧制产品质量进行合理检测，最终导致轧制过程误差显著。因此，未来发展中需要重视对人工智能技术的应用力度，收集更多数据信息，结合工艺生产过程，填补常规式数学模型中的漏洞。此外，还应有机协调神经网络和算法模型，通过设置模型精度，保证能够获得优质轧制产品，基于实际订单，对专家系统故障展开在线诊断，加强轧制机组负荷分配效果。

自动控制理论研究与计算机算法的研究深入结合，但又成为一个独立的学科，尤其在人工智能方便，是控制理论最前沿的研究方向。怎么解决好模式识别，和模糊控制，在筛选、预测等方便解决实际工艺控制的困境，是未来的方向之一。同时怎样应对工业现场复杂恶劣的环境，提高仪表的抗干扰能力，也是控制研究理论的目标之一。

4 结束语

综上所述，在信息技术时代，现代工业生产的自动化水平已有明显提升，在自动化仪表及其控制技术的应用下，企业的生产质量与效率实现了大幅提高。从工业仪表自动化控制技术的发展来看，该项技术的诞生与应用一定程度上满足了单变量控制系统的控制要求，但并不可能适用所有生产过程，因此工业仪表自动化控制技术未来发展应该向数字化、智能化、虚拟化、集成化、开放化与分布化方向发展，同时完善自动化控制理论与不断升级更新控制软件，提升工业控制系统的实用性。