[毕业设计职称论文]浅谈自动化领域的发展趋势

1、浅谈自动化领域的最新发展趋势本文就当今自动化领域内和水泥行业有关的最新发展趋势做一简述，以便为我国水泥工 业发展，搭建更为广阔的交流和沟通的平台。我国水泥工业和其他流程工业一样,未来的十年将而临着市场和能源;清洁生产和环境保护; 高效和规范；负责和协调的挑战。节能、环保、安全、高效是每一水泥集团必须要面对的课 题，而口动化技术利这四大口标又是紧密和连，本文将就当今口动化领域内和水泥行业有关 的授新发展趋势做一简述，以便为我国水泥工业发展，搭建更为广阔的交流和沟通的平台。一、信息技术推动自动化以信息技术改造水泥行业，以信息化推进自动化，自动化再促使节能、环保、安全、高 效四大冃标的实现，已成为业

2、界的共识。在当今自动化领域内，从工艺现场层到工厂（集团） 管理层可经由以太网，基本实现信息的畅通无缝流通，所谓的“现代集成生产工艺”是将信 息技术、网络技术和现代新工艺相结合，并应用于企业产品生命周期的各个阶段，通过信息 的无缝集成、过程优化和资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成，以缩短企业新产品 的开发周期（t）、提高质量（q）、降低成本（c）、改进服务（s）和改善环境（e）,从 而提升企业的市场的应变能力和竞争能力，与此想适应开发出一系列管理层软件，如erp、 mrp、mis、pes等,并越来越显示其巨大的经济效益。国内一些大水泥集团在当前竞争不断加剧的压力下，也紧跟这股信息化的潮流，

3、推进自 动化的发展，如国内某水泥集团近几年来，在新建的水泥生产线做口动化控制系统配置时, 在现场级和过程控制级（pcs）的上端，还增加了制造执行系统（mes ）层，并正在策划和 运作erp,即企业资源规划和管理层，它包括冇生产管理系统、质量控制系统、采购管理系 统、仓库管理系统、销售子系统、设备管理系统、财务管理系统、办公门动化管理系统和综 合管理子系统等。在水泥市场供大于求，竞争激烈的形势下，由于该集团初步实现了 mes 的运营，集团化管理的控制力和执行力明显捉高，精细化运行方式使得物流成本和原材料成 木得到控制，实现了综合效益的人幅增长，净利润比去年同期增加了 12. 76%。笔者认为该

4、集团的mes运营还是初期的，要把牝产调度和金业领导的决策统一成为真正的企业管理级 （erp）述需要进一步开发。现今计算机技术、网络技术和先进的控制技术相结合，已不再停留在理论和实验阶段如 模型预测、神经元和神经网络、模糊控制、多变量控制。自适应和自寻优等先进控制算法已 进入实践并用于dcs、plc等控制器中，而且这种趋势在加快。在水泥工业用于窑和磨的模 糊控制、多变虽控制以及专家系统早在上世纪就冇应用，但这些大多是由水泥设备供应商自 行开发的如fls、khd等，他们提供的仅是独立的软件，和系统几乎没有任何联系。而现在 是控制系统的供应商已将先进控制算法用于dcs和plc等控制器中，如sieme

5、ns公司专门为 水泥工业开发的cemat集成化标准软件，它具有水泥工厂过程控制优化的功能块，还包括窑 的锻烧和磨的负荷优化控制，该软件包并集成于siemens公同的过程控制系统pcs7中；abb 公司的optimize it优化专家则集成于industry it中，它通过集成大量已验证的先进控制 技术及广泛的专家知识库，如模糊逻辑、控制模型、神经元和模糊控制等，来对水泥生产过 程进行控制及实施优化决策管理。it技术与口动化结合另一热点是公共数据库、局域网、互联网、无线技术等渗透控制 系统使控制系统扁平化，实现了跨平台，跨地区的控制。西门了公司全集成自动化tia的自 动化新理念,schneide

6、r公司推出的"协同自动化collaborate automat ion n ,'透明就绪 transparent ready, , "unity自动化平台"新概念;以及rockwell提出的全集成的 ethernet/ip等，这些自动化新理念使得自动化控制系统更完整，也更完美。二、自动化技术的互补与渗透dcs, plc, i pc是自动控制领域的三大支柱，它们z间竞争激烈，但又取氏补短和相互 渗透，相互融合，因而形成了具有混合控制策略的plc/dcs混合系统hcs,某咨询集团把其 称之为paco水泥行业作为较典型的流程工业决定了其开关量逻辑控制的主导地位，

7、同时模 拟量的处理多为简单的显示和给定，控制回路基本上为并不复杂的单回路调节，这些特点适 合于hcs的应用。目前市场以plc为主导地位的siemens、schneider、rockwell等公司纷 纷推出的具有混合控制策略的plc/dcs混合系统hcs,如siemens的pcs7, abb的ac800f, 800m, schneider 的 mod icon quantum, rockwell 的 controllogix 等，已作为主导产品在 水泥行业推广，并已取得不俗的业绩。混合系统iics的主要特点是：构建一个公共的、集成的开发环境，提供通川开发平台、 共用标签和单一数据库，以满足多领域

8、自动化系统设计和集成的需要；同时它采用了可自由组合的模块化的硬件架构，减少系统升级带来的开销。它支持 iec61158等现场总线国际标准以实现髙度分散的口动化环境，也支持事实上的工业以太网 标准,可方便地和上一级的erp、mis、mes集成。有些水泥厂控制系统釆用了 siemens的 pcs7,就感到比西门子公司原有的plc和step7的系统前进了 一人步，主要就是开发坏境的 完善，并能方便实现集团的ms和mes集成，这对于做系统工程的设计院和系统集成商是至 关重要的。三、自动化系统更注重功能和信息安全安全生产越來越引起人们的关注，人的牛命高于一切，已成为衡量现代工业的重要指标, 对于安全事故

9、多发的我国，意义更为重耍。白动化控制系统主耍考虑的安全有：电气安全、 防爆安全、信息安全和功能安全。信息安全是指由于信息淞密、黑客入侵等系统的安全性；功能安全是指控制系统所执行的安全功能失效引起的可能危险。（1前已相继出台的国 际标准有iec61508电气/电子/町编程电子安全相关系统的功能安全标准，iec61511关 于过程工业领域安全仪表系统的功能安全标准，-般以整体安全等级stl來评估风险程度, 共有4级，安全等级sil越高，风险就越低。水泥行业已人多采用新型水泥干法工艺，它是连续性很强的工艺过程，并已实现了计算 机系统的顺序和连锁控制，笔者认为新型干法工艺其安全等级是较高的。要进一步提

10、高整体 安全等级必须增强故障诊断环节；人机操作界面要便于故障的监测；对纶产规模越大的生产 线，如li产万吨熟料的生产线系统配置要提高冗余度，另外信息安全也必须高度关注，要特 别增强煤磨车间的防爆安全等级，对丁设宣低温余热发电的金业，整休安全等级s1l耍高于 一般企业。在自动化领域内现今纷纷出台了相应的标准产品，如siemens的故障安全容错s7e/eh 系统，rockwel 1的gruard plc等，有的公司则配置&用的安金模块和相应的组态软件， 并由被动的维护、诊断发展到预防性安全措施，与此和适应还出台了许多安全协议，如 profisafe> cipsafety 等。四、控制

11、系统由集中向分散化发展智能化分布式i/o是将某一部分i/o组成一个冇自治能力的节点，其木身带冇处理器, 独立完成某一部分的控制。由于组合在一个框架内，它可直接安装在现场，浜至空间十分冇 限的地方，但它同时乂可链接到中央计算机，从而将控制系统从传统的三层结构简化为二层 结构。许多有名的plc厂商大都推出了分布式i/o,如siemens的et200系列，rockwell 的 flex armor i/o, wago 的 wago-speed way 767 等高速智能 i/o。智能化分布式i/o将使水泥生产线的系统祀置可更趋扁平化，原设置的远程i/o场合, 如矿山、预配料站等可用智能化分布式i/o

12、替代以廿省i/o安装电缆和控制系统整体的开 销。五、无线通讯技术进一步渗透控制领域无线通讯技术作为冇线控制系统的补充，正方兴未艾地用于工业自动化系统中，也是工 业白动化产品一个新增长点，运行于2. 4ghz 1sm波段的跳频扩频(fhss)无线传输技术具 有优良的抗t扰性和高可靠性，无线局域网和无线网状网络扩大了无线传输的覆盖范围。无 线通讯的数据安全性是人们所关心的，但可以通过加安全密码和加密密码等一系列措就来确 保数据的安全传输。据悉hart基金会将在近期推出hart无线通讯新协议。无线通讯技术现在汽车、石化、水处理等行业有较多应用，在水泥行业，有的人集团局 部辅助流程也釆用了无线技术，如

13、冀东水泥集团在循环水泵站已釆用了无线控制，浙江有些 水泥厂采用无线控制装卸散装水泥船等，考虑到有些水泥厂占有的物理空间很大，有些工艺 测量的位登难于安装，而有些工艺测量点坏境十分恶劣，川传统的硬连线安装器件成本乂过 高，如果改用无线通讯能够节约能源，减少配线和维护费用。在无线通讯领域内冇许多供应商，如siemens的scalance w,它是无线局域网产品系 列，可用丁移动设备z间的通讯，也可实现移动设备与固定网络zi'可的通讯；菲尼克斯公司 (phoenix)的产品釆用无线通讯技术有蓝牙,局域网和trusted wireless(信托无线)等， 也有许多中国公司在开发相应的产品。六、

14、人机界面更趋人性化人机界面已全系列化，包括手持式、面板式、台式和pc机式。今后的人机界血已不仅仅局限于scada以及编程、 监控和诊断等，在工业自动化领域，人机界面可以为操作和管理人员提供越來越多的信息, 功能强人的模块化软件和多客户机/服务器结构，使人机界面成为企业实时牛产信息以及商 务垂肓集成的统一的软件平台，它也是连通到外部世界的媒介。通过驱动器或opc来驱动各 种i/o模块，总z人机界面已演变为一个完整的系统。某水泥集团mes的运营，集团化管理 的控制主耍依靠是多种人机界面，通过0pc实现了集团内各个水泥生产线zi'可的信息交换， 也实现了主控系统和各子控制系统的互连，如生料质

15、量控制系统等。七、变频器性能更加扩展变频器的应用领域已从常规的风机、泵类等拓展到输送、喂料机械等，在行业应用而上 也越來越广，因而其功能也进一步提升并多样化，一方面是全数字化、功能齐全、能够补偿 负荷变化的口适应、调谐技术，特別是分布式具有通信、联网功能和集成plc的高端变频器。 另一方面是简易或专川的变频器以及机电一体化的变频器。就开展控制技术而言，dtc直接 转矩控制、无传感器矢量控制是发展方向。目前速度响应约为加s,电流响应能达到0.1到0. 5mso速度调节的发展趋势是提高速度的控制精度，一般在闭环时，对应 于全范围，调速比为1:100或更高时，速度控制精度高达0.05%。另外变频器性能在低速 吋的过载能力，稳定的、四彖限运行能力以及 机驱动多台电机的负荷平衡等方面也有所增 强。在水泥行业为实施节能降耗，在风机、泵类、输送设备、喂料机械等己广泛应川，如何 在低速吋经受较人的过载转矩，捉高中压变频器的性价比是对制造商提出的课题。