浅谈我国工业电气自动化的发展现状与趋势

刘爱强

（山信软件股份有限公司莱芜自动化分公司，山东 济南 271104）

工业自动化水平的高低事关国民经济发展命脉，因此，近年来，诸多工业生产型企业为了缩减与发达国家之间的差距，不断改良生产工艺流程，不断创新自动化生产技术，构建了一个集信息数据集中、终端操控系统优化、加工制造过程高效、产品精度质量卓越的智能化管理平台，践行了“科技是第一生产力、创新是第一发展动力”的基本原理。

1 工业电气自动化系统的特点分析

工业电气自动化系统处理的信息量巨大，维修保养程序也较为繁琐，但是与热工系统相比，电气设备的操作频率相对较低，发生故障的几率也相对较小，通常情况下，一台电气设备的维修保养周期的时间间隔为三个月到半年之间，由此可见，电气设备的保护装置在发挥防护功能时，每一个保护动作的时间也比较短，进而延长了设备的使用寿命。工业电气设备的监控系统与DCS系统相连，当两个系统同时运行时，如果一个系统发生故障，在检修时，应当保证另一个系统能够正常运行，在这种情况之下，通常采用两台机组来控制DCS系统，这样能够提高系统的稳定性。此外，在设计电气系统时，设计人员应当优先考虑系统的适应性与安全可靠性，尤其是电气线路的最佳绝缘距离、绝缘强度、荷载能力、热稳定性等，使系统在正常工作的同时，能够保障运行安全。

2 工业电气自动化的发展现状

2.1 标准化平台的开放式发展

截至2019年末，全球生产PLC（可编程逻辑控制器）的厂家已经超过200家，生产品种达到500种以上，其中最为著名的生产商包括三菱、富士、光洋、siemens等。由于生产商不同，PLC的编程语言以及表达方式也各不相同，为此，国际电工委员会颁布了IEC61131标准，即可编程逻辑控制器标准，该标准的颁布执行为PLC生产商提供了参考标准与规范，逐步规范了编程界面，不仅提升了编程代码的使用效率，而且也使我国的工业电气自动化发展水平逐步接近发达国家的水平。

目前，国际上通用的终端操作平台主要以microsoft以及windows平台为主，尤其是windows操作系统，界面清晰、直观、简洁，而且便于操作，因此，这一平台也成为我国工业生产型企业的标准化操控平台。操作人员登录到windows系统界面后，可以根据界面上的图形标志选择操作对象，当调出操作系统后，可以快速的做出判断，发出生产执行口令，利用该系统界面，减少了大量繁琐的中间操作流程，不仅提高了工作效率，同时也避免了人为失误的发生。

2.2 现场总线控制技术的应用

现场总线属于一种串行的连接智能设备与自动化系统的双向传输的分支结构的通讯总线，主要的总线协议包括FF、Lon words、prof i-bus等。现场总线取代了过去的4mA～20mA模拟信号回路，使数据传输的准确性与可靠性得到大幅提升，该控制技术可以借助于双向的通讯对变送器进行远程测试、诊断与管理。其中FF协议可交互操作的双向通信协议，它将OSI七层结构简化为物理层、数据链路层、应用层以及再加用户层，具有操作便捷、安装简单、安全性能高等特点，是目前现场总线控制技术应用频率较高的一种通讯协议[1]。

Lon words现场总线采用与OSI相似的七层协议结构，整个系统核心是具备通信与控制功能的Neuron芯片，芯片中的三个CPU，一个用于处理应用，另外两个用于处理网络通讯，Lon words是普及性高、投入成本低的总线系统，在工业生产当中的应用范围也较为广泛。而Prof i-bus现场总线采用了OSI模型的物理层与数据链路层，适用于基于PLC的加工自动化过程控制领域的应用。现场总线控制技术能够有效控制各种智能仪器仪表与高级控制系统，将plc与现场设备连接到一起，并通过输入、输出模块转换为现场检测程序与执行程序，进而对各道生产工序实行集中操作、分散管控。

2.3 IT与大数据技术的应用

IT与大数据技术在工业电气自动化中的应用，不仅可以存储大量数据信息，而且企业管理者可以通过浏览器界面及时获取到生产一线的动态信息以及财务、行政、人力资源等职能部门的共享资源。利用IT技术可以实现远程操作与管理，生产指令的传达，工作动态信息的发布，都可以借助于操作系统的执行程序第一时间传输到每一个工作岗位。随着微电子技术的迅猛发展，工业电气设备的终端操作系统也逐步向微处理器时代过渡，海量数据只需要一个小小的芯片就能够长期存储，不仅节省了大量的设备资源与投入成本，而且也推进了工业电气自动化发展进程。

3 工业电气自动化发展趋势

3.1 操作系统集中，网络结构通用

在工业生产过程中，企业的上层管理系统、终端控制平台以及生产一线的操作现场，需要建立一个安全稳定的数据传输通道，这样，不仅有利于数据传输的精准性与即时性，同时，也能够确保正常的生产作业流程。

因此，工业电气自动化的未来发展趋势应当突显系统集成化、数据共享化、操作简洁化、资源获取高效化等特点。比如终端控制平台在发布生产执行口令时，上层管理系统应当第一时间获取到相关的口令信息，并及时对程序的正确性与技术参数的精准度进行审核，以避免程序指令错误，而影响生产进度或者产品质量。在规划系统网络时，无论选择与现场设备通讯的现场总线还是选择与上级办公系统通讯的以太网，确定的网络产品必须覆盖整个系统范围内的通讯，使全集成自动化技术贯穿于企业中的整个网络结构。

3.2 统一标准化操控界面

目前，我国的工业生产型企业应用的终端操作系统五花八门，不尽相同，包括windows xp、windows7以及windows10等等，由于系统的程序界面存在较大差异，导致在数据传输以及系统操作时，经常出现人为操作失误，使数据信息丢失，进而给企业带来经济损失。为了规避损失，提高办公与生产效率，企业应当基于微软标准与技术，统一标准化操控界面，比如将操作系统转换为使用频率较高的windows7系统，该系统操作界面简洁清晰，图标不易混淆，操作方便，尤其对于企业中的一些职能部门来说，统一操作系统后，对于一些文件的收取或者图像处理，不再像过去一样，先进行格式转换，而是直接可以获取文件以及图像信息，这样一来，既简化了工作流程，提高了工作效率，也节省了耗时成本[2]。

因此，企业在采购终端计算机设备时，应当事先统一标准界面，减少后续的调整与修正环节，同时也缓解了系统检修人员的工作压力。

3.3 统一系统开发平台

系统开发平台是工业电气自动化生产的控制核心，每一个控制环节都关系到生产进度与产品质量，因此，企业应当立足当下市场，以客户的满意度为出发点，使用统一标准的系统开发平台。在选择PLC生产厂家时，需要结合国内同行业所使用的系统平台，事先制订一个可行性分析报告，通过调研、筛选，选择产品性价比最高的生产商，以确保系统平台能够满足工业生产需求，满足绝大多数客户的主观需求。

4 结语

数字技术、计算机技术、人工智能技术在工业电气自动化生产当中，应用范围越来越广，因此，在这一利好形势下，工业生产企业应当着眼于行业发展现状，站在全新的高度对电气自动化的未来发展趋势进行精准预判，做到未雨绸缪，并利用先进的科学技术，为工业电气自动化生产提供强大的技术支撑。与此同时，在实际生产当中，不断查找电气设备的运行缺陷，不断改进和优化生产工艺流程，在为社会贡献更多优质产品的同时，为企业实现经济效益与社会效益双丰收的美好愿景保驾护航。