自动化在工业生产过程中的应用

    综合应用控制理论包括仪器仪表、电子设备、计算机和其他信息技术、对工业生产过程中实现检测、控制、调度、优化、管理和决策，达到了增加产量，提高质量，节能降耗、确保生产过程中安全等目的、它包括了工业过程中的自动化软件、硬件和应用系统等部分。

 

    工业过程的自动化技术是一门 服务性技术，它的服务对象就是工业生产过程，生产工艺过程对自动控制的需求有多方面，例如产品质量考核日益严格、工艺指标日益精细、成本控制，提高生产效率等方面。

 

    1.控制技术的发展过程

 

    控制技术几十年的发展，随着工业方法的改变，工艺的复杂化和生产过程的强化有了突飞猛进的发展，人类从第一个时代的机械化发展到了电气化，自动化，信息化，随着网络技术的迅速发展，如何实现大规模数据远距离迅速可靠的传输，成为现今面临突出的问题，20世纪70年代以前，工业界以古典控制理论为主 要基础，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程中的温度、流量、压力和液位进行控制，在很多控制系统中，以单回路结构。针对不同的对象与要求，创造了一些专门的控制系统。使物料按比例配制的比值控制；克服干扰的前馈控制和串级控制等等。这一阶段的主要任务是稳定系统，实现定值控制。 这与当时生产水平是相适应的。20世纪70年代以后，随着计算机技术和现代控制理论的进步，计算机控制系统逐渐得到发展，这阶段的主要任务是克 服干扰和模型变化，满足复杂的工艺要求，提高控制质量。集中控制，以DDC技术为代表，集中控制系统由一台中央计算机来承担（用IBM大型机），但是从系统 配置、反应速度及系统可靠性等方面都受到很大限制，一般只适用于中小规模的自动化系统，要害在于风险集中。如今的分散控制系统（DCS，Distributed Control System，也称集散控制），它综合计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术，采用多层分级的结构形式，按总体分散、管理集中的原则，完成对工业过程的操作、 监视、控制。将全厂划分为若干单元，用以微处理器为基础的一个控制用局域网来分散控制，也就是系统结构分散。主要子系统都是实时控制的，出现故障时在第一时间内切换到备用系统， 主系统和备用系统在平时定期互相自检、切换，以保证可靠。地理上集中，逻辑上分散。硬件方面的开放式框架和软件方面的模块化形式表现出来、扩展极为方便。众多的控制算法(几十至上百种) 、较好的人机界面和故障检测报告功能。从集散系统（DCS）转向开放式的计算机网络系统，在信息时代为适应市场竞争的需要，信息已成为企业的重要资源，必须用网络来作为企业运作的技术支撑。增加DCS与网络通讯的能力（网关＋接口软件）正在推出的现场总线（Fieldbus），因此具有开放性、数字信号传输、智能化现场仪表、彻底分散性等优点，具有很强的竞争力。但 从目前发展看DCS与现场总线还会长期共存。将DCS作为底层控制系统，并建设高速局域网络（万兆网）。

 

 

图1 DCS体系结构图

 

    2.DCS最基本的体系结构

 

    DCS最基本的体系结构由现场控制站(MCU),操作员站(OS),工程师站（ES）,一条系统的网络（生产管理和信息处理功能的信息网络，实现现场仪表、执行机构数字化网络），也有相应的硬件设备和软件的存在，硬件不在叙述，重点研究下软件，当前，随着软件技术的发展和进步，以硬件的划分决定软件体系结构的系统设计，已经让位于以软件的功能层次决定软件体系结构的系统设计。从软件的功能层次看，系统可分为三个层次：1、直接控制层软件-——完成系统的直接控制功能；2、监督控制层软件——完成系统的监督控制和人机界面功能；3、 高层管理软件——完成系统的高层生产调度管理功能。 三个层次的软件分别具有各自的数据结构和围绕各自数据结构的处理程序。 各个层次的软件之间通过网络软件实现数据通信和功能协调，低层软件为高层软件提供基础数据的支持，而系统则通过逐层提高的软件实现比低一层软件更多的功能和控制范围；

 

    3.DCS的技术特点

 

    当前最主要的标志是Information  and  Integration,在国内生产过程中一般DCS厂商主要提供除企业管理层之外的三层功能(现场仪表层、控制装置单元层、工厂车间层)，而企业管理层则通过提供开放的数据库接口，连接第三方的管理软件平台（ERP、MES、CRM等）。所以说，当今DCS主要提供工厂（车间）级的所有控制和管理功能，并集成全企业的信息管理功能。