时间：2023-02-21 16:12:16
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇工业控制自动化，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
伴随着工业化进程的不断加快和信息技术时代的来临，我国逐渐走上了工业控制自动化的发展道路。对于如何走好这条工业控制自动化之路，如何提高工业控制自动化水平成为了人们广泛关注的焦点。工业控制自动化发展趋势的多元化也对我国的科学技术水平提出了更高的要求，需要多种技术联合共同推进工业控制自动化的进程。本文将通过对工业控制自动化技术的简要概述，对工业控制自动化技术的发展趋势做出了详细的介绍。
一、工业控制自动化技术概述
所谓工业控制自动化技术，就是一种综合运用了自动控制理论，计算机控制技术，仪器仪表以及其他信息控制技术实现对工业生产的自动化控制的技术。它可以不断提高工业生产的产量，提高生产效率，降低生产消耗，实现安全化、自动化、规模化生产，从而达到增加企业竞争力，实现利益最大化的目的。它主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分，是现代制造领域中最重要的技术之一 。企业要想实现“五个正确”，即在正确的时间，将正确的信息以正确的方式传给正确的人，以便做出正确的决策，就必须加大对自动化生产方式的改造，大力发展工业控制自动化技术。
工业控制系统产品主要包括可编程序控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）、工业PC机以及其他数控系统和仪器仪表等，其中PLC是工业生产自动化的三大支柱之一，具有很好的应用前景，但国内PLC产品仍以国外产品为主，并以Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的产品为主。工业控制自动化从下往上主要包含三个层次，依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。目前绝大多数的自动化控制系统都被PLC和DCS所垄断，其中一些过程自动化和管理自动化部分多通过进口的过程计算机或小型机组成。
二、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流
基于传统的自动化控制系统，其基础自动化部分基本被PLC和DCS所垄断，后来形成了PLC、DCS与IPC三足鼎立之势。但是PLC以其能适应工厂环境、工作可靠、通用性与经济性兼顾、体积小、功能强、用途广等特点占领市场比重最大。目前在中国PLC市场占有较大份额的公司有德国西门子公司、日本OMRON公司、莫迪康公司（施奈德）等等，目前美国GE公司、日本FANAC合资的GE-FANAC的90-70机是很引人注目的。据介绍。它具有25个特点。诸如，用软设定代硬设定，结构化编程，多种编程语言，等等。它有914、781/782、771/772、731/732等多种型号。现将国际市场上PLC、DCS与IPC的销售情况对比如表一所示。
20世纪90年代以来，一种以工业PC、I/O装置、监控装置、控制网络组成的PC-based自动化系统的到迅速发展，成为了一种实现低成本工业控制自动化的重要途径。基于PC控制系统的自动化系统基友更易于安装和使用，有高级的诊断的强大功能，而且PC控制系统维护成本低，受到了中小型企业的青睐，因此它的迅速推广也给PLC形成了巨大的的冲击。PC-based具有强大的运算能力和开放标准的系统平台和PCI接口，精美且低成本的显示技术和组网能力 正在一步一步的占领更多的国内国际市场，尽管高系统的可靠性略差，程序的循环周期比PLC较慢，但是工业PC为基础的低成本工业控制自动化势必将成为主流。
三、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展
上个世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30～40%，PLC在国内外已广泛应用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、 交通等行业，在工业自动化中起着举足轻重的作用。在我国西门子的s7-300/400具有完整和全面的产品系列、规范的程序设计结构。使用方便的编程软件、极高的可靠性，使它成为大中型PLC的老大。有市场调查报告称S7-300、400在国内中型PLC的市场占有率为80%。2012年PLC市场规模达到79亿元人民币（含DIO），同比去年下滑9.2%，由于受OEM行业低迷影响首次出现负增长。2013年，PLC的单品价格现在只有去年的1/4-1/3，随着自动化产业热潮不断升温，2013年预计市场规模将达到90亿元。2009-2015年中国大陆PLC市场的增长趋势如下图所示。
当前，在工业自动化市场发展极为良好的情况下，PLC技术呈微型化、网络化、PC化和开放性方向发展。
微型化：原有的PLC具有体积大而且价格昂贵的缺点，近年来PLC开始由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。很多有名的PLC厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的PLC。三菱的FXOS14点（8个24VDC输入，6个继电器输出），其尺寸仅为58mm×89mm，仅大于信用卡几个毫米。
网络化：Ethernet技术的扩展是过程控制领域最大的发展趋势之一，PLC也开始开始提供Ethernet接口，开始向网络化方向发展。
PC化：随着软PLC（Soft PLC）控制组态软件的进一步完善和发展，PC-based以其低成本正在逐步提高其控制的市场份额。
开放性：现在开发以PC为基、在WINDOWS平台下，符合IEC1131-3国际标准的新一代开放体系结构的PLC正在规划中。
四、面向测控管一体化设计的DCS系统
DCS是分散控制系统（Distributed Control System）的简称，国内习惯称为集散控制系统。DCS系统是一项综合了计算机（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等，实现分散控制、集中操作、分级管理的自动化控制技术。典型的DCS系统共有三个分级，第一层过程控制级主要是通过PLC或I/O模块实现对现场设备的基本控制；第二层控制管理级是通过监控计算机实现对流程设备的上位机监控；第三层生产管理层是通过计算机、服务器和局域网等实现和监控计算机相连，从而达到随时读取现场信息目的，实现上层的生产管理。DCS和PLC的区别主要如下表二所示。
DCS系统在一些大型工业项目有非常广泛的应用，其中在发电、水泥、化工等领域中的作用明显。当前工业自动化控制与节能理念的推动，DCS市场再次迎来一个较大的市场机遇。2012年DCS系统发展势头强劲，市场营收超过2008年的峰值，但预估2013年销售订单会有所减少。DCS的主要发展趋势：向综合方向发展；向智能化发展；向工业PC化、专业化方向发展。将工业控制网络进一步引入DCS，将其完全网络化 ，是DCS系统的主要发展目标之一。
DCS主要生产厂家集中在美、日、德等国。如美国HONEYWELL的TDC3000＼MICROTDC3000，TDC3000X等；FOXBORO的I/AS；WAILEY的NETWORK90、INFI90；日本横河的CENTUM、CS；YEWPACK的MARKII；德国SIEMENS的TELEPERM；ABB公司的MOD300、SIPAOS200等等。目前，我国的小型DCS系统已投入工业生产，大中型系统已在国家大型石化、冶金、电力等行业的百多个工程中推广应用。
五、控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展
随着计算机、通讯技术和控制技术的飞速发展，过程控制系统也逐渐由DCS发展到FCS（Field bus Control System）。现场总线的出现标志着工业控制技术领域又一新时代的开始。现场总线（FCS）系统是一种采用智能化现场控制设备实现开放式、数字化和网络化结构的新型自动化控制系统。大力发展FCS系统可以实现现场仪表、设备实现智能化统一控制，控制更加全面、智能、高效、自动，符合控制系统的技术发展趋势。FCS系统具有很强的抗干扰能力和将强的网络适应性，连接性，而且成本较低，组合安装较为简单方便，是一个极具发展潜力的自动化控制系统。传统控制系统结构与现场总线控制系统结构之间的结构差异如下图一所示。
现在的我国的FCS165现场总线控制系统已经具备了先进的DCS系统的全部功能，是符合国际发展潮流的新一代控制系统，它不仅填补了国内的空白，而且技术更先进，运行更加稳定，质量更加可靠，整体上已经达到国际先进水平。未来FCS系统应该从改善系统实时性，克服本安防爆对总线中节点数和电缆长度的限制，实现可互操作性和信息处理现场化这三个方面进行研究和探讨，努力将FCS系统发展到更高水平。
六、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展
近年来，我国的仪器仪表技术发展迅猛，已经有了很好地发展基础和发展水平，这也为实现工业控制自动化提供了重要的保障。但是我国的仪器仪表技术较一些发达国家来说还是相对落后的，我国生产的仪器仪表多处于中低档水平，与世界上先进的仪器仪表技术还有很大的差距。目前国际上数字化、智能化、网络化、微型化的产品逐渐成为主流，而我国的高档次的仪器仪表多依赖于进口，一些关键性的仪器仪表生产技术也完全依赖于国外。
最近几年，我国工业安全事故频发，作为在这些领域扮演重要角色的仪器仪表行业更是受到了前所未有的关注，不合格劣质仿制品仪器严重制约了中国仪器仪表市场的发展。仪器仪表技术应朝着数字化、智能化、网络化、微型化、测控设备的PC化的方向发展。有重点的支持部分重要行业仪器自动化控制系统的发展。
七、工业控制软件正向先进控制方向发展
目前我国自动化控制系统市场规模在2013年将会达到1311亿元人民币，整个中国自动化控制系统市场的年复合增长率在12%左右，预计到2015年将增长到3875亿元，市场前景十分可观。在这种情况下工业控制软件也得到了前所未有的发展和应用。工业控制软件是一种伴随着PC技术的发展而产生的应用软件，它是工控软件的一个重要组成部分。工业控制软件可先实现对工业控制系统的自动化和人性化管理，控制软件越先进就会使自动化控制程度越高。未来工业控制软件的发展必然是向先进控制方向发展，在先进控制的基础上将继续向标准化、网络化、智能化和开放性方向发展。
八、结语
近年来，国际上FCS、DCS、PLC、IPC、NC以及各类嵌入式控制装置正处在快速发展之中，而我国的发展速度更位居于世界前列。因此我们要对我国的工业控制自动化技术发展前景充满信心，各方共同努力使我国在工业控制自动化道路上越走越远，越走越宽广。尽管一些技术正在不断交融，不断创新，给工业控制自动化技术的发展带来了前所未有的挑战，但是工业控制自动化技术仍是呈着不断发展的态势，我们应该积极努力，开拓创新，加快工业化、自动化的步伐，实现产业化，不断提高我国的工业生产力，促进我国经济的又好又快发展。
参考文献
[1]刘鑫.我国工业控制自动化技术的现状与发展趋势[J].电气时代，2003，12：46-48+50-52.
[2]石磊.IPC推进工业自动化进程[J].现代制造，2005，14：46-47.
关键词：工业控制网络 实验平台 系统集成 智能仪器
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0159-02
1 研究背景
近年来，工业控制网络一直是工业自动化领域的研究热点，以现场总线技术和工业以太网技术为代表的工业控制网络技术引发了工业自动化领域的重大变革，工业自动化正朝着网络化、开放化、智能化和集成化的方向发展。
随着基于工业控制网络的控制系统不断增加，业界需要掌握工业控制网络技术的人才也越来越多，工业控制网络技术人才主要分为网络应用和网络研发两种类型，网络应用类型主要是进行自动化系统集成，网络研发类型主要是进行智能仪器产品研发。按照CDIO工程教育标准中工程实践场所的要求，建设工业控制网络实验平台，就需要满足以上两个方面的人才培养对实践场所的要求。
现在高校教学中多强调工业控制网络的作用和理论知识，但针对业界需求的实践能力训练不足，工业控制网络实验平台的使用对提高学生实践能力具有重要意义。工业控制网络实验平台的设计要解决三个关键问题：
1.1 系统架构
工业控制网络实验平台根据实际需求分为系统集成和智能仪器两大部分，系统集成实验装置的特点是依托各工业自动化公司成熟的工业控制网络设备构建工业控制网络系统。智能仪器实验装置的特点是依照工业控制网络开放的标准协议设计智能仪器，使其可以集成到工业控制网络系统。
1.2 工业控制网络协议标准
现阶段工业控制网络标准在国际上还没有得到统一，这不仅限制了工业控制网络的推广和应用，很大程度上也限制了高校的工业控制网络课程教学。由于工业控制网络可以应用于过程控制、逻辑控制、运动控制等不同的系统，在军事、航天、制造业、过程工业、楼宇自动化、汽车电子等领域均有应用，不同领域的不同系统对工业控制网络的要求也不同，有的系统要求可靠性、有的系统要求灵活性、有的系统要求实时性、有的系统要求简单以节省成本，现阶段还没有一种工业控制网络得到所有领域的一致认可，再加上各国工业自动化大公司的利益驱动，最终导致工业控制网络标准繁多。
本工业控制网络实验平台选择的工业控制网络协议包括工业以太网、PROFIBUS、DeviceNet、CAN、Modbus，以上几种工业控制网络协议均符合国际标准，在我国具有一定的市场占有率，其中工业以太网、PROFIBUS、DeviceNet的学习侧重于系统集成，而CAN、Modbus的学习侧重于智能仪器。
1.3 实现技术
系统集成实验装置主要涉及PLC、工控机、变频器、触摸屏等课程相关知识，系统集成实验装置在实现技术上的优点是简单、可靠、上手快，缺点是很多技术细节不够开放，系统硬件、软件、通信协议都以“黑盒”形式出现，只能使用其外部接口，对其内部设计不可见。
智能仪器实验装置主要涉及C语言程序设计、微型计算机原理、单片机、智能仪器等课程相关知识，智能仪器实验装置在实现技术上的优点是技术细节开放，缺点是系统硬件、软件、通信协议都需要自己设计开发，对学生要求高，且技术性能指标不好保障。
2 系统集成实验装置设计
系统集成实验装置以逻辑控制、过程控制或运动控制系统为应用背景，为了突出工业控制网络开放性与互换性的特点，本实验装置采用了两家公司的设备进行系统集成，采用了信息层、控制层和设备层三层网络结构，如图1所示。
信息层工业以太网采用西门子公司的S7-300 PLC、台达DVP28SV PLC、工控机、以太网交换机构建星形局域网络。控制层PROFIBUS网络采用西门子公司的S7-300 PLC作为PROFIBUS一类主站，TP177B触摸屏作为PROFIBUS二类主站，PROFIBUS从站分别是西门子S7-200 PLC、ET200M远程IO模块、MM440变频器和台达公司的DVP 28SV PLC。设备层采用DeviceNet网络或者Modbus网络，采用台达公司的DVP 28SV PLC作为主站，从站分别为远程IO模块、变频器和智能仪器。
3 智能仪器实验装置设计
智能仪器实验装置以智能仪器产品开发为应用背景，以单片机为核心设计工业控制网络通信接口。本实验装置采用了CAN和Modbus通信协议，一方面是由于这两种协议实现简单、应用广泛，另一方面是由于此两种协议开发的设备可以作为系统集成实验装置的测试仪表，可以实现对工业控制网络协议分析与研究，还可以实现设备层通信故障诊断。智能仪器实验装置的设计主要包括硬件设计和软件设计。
3.1 硬件设计
智能仪器实验装置硬件框图如图2所示，为了与理论课教学知识点紧密联系，其中单片机选择MSC51系列、过程输入输出模块选择ADC0809和DAC0832，用于数据采集和输出控制。键盘模块采用 4×4扫描键盘，用于学生实验时进行数据输入。显示模块选择1602LCD，用于通信数据的实时显示。CAN模块选择SJA1000控制器和PCA82C250驱动器、Modbus模块选择MAX485芯片。
3.2 软件设计
结合单片机实践教学经验，根据工业控制网络协议需求，进行C语言程序设计。具有数据通信测试功能的智能仪器软件设计程序流程图如图3所示，主程序主要负责现工业控制网络接口初始化、数据处理与输出、按键处理和液晶显示等功能，外部中断子程序负责接收和处理CAN总线数据帧，串口中断子程序负责接收和发送Modbus数据帧。
4 结语
按照CDIO工程教育标准中工程实践场所的要求设计的工业控制网络实验平台紧密结合理论课程知识，体现了行业特点，在实践教学中起到了很好的教学效果。采用系统集成和智能仪器两种类型的实验装置的优势可以实现互补，对于学生今后实际工作岗位的选择和发展方向的定位具有一定的指导意义。
参考文献
[1]顾佩华.CDIO在中国[J].高等工程教育研究，2012年.
[2]王振力.工业控制网络[M].北京：人民邮电出版社，2012年.
[3]王祁.智能仪器设计基础[M].北京：机械工业出版社，2009年p161～165.
【关键词】物联网 工业控制 传感器
一、前言
物联网（The Internet of things）的概念是在1999年提出的，它的定义很简单：“就是把所有物品通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理”。基于对工业控制PLC、DDC等的了解，延伸物联全网的思路，物联网与凯乐光电的拉丝光电设备工艺虽差几何，但作为致力于弱电强控的人员，不得不革新思想、紧紧跟随并深入探索关于物联网对工业控制的突破，为更节能、更高效、更精准地服务于生产，下文将重点介绍从工业控制角度看物联网的定义、看物联网的发展、看传感器在物联网中的效用。
二、从工业控制看物联网的定义
关于物联网人们热议却有时似懂非懂，对物联网的定义至少有几十种，都是不同领域专家从不同领域定义的，比如：
（一）英语中“物联网”一词：Internet of Things，可译成物的互联网。
（二）国际电联（ITU）关于物联网的定义：是一个具有可识别，可定位的传感网络。
（三）经过与无线网络（也含固定网络）连接，使物体与物体之间实现沟通和对话，人与物体之间实现沟通与对话。能实现上述功能的网称为物联网。
作者比较赞成如下定义：一种基于泛网及其多制式、多系统、多终端等的综合网络――或称为广义物联网。工业控制指的工业自动化控制，主要利用电气、软件、机械搭配实现控制功能。作者比较形象的理解物联网为工业控制的生活版，工业控制是基于工业自动化而化而来，对比物联网就是基于生活自动化而来的。
三、从工业控制看物联网的发展
在光纤拉丝工艺自动化控制的过程中，，物联网有极其重要作用，不管是从过程控制、系统反馈、精度调节等方面无不凸显其举足轻重的作用，如拉丝塔、筛选等设备的工控主要基于传感器的信号控制反馈进行网络集中到工控机，进而进行优化处理，最后通过各种执行器进行工作。从工业控制看，物联网向下可以连接众传感器，时时信息全掌控，全面不间断的过程控制，即便应用在工业中随时监控产品质量并及时反馈，将整个生产过程系统化，也更将高效节能；向上可以连接云端、服务器接而跨入大数据时代，让生活变得更智能，并且也不仅仅像工控机一样，只能一台工控机控制一套设备，多终端的控制让生活中的一切变的更便捷，所以人们极力追捧也正因物联网让人极有“运筹帷幄，决胜千里之外”的张良之风，可见随着人们的喜爱，市场的有力需求，必将带来物联网今后的高速发展甚至爆发。
四、从工业控制看传感器在物联网中的效用
然而，基于上述对物联网发展的预想，物联网却尚未大肆攻城略地，想来必有原因，从工业控制的发展过程来看，现有的潜在客户不是原因，原因可能只在价格，而价格居高不下的原因又是什么呢？从工业控制的原理看，自动化控制都应该有三大部分组成：CPU、传感器、执行器。CPU的发展早已可以远远满足，而且各种云服务器也早已严阵以待；执行器或执行机构大多是机械部件，以现在的机械工艺水平，大胆的推测其不足以影响物联网发展的步伐；传感器的组成则五花八门、各不统一，成了裹足不前的根源所在。所以基于此推理，简述关于各种传感器在物联网中的实际效用，下面根据传感器大致的应用方式给予分类介绍：
（一）液位传感器：利用流体静力学原理测量液位，是压力传感器的一项重要应用，拉丝炉工艺冷却水应急水箱、冷却塔、定压水箱等的信号反馈无不是液位传感器的功劳，更大范围适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。
（二）速度传感器：是一种将非电量（如速度、压力等）的变化转变为电量变化的传感器，适用于速度监测，像筛选机速度控制虽然表面是通过伺服驱动进行控制，看似与传感器无关，但却是电机主轴端速度编码器的功劳。
（三）湿度传感器：分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件，适用于湿度监测，最典型的是拉丝塔洁净区内的温湿度表的应用。
（四）气敏传感器：是一种检测特定气体的传感器，适用于一氧化碳气体、瓦斯气体、煤气、氟利昂（R11、R12）、呼气中乙醇、人体口腔口臭的检测等，如公司所有消防控制的烟感传感器、拉丝炉内气体流量控制传感器、UV保温炉内的气体保护传感器等。
（五）压力传感器：是工业实践中最为常用的一种传感器，其中DDC空调控制的压力和压差传感器属最常见，其高度灵敏性和反馈性信号为室内或厂区恒温恒压等特征大大提高控制效率，也为物联网在工业控制内屡立战功。
（六）激光传感器：利用激光技术进行测量的传感器，如激光水平仪就是我们喜闻乐见的激光传感器，广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等。
（七）红外线传感器：利用红外线的物理性质来进行测量的传感器，常用于无接触温度测量、气体成分分析和无损探伤，常用于无接触温度测量、气体成分分析和无损探伤，应用在医学、军事、空间技术和环境工程等。
五、结束语
虽然，物联网的产业供应链包括传感器和芯片供应商、应用设备提供商、网络运营及服务提供商、软件与应用开发商和系统集成商。但是，作为“金字塔”的塔座，传感器将会是整个链条需求总量最大和最基础的环节。传感器是物联网技术的支撑、应用的支撑和未来泛在网的支撑，传感器感知了物体的信息，RFID赋予它电子编码，传感网到物联网的演变是信息技术发展的阶段表征。
参考文献：
[1]张群.对物联网的深度剖析[J].通信企业管理.2010，1
[2]赵茂泰.智能仪器原理及应用[J].北京：电子工业出版社
[3]孔晓波.物联网概念与演进路径[J].电信工程技术与标准化.2009.12.
[4]王元庆.新型传感器原理及应用[M].北京：机械工业出版社
作者简介：
1.孙丰宝（1988-），男，籍贯山东省济南市，长江大学本科学历，现任职于湖北凯乐光电有限责任公司设备部，主要职责为光纤拉丝塔区电气设备以及工业控制的日常运营工作。此前曾于2013年4月至9月期间，协同中国电子第十一设计院完成凯乐光电空调DDC自动化控制安装及调试工作，期间还参与工艺冷却水和冷却循环水等PLC安装调试等工作，后又专注于大直径拉丝炉、双收线等工艺设备的电气工作，也因此对于弱电工控等有较全面认识了解。
随着我国经济的发展和技术的进步，工业控制技术也不断创新和完善，PLC技术在现代工业控制中有着非常广泛的应用。PLC技术在推动工业控制自动化、现代化发展方面发挥着非常关键的作用，进一步深入研究PLC技术与网络通讯和数据库技术的结合具有重要意义。本文结合PLC技术的相关理论对基于PLC技术的工业控制系统的设计进行探讨。
【关键词】PLC 工业控制 系统 设计
1 PLC技术简介
PLC是可控编程控制器的简称，是一项专门应用于工业环境下的数字运算电子装置和技术。在工业生产实践中采用PLC技术进行工业系统的控制，通过可以编制程序的存储器进行内部的存储并实现逻辑、顺序、计时、计数等运算，然后经过数字式或者模拟式的输入和输出控制机械的生产操作。PLC技术与外部配合设备是一个有机的整体，在设计的过程中遵循易于实现工业控制、便于扩展的原则，通过这一系统能够实现高效、精确的控制。随着技术的成熟和研究的进一步深入，基于PLC的现代工业控制系统，配合工业以太网、网络通讯以及数据库等计算机技术，实现全自动、高精度高效率的生产线控制成为重要的发展趋势。
2 基于PLC技术的工业控制系统设计
2.1 PLC程序的设计
PLC程序的设计是实现生产线上所有执行活动的基础，主要包括数据采集、控制顺序、数据处理等方面。PLC系统的内部结构主要包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出模块以及电源模块等，其中最重要的便是主机模块，CPU模块对整个程序的实现与控制发挥着决定性的作用。通过中央处理器能够对用户的数据及程序等进行存储，并对现场需要的数据、装置的工作状态进行采集与输入，然后根据这些数据信息对内部电路、电源等进行诊断和监督。存储器在本质上来说是一种半导体的电路，实现单向的传输与控制，其中重要的特点是其具有记忆功能。内部存储器具有两种类型，一种是属于系统程序的存储器，另一种是用户存储器，其中系统程序存储器主要实现系统程序的存储，如编译程序、管理程序以及监控程序等。PLC系统的电源模块负责为各个工作模块提供能量，是系统的基础组成部分。PLC程序的设计主要是根据生产线上的实际工作需求进行策划与设计，在硬件设备上实现自动、半自动的控制操作。PLC系统的控制模式有手动控制模式、半自动控制模式、自动控制模式三种。手动控制模式是在生产线保持调试的状态之下，通过文本显示器进行人工的调整与测试；半自动模式则是在此情况下，系统通过半自动的动作实现控制；自动模式则是在生产线保持在自动生产的状态上，进行自我的闭环反馈与调节，通过远程主控PC实现控制。
2.2 主控PC程序设计
主控PC程序的设计是PLC工业控制系统设计中的关键环节，主控PC的设计有效地结合了PLC、界面与动画PC，能够更好地实现人机结合，实现自动化、人性化的控制。在进行主控PC程序设计的过程中，首先要考虑程序主体的设计，由于工作控制系统具有一定的复杂性和繁琐性，在设计中要选择现代、简便的程序设计方法，根据实际生产线的需求合理划分功能模块，保证整个系统的功能性、合理性。其次，从各个分模块来讲，要将程序模块进行有效的划分，保证各模块相互衔接、功能独立、配合；然后将各模块分别进行调试，使其功能能够充分发挥。最后将整个程序模块进行综合研究，使各模块之间能够形成一个有机的整体，实现综合的性能。主控PC程序的设计主要包括PLC通讯模块设计、数据库模块设计等，能够实现主控PC与PLC两者之间的数据传输和命令的传递；通过主控PC程序的设计还能够与界面、动画间数据和命令的传递与交流。主控PC程序的设计是整个工业自动控制系统设计的关键环节，程序设计的高效、精确与否直接影响整个的生产控制过程，因此加强PLC程序的设计，进一步完善与深入发展具有非常重要的意义。
2.3 动画及界面PC程序设计
在整个工业生产控制系统中界面PC是操作的基础和平台，通过用户界面将系统的工作状态进行反馈，操作人员根据这一反馈结果做出相应的操作，实现对生产线的控制。生产线的控制是由操作人员、界面PC以及内部程序控制系统密切配合实现的，其中动画PC是模拟的平台，能够对实际生产线进行模拟。在PLC工业控制中，以界面PC实现生产线控制系统的操作，并实时向主控PC发送相应的控制命令、接收相应的反馈信息，实现交互的反馈与配合。动画PC则是模拟生产线上的工作状态，接收主控PC发送的实时信息，模拟当前的生产动态。
3 基于PLC的控制系统的调试与实现
基于PLC的工业控制系统的调试与实现包括调试、测试、验收等过程，以满足生产线需要。在PLC控制系统中模块调试主要是对PLC软件系统及硬件设备进行调试，综合考虑外界因素对设备的影响，同时对生产线系统进行初始化设置，以更好地满足生产线要求。将内部程序设计、PC设计完备后，操作人员通过界面PC进行实际操作，完成对生产线全面的控制。衡量工业控制系统生产性能指标主要包括生产效率、工作时间、工作人数、工作复杂程度、安全程度、灵活程度等，在设计的过程中也是通过这些性能指标进行初步的设计与估测，不断反馈与优化，逐步达到拟定的技术要求。
4 总结
工业发展在促进国民经济增长中发挥着举足轻重的作用，基于PLC的工业控制系统能够大大提高生产效率。深入研究和优化PLC工业控制系统的设计是推动工业控制自动化、现代化的重要途径，主要包括PLC程序的设计、主控PC程序的设计以及动画、界面PC程序设计等。
参考文献
[1]孙奕.基于PLC的工业控制系统的设计与实现[J].科技创新与应用，2015（04）.
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[3]马淑清.工业控制系统安全性初探[J].山西建筑，2014（03）.
作者单位
关键词：工业计算机控制系统应用
在工业自动化体系中，一个重要的角色就是工业控制计算机，即IPC，或者叫产业PC。工业生产过程进行计算机控制是提高产品质量、降低成本、减少环境污染的必由之路，计算机控制系统已成为生产设备及过程控制等重要的组成部分，它代替人的思维成为工业设备及工艺过程控制、产品质量控制的指挥和监督中心。工业生产过程的计算机控制系统，随着计算机的进步、工业生产工艺过程控制要求的提高和生产管理的完善而不断发展。
一、工业计算机控制系统的组成
工业自动化体系主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，工业控制自动化技术主要解决生产效率与一致性问题。自动化系统与计算机信息科学的紧密结合，给工业生产过程带来了新的技术革新。
工业计算机控制系统（CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。
目前工业计算机控制系统按结构层次基本上划分为：直接数字控制（DDC）系统、监督控制（SCC）系统、集散型控制系统（DCS）、递阶控制系统 （HCS）和现场总线控制系统（FCS）等几种，其中DCS是融 DDC 系统、SCC 系统及整个工厂的生产管理为一体的高级控制系统，该系统克服了其他控制系统中存在的“危险集中”问题，具有较高的可靠性和实用性。但是，为了进一步适合现场的需要，DCS 也在不断更新换代，近年来，集计算机、通信、控制三种技术为一体的第五代过程控制体系结构，即现场总线控制系统，成为国内外计算机过程控制系统一个重要的发展方向。
二、计算机控制在工业自动化的设计和应用
工业生产过程中广泛应用了工业控制自动化技术，来实现对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，以达到提高产品品质和产量、降低生产消耗、确保安全等目的。那么如何实现工业计算机控制呢？现在介绍设计思路如下：
（1）计算机控制系统设计的一般步骤
计算机控制系统的设计，随被控对象、设备种类、控制方式等的不同而不同，但系统设计的基本步骤大体类似，一般包括系统设计分析、确定控制算法、系统总体设计、硬件设计、软件设计以及系统调试等。下面分别作一些介绍。①确定控制方案：开环？闭环？单环？多环？DCC？SCC？DCS？ ②确定系统的构成方式：要求高：工控机；要求低：单回路控制器、低档PLC或总线式工控机。③现场设备选择：传感器、变送器和执行器型号和类型的选择
（2）确定控制算法
控制算法的选择非常重要，它的好坏关系到整个控制系统的成败。注意点：① 所选择的控制算法是否能满足对系统的动态过程、稳态精度和稳定性的要求。② 各种控制算法提供了一套通用的计算公式，但具体到一个控制对象上，必须有分析地选用。③ 当控制系统比较复杂时，其控制算法一般也比较复杂，使整个控制系统的实现比较困难。合理简化，再完善。
（3）系统硬、软件的设计
在计算机控制系统中，一些控制功能既能用硬件实现，也能用软件实现。因此在系统设计时，硬、软件的功能划分应综合考虑。硬件速度快、可减轻主机的负担、但要增加成本；软件可以增加控制的灵活性，减少成本，但要占用更多的主机时间。①硬件设计：包括输入、输出接口电路的设计，输入、输出通道设计和操作控制台的设计。
要设计出硬件原理图、印刷电路板、机架施工图等。②软件设计：硬件设计好了后，系统的功能主要依赖软件。要绘制程序总体流程图和各功能模块流程图，编制程序清单，编写程序说明。
（4）系统调试
系统调试包括系统硬件、软件分调与联调，系统模拟调试和现场投运。调试过程往往是先分调、再联调，有问题再回到分调，加以修改后再联调，反复进行，直到达到设计要求为止。
（5）工业计算机系统的维护
提高计算机控制系统的可靠性和可维修性的常用方法：a 提高元器件的可靠性；b 采用冗余技术；c 采取抗干扰措施；d 采用故障诊断；e系统的恢复技术；f 软件可靠性技术。
总之，工业计算机控制系统应用总体思想具备：①系统操作性能好，硬件和软件要使用方便和维修方便；②可靠性高；③通用性好，便于扩充；④实时性强；⑤设计周期短、价格便宜。至于具体的系统设计和总线类型的选择由于篇幅原因不再详述了，感兴趣的读者可以查阅相关资料进行学习。
【关键词】工业自动化；改造；应用
引 言
工业自动化作为现代先进工业科学的核心技术，是工业现代化的物质基石和重要标志。但是，褚健指出，现今我国整个装备领域，无论是过程装备，还是机械装备，整体的效能都很低，高端装备自主率低，处于产业链的低端。我们国家的劳动生产率低，只达到发达国家的20％~30％，甚至更低。因此，不断的去研究和探讨我国工业自动化改造、发展和战略的方向，对我国工业化的发展有着长远的现实意义、时代意义。作者结合我国工业现代化的实际，提出了工业自动化改造的方向，并对其技术的应用进行了探讨。
1、工业自动化的改造方向
刘运昭研究指出，分布式、开放式和信息化，将会是工业自动化的发展方。设备的自动化控制依靠模拟量控制，具备记录、汇总、分析信息与数据的功能。同时，对设备生产状态进行全面的监督，在生产设备的操作发生意外或者参数设定不当，发生突发事件的情况下，设备具有一定的应变与紧急控制的能力，防止事故发生与造成损失。根据现在工业自动化发展现在，以及要解决的问题，工业自动化具有以下的改造方向。
1.1 未来PLC
目前，PLC正向着微型化、网络化方向发展，结构和性能的PC化将是未来PLC发展的一个主要趋势。现今，Ethernet技术的扩展，是控制领域一个重要的发展趋势，Ethernet接口开始被现有的PLC生产企业向客户提供，加大了PLC控制系统的开放性。（贺章波.我国工业自动化的发展方向.中国新技术新产品，2010，（19）：159-159.）
1.2 由DCS到FCS的发展
现场总线的FCS防线是本着分散化、全数字化的标准，并尽可能的全开放和互操作的最新工业生产控制自动化系统。现场总线技术使得监测控制设备具有了计算和通信的双重能力，即所谓的“智能化”。同时，对信号的测量、传输以及控制精度的提高，都有着很大的影响，而且，也非常有利于系统、设备功能的的提高。FCS成为工业自动化改造发展的趋势之一，它通过改变传统控制系统的结构，采用全数字通信方式，形成了一个新型的网络集成全分布系统，FCS具有开放式、全分布、智能化、可互操作性、适应现场环境强等特点，形成了一个从测控设备到监控计算机的实时、双向、全数字化、多节点的通信网络，顺应了发展控制网络的要求。
1.3 由工业控制自动化软件到APC的发展
工业控制自动化软件将会从人机界面向着先进控制的方向发展，即APC。现阶段，APC策略主要包括：自适应控制、鲁棒控制和预测控制，尤其是智能控制，它的下属分支还包含专家系统、灰色预测、模糊控制、神经网络等。
2、工业自动化的应用
2.1 在锅炉机组中的应用
锅炉设备是一个多输入、多输出，且相互关联的复杂系统，对应的控制系统是一个典型的多变量、纯滞后、强耦合的复杂控制系统。为了构建一个可靠的、安全的、智能随动的工业自动化控制系统，以技术成熟的工业控制机为控制核心，采用统一的标准信号，以变送器和执行器为基础的现场仪表，按需补充监测控制点，是保障锅炉安全而平稳的运行基础。同时，工业自动化控制技术在控制策略和软件实现上，可以较好的解决多变量解耦关系以及滞后响应问题。
在工业自动化控制系统设计上，采用集中控制，但分散驱动的集散控制思想，并采用标准的多层结构进行开发，从而，实现锅炉系统采集、存储、监测、图形、报表、管理、控制、保护、报警等功能的一体化。同时，整个锅炉系统充分考虑工业自动化控制的先进性、开放性、可靠性、稳定性、安全性等原则，利用面向对象进行分析、设计的技术，将系统模块化、集成化。因此，锅炉系统充分体现了工业自动化的应用。
2.2 在变电站中的应用工业自动化在变电站中的应用，给变电站系统带来了集中结构与分散结构的结合、全分散式的分布结构、通信协议的使用等结构变化，实现了对变电站内部的监控，包括数据采集及其处理、系统监视与报警、远程通信与控制、人机交换和历史数据记录等；对变电站控制的实时调节，通过监控画面对可控的自动化设备实施分合等操作控制，对可调的自动化设备实施升降等操作控制，对需要保护的自动化控制设备要进行定值的查询和设定；变电站与计算机的互访闭锁，建立与控制台计算机的互访通信，使得控制能够相互闭锁等功能。
2.3 在油田中的应用对于自动化技术在整装油田站场的应用设计，需要根据整装油田的实际生产特点和规模，还有集输工艺和投入、产出比率等指标全面综合的进行考虑。
2.3.1整装油田
集中处理站即联合站，控制功能不宜过于强烈，控制系统的规模不宜过于太大，最好利用控制室的计算机系统进行集中的监测控制；对于大型的油田气接转站，若对于数据的计量有特殊的要求，可利用工业控制机或可编程序控制器(NIPLC)来完成；而对于那些工艺流程比较简单，而且检测控制参数又比较少的油气田站场，最好使用小型的计算机控制系统，或者油田专用的监控装置设备实施监测控制。
2.3.2沙漠或其他的自然条件比较恶劣的油气田站
对于此类的油气田站场来说，自动化控制技术的应用在配置上有着特殊的要求，要保证油气田的接转站和井口等处可以实现无人值守，在联台站内实施集中的监测控制。针对于全油田，最好使用性价比适中的SCADA系统(即监控和数据采集系统)，进行集中的监测控制与管理。
2.3.3整装气田
为了对油气田进行合理的开发，科学的管理，保障和提高整个集输系统的可靠性，保障和保护人身和设备的安全、平稳供气和周围环境，自动化控制系统应采用SCADA系统，实施数据采集、监视和远程控制油气田所归属的站场的工艺参数，自动化控制管理整装油气田统一的生产运行。
关键词：网络化控制系统 工业管理 应用
1 网络化控制系统
1.1网络化控制系统的概述
网络化控制系统简称为NCS，网络化控制系统是综合自动化技术发展的必然趋势，是控制技术、计算机技术和通信技术相结合的产物。控制系统是用来管理、控制和监测其他设备或装置运行的系统。人类的生产活动和科学实验活动，无不表现为过程。控制系统的最基本功能之一就是过程控制。狭义的说，过程控制是专指工业生产工程的控制，包括对离散系统的过程控制和对连续过程的控制。现代控制系统还具有状态监控和数据采集、设定值控制以及闭环控制等功能。控制系统为了发出控制命令、设置控制量或实现闭环控制，必须从被控对象取得相应的状态和数据，也就是说，数据采集和测量是控制的基础。其中数据采集系统是控制系统的一部分。网络化控制技术在工业加热炉、工业锅炉和电厂锅炉湿法烟气脱硫中起着重要性的作用。
1.2网络化控制系统的工程应用
互联网技术与企业以太网控制技术的结合能够形成网络控制模式，从而能够实现企业内部的远程监控、远程管理和远程维护，这会给企业带来更大的经济效益，使得各行业综合自动化水平从集散控制技术和直接数字控制上升到一个更高的高度，即网络化控制系统。网络化控制系统是控制技术、计算机技术和网络通信技术等共同发展的结晶。网络化控制系统的工程应用就是利用NCS的系统集成技术构造整个工业企业的管理与控制一体化的综合自动化系统。所谓系统集成就是根据工业企业的需要，适当选择各种NCS的软、硬件设备，经过相关人员的集成设计、安装调试和应用开发等大量技术性工作，使集成后的系统能够满足工业企业对实际工业控制的要求，建立一个完整的企业综合自动化的过程。
1.3网络化系统的改变性
网络化控制系统的出现，彻底改变了传统控制工程单一控制回路信息的封闭性与信息孤岛现象，使得整个系统内数据，信息的完全透明，彻底实现了整个综合自动化系统内控制信息、管理信息的上行下达，实现企业管理控制一体化，完成系统的远程监视与控制，实现信息化带动工业化的目的。
2 工业管理的分类与要求
2.1生产管理追求无库存，就是要彻底改变以超量库存保装车的传统做法，变以造型为中心的推动式生产为以清理为起点的拉动式生产。实行期量流或一个流生产方式，逐步扩大看板生产品种，造型生产线实行柔性生产，生产作业计划和生产统计应用计算机管理，大幅度地压缩工序、在制品和成品库存，最大限度地降低资金占用，提高生产组织管理水平。
2.2成本管理追求无浪费，就是要狠抓投入产出管理，做到少投入，多产出，优质低耗，降低成本。深入开展三级经济核算，抓好铸件收到率、砂芯使用率、炉料投入、铁水产出、芯砂出芯率、造型成型率、清理合格率等环节的考核。要整顿库房，对原材料、产成品、备品、备件等重新制定最高最低储备限额，做到用最低的储备满足生产的需要，大幅度地降低消耗，减少浪费，活化资金，降低铸件成本。
2.3 生产管理讲究优化生产，就是全厂每个生产环节都要达到整体优化标准，建立起以车间主任为首，以生产工人为主体，以生产现场为中心的现场“三为”管理机制。实施生产要素一体化管理，强化现场管理和定置管理，现场工位器具标准化、改善生产现场环境，提高现场文明生产水平，使生产要素达到最佳状态。其中也涉及提高劳动生产率，就是通过采取一系列有效措施最大限度地为企业增加效益。除加强内部管理，提高产量，提高质量，抓好技术改造外、重点是坚持以人为中心，提高人员素质素养，充分发挥人的主观能动性。
3 应用特点
工业控制网络作为一种特殊的网络，直接面向生产过程，肩负着工业生产运行一线测量与控制、信息传输的特殊任务，并产生或引发物质或能量的运动和转换。因此它通常应满足强实时性、高可靠性、恶劣的工业现场环境适应性、总线供电等特殊要求和特点。目前，传统上用于办公室和商业领域的以太网已悄悄地进去了控制领域，且发展迅速，引人注目。作为市场上最受欢迎的通信网络之一，以太网不仅垄断了办工自动化领域的网络通信，而且在工业控制领域管理层次和控制层等中上层网络通信中也得到了广泛应用，并且直接向下延伸应用与工业现场设备间通信的趋势，并成为近年来工业控制网络新的研究热点。
近些年来，随着网络技术的发展，以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展。在近十年互联网技术飞速发展，以太网技术已经成为商业通信中的主导网络技术。现在以太网的通信速率要比任何工业现场总线高得多，人们期望以太网也能应用到工业控制领域中，凭它的低成本、极高的通信速率、全球普及的标准，逐渐取代现有工控行业中繁多的总线系统，用太网来实现从管理层到工业现场的贯穿一致性通信。
参考文献：
[1]谢希仁.计算机网络.北京：电子工业出版社，2003.
[2]阳宪蕙.工业数据通信与控制网络.北京：清华大学出版社，2003
“4+1”安全防护体系即结构安全、本体安全、行为安全、基因安全，以及时间持续性防护。它实现工业控制系统内在安全和体系防护的有机统一。
“互联网+”在各个领域深度渗透，广泛推进，取得了明显成效，但当所有设备、所有系统互联互通以后，安全问题就至关重要。尤其在“中国制造2025”、“互联网+”新业态下，对工业控制网络提出了更多新的安全防护需求，新需求是推动技术创新的原动力，唯有技术创新才可解工控安全之困局。
“4+1”安全防护体系
在实现工业控制系统内在安全和体系防护的有机统一方面，匡恩网络创新性地提出“4+1”安全防护体系，即结构安全、本体安全、行为安全、基因安全，以及时间持续性防护。结构安全和行为安全是工控安全体系的主体，是实现工控系统体系防护的关键因素，也是对工业控制系统进行安全改造和加固的切入点；基因安全和本体安全关系到工控安全体系的本质安全，其根本的解决之道是自主可控；持续性防护是建立长效的安全防护机制，在持续对抗中多维度保障工业控制系统及关键基础设施全生命周期的安全。
怎样做好工业控制系统安全防护？井柯建议：第一，为工业控制系统网络融入安全基因。主要通过针对工业控制系统安全规划设计、持续的威胁管理、安全运营以及人员培训等方面注入到整个工业控系统生命周期中。第二，推动工业控制系统网络安全开放平台的建设。一方面需要开展针对工业控制系统的产品与安全产品的研发，确保产品的安全、自主、可靠；还有就需要通过信息共享、资金保障、标准、产品等共同营造健康的产业生态环境。第三，推动工业控制系统网络安全与生产安全的融合。
三个维度保障工控安全
工控领域的企业已经开展了有针对性的研究，原有信息安全企业、研究机构和大学也在逐步开展针对工业控制系统的安全研究。
“工业控制系统为了保障业务的稳定运行，也开发了大量的安全功能，通过多点失效保障与表决机制等来保障关键操作，其中更多是防止误操作对工业控制系统的影响，而功能安全所具备的失效保障的措施，在应对潜在的对外部攻击所导致的功能失效方式也起到一定的作用。”绿盟科技专家说，“随着工业控制系统信息化程度的加深，必然将导致工业控制系统受攻击面的增多，融合实际的操作规程要求、融合实际的功能安全属性、基于业务的流程与工艺的行为建模和分析，形成信息安全技术手段与业务有机融合的技术，才能在工控系统安全领域实现真正的突破。”
在谈及技术创新时，刘权对《中国信息化周报》记者说：“对于创新的工控安全防护技术产品，政府机构应通过政策引导、防护指南实施、产品试点示范等工作推动创新的工控安全防护技术产品的成果转化，以及和工控企业业务的有机结合。此外，我国诸多重点领域工控系统核心部件及相关基础网络组件、服务平台多被国外产品垄断。大部分工控系统及配套数据库和服务器产品都来自国外，且多由国外厂商直接提供运维服务。只有加强工控基础软硬件研发，在芯片、操作系统、组态软件等领域取得重大突破，才有望实现工控系统信息安全的真正破突。”
基于对工控系统安全需求的理解，结合国内工控安全的规范要求及国外相关标准内容，绿盟科技提出从技术、管理和运行三个维度来保障工业控制系统安全。三个保障维度主要包含：网络边界防护、安全纵深防护、安全运行管理和安全管理制度要求等几个方面，融合了技术、管理和运行的要求来保障工业控制系统的安全。绿盟科技工控安全专家对《中国信息化周报》记者说：“结合工业控制系统运行阶段的特点，我们提出三个能力建设，包含从上线前的安全检测、安全能力部署、安全运行三个阶段，覆盖工业控制系统运行周期的安全保障。”
实现信息安全风险的动态管理
启明星辰集团在2014年4月成立了贯穿前、中、后场的统一协调、有效沟通、直接面向客户需求的工控安全特别任务组，支撑石油炼化、烟草、军工、先进制造、轨道交通、电力、钢铁、石油、煤炭等各行业客户的工控安全需求。
关键词:电气设备 自动化控制 应用
中图分类号:TP27 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)08(a)-0131-01
1 PLC简介
PLC(Programmable logic Controller)是可编程序控制器的缩写,是以微处理器为基础,综合了计算机、通信、互联网以及自动控制技术而开发的一种工业控制装置。起源于20世纪70年代,并成功在汽车工业中投入使用,到了20世纪90年代随着PLC的处理速度、运算和控制功能的不断商品化,使其不断地向电气—仪表—计算机控制一体化前进。到目前为止,基于PLC技术作用在产品的生产和应用中,以集散控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)为主要控制系统形式。在未来,基于PLC技术的控制系统将不仅仅是一个基层系统,更是一种开放式、新型全分布式 的控制系统;同时以智能传感、计算机控制、数字通讯等为主要内容的综合性技术。它将成为自动化技术发展的热点和前沿技术。
2 PLC在电气自动化控制中的应用
随着PLC功能的不断提高,PLC几乎可以完成电气设备控制领域的所有任务。很多情况下,PLC可以取代工业控制计算机作为主控器来完成复杂的电气设备自动控制任务。PLC主要可以分成两种,一个是箱体式,一个是模块式,两者的结构组成基本一样,箱体式PLC由一块CPU板、I/O板、内存块、电源及显示面板等几部分构成,根据CPU的性能可以对其进行型号分类,规格的判定又可以依照I/0点数划分。对模块式PIE,其组成部分包括,CPU模块,内存,电源,I/O模块、底板或者机架等。不管PLC的类型是什么结构的,都是归类于总线式开放型结构之下的,它的I/O的作用能够依照客户需求实现扩展与组合。PLC在电气设备自动化控制中主要表现出以下特点:可靠性高,抗干扰能力强;功能完善,实用性强;易学易懂,应用普遍;维护方便,容易改造;体积小,重量轻,能耗低等。PLC在电气设备中主要具有以下一些功能:开关量的逻辑控制、运动控制、模拟量控制、过程控制、数据处理、通信联网等。
PLC的功能非常强大,应用也非常广泛,但是在电气自动化系统中,主要应用于三个领域:第一个是PLC可编程控制器在数控系统中的应用,在传统的数控系统控制里有很多控制方法,但是PLC可编程控制器的出现还是立即引起了行业的广泛关注。PLC可编程控制器的使用使得数控系统在控制时定位更加准确,而且控制起来也更加方便。第二个是可编程控制器在交通控制系统中的应用,在交通系统中,可编程控制器主要用于信号灯的控制,也可以用于整个交通系统总线的控制。PLC可编程控制器在交通系统中的应用,大大提高了交通系统的工作效率,在交通越来越拥堵的今天显得尤其重要,尤其是人工智能的应用,使得交通的电子监控更加完善,也更加高效,这使得交通监督工作量大大减少。由于类似电子监控的智能化设备使用,也使得整个交通管理更加规范化,一旦违反交通规则,肯定会被监控到。第三个是PLC可编程控制器在中央空调中的应用,中央空调有三种控制方法,即在早期所使用的继电器、直接数字以及如今的可编程控制器控制。前两种方法因为其自身的一些缺陷,已经越来越少,尤其是继电器。而PLC可编程控制器具有很高的可靠性,抗干扰性也很强,维护也很方便,这使得PLC应用前景更加光明。
下面具体介绍一种PLC在电气自动化控制中的应用:PLC应用在机床电气控制上,可以解释如下,作为一种通用加工机床其将协同控制机械、液压、电气实现一体化,是一种比较典型的机械行为。它的液压和电气的时间配合的控制方面,容易出现故障,故障情况多样,排除故障较难。在机床的电气控制中使用PLC并且灵活掌握,可以充分替代过去使用电器、接触器作为主体的机床的控制装备。详细了解并且有效运用可靠地PLC,掌握其精准的时间控制能力对其进行改造,实时显示各主体设备的状态变化及故障报警画面,组成控制、监管相结合的一体化系统,这样可以获得理想的效果。这种新型的直流调速自动化系统,主要包括开发一套由高压开关柜、整流变压器、电枢整流柜、司机控制台、PLC柜、低压配电柜和上位监视机等部分构成新的全数字自动化副井提升电控系统,运用直流电动机,将整套PLC控制信号操车设备进行更换。因为在设置硬件电路的时候,几乎都是使用特别大规模的集成电路,它不仅使用较少的元器件,并且整体结构比较简单,容易产生故障的位置少,具有安全可靠的特点。硬件使用的模块化结构是和总线相连的,控制算法以及系统控制利用软件完成呈现出较强的购置性,这样就能实现功能的开发,使应用更为方便。
3 PLC在电气自动化控制中的应用趋势
在未来,电气设备制造出更多品种的产品,设计创造更多符合实际应用的规格,不断完善人机界面,发展优良的通讯设备这样才能够更好地符合各种电气设备自动化控制场景的要求,PLC这种新型技术目前的发展趋势之一就包括实现以及其他工业控制计算机组网所形成的大型的PLC电气设备控制系统。现在PLC的适用范围就很广,包括在计算机的散热控制系统DCS(Distributed Control System)中的广泛应用,PLC的优势有很多,可靠性强,响应速度快,高智能化特点,网络布局广,继承密度大等多种优点。
4 结语
电气设备自动控制采用PLC控制后,大大简化了复杂的继电器逻辑,提高了系统可靠性,也一定程度上优化了结构,降低了成本。而且PLC的使用和维修都很方便,具有电气知识的人员很快就能胜任操作及维护的工作。多方面的优势和特点为PLC在工业控制系统的推广提供了一种的借鉴模式。
参考文献
[1]史国生．电气控制与可编程控制器技术[M]．北京:化学工业出版社,2003．
关键词:工业 自动化 仪表 使用
中图分类号:TH86 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2011)03-0014-01
要实现生产装置的过程自动化,在设计过程中就要考虑合理的控制方案、也要选择正确的测量方法,根据工况条件及工艺数据,正确地选择自动化仪表。在仪表施工过程中也要合理的选择仪表的取压点的位置。还有各种参数的整定。以上这些过程中必须严格遵循各种标准、规范。
1、工业自动化仪表的发展
目前,随着信息化时代的到来,计算机技术、网络技术、自动化仪表等高、新技术的发展,工业自动化仪表领域的拓宽。技术得到了更新。从模拟仪表技术步入了智能和数字化技术领域.几十年来在自动化仪表的发展过程中,工业生产过程由简单到复杂、规模由小到大。至今,已有各种各样的工业生产过程生产出多种多样的产品满足当今社会的需求。为能满足工业过程的需要近50年来,自动化仪表从气动到电动仪表,从现场就地控制到中央控制室控制,从仪表屏上操作到计算机操作,从模拟信号到数字信号。数字仪表的出现对总线发展起了很重要的作用。总线是指从控制室连接到现场设备的双向串行数字通信总线。自动化仪表现场如图1所示。
2、现场总线和传统的DCS/PLC的关系
现场总线已经历了二十几年的发展。它是再DCS/PLC基础上的新技术。它很多方面继承了DCS/PLC成熟技术。例如,在人机界面操作站、编程组态、热备冗余思想和方法、远程I/O、变送器和阀门定位器等仪表的两线制供电、本安防暴等方面。现场总线最深刻的改变是现场设备的数字化、智能化和网络化。其次它们的系统结构也产生了较大的变化。DCS及FCS如图2所示。
目前,工业控制自动化技术是运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术。对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策,达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目标的综合性技术。我国目前自控技术有了很大的发展。我国工业控制仪表自动化的发展道路大多是引进成套设备的同时进行消化吸收,然后进行二次开发和应用。仪表从以前的气动到电动、模拟到数字、分散到集中。DCS历经了初创(1975-1980)、成熟(1980-1985)、发展(1985以后),几个发展时期。现阶段其以可靠性、控制功能的完善、丰富的控制算法、方便的组态软件及扩展等诸多优点,已成为控制系统的主流。现在各国有100多个生产厂家在生产,主要以美国、日本、德国等。我国的浙大中控和北京和利时也是国内的知名品牌。PLC以其结构紧凑、功能简单、迅速、可靠性高、价格低等优点得到了迅速的发展。目前PLC与DCS相互渗透、相互融合、相互竞争。PLC与DCS功能的整合,PLC逐渐成为占自动化装置及过程控制系统市场最大占有率的产品。
参考文献
[1] 柯艳明.测控仪表系统的CAN总线通信方案[J].山西电子技术,2007,(2):29-31.
【关键词】 现场总线；通信技术；工业控制
一、现场总线的概念
按照国际电工委员会（IEC）61158标准的定义，现场总线是应用在制造过程区域现场安装与控制室内自动装置之间的串行、多点通信、数字式的数据总线。它是将自动化最低层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通信网络，它遵循ISO开放系统互连参考模型的部分或全部通信协议。因为工业控制现场的环境比较复杂，对于现场装置、智能仪表以及通信网络的各种干扰也是多方面的，而工业控制现场对于控制的实时性要求很高。因此决定了现场网络总线有不同于一般总线的特点。现场总线技术可以促进现场仪表的智能化、控制系统的开放化、控制功能的智能化，符合工业控制系统领域的技术发展趋势。
二、现场总线控制系统的结构
现场总线控制系统是应用在现场层的一种全新的分布式控制系统，除了控制单元以外还包括人机接口/终端、执行器、传感器和各种复杂的驱动系统，此外智能传感器测量转换器、驱动系统和控制设备的使用正在逐渐增加。由于不同的自动化层对通信系统的要求也大不相同，因此使用按照层划分的不同层的子系统的组合要比使用单个通用总线更适合。我们根据不同的自动化层的要求，使用了不同的通信系统如图1所示。
其中，现场总线系统作为工厂数字通信网络的最底层——现场层，实现了生产过程现场设备装置之间的互联互通，并使生产过程的控制与更高的管理层紧密连接在一起。现场总线控制系统中的输入输出节点虽然有许多不同的类型，但在应用中最常用的是24V直流的2线、3线传感器或机械触点，适合于直接安装在现场。另一个节点是端子式节点，独立的输入/输出端子块安装在DIN导轨上，并连接着一个总线耦合器。该总线直流耦合器是连接总线的网关。这种类型的节点是开放式的结构，其防护等级为IP20，它必须安装在机箱中。端子式输入/输出系统包含有许多种开关量与模拟量输入/输出模块，以及串行通讯、高速计数与监控模块。端子式输入/输出系统可以独立使用也可以结合使用。而节点地址连接一个辅助电源，该电源用于驱动电磁阀和其他的电器设备。通过将辅助电器与总线电源分开可以极大地降低在总线信号中的噪音。另外大部分总线节点可以诊断出电器设备中的短路状态并且报告给主控器，即使发生短路也不会影响整个系统的通讯。普通传感器等现场装置可以通过输入输出模块连接到现场总线系统工程中，也可以单独装入总线通讯接口，连接到总线系统中。采用现场总线的最大优点是提高了现场级的设备诊断、配置功能以及网络的管理和维护。
三、现场总线系统控制的特点
现场总线系统是一种全分布式、全开放性和全数字的系统，解决了分布式控制系统的不足。在采用现场控制系统的生产控制系统中，用于生产管理的局域网能够与用于自动控制的现场总线网络紧密连接，为企业提供了全面的解决方案。它作为一种数字化的串行网络，具有良好的抗干扰能力，大大的提高了控制系统的可靠性，并且现场总线仪表可以摆脱传统仪表功能单一的制约，可以在一个仪表中集成更多功能，做成集成运算、控制、检测为一体的变送控制器，实现多回路，多变量的控制。现场总线仪表具有较强的运算能力和通信能力，提高了对于各种参数、信号的处理能力，并能够提供运行控制信息，便于人员更好的掌握设备的运行生产状况。
现场总线不仅是一种通信技术，它实际上融入了智能化现场仪表、计算机网络和开放系统互连等技术的精髓所有这些特点使得以现场总线为技术基础的FCS相对于传统DCS系统具有巨大的优越性：系统结构大大简化，成本降低；现场设备自治性加强，系统性能全面提高；提高了信号传输的可靠性和精度；真正实现全分散的控制网络；用户始终拥有系统集成权。
参考文献
【关键词】自动化控制；plc；发展趋势
0 引言
自动化控制是一种通过利用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息实现对生产过程的检测、控制、优化、调度和管理。在自动化的控制下能够达到增加产量、提高产品质量、降低消耗、提高产品安全性的目的。自动化控制是现代控制领域中最重要的一项技术，对提高生产效率具有重要意义，在科学水平不断进步的今天，自动化控制技术打上科技进步的列车，呈现快速发展的态势。
1 plc技术在自动化控制中的重要地位
自动化控制技术自20世纪发展以来，其发展速度越来越快，对自动化控制技术的发展具有重要的推动作用。自动化控制技术主要包含三个层析，按照自下而上的顺序可以分为基础自动化、过程自动化和管理自动化。在自动化控制技术中，较为核心的部分就是基础自动化和过程自动化。在传统的自动化系统中，plc和dcs在基础自动化中占据核心地位，而管理自动化和过程自动化由计算机和小型机组成。在自动化控制领域中，80%的plc在i/0少于128点的小型系统中应用较为广泛，且80%的plc应用在20个梯形图指令中就可以将问题解决[1]。从应用的观点来看，这一统计数据向我们展示了传统plc自动化控制领域中的重要作用，对满足工业控制简单实用、成本低廉、稳定可靠的要求具有重要意义，从这一面来看，plc在控制领域占有稳固的地位，从其发展至今不会轻易退出其发展的舞台。plc技术之所以有如此重要的作用，与plc产品追求密不可分。plc在其发展中根据自身技术和产品发展的需求为基本，同时与新数字技术和新信息技术紧密结合，且在推广应用过程中采用的是iec61131国际标准，编程的语言较为校准，传统的编程语言可以体现在现代的软件中，plc的体系结构、控制任务和控制要求等多方的软件描述进行了改造[2]。从1990年以来，plc在自动化控制领域的核心地位仍是岿然不动。
2 传统plc与现代plc之间的区别
传统plc技术与现代plc技术之间的差别主要体现在cpu模块、软件模型等几方面。从硬件来看，传统plc技术cpu模块只有一块，储存器的容量有限，在100kb以下，i/0以开关量为主，运算速度上，传统plc扫描时间更长，一般为几十至几百ms，背线总线采用的是传统的低速系统总线。而现代plc的cpu模块不再局限于一块，可以多块cpu模块，储存器的容量较大，且可以根据实际需要进行配置，i/0有高低速开关量、模拟量和其他不同类型的信号，运算速度较快，可以达到0.2ms，背板总线采用的是高速背板总线或与低速串行总线并存。从软件方面来看，传统plc技术采用的是符合iec61131.3软件模型且可以运行，编程语言上采用的是较为灵活且通用的编程语言，如c、c+等，操作系统上，采用的是基于pc的实施商用时钟；现代plc软件模型采用的是符合iec61131.3软件模型，在编程语言上，采用的是iec61131.3模型标准编程语言，操作系统的扫描方式采用了时间驱动和事件驱动，且可以按照程序功能设置不同的扫描周期[3]。从技术层面上，传统plc与现代plc之间的区别根本上体现在软件模型的不同。现代plc软件模型在完整地接触编程语言以外的全部内容上表现较为出色，使现代plc突破了传统plc的硬件体系结构，使得现代plc技术简单实用、成本低廉、稳定可靠的特点更加突出，其应用范围也较为广泛。
3 现代plc的应用以及展望
3.1 现代plc的应用范围
由于现代突破了传统plc的硬件体系结构，其简单实用、成本低廉、稳定可靠的特点更加突出，因此在自动化领域受到广泛的亲睐，成为了现代工业自动化领域中的主导力量。从应用范围上看，plc的应用范围主要开关量的逻辑控制、运动控制、模拟量控制、过程量控制、数据处理、联网通信6种。开关量的逻辑控制，plc可以借助逻辑控制和顺序控制来替代继电器，因此，plc在开关量逻辑控制方面应用最为广泛。运动控制在机床、机器人。装配机械等方面运用较为广泛。模拟量控制，因plc技术具有可以将流量、温度等模拟量数值转换为数字值的功能，如此一来，就可以实现cpu处理控制和由转换模块实现模拟量控制。过程控制，由于多路模拟量控制和i/o模块，这样就可以实
现闭环控制。数据处理，由于plc具有强大的运算和处理能力，在数据采集、分析和处理中具有强大的优势。联网通信，由于plc的连接功能较完善，不同系统之间可以实现联网通信、数据信息共享和交换，从而形成多级分布式控制系统[4]。
3.2 现代plc的应用应注意的问题
plc所处的环境温度具有一定的限制，一般处于0℃至50℃之间，因此在安装plc的时候，要注意与发热量较大设备上[5]。如果plc所安装部位的温度突破了其极限，则有可能造成控制失效，甚至出现严重的后果。由于plc的温度范围较小，所以在应用plc时，要确保plc安装于较大空间内，且空间内的通风散热效果较为理想，使plc的各个基本单元和扩展单元之间的间隔要在30.5mm以上。开关柜上面的通风百叶窗，可有可无，但是如果环境温度处于50℃以上，那么就需要采取措施，如安装风扇来使通风效果增强，进而降低温度，确保plc能够正常工作。plc工作环境的湿度也需要进行控制，要控制在85%以内，对凝露现象也要注意控制，以避免其绝缘性遭到破坏。plc工作环境要保持平稳状态，不能出现强烈振动现象，为保证plc工作环境的稳定性，可以采取一些减震措施。plc工作电源选择上，应选用直流稳压电源，从而保证plc反馈信息的准确性，提高plc工作的可靠性。
3.3 自动化控制器件plc展望
随着网络技术的快速发展，plc技术也趁着网络技术发展的东风乘风破浪，在plc技术上逐渐形成了pac技术。在工业控制技术的发展中，自动化控制器件由最初的plc控制，发展到pc控制，再由传统plc控制转向现代plc技术和pac技术。plc技术的发展使其在自动化市场中的地位更加牢固。而在plc技术基础上发展起来的pac技术以其异型和异构系统之间数据相互交换共享的优势，成为未来自动化控制的主要发展趋势。
4 结语
plc自动化控制技术是科技发展的必然结果，自20世纪90年代以来，plc技术历经多个发展阶段，不断使自动化控制技术得到优化，在自动化控制领域应用也日益广泛，相信在未来plc控制技术会更加完善，使工业自动化水平提升到更高的平台。
【参考文献】
[1]张明家.现代plc控制技术在工业应用中的发展[j].科技致富向导，2012（14）：360-366.
[2]李树彬.浅谈plc控制技术在工业自动化中的应用[j].机电信息，2011（30）：121-123.
[3]张波.论plc技术在工业控制系统中的应用[j].吉林省经济管理干部学院学报，2011（05）：76-77.
[4]叶晓晖.plc在电气自动化中的应用现状及发展前景概述[j].中国新技术新产品，2009（15）：125-127.
