浅谈工业自动化技术的特点与作用

摘要：现今,创新的工业自动化系统控制着复杂的工艺流程,并确保过程运行的可靠及安全,为先进的维护策略打造了相应的基础。随着互联网技术和信息技术的飞速发展,必将进一步促进企业管理的改革,企业可通过互联网在网上进行交易,因而电子商务技术必将成为企业管理中的高技术。本文主要分析了工业自动化技术的内在规律,通过工业化和信息化的有机结合来促进和推动工业自动化技术的发展和广泛的应用。
一.工业自动化技术的特点：
　　通常把工业自动化系统分为5级：企业管理级、生产管理级、过程控制级、设备控制级和检测驱动级。两级管理级涉及到的高技术主要是计算机技术、软件技术、网络技术和信息技术。过程控制级涉及到的高技术主要是智能控制技术和工程方法。设备控制级和检测驱动级涉及的高技术主要是三电一体化技术、现场总线技术和新器件交流数字调速技术。由此不难看出,工业自动化技术是当今微电子技术和电力电子技术领域中高技术的综合应用技术。这是工业自动化技术的特点之一。
二、工业自动化的关键技术：
　　从控制的角度看,工业自动化系统包括检测、控制和驱动三个系统。这三个系统既自成体系又互相联系,既要研究每一个系统的技术又要研究三个系统的软硬件连接及最佳配合技术,这称之为三电一体化技术。三电一体化是工业自动化技术的第三个特点。下面重点从三个方面描述工业自动化技术所包括的关键技术。
　　1. 计算机集成制造技术(CIMS)。广义的CIMS技术指整个计算机控制系统。由于CIMS必须在设备自动化和过程自动化的基础上建立,所以通常讲的CIMS主要指企业管理和生产管理两级管理级。当今的企业管理和生产管理实质上就是信息产业的重要组成部分,这方面的文章很多,本文不做重点论述。由于我国CIMS的研究和应用刚刚起步,所以强调下面的一些问题是很必要的。
　　1.1 连续型与离散型生产方式的不同与研究内容的差异。钢铁工业属于连续型生产方式,与离散型生产方式(如机械加工)的不同使得在研究CIMS时,两者的侧重点和难点就不同。
　　第一，在产品加工过程方面,离散型基本是可视的,在冷状态下物理加工居多；而钢铁工业加工过程基本处于“黑匣子”状况和处于高温、高湿、高速的环境中,物理加工和化学反应居多。上述差异,使离散型过程建立数学模型较容易；而钢铁工业建立数学模型较难多采用机理模型和经验模型相结合,应用专家系统、模糊控制和神经元网络建立控制模型。
　　第二，离散型生产过程,随时改变其工艺设备和流程较容易,产品外形也多变；但连续型的钢铁企业,工艺设备和生产流程基本不变(如高炉炼铁),产品外形也基本不变。离散型的产品质量保证和品种改变靠参数、符号、图形就可实现；而连续型的要靠调整工艺参数、控制设备稳定、使工况运行最佳来达到。
　　第三，企业为了适应快速变化的市场经济,需要柔性。离散型的柔性体现在工艺流程和设备的改变上；连续型的工艺流程和装备改变较难,属刚性,它的柔性体现在生产调度、计划安排、参数改变、设备控制等,实现起来难度较大。第四，离散型产品属单件或小批量生产,物料流可以单件搬动；而连续型产品大量连续生产,物料流是连续的致使连续型生产调度管理实时性强,时效性要求高,生产节奏要严格控制。如轧钢生产线,每秒几十米或上百米的轧速,工序一环扣一环,若节奏脱节、控制不好,瞬间就会产生严重后果。
　　1.2 坚持“以人为本”,实现“业务重组”的原则CIMS是一个复杂的大系统,此系统的实现不可能离开人,完全靠自动化是不可能的。美国有个公司提出,影响CIMS实现的主要障碍的70%来自于人,11%来自于对成本的评估,9%是技术原因,还有其它原因,可见人的因素的重要性。“业务重组”是指改变过去的经营模式、旧的生产管理体制、旧的信息交换模式,建立适应CIMS的新的组织体系,采用先进技术等。这对搞活大中企业、实现现代化的先进企业也是重要的内容。“以人为本”,主要包括实现“第一把手”原则；进行CIMS的宣传,使领导和群众都要认识实现CIMS的必要性、紧迫性；进行教育和培训,提高人的文化素质和技术水平,建立良好的企业文化氛围。同时也应该认识到,要较好地实现这一目标,就要经历一个有序的过程,需要时间,不是一蹴而就的事。
　　2.智能控制。智能控制作为人工智能的一个研究与应用方面,与自动控制、运筹学、系统论、信息论等学科的结合,已形成一个新兴的交叉学科系统,在实际应用中已产生了许多类型的智能控制系统,如多级递阶智能控制、基于知识的专家系统、基于模糊逻辑的智能———模糊控制、基于神经网络的智能———神经控制、基于规则的仿人控制、基于模式识别的智能控制、多模变结构智能控制、学习控制与自学习控制、基于混沌理论的智能———混沌控制等类型。
　　与其它行业一样,智能控制作为一项关键技术,在钢铁工业中也得到了较多的应用。在各个生产工序中,用于设定与控制、生产计划的安排与调整,以及设备诊断、监测、学习等方面。
　　智能控制能在钢铁工业中得到较多应用,是与它的特点分不开的，它适合于那些含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知算法的非数字过程,并以知识进行推理,以启发引导求解过程；也可以对具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的过程进行混合控制。钢铁工业生产过程控制,非常适合于采用智能控制。如炼铁、炼钢等生产过程是在“黑匣子”状态下进行的,环境有许多不确定因素,是一个复杂的过程,多年来,难以建立精确的数学模型,即使建立起控制模型,也有好多不如人工控制效果好,所以难以推广应用。智能控制的发展,将会使钢铁工业自动化的过程控制有更大进展。在钢铁工业自动化发展过程中,基础自动化在各个工序中占40%～60%,过程控制占10%左右。可见过程控制水平是较低的,主要是数学模型难以建立,有了智能控制将会有起色。
　　3.钢铁工业自动化工程方法。随着钢铁工业自动化的飞速发展,我国的钢铁工业自动化工程将日益增多,技术水平也将不断提高。因此,无论是对生产企业,还是从事自动化工程单位,有一个好的工程方法是非常必要的。工程方法就是为了达到实现自动化工程而采用的手段、途径和方法。有了好的方法,可以提高效率,较顺利地达到目标。
　　通过实践,钢铁工业自动化工程方法应该包括:成套的工程管理方法,从签合同、工程实施管理至工程的验收等,管理要规范化、文档标准化；成套的控制设备配套方法,坚持以自己的“拳头”产品和国内设备为先,掌握外国先进设备的性能及具有系统设备配套的能力;成套的控制技术实施的方法,体现三电一体化,机电、工艺一体化,具备计算机辅助软件工程的工具,或工具箱,或平台,或环境,使软件制造更自动化,并使软件具有可复用性等。
三、总结：
大力发展工业自动化技术,既可以促进信息化的发展又可以武装传统产业,带动工业化的实现。因此把工业自动化作为一个行业重点发展,应作为我国实现工业化和信息化的战略方针。工业化包括机械化、电气化、自动化,应该说我国工业的机械化、电气化已基本实现了,工业化应该着重实现的是自动化,用工业自动化技术武装传统产业,使设备控制自动化、工艺流程自动化,从而实现我国的工业化建设。

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