工业自动化技术研究方案

2019-11-07 10:34 来源：钢铁世界网作者：dengys

一、工业自动化技术简介
工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，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、确保安全等目的综合性高技术，包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。
工业自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。无论高速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业，都必须依靠自动化技术的应用。
自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程起着明显的提升作用：
（1）提高生产过程的安全性；
（2）提高生产效率；
（3）提高产品质量；
（4）减少生产过程的原材料、能源损耗。
据国际权威咨询机构统计，对自动化系统投入和企业效益方面提升产出比约1：4至1：6之间。
特别在资金密集型企业中，自动化系统占设备总投资10%以下，起到“四两拨千金”的作用。
传统的工业自动化系统即机电一体化系统主要是对设备和生产过程的控制，即由机械本体、动力部分、测试传感部分、执行机构、驱动部分、控制及信号处理单元、接口等硬件元素，在软件程序和电子电路逻辑的有目的的信息流引导下，相互协调、有机融合和集成，形成物质和能量的有序规则运动，从而组成工业自动化系统或产品。
在工业自动化领域，传统的控制系统经历了继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统和集散式控制系统DCS的发展历程。
近年来，随着控制技术、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交互沟通的领域正迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理各个层次。工业控制机系统一般是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制的自动化技术工具(包括自动测量仪表、控制装置)的总称。今天，对自动化最简单的理解也转变为：用广义的机器（包括计算机）来部分代替或完全取代或超越人的体力。
二、工业自动化与工业信息化的关系
根据清华大学自动化系金以慧教授的定义，工业信息化是指在工业的生产、管理、经营过程中，通过信息基础设施，在集成平台上，实现信息的采集（传感器及仪器仪表）、信息的传输（通信）、信息的处理（计算机）以及信息的综合应用（自动化、管理、经营等功能）等都是信息化的内容。
将信息技术用于企业产品设计、制造、管理和销售的全过程，以提高企业的市场应变能力和竞争能力，这是企业信息化的主要内容和目标。
自动化往往是指包括检测、控制和继电保护等常规自动化的概念。广义自动化是指实现经营管理、计划调度、成本核算、生产监控、故障诊断、自动控制等更大范围内的自动化，又称之为“综合自动化”或称3层结构的“流程工业CIMS”。
三、自动化系统结构
目前，工业自动化系统通常分为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。前两级管理级涉及的高新技术主要是计算机技术、软件技术、网络技术和信息技术；过程控制级涉及的高新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新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。工业自动化系统 5级结构如下：
也可将上述5级分层归纳为：企业管理决策系统层（ERP）、生产执行系统层（MES）、过程控制系统层（PCS）三层结构和计算机支撑系统（企业网络、数据库），并实现系统集成，从而实现企业的物流、资金流、信息流的集成，提高企业竞争力。企业管理决策系统层（ERP）、生产执行系统层（MES）必须建立在设备自动化和过程自动化基础上。企业管理决策系统层和过程控制系统层结构简介如下：
1、企业管理决策系统层（ERP）
90年代以来，MPRII（制造资源计划）经过进一步地发展完善，形成了目前的企业资源计划ERP 系统。ERP除了包括和加强了MRPII各种功能外，更加面向全球市场，所管理的企业资源更多，支持混合式生产方式（分散生产与流程生产），管理覆盖面更宽，进入了企业供应链管理。从企业全局角度进行经营与生产计划，是制造业企业的综合的集成经营系统，也是集成化的企业管理软件系统。
ERP面向市场，能够对市场快速响应，强调了供应商、制造商、与分销商间的新的伙伴关系。ERP强调企业流程与工作流，通过工作实现对企业的人员、财务、制造与分销间的集成，支持企业过程重组，支持后勤管理，使得企业的资金流、物流、信息流更加有机地结合，支持多种方式，即分散制造业与流程生产过程。此外，ERP系统还包括了金融投资管理、质量管理、运输管理、项目管理、法规与标准、过程控制（待链接）等，目的是通过ERP提高企业的经济效益。
由于internet技术迅猛发展，改变了传统的管理和信息传递的单向制，又实现了实时与互动性。在网络经济中，管理需要考虑的问题更多。例如：如何管理和优化企业的外部资源，在全球经济环境中，建立业务网络，拓展企业新的业务增长点，如何在各个业务环节中，密切同客户的关系，在越来越复杂的供求关系中准确、及进地为了现有和潜在的客户提供“个性化”的产品和服务等。
市场和客户需求决定了企业生产。企业必须更注意市场营销和客户服务、客户关系，其重点发生转移。销售、服务、经营等客户关系管理（CRM）成为的重点。企业战略管理（SEM）产品，客户关系管理（CRM）、供应链管理（SCM）都已是ERP的内容。支持电子商务，将是ERP软件进一步发展的必由之路。
2、过程控制层（PCS）
按费希尔·罗斯蒙特控管一体化的策略，过程管理能力的过程控制概念，即工厂网络。更明白地说，过程管理=过程控制+设备管理是开放式结构，是基于FF现场总线的工厂网络，“Web”概念就连接了设备系统和软件的网络。凡是FF现场总线产品的供应商的设备、系统和软件均可纳入过程控制概念结构里。这样，给最终用户带来了设备兼容的好处。
工厂管控网结构的各个组成部分有机地联系在一起，提供了三个方面的主要功能，即过程控制，设备管理和业务管理和执行。
（1）过程控制
过程控制系统不仅能有效和可靠地完成各种控制任务，覆盖常规DCS / PLC的所有功能以外，它还能实现“任意地点的控制”，即用户能够把控制功能下装到现场设备或系统中执行。
任意地点的控制是工厂网络结构与FF现场总线技术相结合的产物。对于一些基本的控制回路来说，把控制功能下装到现场变送器或阀门中执行，既能加快回路信号响应，改善调节品质，又能减轻控制系统负担，使其完成较复杂的优化控制等任务，同时，增加了系统的分散度，提高了系统可靠性。

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