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1 我國冶金工業(yè)自動化發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 我國冶金工業(yè)自動化現(xiàn)狀

在冶金企業(yè)中，控制系統(tǒng)為分級結構：0級是采集執(zhí)行層（傳感器和執(zhí)行器），完成物理量的測量和控制命令的具體執(zhí)行；1級是控制層（即所謂的基礎自動化），完成生產(chǎn)工藝過程的集中控制；2級一般為生產(chǎn)模型計算，用于生產(chǎn)控制的優(yōu)化；3級為生產(chǎn)管理和調(diào)度系統(tǒng)，用于協(xié)調(diào)調(diào)度各工序間的協(xié)同工作；4級則是企業(yè)信息系統(tǒng)層。這些層面均需有相應的網(wǎng)絡構成互聯(lián)的有機整體。在2級以上（含2級）層面大都采用以太網(wǎng)，1級以下（含1級）一般是專用網(wǎng)絡（現(xiàn)有向工業(yè)以太網(wǎng)方向發(fā)展態(tài)勢），采用專用的控制設備及軟件。其中，各種網(wǎng)絡的無縫集成是冶金企業(yè)實現(xiàn)信息化建設的難點和重點。因此做好控制和管理系統(tǒng)的信息集成，避免出現(xiàn)“自動化孤島”，企業(yè)信息化才能落到實處，且真正發(fā)揮其應有的作用。

進入二十一世紀以來，我國鋼鐵工業(yè)自動化程度得到大大提高，從鐵礦石堆放場、選礦、燒結廠、高爐、鐵水預處理、轉爐、爐外精煉、連鑄、軋鋼等鋼鐵生產(chǎn)的各個工序現(xiàn)場，自動化設備隨處可見，不僅配備了比較先進的單機操作系統(tǒng)，而且還有完善的集散式分布系統(tǒng)。目前我國的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)比如：寶鋼、首鋼、武鋼等從國外引進了先進自動化控制系統(tǒng)和設備，然后進行吸收消化、改進創(chuàng)新，因地制宜，使之符合自身的實際生產(chǎn)需要，其自動化水平已經(jīng)達到國際先進水平；同時隨著國家對鋼鐵行業(yè)的越來越高的要求，一些落后的設備被淘汰，新建的項目大多數(shù)都配備了自動化系統(tǒng)和單機自動化生產(chǎn)設備，比如即將開工建設的武鋼的防城港和柳鋼的湛江項目，將會成為我國南方的精品鋼材基地。

1.2 我國與國際冶金自動化發(fā)展水平差距

在鋼鐵自動化生產(chǎn)產(chǎn)品方面，國內(nèi)從事冶金工業(yè)自動化工程建設的電氣公司與國外著名的公司相比，存在兩個方面的差距：第一，我國缺乏相應的自主知識產(chǎn)權，大多都是依賴國外進口，缺少一個固定的硬件和軟件運轉平臺。沒有自己的品牌，比如這個項目配備的是德國西門子的系統(tǒng)，另一個項目也許選擇ABB作為控制系統(tǒng)，甚至一些國外幾年前已經(jīng)淘汰的自動化系統(tǒng)如：可編程邏輯控制器（PLC）、集散控制系統(tǒng)（DCS）也被一些企業(yè)引入到生產(chǎn)中來，即使是一個企業(yè)不同的單位使用的系統(tǒng)也可能不一樣，這樣就給選擇一個網(wǎng)絡平臺集合各個分系統(tǒng)帶來一定的難度；第二，在成套技術積累經(jīng)驗方面，國內(nèi)沒有國外豐富。國內(nèi)的冶金自動化從改革開放才開始發(fā)展，起步較晚。一套完整的自動化系統(tǒng)除了包括方案說明、參數(shù)配置、程序調(diào)試、功能說明，還應該包括一些關鍵生產(chǎn)技術指標、檢測儀表的選型和安裝等。

2 自動控制技術在冶金工業(yè)中的運用

鋼鐵生產(chǎn)工序多而復雜，由此控制系統(tǒng)均采用分級結構：0級主要是執(zhí)行具體命令；1級主要是集中控制生產(chǎn)過程；2級主要通過模型計算，優(yōu)化生產(chǎn)控制；3級主要是調(diào)度，保證各工序協(xié)調(diào)工作；4級是企業(yè)信息系統(tǒng)層。不同的工序都會有自己的自動化系統(tǒng)，現(xiàn)在我國鋼鐵行業(yè)面臨的一個難題就是尋找一個合適的網(wǎng)絡把這些層面互有機整體，避免出現(xiàn)“冶金自動化孤島”，解決各種網(wǎng)絡的無縫集成，實現(xiàn)冶金企業(yè)的信息化建設。

2.1 現(xiàn)場總線技術

現(xiàn)場總線控制技術（fieldbus control system簡稱FCS）產(chǎn)生于上世紀80年代，經(jīng)過30多年的發(fā)展，目前有60多個不同廠家生產(chǎn)的總線產(chǎn)品，如基金會現(xiàn)場總線、Profibus、由德國BOSCH公司推出的CAN、由Rosemout公司開發(fā)并得到八十多家著名儀表公司支持HART（Highway Addressable Remote Transduer縮寫）等。其在實現(xiàn)各種系統(tǒng)的無縫集成、溝通生產(chǎn)現(xiàn)場、控制設備、企業(yè)更高的系統(tǒng)管理層之間的聯(lián)系等方面有其獨特的優(yōu)勢，因而被冶金行業(yè)廣泛運用。現(xiàn)場總線控制技術具有以下幾個特點：系統(tǒng)開放、各系統(tǒng)之間既可功能自治也可以互相操作、系統(tǒng)結構極其分散、對不同生產(chǎn)環(huán)境適應性強。

2.2 工業(yè)控制計算機（IPC）的應用

冶金行業(yè)和其他行業(yè)一樣，自動化控制裝備的進展經(jīng)歷了從PLC、DCS到FCS的擴展，近年來，隨著PC（個人計算機）機的出現(xiàn)，在自動化控制設備和系統(tǒng)中IPC得到了眾多企業(yè)的親睞。

所謂工業(yè)計算機（IPC）就是指把個人計算機（PC）的硬件進行加固，再安裝上系統(tǒng)控制軟件，這樣就可以用于工業(yè)生產(chǎn)控制、環(huán)境適應能力更強。IPC具有高度開放。價格低廉、更加靈活、功能更加強大等優(yōu)點。從本質上講，IPC就是在同一硬件運行平臺上，把通信、人機界面及其他功能軟件集合在一起，它具有PLC及DCS的功能，PC機可以運用更多款、價格較為低廉的系統(tǒng)，如Windows-NT，Windows-CE，還可以安裝各種系統(tǒng)級程序開發(fā)工具，成本也更加低廉。重慶鋼鐵公司現(xiàn)已將

全部的大型加熱爐的控制器由原來的DCS或單回路數(shù)字式調(diào)節(jié)器改為PC-based工控機來控制生產(chǎn)系統(tǒng)，效果良好，不僅經(jīng)濟效益顯著，而且方便以后的維護工作。

3 利用工業(yè)以太網(wǎng)在實現(xiàn)冶金自動化

3.1 以太網(wǎng)具有的特點

隨著冶金企業(yè)的發(fā)展，必然伴隨著生產(chǎn)線的改造和新建、淘汰舊的設備和引進新的設備來提高自身的競爭力。但是科技是不斷發(fā)展的，今天的先進技術在以后可能會變?yōu)槁浜蟮募夹g，這樣控制系統(tǒng)的高度集成就存在難度，導致了“自動化孤島”的出現(xiàn)。近年來，網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展解決了這一難題，工業(yè)以太網(wǎng)（Ethernet）被逐漸引進到自動化控制領域中來，采用完全公開的網(wǎng)絡互聯(lián)標準Ethernet TCP/IP協(xié)議，目前幾乎所有的自動化廠生產(chǎn)的控制器均提供Ethernet TCP/IP接口或者以太網(wǎng)I/O產(chǎn)品。

工業(yè)以太網(wǎng)作為自動化控制網(wǎng)絡具有的優(yōu)勢有：1）數(shù)據(jù)傳輸快，有足夠的帶寬；2）以太網(wǎng)中利用開放式和交互式數(shù)據(jù)提取、存儲技術；3）存在時間長，有統(tǒng)一標準，有相同的通信協(xié)議，設置、診斷、維護比較成熟，已被大多數(shù)技術人員接受；4）不同的通信協(xié)議可以在同一總線上運行，為企業(yè)建立公共網(wǎng)絡平臺做鋪墊；5）可以使用不同的物理介質傳輸，可以組建各種各樣的網(wǎng)絡拓撲結構。

3.2 工業(yè)以太網(wǎng)在冶金自動化中的應用

在如今的冶金生產(chǎn)中，利用工業(yè)以太網(wǎng)可以把不同類型的網(wǎng)絡化儀器儀表與IPC連接到Internet上，或者通過RS232、RS486、IEEEl394連接到串行網(wǎng)絡上，或者利用局域網(wǎng)把各種不同的系統(tǒng)連接起來，通過GPIB-LAN控制器實現(xiàn)控制功能。在鋼鐵生產(chǎn)中的應用如：現(xiàn)在一些大型鋼鐵集團對原料廠的鐵礦石進行成分分析，對燒結廠生產(chǎn)的成品燒結礦、鐵水、鋼水進行成分分析都是通過網(wǎng)絡化來實現(xiàn)，檢測的數(shù)據(jù)直接被送到相應分廠的技術部門、生產(chǎn)部門和計算機監(jiān)控系統(tǒng)，公司其他員工也可以到網(wǎng)上直接查看或者下載這些數(shù)據(jù)與表格，客戶也可以直接到公司的網(wǎng)站上查詢自己需要的鋼種的各種信息，這樣很好地實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。

總而言之，在鋼鐵冶金企業(yè)利用自動化網(wǎng)絡控制技術可以提高生產(chǎn)率和成品合格率，節(jié)能減排，同時還可以減少生產(chǎn)事故，是符合我國鋼鐵發(fā)展的總體方向。但是我國冶金自動化起步較晚，科研投入也不及國外，總體的自動化水平尤其是集成與開放程度不高。IPC與TCP/IP以太網(wǎng)結合進行冶金自動化生產(chǎn)控制是比較理想的選擇，為冶金信息化提供了堅固的通訊平臺，很好地解決了冶金企業(yè)控制與管理系統(tǒng)的集成問題，使整個工廠實現(xiàn)一網(wǎng)架構，為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]馬竹梧，信息化、自動化的進展與鋼鐵工業(yè)自動化[J].冶金自動化，2003年增刊.

篇2

關鍵詞：工業(yè)自動化；計算機應用產(chǎn)業(yè)；發(fā)展；探討

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007—9599 （2012） 14—0000—02

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和計算機應用技術的不斷進步，如今工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)以不再局限于傳統(tǒng)的工業(yè)自動化的計算機應用產(chǎn)業(yè)范圍，不僅局限于計算機應用產(chǎn)業(yè)對于工業(yè)自動化的控制和管理作用上，工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)越來越呈現(xiàn)多元化的發(fā)展狀態(tài)，工業(yè)自動化也逐漸的由傳統(tǒng)的低成本工業(yè)向網(wǎng)絡化、智能化和集成化的方向發(fā)展，計算機應用產(chǎn)業(yè)也越來越多的應用于工業(yè)自動化和信息自動化領域的發(fā)展中。工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展不僅對于傳統(tǒng)工業(yè)的升級改造具有很大的推進意義，而且對于工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的應用發(fā)展也具有一定的機遇作用。

一、工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特點

工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)就是指計算機應用產(chǎn)業(yè)在工業(yè)自動化領域的相關應用。隨著計算機應用技術的發(fā)展，應用于工業(yè)自動化領域的計算機應用產(chǎn)業(yè)主要是指計算機自動化技術以及計算機的網(wǎng)絡技術、計算機通信技術、計算機控制技術對于工業(yè)自動化發(fā)展的影響。

工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的特點主要表現(xiàn)在工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的界限比較模糊、工業(yè)自動化技術和計算機應用技術在產(chǎn)業(yè)發(fā)展應用中相互融合和工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展領域的不斷擴大。首先工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的界限比較模糊的特點主要表現(xiàn)在工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)中工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)以及工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的自動化技術、數(shù)控技術、機電一體化技術等，這些應用技術在各學科之間相互聯(lián)系、各自滲透，相互之間的邊界比較模糊。同樣，在實際應用中工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)技術相互之間的界限也沒有進行很清晰的分界。工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的技術之間的相互融合特點就主要體現(xiàn)在，在實際產(chǎn)業(yè)發(fā)展應用中，工業(yè)自動化中的一些使用技術和計算機應用技術雖然各自有自己的適用領域，但是在實際應用中都是相互補充、相互促進，融合使用的。工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的應用領域的不斷擴大，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展以及計算機應用技術的進步，這一特征尤為明顯，如今計算機應用產(chǎn)業(yè)技術已不僅局限于工業(yè)自動化領域的應用，同樣在信息自動化領域的應用也逐漸的推廣開來，有了很大的突破和發(fā)展。

二、工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和趨勢

對于工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及發(fā)展趨勢的探討主要是從計算機應用產(chǎn)業(yè)的市場發(fā)展和工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的技術發(fā)展、工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的行業(yè)發(fā)展三個方面進行的。

（一）工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)市場發(fā)展和趨勢

從工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的市場方面來說，首先工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模不斷的擴大并增長。工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的市場增長轉折主要是由社會經(jīng)濟的發(fā)展態(tài)勢以及市場需求決定，世界性金融危機的產(chǎn)生對于工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)市場發(fā)展也沒有產(chǎn)生太大的影響，并且隨著工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的市場發(fā)展，相關預計認為工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)在未來的發(fā)展和應用等方面都具有很大的增長空間。對于中國市場的工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)來講，雖然隨著社會經(jīng)濟以及市場技術等發(fā)展，工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)會出現(xiàn)較為激烈的競爭局面，這對于產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展的大局不會有太大的影響。工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的新發(fā)展領域中外資企業(yè)以及品牌會占有相對較大的優(yōu)勢。

其次工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景也十分的廣闊，尤其是信息化的深入發(fā)展，對于這方面的發(fā)展需求會更大。工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的技術以及設備信息等優(yōu)勢條件是其他一些行業(yè)發(fā)展以及進步的基礎，對于工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)來講，當社會經(jīng)濟和現(xiàn)代的信息技術發(fā)展到一定的程度時，工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)所帶來的信息化以及網(wǎng)絡化資源技術必將成為其他一些行業(yè)發(fā)展和進步的必需支撐，這對于工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)來講是十分有利的。而且隨著其他行業(yè)對于信息以及技術等的需求的擴大，工業(yè)自動化計算機應用技術的發(fā)展前景也會隨之擴大。

最后，工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中有一定的長尾市場發(fā)展趨勢。這主要和工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)在不同應用中的不同功能需求有很大的關系。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展領域也會隨之擴大，為了實現(xiàn)工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中對于技術以及信息的不同需求，就會有不同工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品隨之出現(xiàn)，但是由于這類產(chǎn)品的生產(chǎn)技術以及價格成本和利率等問題，與其它的一些工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的市場來講具有一定的狹隘性和局限性，會呈現(xiàn)一種產(chǎn)品供應數(shù)量少類型多的長尾市場的發(fā)展趨勢。

（二）工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展和趨勢

工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的技術發(fā)展情況以及發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展呈現(xiàn)集中自動化向分布式自動化發(fā)展的趨勢、網(wǎng)絡線路趨向于向以太網(wǎng)方向的發(fā)展以及工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的通信方式由工業(yè)有線自動化向無線通信技術方向發(fā)展。

首先工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的集中自動化向分布式自動化方向發(fā)展主要是因為分布式自動化結構設置具有可以實現(xiàn)將分布存在的設備系統(tǒng)連接起來，以實現(xiàn)集中完成工業(yè)自動化的生產(chǎn)和控制、管理等過程，對于不同的工業(yè)自動化工程需求都能夠進行滿足，具有很大的應用空間。工業(yè)自動化計算機應用技術發(fā)展中，一些傳統(tǒng)的工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)軟件都是使用集中的中央控制器設置進行計算機應用產(chǎn)業(yè)中相關程序軟件的編制和開發(fā)工作。往往這類的工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)在進行程序以及軟件的處理過程中不僅需要進行編寫開發(fā)工作，還需要對于工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)中的現(xiàn)場設備以及控制系統(tǒng)、通信程序等進行編寫，相對比較麻煩。工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)中實現(xiàn)分布式自動化則可以很好的避免這一麻煩。

其次以太網(wǎng)線路傳輸是計算機網(wǎng)絡傳輸中最具有優(yōu)勢的網(wǎng)絡傳輸應用線路，對于工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有很大的積極作用。以太網(wǎng)技術在計算機應用產(chǎn)業(yè)中的應用不僅對于系統(tǒng)的運行效率有較大的提高，而且可以滿足不同的產(chǎn)業(yè)發(fā)展對于網(wǎng)絡技術的應用需求，具有很大的應用范圍。同時以太網(wǎng)技術進行網(wǎng)絡的應用對于數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡信息的傳輸也具有很大的積極作用。工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展對于網(wǎng)絡化以及信息化較高需求都是以太網(wǎng)技術得以應用的重要體現(xiàn)。

而無線通信技術可以實現(xiàn)較大區(qū)域的信息數(shù)據(jù)的傳輸，并且傳輸速率高、抗干擾強、維護成本低具有很大應用價值，是工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有一個趨勢。工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，使用的工業(yè)無線通信技術對于產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的設備之間的相互數(shù)據(jù)信息的傳遞具有很大的作用。但是隨著社會經(jīng)濟發(fā)展以及通信技術的進步，工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的通信發(fā)展已經(jīng)不僅局限于產(chǎn)業(yè)工廠內(nèi)部的通信，會趨向更大范圍的通信發(fā)展，這就使得無線通信技術的應用顯得十分有必要。

（三）工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)行業(yè)發(fā)展和趨勢

工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在我國不僅具有一定的行業(yè)發(fā)展源地優(yōu)勢，并且工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還將具有較大范圍的直銷以及服務網(wǎng)絡建立，這對于工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了很大的產(chǎn)業(yè)支撐，對工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有很大的支持和推動作用。而且自主創(chuàng)造和創(chuàng)新的提倡對于工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新發(fā)展也有很大的積極意義。

三、結束語

總之，工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅對于計算機信息應用和工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有很大積極意義，而且對于推動社會經(jīng)濟發(fā)展和穩(wěn)定也具有很大的意義。

參考文獻：

[1]郝俊丹.對工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的探討[J].中國科技博覽，2012，4

[2]饒文紅.探析工業(yè)自動化計算機應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢[J].計算機光盤軟件與應用，2011，22

篇3

關鍵詞：工業(yè)自動化儀表 自動化控制技術 工業(yè)生產(chǎn)技術

中圖分類號： TN830 文獻標識碼： A

1 工業(yè)自動化儀表

1.1工業(yè)自動化儀表的測試分類

（1） 溫度儀表：電氣工程的生產(chǎn)運行過程中，會產(chǎn)生不同的溫度變化，需要監(jiān)控生產(chǎn)過程中的溫度。傳統(tǒng)的溫度監(jiān)控，主要是通過熱點偶或者是熱電阻實現(xiàn)的。隨著我國電子科技技術的不斷發(fā)展和進步，目前電氣生產(chǎn)過程中實施溫度監(jiān)控，應用的主要是具有較高智能化特點的溫度控制系統(tǒng)。在微電腦控制芯片中，可以利用總線技術輸入采集到的設備生產(chǎn)運行信息數(shù)據(jù)，并且對收集到的信息數(shù)據(jù)進行處理。（2）物位儀表：在電氣工程中，對物位儀表的應用，主要是通過記錄位置，以測量產(chǎn)品。例如，在化工生產(chǎn)過程中，可以測量試樣高度；在輸油管道中，可以測量油面的位置；在鐵道電氣化工程中，可應用激光測試距離等。這些都屬于對物位儀表的應用范圍。（3）壓力儀表：一些生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)生產(chǎn)需要，需要應用壓力控制。壓力測量的時候，傳統(tǒng)的應用方法是利用壓力計實現(xiàn)。連接壓力計的時候，一般都是應用導壓管道，可以觀察生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的壓力變化。全面了解生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的壓力變化，才能及時采取相應的措施對一些問題進行處理，避免對生產(chǎn)設備造成損壞，危及人們的生命安全。

1.2 工業(yè)自動化儀表的發(fā)展

隨著科學信息技術的不斷進步和發(fā)展，儀表自動化發(fā)展速度也不斷加快。目前，儀表的自動化發(fā)展中，主要的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在現(xiàn)場總線的發(fā)展和控制軟件的標準化發(fā)展方面。

1.2.1 現(xiàn)場總線的發(fā)展

電氣工程中，現(xiàn)場總線是一種通信系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自動化系統(tǒng)和現(xiàn)場設備之間的通信。而且，這種通信系統(tǒng)具有開放性和數(shù)字化特點，主要是應用分支結構進行通信，可以實習雙向和串行通信。應用一定的技術，在儀表上進行連接，可以從儀表實現(xiàn)對大部分控制功能的有效掌握。這是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的主要作用，實現(xiàn)了電氣系統(tǒng)控制和測量的一體化發(fā)展，可以分散控制。在很大的程度上，有效的提高了控制系統(tǒng)的可靠性，并且降低了電氣生產(chǎn)過程中的成本，節(jié)約了資源，促進了儀表的自動化發(fā)展。

1.2.2 控制軟件的標準化發(fā)展

電氣系統(tǒng)運行要求的不斷提高，人們需要對電氣設備進行不斷的改造。儀表作為電氣設備中的一項重要組成部分，在電氣系統(tǒng)的運行過程中發(fā)揮了重要的作用。隨著儀表的自動化發(fā)展，電氣系統(tǒng)中的控制軟件也逐漸實現(xiàn)了標準化發(fā)展，同時具備了向工程化和商品化發(fā)展的方向。在電氣工程的生產(chǎn)運行過程中，應用先進的軟件控制系統(tǒng)，不僅可以提高電氣工程的控制能力，還可以對原有控制系統(tǒng)中存在的不穩(wěn)定、非線性和時變性等問題進行有效解決。并且，對于檢測效果較低和外界事物干擾的隨機性等因素造成的問題或者安全事故，也可以及時處理。不斷的應用科學信息技術和先進的科學理論知識，對控制軟件進行不斷的完善，才能實現(xiàn)控制軟件的商品化、工程化和標準化發(fā)展。保證自動化儀表的穩(wěn)定發(fā)展，才能提供更多方便的服務，保證電氣系統(tǒng)的運行安全。

2工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)的相關技術

工業(yè)的自動化技術包含了三層結構：PCS、MES、ERP。PCS層，主要負責控制過程，對生產(chǎn)工藝的水平和精確度進行嚴格把關，確保產(chǎn)出產(chǎn)品的質量，以保持和擴大市場占有率。在這一層中，可以實現(xiàn)對工藝參數(shù)的更新與優(yōu)化，通過此途徑來實現(xiàn)對生產(chǎn)工藝過程的控制。MES層，主要任務是優(yōu)化管理與控制，對控制過程與管理過程進行協(xié)調(diào)，以保障資源配置的最優(yōu)化，是自動化控制系統(tǒng)的中樞。ERP層，是企業(yè)的資源管理系統(tǒng)，主要是以信息技術為通信基礎，以其提供的參考信息為根據(jù)進行決策分析，并將其運用到企業(yè)運作中。管理是ERP層的核心內(nèi)容，在財務管理中其對管理效率的提高作用體現(xiàn)的尤為明顯。這三個層次體系的集成綜合，實現(xiàn)了自動化體系結構的完善。工業(yè)儀表主要使用的是工業(yè)生產(chǎn)過程的參數(shù)，通過對生產(chǎn)過程的控制與監(jiān)測，可以實現(xiàn)對產(chǎn)品質量的保障。智能化工業(yè)儀表，其特點是功能強大、軟件豐富、對產(chǎn)品質量的監(jiān)控具有很強的實用性。

3 工業(yè)自動化控制技術

3.1工業(yè)自動化控制技術系統(tǒng)簡介

工業(yè)的自動化設備是由自動化控制系統(tǒng)統(tǒng)一控制的，自動化控制儀表就是這一總體調(diào)度系統(tǒng)的核心。自動化控制儀表是由自動化控制功能原件構成的，可以為控制系統(tǒng)對設備的運行狀態(tài)實施監(jiān)控，對設備的運行參數(shù)進行調(diào)整，具有較為完善的自動化功能。經(jīng)典的自動化控制儀表是由控制、自動報警、記錄、顯示等功能模塊構成的，可用于電力、石化、冶金、科研、國防等領域，在這些領域中以數(shù)控儀表、溫度控制儀表、壓力控制儀表、流量控制儀表等形式出現(xiàn)，自動化控制系統(tǒng)圍繞這些儀器構建而成，可對信號的時間和頻率進行表達，并實現(xiàn)數(shù)字信號和模擬信號的轉換與調(diào)試。

3.2 工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展

3.2.1 現(xiàn)場總線技術的發(fā)展

在線分析儀表、變送器、執(zhí)行器等共同構成了工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)的現(xiàn)場使用設備，在這些設備上，使用現(xiàn)場總線技術，可以較容易地實現(xiàn)對設備的控制系統(tǒng)的組建，并使分布式測試系統(tǒng)更具可拓展性。在進行自動化控制系統(tǒng)建設的初期，應用較為廣泛的是集中式測控系統(tǒng)，而在現(xiàn)代規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展形勢下，集中式測控系統(tǒng)顯然不能夠適應這一發(fā)展趨勢，而通過將生產(chǎn)儀器與設備納入到建立的控制網(wǎng)絡中的控制形勢能夠很好地解決這一問題，這便是現(xiàn)場總線控制技術。現(xiàn)場總線控制技術是連接現(xiàn)場智能化儀表與中央控制系統(tǒng)的一種連接技術，這種連接技術具有全數(shù)字化、開放性、雙向傳輸?shù)忍攸c，是一種多站式信息輸送系統(tǒng)?，F(xiàn)階段，在自動化控制系統(tǒng)的建設中，現(xiàn)場總線已經(jīng)成為了系統(tǒng)建設中的重要應用技術，以其能夠為系統(tǒng)發(fā)展提供耗能小、適應性強、精確度高、穩(wěn)定性好的空間而受到工業(yè)自動化控制系統(tǒng)建設的廣泛青睞。一些現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠家已為總線生產(chǎn)了配套的測量儀表和調(diào)節(jié)閥，以擴大其市場占有率。

3.2.2 網(wǎng)絡技術在自動化控制系統(tǒng)中的應用

現(xiàn)階段網(wǎng)絡技術已經(jīng)應用到了自動化控制系統(tǒng)中，以數(shù)字化通信技術的形式存在，在系統(tǒng)的網(wǎng)絡層發(fā)揮著重要的通信傳輸作用。隨著智能儀表相關技術的發(fā)展，以及網(wǎng)絡技術的應用，自動化儀表將逐步通過嵌入式的方法融入到通信網(wǎng)絡中，增加網(wǎng)絡的透明化程度，將辦公自動化與工業(yè)自動化完美結合在一起。

3.2.3 網(wǎng)絡控制系統(tǒng)

嵌入式操作系統(tǒng)核心軟件與微處理核心硬件系統(tǒng)在測控儀器中使用的較為廣泛，它們能夠使儀器儀表與計算機間的數(shù)據(jù)傳輸與控制更加緊密，儀表設備上的局域網(wǎng)絡接口、打印機接口、USB接口等更加增強了測控儀器的通用性。通過與計算機的連接，設備在操作時更加簡便，與計算機的操作類似，這樣能夠使智能化設備與控制設備的操作具有更強的開放性與實用性。

3.2.4 分布式控制系統(tǒng)

繼集中式控制系統(tǒng)后，分布式控制系統(tǒng)逐漸引領了設備智能化測控的控制方式，以集中式控制系統(tǒng)為基礎，綜合了現(xiàn)代圖形顯示技術、現(xiàn)代控制技術、現(xiàn)代化計算機技術、現(xiàn)代通信技術等，做到了對設備參數(shù)的靈活配置和分級管理，充分發(fā)揮了其優(yōu)越性。

結束語

本文對工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)的發(fā)展以及控制系統(tǒng)的技術進行了介紹，通過介紹我們可以知道，現(xiàn)場總線技術以及分布式控制系統(tǒng)對工業(yè)自動化的重要作用，以及網(wǎng)絡技術在系統(tǒng)建設中的作用等都是不容忽視的。在工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)未來的發(fā)展中，其智能化的特征將會越來越明顯，并會在很大程度上滿足與引領市場需求。

參考文獻

[1]杜曉峰.淺析自動化儀表控制系統(tǒng)技術[J].中國新技術新產(chǎn)品，2012,7（25）：65-66.

篇4

關鍵詞：工業(yè)自動化現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

中圖分類號：F287.2文獻標識碼： A 文章編號：

前言

現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，引起了自動化系統(tǒng)結構和自動化控制概念的變革，進一步推動了管控一體化企業(yè)信息系統(tǒng)的建立，它集計算機技術、信息技術和自動化技術為一體，成為流程工業(yè)自動化發(fā)展的趨勢。隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)企業(yè)面臨前所未有的發(fā)展機遇和愈加嚴峻的挑戰(zhàn)，對企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營管理提出了更高的要求。管控一體化企業(yè)信息系統(tǒng)的建立，將是增強企業(yè)競爭力的重要途徑。隨著信息技術的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡的普及，將會使管控一體化的重要性日益顯露出來，由以PLC 為基礎的集散型控制系統(tǒng)向以現(xiàn)場總線為基礎的管控一體化分布式網(wǎng)絡信息系統(tǒng)過渡是必然的。

一、工業(yè)控制自動化現(xiàn)狀

我國工業(yè)自動化制造產(chǎn)業(yè)經(jīng)過一段時間發(fā)展, 已經(jīng)逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化的過程。在下游冶金、石化等行業(yè)的需求以及自動化率提升的雙重帶動下, 我國工業(yè)自動化控制系統(tǒng)裝置制造產(chǎn)業(yè)取得了長足的發(fā)展。但是, 我國工業(yè)自動化具有自己的特點, 下面就對我國自動化的優(yōu)勢和劣勢進行簡要總結。

1 我國工業(yè)控制自動化的優(yōu)勢

從整體上看, 我國工業(yè)控制自動化具有以下優(yōu)勢, 第一、工業(yè)控制自動化產(chǎn)品技術含量高, 專業(yè)性強, 而且產(chǎn)品繁多, 業(yè)內(nèi)第一門戶網(wǎng)站; 中國自動化學會的唯一門戶網(wǎng)站及合作網(wǎng)站中國工控網(wǎng)目前分類達16 個大項, 2 0 余個小項, 第二、廠商眾多, 全球廠商達2 0 萬家, 僅變頻器的生產(chǎn)商就達2 0 0 0 余家; 第三、市場巨大, 9 0 年代以來,我國工業(yè)自動化控制系統(tǒng)裝置制造產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)量一直保持在年增長2 0 % 以上, 2 0 0 9 年我國儀器儀表行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)5 , 3 6 3 個, 完成工業(yè)總產(chǎn)值4 , 0 4 7 億元, 銷售產(chǎn)值3 , 9 4 7億元, 其中工業(yè)自動控制系統(tǒng)裝置占比約2 1.2 6 % , 達到8 4 3 億元。

最新的研究報告指出中國自動化控制系統(tǒng)市場規(guī)模在2014年將會達到1 , 3 1 億元; 第四、工業(yè)控制自動化大范圍應用, 遍及冶金、石油、化工、紡織、造紙、機械、機床、汽車、航空航天、樓宇、環(huán)境工程等所有工業(yè)及民用領域。

2.我國工業(yè)控制自動化的劣勢

雖然工業(yè)控制自動化在我國得到了一定程度的發(fā)展,但還是存在很多不足的地方, 主要有以下幾點: 第一、競爭激烈, 國內(nèi)工業(yè)控制系統(tǒng)產(chǎn)品供應商直接面臨西方發(fā)達國家的競爭, 無論I P C 、D C S 還是P L C , 與外國公司相比較, 我國的企業(yè)仍處于弱勢地位; 第二、總體上自動化企業(yè)規(guī)模太小, 工業(yè)自動化比例依然不高, 我國自動化儀器儀表行業(yè)的產(chǎn)值占GDP 的比例從90 年代的0.5 %才剛剛提升到2 0 0 9 年的1.1 %, 而美國在9 0 年代就達到了4 % 的水平; 第三、自動化企業(yè)多數(shù)急功近利, 科技研發(fā)投入較少, 科研人員隊伍不穩(wěn), 缺乏長時間的科研積累, 缺乏自主創(chuàng)新能力, 大型裝備自動化控制系統(tǒng)的應用程度較低, 有信譽的品牌產(chǎn)品還未形成; 第四、與國際著名品牌系統(tǒng)相比還有差距, 多數(shù)自動化企業(yè)沒有明顯的核心技術能力, 缺乏后勁, 國產(chǎn)系統(tǒng)就總體水平特別是在應用平臺和開放性方面等較低, 而且國內(nèi)自動化系統(tǒng)企業(yè)綜合業(yè)務能力差, 系統(tǒng)產(chǎn)品系列不全等。

二、工業(yè)自動化發(fā)展趨勢

工業(yè)自動化領域的發(fā)展趨勢之一是控制系統(tǒng)的智能化、分散化、網(wǎng)絡化，而現(xiàn)場總線的崛起正是這一發(fā)展趨勢的標志。

1. 現(xiàn)場總線的崛起

多年以來，工業(yè)自動化領域的過程控制體系歷經(jīng)基地式儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)(DCS)等4 代過程控制系統(tǒng)，當前我國工業(yè)自動化的主流水平即處于以PLC 為基礎的DCS 系統(tǒng)階段。與早期的一些控制系統(tǒng)相比，DCS 系統(tǒng)在功能和性能上有了很大進步，可以在此基礎上實現(xiàn)裝置級、車間級的優(yōu)化和分散控制，但其仍然是一種模擬數(shù)字混合系統(tǒng)，從現(xiàn)場到PLC 或計算機之間的檢測、反饋與操作指令等信號傳遞，仍舊依靠大量的一對一的布線來實現(xiàn)。這種信號傳遞關系稱之為信號傳輸，而不是數(shù)據(jù)通信，難以實現(xiàn)儀表之間的信息交換，因而呼喚著具備通信功能的、傳輸信號全數(shù)字化的儀表與系統(tǒng)的出現(xiàn)，從而由集散控制過渡到徹底的分散控制，正是在這種需求的驅動下，自20 世紀80 年代中期起，現(xiàn)場總線便應運而生，并通過激烈的市場競爭而不斷崛起。

現(xiàn)場總線是應用在生產(chǎn)現(xiàn)場的全數(shù)字化、實時、雙向、多節(jié)點的數(shù)字通信系統(tǒng)。現(xiàn)場總線技術將專用的CPU 置入傳統(tǒng)的測控儀表，使它們各自都具有數(shù)字計算和通信能力，即所謂“智能化”，采用可進行簡單連接的雙絞線、同軸電纜等作為聯(lián)系的紐帶，把掛接在總線上作為網(wǎng)絡節(jié)點的多個現(xiàn)場級測控儀表連接成網(wǎng)絡，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，使現(xiàn)場測控儀表之間及其與遠程監(jiān)控計算機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成多種適應實際需要的控制系統(tǒng)，即所謂“網(wǎng)絡化”，由于這些網(wǎng)上的節(jié)點都是具備智能的可通信產(chǎn)品，因而它所需要的控制信息(如實時測量數(shù)據(jù))不采取向PLC 或計算機存取的方式，而可直接從處于同等層上的另一個節(jié)點上獲取，在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)的環(huán)境下，借助其計算和通信能力，在現(xiàn)場就可進行許多復雜計算，形成真正分散在現(xiàn)場的完整的控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的自治性和可靠性。

FCS 成為發(fā)展的趨勢之一，是它改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結構，形成了新型的網(wǎng)絡集成全分布系統(tǒng)，采用全數(shù)字通信，具有開放式、全分布、可互操作性及現(xiàn)場環(huán)境適應性等特點，形成了從測控設備到監(jiān)控計算機的全數(shù)字通信網(wǎng)絡，順應了控制網(wǎng)絡的發(fā)展要求。

2.現(xiàn)場總線的新動向———工業(yè)以太網(wǎng)

長期以來的標準之爭，實際上已延緩了現(xiàn)場總線的發(fā)展速度。為了加快新一代系統(tǒng)的發(fā)展，人們開始尋求新的出路，一個新的動向是從現(xiàn)場總線轉向Ethernet，用以太網(wǎng)作為高速現(xiàn)場總線框架的主傳。以太網(wǎng)是計算機應用最廣泛的網(wǎng)絡技術，在IT 領域已被使用多年，已有廣泛的硬、軟件開發(fā)技術支持，更重要的是啟用以太網(wǎng)作為高速現(xiàn)場總線框架，可以使現(xiàn)場總線技術和計算機網(wǎng)絡技術的主流技術很好地融合起來。為了促進Ethernet 在工業(yè)領域的應用，國際上成立了工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會，開展工業(yè)以太網(wǎng)關鍵技術的研究。此外，開發(fā)設備網(wǎng)供應商協(xié)會(ODVA)已經(jīng)了在工廠現(xiàn)場使用以太網(wǎng)的全球性標準- - 以太網(wǎng)／IP 標準。該標準使用戶在采用開放的工業(yè)應用層網(wǎng)絡的同時，能利用可買到的現(xiàn)成的以太網(wǎng)物理介質和組件，也即由多個供應商所提供的可互操作的以太網(wǎng)產(chǎn)品。

結束語

從生產(chǎn)現(xiàn)場到企業(yè)( 集團) 管理層可經(jīng)由工業(yè)通信網(wǎng)絡, 實現(xiàn)信息的有序無縫流通, 不僅使企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)過程優(yōu)化和資源優(yōu)化, 同時使企業(yè)實現(xiàn)物流、資金流和信息流的集成, 以縮短企業(yè)新產(chǎn)品的開發(fā)周期、提高質量 、降低成本、改進服務和改善環(huán)境, 從而提升企業(yè)的市場應變能力和盈利能力。應用工業(yè)自動化技術, 對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)測量、控制、優(yōu)化和決策, 使企業(yè)實現(xiàn)“好、省、多、快”,提升企業(yè)的市場競爭力, 因此“國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃”已明確, 工業(yè)自動化技術作為21 世紀現(xiàn)代裝備制造業(yè)中最重要的技術之一。

參考文獻

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[2] 劉會.工業(yè)自動化控制的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢[J]. 硅谷. 2010(02)

篇5

關鍵詞：工業(yè)控制網(wǎng)絡 實驗平臺 系統(tǒng)集成 智能儀器

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）02-0159-02

1 研究背景

近年來，工業(yè)控制網(wǎng)絡一直是工業(yè)自動化領域的研究熱點，以現(xiàn)場總線技術和工業(yè)以太網(wǎng)技術為代表的工業(yè)控制網(wǎng)絡技術引發(fā)了工業(yè)自動化領域的重大變革，工業(yè)自動化正朝著網(wǎng)絡化、開放化、智能化和集成化的方向發(fā)展。

隨著基于工業(yè)控制網(wǎng)絡的控制系統(tǒng)不斷增加，業(yè)界需要掌握工業(yè)控制網(wǎng)絡技術的人才也越來越多，工業(yè)控制網(wǎng)絡技術人才主要分為網(wǎng)絡應用和網(wǎng)絡研發(fā)兩種類型，網(wǎng)絡應用類型主要是進行自動化系統(tǒng)集成，網(wǎng)絡研發(fā)類型主要是進行智能儀器產(chǎn)品研發(fā)。按照CDIO工程教育標準中工程實踐場所的要求，建設工業(yè)控制網(wǎng)絡實驗平臺，就需要滿足以上兩個方面的人才培養(yǎng)對實踐場所的要求。

現(xiàn)在高校教學中多強調(diào)工業(yè)控制網(wǎng)絡的作用和理論知識，但針對業(yè)界需求的實踐能力訓練不足，工業(yè)控制網(wǎng)絡實驗平臺的使用對提高學生實踐能力具有重要意義。工業(yè)控制網(wǎng)絡實驗平臺的設計要解決三個關鍵問題：

1.1 系統(tǒng)架構

工業(yè)控制網(wǎng)絡實驗平臺根據(jù)實際需求分為系統(tǒng)集成和智能儀器兩大部分，系統(tǒng)集成實驗裝置的特點是依托各工業(yè)自動化公司成熟的工業(yè)控制網(wǎng)絡設備構建工業(yè)控制網(wǎng)絡系統(tǒng)。智能儀器實驗裝置的特點是依照工業(yè)控制網(wǎng)絡開放的標準協(xié)議設計智能儀器，使其可以集成到工業(yè)控制網(wǎng)絡系統(tǒng)。

1.2 工業(yè)控制網(wǎng)絡協(xié)議標準

現(xiàn)階段工業(yè)控制網(wǎng)絡標準在國際上還沒有得到統(tǒng)一，這不僅限制了工業(yè)控制網(wǎng)絡的推廣和應用，很大程度上也限制了高校的工業(yè)控制網(wǎng)絡課程教學。由于工業(yè)控制網(wǎng)絡可以應用于過程控制、邏輯控制、運動控制等不同的系統(tǒng)，在軍事、航天、制造業(yè)、過程工業(yè)、樓宇自動化、汽車電子等領域均有應用，不同領域的不同系統(tǒng)對工業(yè)控制網(wǎng)絡的要求也不同，有的系統(tǒng)要求可靠性、有的系統(tǒng)要求靈活性、有的系統(tǒng)要求實時性、有的系統(tǒng)要求簡單以節(jié)省成本，現(xiàn)階段還沒有一種工業(yè)控制網(wǎng)絡得到所有領域的一致認可，再加上各國工業(yè)自動化大公司的利益驅動，最終導致工業(yè)控制網(wǎng)絡標準繁多。

本工業(yè)控制網(wǎng)絡實驗平臺選擇的工業(yè)控制網(wǎng)絡協(xié)議包括工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS、DeviceNet、CAN、Modbus，以上幾種工業(yè)控制網(wǎng)絡協(xié)議均符合國際標準，在我國具有一定的市場占有率，其中工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS、DeviceNet的學習側重于系統(tǒng)集成，而CAN、Modbus的學習側重于智能儀器。

1.3 實現(xiàn)技術

系統(tǒng)集成實驗裝置主要涉及PLC、工控機、變頻器、觸摸屏等課程相關知識，系統(tǒng)集成實驗裝置在實現(xiàn)技術上的優(yōu)點是簡單、可靠、上手快，缺點是很多技術細節(jié)不夠開放，系統(tǒng)硬件、軟件、通信協(xié)議都以“黑盒”形式出現(xiàn)，只能使用其外部接口，對其內(nèi)部設計不可見。

智能儀器實驗裝置主要涉及C語言程序設計、微型計算機原理、單片機、智能儀器等課程相關知識，智能儀器實驗裝置在實現(xiàn)技術上的優(yōu)點是技術細節(jié)開放，缺點是系統(tǒng)硬件、軟件、通信協(xié)議都需要自己設計開發(fā)，對學生要求高，且技術性能指標不好保障。

2 系統(tǒng)集成實驗裝置設計

系統(tǒng)集成實驗裝置以邏輯控制、過程控制或運動控制系統(tǒng)為應用背景，為了突出工業(yè)控制網(wǎng)絡開放性與互換性的特點，本實驗裝置采用了兩家公司的設備進行系統(tǒng)集成，采用了信息層、控制層和設備層三層網(wǎng)絡結構，如圖1所示。

信息層工業(yè)以太網(wǎng)采用西門子公司的S7-300 PLC、臺達DVP28SV PLC、工控機、以太網(wǎng)交換機構建星形局域網(wǎng)絡?？刂茖覲ROFIBUS網(wǎng)絡采用西門子公司的S7-300 PLC作為PROFIBUS一類主站，TP177B觸摸屏作為PROFIBUS二類主站，PROFIBUS從站分別是西門子S7-200 PLC、ET200M遠程IO模塊、MM440變頻器和臺達公司的DVP 28SV PLC。設備層采用DeviceNet網(wǎng)絡或者Modbus網(wǎng)絡，采用臺達公司的DVP 28SV PLC作為主站，從站分別為遠程IO模塊、變頻器和智能儀器。

3 智能儀器實驗裝置設計

智能儀器實驗裝置以智能儀器產(chǎn)品開發(fā)為應用背景，以單片機為核心設計工業(yè)控制網(wǎng)絡通信接口。本實驗裝置采用了CAN和Modbus通信協(xié)議，一方面是由于這兩種協(xié)議實現(xiàn)簡單、應用廣泛，另一方面是由于此兩種協(xié)議開發(fā)的設備可以作為系統(tǒng)集成實驗裝置的測試儀表，可以實現(xiàn)對工業(yè)控制網(wǎng)絡協(xié)議分析與研究，還可以實現(xiàn)設備層通信故障診斷。智能儀器實驗裝置的設計主要包括硬件設計和軟件設計。

3.1 硬件設計

智能儀器實驗裝置硬件框圖如圖2所示，為了與理論課教學知識點緊密聯(lián)系，其中單片機選擇MSC51系列、過程輸入輸出模塊選擇ADC0809和DAC0832，用于數(shù)據(jù)采集和輸出控制。鍵盤模塊采用 4×4掃描鍵盤，用于學生實驗時進行數(shù)據(jù)輸入。顯示模塊選擇1602LCD，用于通信數(shù)據(jù)的實時顯示。CAN模塊選擇SJA1000控制器和PCA82C250驅動器、Modbus模塊選擇MAX485芯片。

3.2 軟件設計

結合單片機實踐教學經(jīng)驗，根據(jù)工業(yè)控制網(wǎng)絡協(xié)議需求，進行C語言程序設計。具有數(shù)據(jù)通信測試功能的智能儀器軟件設計程序流程圖如圖3所示，主程序主要負責現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡接口初始化、數(shù)據(jù)處理與輸出、按鍵處理和液晶顯示等功能，外部中斷子程序負責接收和處理CAN總線數(shù)據(jù)幀，串口中斷子程序負責接收和發(fā)送Modbus數(shù)據(jù)幀。

4 結語

按照CDIO工程教育標準中工程實踐場所的要求設計的工業(yè)控制網(wǎng)絡實驗平臺緊密結合理論課程知識，體現(xiàn)了行業(yè)特點，在實踐教學中起到了很好的教學效果。采用系統(tǒng)集成和智能儀器兩種類型的實驗裝置的優(yōu)勢可以實現(xiàn)互補，對于學生今后實際工作崗位的選擇和發(fā)展方向的定位具有一定的指導意義。

參考文獻

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[3]王祁.智能儀器設計基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009年p161～165.

篇6

現(xiàn)代工業(yè)基礎設施包括電力、石油與天然氣、水利、工業(yè)制造，以及交通控制等重點行業(yè)，構成了我國國民經(jīng)濟、現(xiàn)代社會以及國家安全的重要基礎。工業(yè)基礎設施的中關鍵應用、系統(tǒng)故障可能導致：(1)人員傷亡，嚴重的甚至造成群死、群傷等嚴重的社會事件；(2)嚴重的經(jīng)濟損失，危及我國經(jīng)濟建設的秩序與成果；(3)基礎設施被破壞，導致無法繼續(xù)提供對國計民生至關重要的物質產(chǎn)品與公共服務；(4)環(huán)境災難，從而嚴重危害人民乃至子孫后代賴以生存、發(fā)展的根本物質基礎；(5)危及公眾生活及國家安全，導致社會恐慌、政府公信力受損，甚至導致恐怖襲擊等極其嚴重的后果。而在現(xiàn)代工業(yè)基礎設施中，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)（IACS-IndustrialAutomationControlSystem）又構成了其神經(jīng)系統(tǒng)。工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的安全直接關系到各重點工業(yè)行業(yè)的生產(chǎn)安全，因而，近年來成為信息安全研究的重點、熱點領域。傳統(tǒng)上，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)多采用專用技術的封閉網(wǎng)絡，其面臨的（信息）安全威脅不突出。各種工業(yè)控制設備、應用、系統(tǒng)主要是針對專有的封閉環(huán)境而設計，對外沒有互聯(lián)互通。由于沒有現(xiàn)實的（信息）安全威脅，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在設計、實現(xiàn)與部署過程中，其主要指標是可用性、功能、性能、（物理）安全性、實時性等，而無需過多考慮網(wǎng)絡攻擊、信息安全等問題。

但近幾十年來，各種工業(yè)自動化控制系統(tǒng)正快速地從封閉、孤立的系統(tǒng)走向互聯(lián)（包括與傳統(tǒng)IT系統(tǒng)互聯(lián)），日益廣泛地采用以太網(wǎng)、TCP/IP網(wǎng)絡作為網(wǎng)絡基礎設施，將工業(yè)控制協(xié)議遷移到應用層；采用包括IWLAN、GPRS等在內(nèi)的各種無線網(wǎng)絡；廣泛采用標準的Windows等商用操作系統(tǒng)、設備、中間件與各種通用技術。典型的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)——SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）、DCS（DistributedControlSystem，分布式控制系統(tǒng)）、PLC（ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器）等正日益變得開放、通用和標準化。工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在享受開放、互聯(lián)技術帶來的進步、效率與利益的同時，也開始面臨著越來越嚴重的安全威脅，具體包括：(1)由于病毒、惡意軟件等導致的工廠停產(chǎn)；(2)工業(yè)制造的核心數(shù)據(jù)、配方被竊取；(3)制造工廠及其關鍵工控生產(chǎn)流程被破壞；(4)惡意操縱工控數(shù)據(jù)或應用軟件；(5)對工控系統(tǒng)功能未經(jīng)授權的訪問等。由于長期缺乏安全需求的推動，對（采用TCP/IP等通用技術的）網(wǎng)絡環(huán)境下廣泛存在的安全威脅缺乏充分認識，現(xiàn)有的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)過去在設計、研發(fā)中沒有充分考慮安全問題，在部署、運維中又缺乏安全意識、管理、流程、策略與相關專業(yè)技術的支撐，導致許多工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中存在著這樣或那樣的安全問題，一旦被無意或惡意利用，就會造成各種安全事件。近年來，越來越多的工業(yè)信息安全事件見諸報端，充分說明工業(yè)自動化控制系統(tǒng)所面臨的安全威脅絕非空穴來風。目前，我國對工業(yè)自動化控制系統(tǒng)信息安全工作的重要性與緊迫性也日益重視。2011年工信部了《關于加強工業(yè)控制系統(tǒng)安全管理的通知》，明確了重點領域工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全管理要求，并強調(diào)了“誰主管誰負責、誰運營誰負責、誰使用誰負責”的原則，對連接管理、組網(wǎng)管理、配置管理、設備選擇與升級管理、數(shù)據(jù)管理、應急管理等等提出了明確要求。國際上也早已意識到工業(yè)自動化控制系統(tǒng)信息安全的重要性，包括美國、歐洲在內(nèi)的西方國家，早在上個世紀90年代左右就開始了相關的研究工作。而工控信息安全方面的國際標準，包括ISA-99（也即IEC62443）[1]、NERCCIP、NISTSP800-82、WIBM-2784、IEC62351等等。其中，ISA-99由InternationalSocietyofAutomation（ISA）WG4工作組負責制定，面向各種工業(yè)行業(yè)的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)（IACS）的安全。由于ISA-99充分考慮了工業(yè)領域的不同參與方（自動化產(chǎn)品廠商、系統(tǒng)/產(chǎn)品提供商、系統(tǒng)集成商、終端用戶）的不同安全需求，比較符合各工業(yè)行業(yè)的對信息安全標準的需要。目前，ISA-99已經(jīng)完成了三部分，其他部分也正在制定中，而我國也已開始積極參與到該標準的制定工作中。因此，在可以預見的將來，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的信息安全將會成為信息安全研究及相關工作的一個重點研究領域。針對工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的特點，研制并部署相應的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)信息安全解決方案，保障我國工業(yè)基礎設施的安全運營，已成為迫在眉睫的需求。

2工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的特點

雖然工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的安全威脅源自IT、網(wǎng)絡技術在工業(yè)領域日益廣泛的應用，但工控系統(tǒng)仍具有自身的特點，簡單采用標準的IT安全技術很難適應于工控環(huán)境下控制協(xié)議、設備、應用、標準的特殊安全需求。本文將以典型的DCS為例（其網(wǎng)絡拓撲如圖1所示），具體分析工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的特點。首先，在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，直接執(zhí)行現(xiàn)場控制操作的通常為PLC、分布式I/O這樣的嵌入式設備。這些設備專為現(xiàn)場控制環(huán)境而設計、制造，多用于執(zhí)行關鍵的實時控制，易受到DoS攻擊的影響。同時，由于當前廣泛應用的PLC多設計于十幾年前，多數(shù)僅集成了簡單的口令安全等機制。設計、生產(chǎn)并推廣具有強安全措施的新型PLC尚待時日。與此同時，當前工業(yè)自動化控制領域還大量使用工業(yè)PC（IndustrialPC）作為工程師站、HMI、服務器等的硬件平臺。IPC實際上是一種針對工業(yè)作業(yè)環(huán)境進行了加固的PC機，具有在粉塵、高/低溫、潮濕、震動、腐蝕環(huán)境下連續(xù)不間斷工作的能力。由于易用性、用戶友好方面的考慮，目前工控領域的大多數(shù)IPC都使用Windows操作系統(tǒng)，通過專門的I/O卡、協(xié)議芯片等硬件使之具備工業(yè)控制、通信功能。由于是基于Windows的PC系統(tǒng)，IPC也面臨著與普通PC類似的安全威脅。圖1典型DCS的網(wǎng)絡拓撲其次，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中采用了許多特有的工業(yè)控制通信協(xié)議。這些協(xié)議或是針對特定的控制環(huán)境與應用場景（如工業(yè)以太網(wǎng)通信）而設計，其安全需求與可用性、實時性、功能等關鍵需求有沖突之處，因此無法簡單地修改協(xié)議，而需要有針對性地部署附加（add-on）安全解決方案；有些協(xié)議在設計之初未考慮安全方面的需求，或未考慮廣泛互聯(lián)所帶來的更高的安全需求，因而需要在為防護遺產(chǎn)系統(tǒng)提供防護解決方案的同時，逐漸遷移到新的、更安全的規(guī)范。以目前得到廣泛應用的工業(yè)以太網(wǎng)標準化PROFINET[2]為例。PROFINET是標準化組織PI（PROFIBUSInternational）為工業(yè)自動化制定的開放工業(yè)以太網(wǎng)標準，PROFINET符合TCP/IP和IT標準，可實現(xiàn)與現(xiàn)場總線系統(tǒng)的多層次無縫集成，并保證實時通信。PROFINET實際上是一個協(xié)議族，采用了不同的通信方式，用于滿足不同的通信需求，(1)基于以太網(wǎng)第二層（Layer2）的實時數(shù)據(jù)通信，包括實時RT通信（響應時間為5~10ms）；基于第二層的同步實時交換芯片的同步實時IRT通信通道（在100個節(jié)點下，響應時間小于1ms，抖動誤差小于1μs）；以及用于第二層網(wǎng)絡管理與配置的DCP（DiscoveryandConfigurationProtocol）、LLDP（LinkLayerDiscoveryProtocol）等子協(xié)議。(2)非實時的TCP/IP通信，包括基于UDP/DCOM的PN-CM（ContextManagement，用于建立并維護PROFINET通信上下文）等。由于要保證RT、IRT控制通信的實時性，在PROFINET中集成復雜的內(nèi)嵌安全機制并不現(xiàn)實。但PROFINET實際上是工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議標準，其RT、IRT等實時控制通道都屬于第二層通信協(xié)議，其互聯(lián)的控制設備需要位于同一以太網(wǎng)內(nèi)，才能保證實時控制通信。因此，完全可以在保障物理安全的前提下，通過有針對性地部署防火墻、網(wǎng)關、VPN，將PROFINET網(wǎng)絡隔離為獨立的安全域，從而保證其安全。再以得到廣泛應用的ClassicOPC（OLEforProcessControl）[3]為例。19951996年，為了避免單獨定義專門的網(wǎng)絡通信協(xié)議與進程間的通信機制，加快OPC規(guī)范的制定工作，ClassicOPC的通信接口直接采用了微軟的COM/DCOM。目前，OPCDA（DataAccess）服務器被廣泛用于（在控制域中）從PLC等控制設備中采集控制數(shù)據(jù)，再以C/S模式供（位于監(jiān)控區(qū)或辦公區(qū)的）OPCDA客戶端訪問。但由于ClassicOPC是基于COM/DCOM的，所以客戶端在訪問OPCDA服務器數(shù)據(jù)時采用的是動態(tài)端口，ClassicOPCDA的協(xié)議通信過程如下（如圖2所示）：(1)OPC客戶端首先基于DCOM通過TCP135端口向OPC服務器發(fā)送連接請求，而OPC服務器動態(tài)分配一個1024~65536之間的動態(tài)端口號發(fā)送給OPC客戶端；(2)然后OPC客戶端才通過這個動態(tài)端口向OPC服務器發(fā)送數(shù)據(jù)請求，并獲得對應的控制數(shù)據(jù)。圖2ClassicOPCDA通信如OPC客戶端部署于（圖1中的）辦公網(wǎng)絡，而OPC服務器則位于（圖1中的監(jiān)控域。ClassicOPC的這種動態(tài)端口協(xié)商機制將導致在兩個網(wǎng)絡之間無法部署傳統(tǒng)IT防火墻，為工控網(wǎng)絡提供有效的防護。OPCFoundation早已意識到ClassicOPC的局限性，了新一代的OPCUA（UniversalArchitecture）。OPCUA的傳輸機制不再基于COM/DCOM，而是采用二進制TCP通信，或防火墻友好的WebService通信，因此成為未來OPC發(fā)展的方向。因此，一方面對現(xiàn)存的大量ClassicOPC遺產(chǎn)應用，迫切需要能夠提供動態(tài)端口防護的網(wǎng)關產(chǎn)品；另一方面在新的工控系統(tǒng)中，則應當盡可能地采用OPCUA。最后，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)信息安全保障的對象，是集散控制系統(tǒng)DCS、過程控制系統(tǒng)PCS、監(jiān)控與采集系統(tǒng)SCADA等。這些系統(tǒng)并非傳統(tǒng)的IT系統(tǒng)，與電信系統(tǒng)也相去甚遠，簡單采用標準的IT安全技術也無法為工控應用系統(tǒng)提供周全的保護。因此需要深入地研究工業(yè)自動化控制應用的特點與特殊的安全需求，才能真正確保工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的安全。

3工控信息安全需求分析

工控信息安全是一個復雜的系統(tǒng)工程，不僅涉及到技術、產(chǎn)品、系統(tǒng)，更取決于工業(yè)企業(yè)的安全管理的水平。在工業(yè)應用多元化發(fā)展需求的強勁推動下，隨著工業(yè)自動化控制網(wǎng)絡正逐步演變?yōu)殚_放系統(tǒng)，大規(guī)模采用IT技術，其集成化網(wǎng)絡系統(tǒng)與IT網(wǎng)絡基礎設施充分互聯(lián)，IT部門與自動化生產(chǎn)部門共同負責自動化網(wǎng)絡運營。在這一背景下，工業(yè)企業(yè)是否經(jīng)常性地組織安全培訓與意識培養(yǎng)，是否根據(jù)其系統(tǒng)特點制訂了相關的安全策略，是否建立了正規(guī)、可備案的安全流程，是否設計、維護了工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的安全架構，是否根據(jù)相關實施指南貫徹了工控設備安全配置，是否建立了常規(guī)的安全審計制度，是否建立了安全事件監(jiān)控與應急響應制度與預案，都直接關系著相應的安全技術及解決方案是否能真正起到作用。與傳統(tǒng)IT信息安全相比，工控信息安全有著其自身的特點，主要體現(xiàn)為安全防護的重點有所不同。IT安全一般針對的是辦公自動化環(huán)境，需要首先保證機密性，其次才是完整性和可用性（即通常所說的CIA）。而工控信息安全的防護對象則是現(xiàn)場的PLC、RTU等控制設備，工業(yè)控制（實時）網(wǎng)絡通信，以及DCS、SCADA等工業(yè)控制應用，其特點可以總結為：(1)必須優(yōu)先保障24/7/365的可用性，提供不間斷的可操作性，并確保工業(yè)自動化控制系統(tǒng)可訪問；(2)保證系統(tǒng)性能；(3)保證數(shù)據(jù)的實時傳輸；(4)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的完整性；(5)為實現(xiàn)無縫的通信與功能交互而采用開放標準(6)采用通用組件（如微軟OS）作為自動化解決方案的基礎；(7)辦公環(huán)境與生產(chǎn)IT系統(tǒng)間的不間斷通信以保障對生產(chǎn)的實時監(jiān)控；(8)對工廠全生命周期的支持；(9)防止誤操作與蓄意破壞；(10)保護專有技術；(11)安全日志與變更管理等。對工業(yè)信息安全而言，首先需要滿足控制系統(tǒng)的高可用性的要求，其次是完整性。由于在工控環(huán)境下，多數(shù)數(shù)據(jù)都是設備與設備之間的通信，因此，再次的安全目標才是機密性。所以，可以將工業(yè)自動化控制系統(tǒng)信息安全的關鍵需求總結為：(1)開展工業(yè)安全風險評估，建設全面的信息安全管理；(2)實現(xiàn)安全域的劃分與隔離，不同安全域之間的網(wǎng)絡接口需遵從清晰的安全規(guī)范；(3)部署集成安全措施的保護基于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)；(4)保護工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的控制單元，防御安全攻擊；(5)實現(xiàn)對工業(yè)自動化控制通信的可感知與可控制。

4解決方案：縱深防御

根據(jù)工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的特點，要滿足上述安全需求，需要引入工業(yè)自動化控制系統(tǒng)“縱深防御”的概念作為解決方案?？v深防御就是要通過部署多層次的、具有不同針對性的安全措施，保護關鍵的工業(yè)自動化控制過程與應用的安全，其特點在于：(1)攻擊者將不得不滲透或繞過不同的多層安全機制，大大增加了攻擊的難度；(2)安全架構中存在于某一層次上的安全脆弱性，可被其他防護措施所彌補，從而避免“一點突破，滿盤皆輸”的危險。建立工業(yè)自動化控制系統(tǒng)縱深防御，首先需要對具體工業(yè)自動化控制系統(tǒng)安全需求進行系統(tǒng)地分析，制定相應的安全規(guī)劃；并對工控系統(tǒng)進行風險評估，切合實際地識別出該系統(tǒng)的安全脆弱性，面臨的安全威脅，以及風險的來源。在此基礎上，借助于產(chǎn)品安全、安全操作指南以及專業(yè)的工業(yè)安全服務，建立、部署層次化的多重安全措施（如圖3所示）。具體包括物理安全，制定安全策略與流程，部署防火墻進行隔離、防護不同的安全單元（安全域），采用VPN保護單元間通信，進行系統(tǒng)加固，部署賬號管理等訪問控制措施，以及補丁管理、惡意軟件檢測與防護等。目前，縱深防御的工業(yè)信息安全理念覆蓋了工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的所有級別，是滿足工業(yè)信息安全領域的關鍵需求的現(xiàn)實解決方案。

本文以圖1.中的基于PROFINET的DCS系統(tǒng)為例，扼要探討一下如何根據(jù)PROFINET的特點，建立工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的縱深防御：(1)建立PROFINET的物理防護邊界物理安全是工業(yè)自動化控制系統(tǒng)信息安全的前提，首先需要確保PROFINET網(wǎng)絡處于可控的物理環(huán)境中，只有經(jīng)過授權的人員才能接觸網(wǎng)絡、設備。(2)安全策略與流程工業(yè)自動化控制系統(tǒng)縱深防御不僅依賴于技術、產(chǎn)品，更需要完備的安全策略與規(guī)范的安全流程。近年來，許多工業(yè)自動化控制系統(tǒng)被病毒感染都是由于工程師在IPC上使用被病毒感染的USB移動存儲所致。類似的問題，簡單依靠技術手段很難完全防止，更需要依靠安全管理措施與流程的貫徹。(3)建立安全的控制單元，確保PROFINET的邊界安全在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，每個控制單元（圖1中controlcell）都是相對獨立的子系統(tǒng)，不同的控制單元之間通過PROFINET進行集成、互聯(lián)。而PROFINET的日常生產(chǎn)控制又相對獨立于操作站、維護站等維護應用，以及HMI、OPC服務器、應用服務器等監(jiān)控系統(tǒng)或應用。因此，需要將基于PROFINET的DCS按其用途、特點劃分為不同的安全域（控制單元、PROFINET網(wǎng)絡與與監(jiān)控域），定義清晰的安全域邊界。還可根據(jù)其應用、通信業(yè)務的不同之處，進一步將PROFINET中用于組態(tài)、調(diào)試、維護的操作站、維護站等劃分為一個獨立的安全域。并在安全域之間的接口處部署防火墻、安全網(wǎng)關等隔離設備。此外，對遠程接入、遠程維護、無線接入等，也需要在其接口處針對性地部署邊界訪問控制。(4)采用VPN技術保護不同控制單元之間的通信對于不同控制單元、安全域之間的通信，可以通過在安全單元之間部署VPN保護單元間的通信，保證相關業(yè)務通信的認證、完整性與機密性，阻止非法業(yè)務通信。同時，借助于VPN隧道技術，還可在安全單元內(nèi)將維護、調(diào)試等組態(tài)通信業(yè)務，數(shù)據(jù)采集等監(jiān)控業(yè)務與實時控制業(yè)務隔離開，避免組態(tài)、數(shù)據(jù)采集等被濫用后對實時控制通信產(chǎn)生影響。對于ClassicOPCDA服務器，必要時還需要部署專門應用網(wǎng)關保護其免受來自（OPC客戶端所在的）其他域的攻擊。(5)系統(tǒng)加固與補丁管理目前用于組態(tài)/維護的工程師站、HMI終端、OPC、SCADA、應用服務器等都采用的是安裝了Windows的IPC，加之在IPC上運行的工業(yè)控制軟件、應用，以及相關中間件等，都可能存在相應的安全漏洞，因此在條件允許的情況下，需要及時地進行補丁升級與系統(tǒng)加固。同時，雖然PLC等工控設備多數(shù)基于專有的嵌入式系統(tǒng)，但其固件也存在補丁升級的問題。(5)賬號管理對PLC、IPC上的關鍵工控應用、過程、資源，為防止未經(jīng)授權的訪問或濫用，對不同人員的訪問權限進行細粒度的控制，并在安全審計中對安全事件進行溯源，需要將管理措施與技術手段相結合，針對PLCCPU口令，工業(yè)WLAN口令、IPCWindows口令、HMI口令等建立系統(tǒng)的賬號管理，強化基于口令的訪問控制。(7)惡意軟件防護技術對采用Windows系統(tǒng)的IPC工作站與服務器，病毒、蠕蟲等惡意軟件的攻擊是其面臨的最普遍的安全威脅之一。所以不僅需要在工控網(wǎng)絡中所有的IPC主機上全面部署病毒監(jiān)控，如有更高的安全需求，還需要在安全域的入口處進一步部署防病毒網(wǎng)關。此外，根據(jù)ISA-99，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)縱深防御還需要建立安全日志的搜集、備案與審計機制；并建立安全事件處理及應急響應預案，做到一旦發(fā)生安全事件，能夠迅速定位脆弱點，追溯攻擊源，并迅速恢復系統(tǒng)正常功能。從而實現(xiàn)對工業(yè)自動化控制通信的可感知與可控制。

篇7

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）04-0000-00

隨著近年來網(wǎng)絡技術的成熟，及其在冶金企業(yè)自動化控制領域的大量應用，帶來了可觀的社會經(jīng)濟效益。本文簡要敘述重鋼新區(qū)環(huán)保搬遷項目中，基于PROFIBUS－DP（分布式現(xiàn)場總線）和SIMATIC NET （工業(yè)以太網(wǎng)）技術在原料場物料儲運系統(tǒng)中的應用。

1、工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡概述

在原料場物料儲運系統(tǒng)中，應用了典型的信息網(wǎng)絡和控制網(wǎng)絡的集成形式―Etherent/ProFibus混合結構，以此來實現(xiàn)原料場物料儲運系統(tǒng)的邏輯控制與人機監(jiān)控功能。在控制信息層采用以太網(wǎng)，而在底層設備級采用現(xiàn)場總線，通過通信控制器實現(xiàn)兩者的信息交換。

1.1 PROFIBUS現(xiàn)場總線

1.1.1 PROFIBUS概述

PROFIBUS（過程現(xiàn)場總線）是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準，并且是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術。

1.1.2 PROFIBUS-DP 技術特點

PROFIBUS－DP應用于現(xiàn)場級，是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O之間的通訊。主要使用主-從方式，周期性的使主控 CPU 和分布式 I/O 之間實現(xiàn)快速、循環(huán)的數(shù)據(jù)交換。DP 主站是控制 CPU 和分布式 I/O 之間的鏈接，通過 PROFIBUS DP 與分布式 I/O 交換數(shù)據(jù)并監(jiān)視PROFIBUS DP網(wǎng)絡。DP 從站（即分布式 I/O）負責在現(xiàn)場準備I/O執(zhí)行器數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)可以通過PROFIBUS-DP發(fā)送至控制CPU。

1.2 工業(yè)以太網(wǎng)

1.2.1 工業(yè)以太網(wǎng)概念

SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)是西門子公司提出的一種基于以太網(wǎng)通訊的應用于工業(yè)控制領域的以太網(wǎng)技術。它的重點在于利用交換式以太網(wǎng)技術，為控制器、操作站等各種工作站之間的相互協(xié)調(diào)合作提供一種交互機制并與上層信息網(wǎng)絡進行無縫集成。

1.2.2 發(fā)展優(yōu)勢和特點

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展和普及推廣，使以太網(wǎng)技術全面應用于工業(yè)控制領域成為可能。目前，工業(yè)以太網(wǎng)技術的發(fā)展優(yōu)勢及特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)發(fā)展優(yōu)勢。1)應用廣泛。以太網(wǎng)是應用最廣泛的計算機網(wǎng)絡技術，幾乎所有的編程語言如等都支持以太網(wǎng)的應用開發(fā)。以太網(wǎng)的速率要比傳統(tǒng)現(xiàn)場總線要快的多，完全可以滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡不斷增長的帶寬要求。2)成本低廉。普通以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價格較現(xiàn)場總線網(wǎng)卡要便宜得多，此外以太網(wǎng)已經(jīng)應用多年，人們對以太網(wǎng)的設計、應用等方面有很多經(jīng)驗，具有相當成熟的技術。3)資源共享能力強。隨著Internet/Intranet的發(fā)展，在互聯(lián)網(wǎng)上的任何一臺計算機上就能瀏覽工業(yè)控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)“管控一體化”。4)可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?。以太網(wǎng)的引人將為控制系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)展提供可能性，用戶在技術升級方面無需獨自的研究投入。同時，新型技術的發(fā)展都要求通信網(wǎng)絡具有更高的帶寬和性能，通信協(xié)議有更高的靈活性，這些要求以太網(wǎng)都能很好地滿足。

(2)發(fā)展特點。1)通信確定性與實時性。工業(yè)控制網(wǎng)絡最大特點是信號傳輸?shù)难附莺蜏蚀_。實時控制要求對某些變量數(shù)據(jù)準確定時刷新，快速以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)技術的發(fā)展，使這一應用成為可能。采用交換式交換機和全雙工通信，可使網(wǎng)絡上的沖突域不復存在(全雙工通信)，或碰撞機率大大降低(半雙工)，使以太網(wǎng)大幅提高穩(wěn)定性與可靠性。2)安全性。工業(yè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全是工業(yè)以太網(wǎng)應用必須考慮的―個問題。工業(yè)以太網(wǎng)可以將企業(yè)傳統(tǒng)的信息管理層、過程監(jiān)控層、現(xiàn)場設備層合成一體，使數(shù)據(jù)的傳輸速率更快、實時性更高，并與網(wǎng)絡無縫集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，提高工廠的運作效率。但同時也引入了一系列的網(wǎng)絡安全向題，工業(yè)網(wǎng)絡可能會受到來自外部網(wǎng)絡的病毒感染、黑客非法入侵與非法操作等網(wǎng)絡安全威脅。

2、現(xiàn)場總線在原料場物料儲運系統(tǒng)中應用

2.1 系統(tǒng)簡介

原料場物料儲運系統(tǒng)設計用來完成原料的受料及供料任務。一是完成來自翻車機、火車、汽車、碼頭各種原料的受料；二是通過堆取料機進行堆料和取料，向各廠用戶供料。該系統(tǒng)因為地理條件的制約，膠帶機等設備分布區(qū)域廣闊，所以分別選擇2個S7-400作為主站，各主站以ET200M作為從站，通過主/從方式分別達到分布式控制的目標，其主站以工業(yè)以太網(wǎng)絡組網(wǎng)相互通信。

2.2 系統(tǒng)功能

控制系統(tǒng)基于SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS－DP現(xiàn)場總線，PLC控制器來完成翻車機系統(tǒng)、除塵器系統(tǒng)、碼頭系統(tǒng)、火車汽車受料系統(tǒng)、混勻供料系統(tǒng)、堆取料機系統(tǒng)以及各料線膠帶機的自動控制、狀態(tài)顯示、故障記錄及報警控制。

2.3 網(wǎng)絡架構

網(wǎng)絡分為2級，即PROFIBUS－DP的分布式現(xiàn)場總線和SIMATIC NET 的工業(yè)以太網(wǎng)。

(1)PROFIBUS－DP的分布式現(xiàn)場總線由PROFIBUS－DP屏蔽雙線電纜、工業(yè)光纖鏈路模塊（OLM）和室外多模光纖來構成，并組成冗余網(wǎng)絡，來保證通訊的可靠性、實時性、連續(xù)性。(2)SIMATIC NET 工業(yè)以太網(wǎng)的監(jiān)控網(wǎng)絡由SIMATIC NET工業(yè)雙絞線電纜、工業(yè)光纖交換模塊（OSM）、操作站和室外多模光纖來構成，并組成冗余網(wǎng)絡，來保證通訊的可靠性、實時性、連續(xù)性，同時也考慮與其它網(wǎng)絡系統(tǒng)的信息交互。

3、工業(yè)網(wǎng)絡的發(fā)展前景

以太網(wǎng)不僅繼續(xù)壟斷商業(yè)計算機網(wǎng)絡通信和工業(yè)控制系統(tǒng)的上層網(wǎng)絡通信市場，也必將領導未來現(xiàn)場總線的發(fā)展，以太網(wǎng)和TCP／IP將成為器件總線和現(xiàn)場總線的基礎協(xié)議。

以太網(wǎng)可以一直延伸到企業(yè)現(xiàn)場設備控制層，被認為是未來控制網(wǎng)絡的最佳解決方案。雖然目前工業(yè)以太網(wǎng)還不適合所有的工業(yè)自動化設備，并不能全面地應用于工業(yè)控制領域，但是以太網(wǎng)在進入工業(yè)控制領域的過程中將逐步成熟，并具有巨大的發(fā)展?jié)摿头浅V闊的應用前景，其應用領域將不斷地得到擴展，而且應用廣度和深度也將繼續(xù)擴大。

參考文獻

[1] 廖常初主編.S7-300/400 PLC應用技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.1.

[2] 陳凱.工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的應用及發(fā)展.中國西部科技,2008(22)．

篇8

關鍵詞：自動化；控制系統(tǒng)；信息安全

信息技術近幾年來在工業(yè)生產(chǎn)領域得到了廣泛應用，信息化也是現(xiàn)如今工業(yè)生產(chǎn)的大勢所趨。自動化控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的的迅速發(fā)展，極大地減少了對人力的使用，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。用好工業(yè)自動化控制系統(tǒng)關鍵在信息，對企業(yè)而言，隨之而來的問題是，如何保障工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的信息安全[1]。本文將對這一問題展開討論，簡要介紹工業(yè)自動化控制系統(tǒng)自身的特點，并具體說明我國企業(yè)在保障工業(yè)自動化控制系統(tǒng)信息安全方面存在的問題以及應對的策略。

1.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)簡述

傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)以人力操作為主，需要人為的直接干預，遇到繁重的生產(chǎn)活動，常常使人不堪重負，而且易出現(xiàn)偏差。而工業(yè)自動化則是通過對各種參數(shù)的調(diào)節(jié)，生產(chǎn)目標的提前設定和控制生產(chǎn)過程來實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，是人類社會的巨大進步，大規(guī)模的、智能型的機器生產(chǎn)代替了手工操作，工人不必直接面對生a流程，只需熟練掌握自動化控制系統(tǒng)，對照產(chǎn)品要求啟動相應的系統(tǒng)程序。與傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)相比，自動化生產(chǎn)效率更高，產(chǎn)品合格率也更高。從實際情況來看，企業(yè)在自動化系統(tǒng)方面收獲的效益要遠遠高于其對該系統(tǒng)的投入[2]。要實現(xiàn)工業(yè)自動化，所用的設備也較多，大致可分為三類：通用自動化裝備、自動裝配檢測生產(chǎn)線、專用設備自動化控制系統(tǒng)。專用設備自動化控制系統(tǒng)又包括控制層、驅動層和執(zhí)行層三個部分。如今在機械制造、電力、建筑、交通運輸、信息技術等領域，工業(yè)自動化已得到廣泛運用，極大地提高了企業(yè)生產(chǎn)效率。

2.對工業(yè)自動化控制系統(tǒng)信息安全的探討

2.1我國企業(yè)在保障工業(yè)自動化控制系統(tǒng)信息安全方面存在的問題

（1）管理制度不夠完善。我國市場經(jīng)濟的發(fā)展歷史才三十年，即使是較為成熟的大型國有企業(yè)，在管理制度方面也存在很多漏洞。人員是企業(yè)運行的主體，管理好了人員，一個企業(yè)才能良好運行。例如，現(xiàn)如今我國很多生產(chǎn)企業(yè)都沒有規(guī)范門禁制度，外來人員與內(nèi)部員工不能很好區(qū)分，魚龍混雜，極容易導致重要信息的泄露。對于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)也沒有嚴格執(zhí)行“一人對應一個系統(tǒng)”的管理制度，無法規(guī)范自己的人員，也就無法保障信息的絕對安全。

（2）缺乏專業(yè)的技術人才。工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的迅速普及呼喚專業(yè)的技術人才。目前我國在培養(yǎng)工業(yè)自動化控制系統(tǒng)專業(yè)技術人才方面還未建立健全科學、有效的教育培訓體系，專業(yè)技術人才略顯匱乏。另外一個方面，自動化控制系統(tǒng)更新?lián)Q代的速度也遠遠超過人才培養(yǎng)的速度，對員工的技術培訓遠遠跟不上時代前進的步伐。中國企業(yè)真正缺少既了解控制系統(tǒng)又能保障信息安全的綜合性人才。

2.2針對存在的問題采取的應對策略

（1）借鑒歐美發(fā)達國家的先進管理理念。歐美發(fā)達國家的工業(yè)生產(chǎn)歷史長達兩百多年，他們有更為豐富的工業(yè)管理經(jīng)驗，當前中國企業(yè)在管理上出現(xiàn)的諸多問題對他們而言屢見不鮮。在保障工業(yè)自動化控制系統(tǒng)信息安全領域，他們也有著更多成功的經(jīng)驗，可以充分借鑒。

（2）加強專業(yè)技術人才培養(yǎng)。專業(yè)技術人才是工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的靈魂，靈魂健全才能使該系統(tǒng)發(fā)揮最大效力。因此，企業(yè)應針對工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，完善教育培訓體系，大力培養(yǎng)專業(yè)性的操作人才，與工業(yè)生產(chǎn)前沿接軌，同時針對員工信息安全意識薄弱的問題，加強思想教育，使其充分認識到保障信息安全的重要性[3]。此外，還有必要構建完善的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)信息安全管理體系，加強人員及系統(tǒng)設備的管理，進一步使工業(yè)自動化系統(tǒng)信息安全得到有效保障。

3.結語

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)信息安全是控制系統(tǒng)和信息安全的充分結合，是當下工業(yè)生產(chǎn)的潮流。不僅要求企業(yè)了解計算機控制系統(tǒng)，還要求企業(yè)懂得如何保障信息安全。用好工業(yè)自動化控制系統(tǒng)將極大地促進我國工業(yè)的迅猛發(fā)展，為中國經(jīng)濟添磚加瓦。工業(yè)自動化控制系統(tǒng)信息安全涉及到企業(yè)生產(chǎn)的多個環(huán)節(jié)，需要各個生產(chǎn)部門的完美協(xié)作。相信在企業(yè)、員工與政府三方的共同努力下，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)必將不斷完善，信息安全也將得到充分保障。

參考文獻：

[1]董吉成.工業(yè)自動化控制的發(fā)展漫談[J].電子世界，2014，01：19-20.

篇9

自動化硬件技術仍然以國外產(chǎn)品為主的局面尚未被打破，但是自動化技術應用軟件的發(fā)展開始取得了實質性突破。以冶金工業(yè)為例，一些核心控制軟件技術已經(jīng)打破國外封鎖，自主開發(fā)出了一批具有世界領先水平的核心控制軟件。如自動化煉鋼技術、高爐專家系統(tǒng)、冶金企業(yè)能源管理系統(tǒng)等，其核心算法、主要解法、控制思想、知識法則等，都是由我國技術人員自主創(chuàng)新研制成功。事實證明，在自動化核心技術方面，單靠引進是不成功的，也是模仿不來的，只有自主創(chuàng)新，才是最正確的道路。大型自動化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新，要以自主技術與產(chǎn)品為核心，雖然還沒有取得實質性進展，但已經(jīng)取得了階段性成果，如自動化煉鋼技術的成功開發(fā)并應用于生產(chǎn)實際，就是最好的案例。在實現(xiàn)系統(tǒng)開環(huán)控制、系統(tǒng)仿真、局部閉環(huán)控制等方面，特別是隨著總線技術、嵌入式技術等方面的推廣應用，取得的成績是比較明顯的。自動化技術在冶金生產(chǎn)流程中已經(jīng)成為生產(chǎn)工藝中重要的組成部分。同時自動化技術的應用在冶金工業(yè)生產(chǎn)工藝文件編制、工藝流程優(yōu)化、操作手冊的制定等各個方面發(fā)揮的作用越來越大。

2存在的問題

我國自動化系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了PLC(ProgrammableLogicController，可編程控制器)、DCS(DistributedControlSystem，分散性控制器)、FCS(FieldbusControlSystem，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))、PAC(ProgrammableAutomationController，開放式自動化)等幾個階段后，現(xiàn)在已經(jīng)開始進入大規(guī)模采用數(shù)學模型、實現(xiàn)智能控制的新時期。我國自動化信息技術的應用，雖然取得了階段性成果，但和國際領先水平相比，還存在一定距離。要實現(xiàn)真正意義上的兩化融合，還有許多路要走。

（1）我國自動化硬件技術市場，目前國外的產(chǎn)品與技術依然占主要地位，縮小這一差距，還要靠我國硬件生產(chǎn)廠家的努力。

（2）目前許多自動化控制系統(tǒng)還處于開環(huán)控制，在局部環(huán)節(jié)實現(xiàn)了閉環(huán)控制，這從客觀上影響了自動化系統(tǒng)效果的發(fā)揮。

（3）以自主創(chuàng)新的產(chǎn)品與技術為核心實現(xiàn)自動化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新還有許多工作要做，如與自動化控制系統(tǒng)相關的儀表、傳動等專業(yè)的技術水平，也有可能影響到自動化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新工作。

（4）自動化系統(tǒng)的核心技術，有許多還被國外廠商壟斷或封鎖。

（5）作為自動化產(chǎn)業(yè)而言，有些方面比較“浮”，商業(yè)色彩濃厚，炒作內(nèi)容較多，這是一個社會問題。應當鼓勵和提倡踏踏實實做事情，認認真真做學問。自動化行業(yè)的規(guī)模雖然已基本形成，但要做大做強，使之成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，還有許多工作要做。

3我國冶金工業(yè)自動化技術發(fā)展的預測與分析

制造業(yè)自動化技術的發(fā)展在很大程度上受到制造業(yè)本身特點的制約，行業(yè)特點比較明顯，冶金自動化技術的發(fā)展，離不開冶金工業(yè)的發(fā)展，我國“兩化融合”政策的推出，為今后我國自動化技術的發(fā)展與應用在理論層面指明了方向，在操作層面，要求也更加具體、明確。對于冶金自動化技術的發(fā)展，目前完全可以定位于高端核心自動化技術與產(chǎn)品的創(chuàng)新與應用。

3.1物聯(lián)網(wǎng)技術在冶金企業(yè)中的應用

物聯(lián)網(wǎng)是指人們通過各類傳感器實現(xiàn)物與物、物與人、人與人之間按需的信息獲取、傳遞、儲存、認知、分析和使用。

3.1.1物聯(lián)網(wǎng)技術在工業(yè)領域中的應用

工業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)應用的重要領域。具有環(huán)境感知能力的各類終端、基于泛在技術的計算模式、移動通信等不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，可大幅提高制造效率，改善產(chǎn)品質量，降低產(chǎn)品成本和資源消耗，將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能工業(yè)的新階段。從當前技術發(fā)展和應用前景來看，物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領域的應用主要集中在以下幾個方面。

（1）供應鏈管理物聯(lián)網(wǎng)應用于企業(yè)原材料采購、庫存、銷售等領域，通過完善和優(yōu)化供應鏈管理體系，提高了供應鏈效率，降低了成本。

（2）冶金生產(chǎn)過程工藝優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)技術的應用提高了生產(chǎn)線過程檢測、實時參數(shù)采集、生產(chǎn)設備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測的能力和水平。生產(chǎn)過程的智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護水平不斷提高。鋼鐵企業(yè)應用各種傳感器和通信網(wǎng)絡，在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)對加工產(chǎn)品的寬度、厚度、溫度的實時監(jiān)控，從而提高了產(chǎn)品質量，優(yōu)化了生產(chǎn)流程。

（3）產(chǎn)品設備監(jiān)控管理各種傳感技術與制造技術融合，實現(xiàn)了對產(chǎn)品設備操作使用記錄、設備故障診斷的遠程監(jiān)控。通過傳感器和網(wǎng)絡對設備進行在線監(jiān)測和實時監(jiān)控，并提供設備維護和故障診斷的解決方案。

（4）環(huán)保監(jiān)測及能源管理物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保設備的融合實現(xiàn)了對工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理各環(huán)節(jié)關鍵指標的實時監(jiān)控。在重點排污企業(yè)排污口安裝無線傳感設備，不僅可以實時監(jiān)測企業(yè)排污數(shù)據(jù)，而且可以遠程關閉排污口，防止突發(fā)性環(huán)境污染事故的發(fā)生。

（5）工業(yè)安全生產(chǎn)管理把感應器嵌入和裝備到礦山設備、油氣管道、礦工設備中，可以感知危險環(huán)境中工作人員、設備機器、周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息，將現(xiàn)有分散、獨立、單一的網(wǎng)絡監(jiān)管平臺提升為系統(tǒng)、開放、多元的綜合網(wǎng)絡監(jiān)管平臺，實現(xiàn)實時感知、準確辨識、快捷響應、有效控制。

3.1.2冶金工業(yè)領域物聯(lián)網(wǎng)應用的關鍵技術

從整體上來看，物聯(lián)網(wǎng)還處于起步階段。物聯(lián)網(wǎng)在冶金工業(yè)領域的大規(guī)模應用還面臨一些關鍵技術問題，概括起來主要有兩個問題。

（1）進行關鍵特殊傳感器的研制生產(chǎn)工業(yè)用傳感器。工業(yè)用傳感器是一種檢測裝置，能夠測量或感知特定物體的狀態(tài)和變化，并轉化為可傳輸、可處理、可存儲的電子信號或其他形式信息。工業(yè)用傳感器是實現(xiàn)工業(yè)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質量。可以說，沒有眾多質優(yōu)價廉的工業(yè)傳感器，就沒有現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)體系。

（2）進行工廠傳感網(wǎng)的布局和建設工業(yè)無線網(wǎng)絡技術。工業(yè)無線網(wǎng)絡是一種由大量隨機分布的、具有實時感知和自組織能力的傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)狀(Mesh)網(wǎng)絡，綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，具有低耗自組、泛在協(xié)同、異構互連的特點。工業(yè)無線網(wǎng)絡技術是繼現(xiàn)場總線之后工業(yè)控制系統(tǒng)領域的又一熱點技術，是降低工業(yè)測控系統(tǒng)成本、提高工業(yè)測控系統(tǒng)應用范圍的革命性技術，也是未來幾年工業(yè)自動化產(chǎn)品新的增長點，已經(jīng)引起許多國家學術界和工業(yè)界的高度重視。

3.2過程控制數(shù)學模型的開發(fā)與應用要實現(xiàn)新突破

數(shù)學模型是冶金自動化中的核心技術?！盃颗Ｒ獱颗１亲印保绻莆樟藬?shù)學模型的這項技術，就掌握了自動化的主動權、話語權。核心技術是買不來的。要生產(chǎn)國家急需的鋼鐵產(chǎn)品，就要有相應的高端自動化技術來做支撐，國外廠商出于自身利益，不會轉讓這類高端自動化技術與產(chǎn)品，他們所能轉讓的技術都是有條件限制的技術或已經(jīng)過時的產(chǎn)品與技術。開展高端冶金自動化領域數(shù)學模型的自主創(chuàng)新條件基本成熟。市場需求非常廣闊，我國的冶金自動化水平已經(jīng)發(fā)展到了一定的水平，一支技術創(chuàng)新的團隊已經(jīng)基本形成，而且許多冶金企業(yè)都有著豐富的實踐經(jīng)驗，這些都為開展二級數(shù)學模型的自主創(chuàng)新創(chuàng)造了極為有利的條件。數(shù)學模型是控制對象的表征，是對象可執(zhí)行的表述，正是由于它與信息技術、自動控制技術、工藝能力的有效結合，發(fā)揮了重要的指揮與優(yōu)化作用，所以數(shù)學模型才被稱之為自動化與信息化的核心技術。建立高可用性、高精度的數(shù)學模型是我國鋼鐵工業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)出滿足國民經(jīng)濟發(fā)展需要的鋼材品種；提高產(chǎn)品質量、節(jié)約能源、降低成本，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，提升核心競爭力的技術基礎。審視整個鋼鐵工業(yè)自動化信息化的發(fā)展趨勢，過程控制數(shù)學模型是鋼鐵工業(yè)自動化信息化最直接最有效的領域，也是最核心的技術，沒有或者不掌握這種技術，鋼鐵工業(yè)的自動化信息化就難免流于形式，難以收到理想的效果。過程控制數(shù)學模型在國內(nèi)鋼鐵行業(yè)的應用與發(fā)展，目前還剛剛起步，方興未艾，隨著需求的發(fā)展，未來的數(shù)學模型還有著極大的發(fā)展空間。從現(xiàn)在起，形成社會的關注，這對數(shù)學模型的未來發(fā)展，會起到一定的積極作用。打破數(shù)學模型的神秘感。相信自己的力量，鼓足自己的信心，模型應用從低級向高級逐步發(fā)展，不斷積累技術，不斷培養(yǎng)人才，踏下心來，抓上幾個項目，就一定能搞出名堂來，收到明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。發(fā)展以數(shù)學模型為核心的自動化技術，是落實“科技創(chuàng)造未來”的具體體現(xiàn)，也是我國鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)新的騰飛的助推器。在過程控制數(shù)學模型的研發(fā)與應用上，要實現(xiàn)重點突破，開發(fā)出有中國特色的數(shù)學模型產(chǎn)品與技術，走出一條“研制一批，儲備一批，生產(chǎn)一批”以科研促生產(chǎn)、以生產(chǎn)出產(chǎn)品、以產(chǎn)品保應用的新的可持續(xù)發(fā)展之路來。

3.3以國產(chǎn)化創(chuàng)新型產(chǎn)品與技術為核心的自動化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新

經(jīng)過幾年的努力，我國制造業(yè)自動化領域已經(jīng)擁有了一批自主開發(fā)創(chuàng)新的產(chǎn)品與技術。這為今后自動化、信息化技術的發(fā)展奠定了堅實的基礎。但這僅僅是開始，堅冰雖然打破，但水下仍然潛藏著巨大的冰塊，所以發(fā)展以國產(chǎn)化的創(chuàng)新型產(chǎn)品與技術為核心的自動化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新今后還有許多工作要做。

3.3.1博弈要有實力

要在國際自動化領域取得話語權，就要靠實力。以前，依靠市場換取技術，只是一種低層次的對外開放，而且依靠錢是買不來核心技術的。如果我國在一定程度上掌握了自己的自動化、信息化核心技術，就可以由低層次的對外開放方式上升到較高層次的對外開放與交流。形成你中有我，我中有你的態(tài)勢，達到優(yōu)勢互補、互利共贏的良性局面。我國在引進先進技術與產(chǎn)品的同時也可以對外輸出自己的產(chǎn)品與技術，同時還可以開展聯(lián)合研發(fā)等科技活動。

3.3.2新型自動化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新要實現(xiàn)全過程的集成與創(chuàng)新

目前，我國冶金工業(yè)自動化系統(tǒng)的建設，許多都處于開環(huán)控制或局部閉環(huán)控制階段。而要實現(xiàn)真正意義的自動化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新就要在全過程方面實現(xiàn)真正的閉環(huán)。當然，這還要涉及到有關執(zhí)行機構、檢測單元等方面的支持與配合。其核心是國產(chǎn)化的技術與產(chǎn)品，并廣泛采用國內(nèi)外其他先進技術做支持，以保證整套系統(tǒng)的品質與質量。如果仍然還是停留在實現(xiàn)局部閉環(huán)控制上，就不能真正稱之為系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新。對于全過程的認識，我國著名自動化專家柴天佑院士曾經(jīng)有過一段精彩的論述：“采用自動化技術，以計算機和網(wǎng)絡技術為手段，將生產(chǎn)過程的生產(chǎn)工藝、設備運行技術和生產(chǎn)過程管理技術進行集成，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制、運行、管理的優(yōu)化集成，從而實現(xiàn)管理的扁平化和與產(chǎn)品質量、成本、消耗相關的綜合生產(chǎn)指標的優(yōu)化?！币試a(chǎn)化創(chuàng)新型產(chǎn)品與技術為核心的自動化系統(tǒng)的集成與創(chuàng)新是在控制系統(tǒng)、控制工程設計和組態(tài)軟件、工業(yè)通信網(wǎng)絡、制造管理和執(zhí)行軟件等多方面的基礎上，通過集成與優(yōu)化，實現(xiàn)真正意義上的生產(chǎn)管控一體化和生產(chǎn)過程控制智能化。

3.4能源管控一體化建設是下一階段冶金自動化工作的重點

冶金工業(yè)是耗能大戶，能耗將制約冶金工業(yè)的發(fā)展，我國冶金工業(yè)也正面臨著由粗放型向精細化轉型。以耗能來核定產(chǎn)能，或許將成為可能。所以整個冶金工業(yè)的節(jié)能降耗、低碳減排工作十分繁重，利用自動化技術來實現(xiàn)降低能耗，是冶金工業(yè)節(jié)能減排、實現(xiàn)綠色工廠的重要手段之一。冶金企業(yè)能源管控一體化建設，如果只停留在數(shù)據(jù)采集階段，那么意義不大。這也是目前已經(jīng)普遍實現(xiàn)的事實。針對冶金工業(yè)能源管控的特點，一是耗能大戶，二是在冶金生產(chǎn)過程中，又伴生出大量的可燃性氣體，如焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣等。所以能源管控的工作重心是能源使用管理的優(yōu)化、二次能源的安全合理使用、多種能源介質統(tǒng)一平臺操作、改變傳統(tǒng)的能源計量方式以及能源安全管理預警等。能源管控中心建設的特點是控制模型和管理模型的融合。這也是能源實現(xiàn)智能化管控的著眼點，建設一套全新的基于熱值流分析的能源管控一體化系統(tǒng)，實現(xiàn)從計劃層、執(zhí)行層到控制層的一體化；實現(xiàn)多種能源介質協(xié)同一體化；單項能源管控一體化，同時引進先進算法，確定科學的解法。

篇10

【關鍵詞】電氣自動化；應用探討；發(fā)展趨勢；發(fā)展措施

0 引言

工業(yè)電氣自動化是電氣信息領域的一門新興學科，由于和人們的日常生活及工業(yè)生產(chǎn)密切相關，發(fā)展非常迅速。其發(fā)展已比較成熟，正朝著工業(yè)電氣自動化信息化的方向發(fā)展。利用工業(yè)自動化與計算機的信息技術，可以將軟件的應用得到有效的應用。隨著經(jīng)濟及信息技術的不斷發(fā)展，工業(yè)自動化可以使企業(yè)管理方面得到改革，又可以促進工業(yè)電氣自動化的不斷發(fā)展。在通常情況下，工業(yè)電氣自動化又稱電氣工程及其自動化，它涉及到的高新技術主要是計算機軟件和信息技術。其發(fā)展趨勢是朝著工業(yè)電氣自動化信息化和開放化的方向快速發(fā)展。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術和信息技術的飛速發(fā)展，這一項新的高科技技術將促進促進我國電氣自動化的發(fā)展。它將促進企業(yè)管理方面的改革，也可以促進工業(yè)電氣自動化的不斷發(fā)展。在我國，如何將工業(yè)電氣自動化發(fā)展的更好是今后要做的首要問題。電氣自動化這個專業(yè)從20世紀50年代開始在我國出現(xiàn)并發(fā)展。雖然國家對這個專業(yè)做了幾次調(diào)整，但由于其專業(yè)面寬，適用性廣，專業(yè)的適用性強，從20世紀中期一直到現(xiàn)在，發(fā)展趨勢仍然不減。

1 工業(yè)電氣自動化的應用現(xiàn)狀

現(xiàn)代的工業(yè)電氣自動化系統(tǒng)的電氣設備，分別安裝在各配電室以及電機的控制中心部位，它們的配件數(shù)量多的，執(zhí)行的信息處理任務龐大，在一般情況下，工業(yè)電氣設備系統(tǒng)的配件如果一旦損壞，維修工作比較復雜。通常都希望關鍵的設備可以在正常的操作運行狀態(tài)下。它與熱工系統(tǒng)相比，工業(yè)電氣自動化系統(tǒng)的電氣設備操作的頻率低，一些系統(tǒng)設備在維持正常運行時，可以經(jīng)過好幾個月甚至更長的時間；電氣設備所需要的保護裝置要求高，動作速度快，一個保護動作通常就要求在40ms以內(nèi)完成。但電氣自動化系統(tǒng)的設備構造機構本身具有聯(lián)鎖邏輯比較簡單、操作機構復雜的特點，而控制方式也主要是應用在工業(yè)的電系統(tǒng)之中，其主要設備監(jiān)控是需要接入DCS系統(tǒng)，如果在應用中使用兩臺系統(tǒng)一起運行，那么一臺系統(tǒng)的檢修，就不會影響另一臺系統(tǒng)的運行，因此，需要考慮兩臺機組DCS電氣控制的模式，這樣就保證了控制的穩(wěn)定性。根據(jù)電氣設備的主要特點我們知道，在構建ECS時，其系統(tǒng)結構、與DCS的聯(lián)網(wǎng)方式是確保系統(tǒng)高可靠性的關鍵。因此，除了要保證系統(tǒng)的正常運行，還要確保系統(tǒng)在運行時各種數(shù)據(jù)處理和信息收集的準確性，同時提出相應的應急措施，確保電氣系統(tǒng)可以在最好的狀態(tài)下運行。

2 我國工業(yè)電氣自動化的發(fā)展前景

我國工業(yè)電氣自動化的利用在改革開放之初，就得到了發(fā)展和應用，至今工業(yè)電氣自動化的利用，已經(jīng)改變了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，提高了生產(chǎn)效率，可以使有效的資源得到較高的利用率，就可以達到降低生產(chǎn)成本費用。就會使工業(yè)自動化的發(fā)展給社會帶來更大的經(jīng)濟效益。因此，大力發(fā)展工業(yè)電氣自動化技術，不僅可以提高我國工業(yè)技術的發(fā)展水平，縮小與西方發(fā)達國家工業(yè)自動化生產(chǎn)技術方面的差距，而且可以通過我國對工業(yè)電氣自動化的自主研發(fā)，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著更大的推動作用。

工業(yè)電氣自動化的發(fā)展，主要是結合現(xiàn)代高科技革命的計算機應用網(wǎng)絡技術，使工業(yè)電氣自動化在計算機網(wǎng)絡的操作之下，實現(xiàn)各個運行部分的緊密配合，實現(xiàn)操作的一體化。這樣的一體化技術，可以使機器操作變得更加流暢，是工業(yè)電氣自動化發(fā)展的重要方面。要將電氣自動化的網(wǎng)絡連接，提高信息的處理能力；就要在網(wǎng)絡中建立起獨立的網(wǎng)絡，實現(xiàn)把安全危險分散，促進電氣自動化系統(tǒng)的正常運行；而信息化就是實現(xiàn)設備與網(wǎng)絡技術相結合，實現(xiàn)網(wǎng)絡自動化和管控一體化。如今，已經(jīng)到了開創(chuàng)電氣自動化的新時代，如何實現(xiàn)自主研發(fā)，是未來電氣自動化發(fā)展的目標。我國進入WTO以后，面對的對手，使市場競爭更加激烈，為了從價格上贏得優(yōu)勢，必須吸取高科技先進的經(jīng)驗和技術，為實現(xiàn)自主研發(fā)提供條件。同時，將科學發(fā)展觀作為前進的基礎和指導思想，以人為本，及時發(fā)現(xiàn)問題，總結先進的經(jīng)驗，為改變傳統(tǒng)的電氣自動化尋找一條發(fā)展之路。

3 我國電氣自動化系統(tǒng)的發(fā)展措施選擇

3.1 電氣自動化系統(tǒng)的開發(fā)平臺措施

工業(yè)電氣自動化系統(tǒng)的發(fā)展，首先要采用系統(tǒng)開發(fā)平臺，這個相對統(tǒng)一的開放平臺，對于電氣自動化系統(tǒng)的設計意義重大。利用該平臺可以實現(xiàn)自動化運作的模式，在實施和測試等環(huán)節(jié)的運行中都起到積極的作用。利用該平臺設計的自動化系統(tǒng)，可以最大程度地降低設備的損耗率，提高設備的使用效率。該平臺還應滿足客戶的另一個重要需求，即開發(fā)平立于最終的運行平臺。根據(jù)運行項目的特點和最終用戶的需求決定將統(tǒng)一的運行代碼下載到硬件PLC、基于Windows NT的軟件PLC、嵌入式NT系統(tǒng)還是基于Windows CE的控制系統(tǒng)中，在這方面，基于PC的自動化產(chǎn)品滿足了以上要求。

3.2 電氣自動化系統(tǒng)與網(wǎng)絡建設措施

網(wǎng)絡建設的發(fā)展也有一定的促進作用，對于電氣自動化系統(tǒng)而言，網(wǎng)絡構建至關重要。整個網(wǎng)絡的結構既要保證現(xiàn)場控制設備以及企業(yè)管理系統(tǒng)的信息交流的暢通無阻，還要與計算機的監(jiān)控系統(tǒng)緊密配合。企業(yè)管理層可以利用計算機網(wǎng)絡對現(xiàn)場所運行的設備進行監(jiān)督和控制。在進行系統(tǒng)網(wǎng)絡規(guī)劃時，無論選擇與現(xiàn)場設備通訊的現(xiàn)場總線還是與上級計算機或辦公系統(tǒng)通訊的以太網(wǎng)，所選擇的網(wǎng)絡產(chǎn)品必須能夠保證從辦公自動化環(huán)境到控制級直至元件級的整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的通訊。而且，在整個網(wǎng)絡中貫穿著集成的網(wǎng)絡配置和編程、集成的數(shù)據(jù)管理以及集成的通訊等功能，即所謂的全集成自動化技術。

3.3 電氣自動化系統(tǒng)與標準化的程序接口措施

成功的自動化系統(tǒng)的另一個重要因素在于標準化的程序接口。我們可以利用現(xiàn)代信息技術，包括在一定程度上實現(xiàn)對工作時間與成本費用的控制，還可以提高辦公自動化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交流的快捷性。在與企業(yè)的MES系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)連接時，基于PC平臺的自動化解決方案意義非同尋常。使用計算機系統(tǒng)進行操作，能夠實現(xiàn)辦公環(huán)境的標準化應用，計算機系統(tǒng)在電氣化管理和系統(tǒng)的平臺之間建立了一個連接，保證了不同程序之間的通訊和交流，這是未來工業(yè)電氣自動化發(fā)展的一個方向。

4 結語

工業(yè)電氣自動化系統(tǒng)的技術發(fā)展，具有關系著我國電氣自動化設備的發(fā)展的重大意義，文中結合工業(yè)電氣自動化系統(tǒng)的實際應用，得到了電氣自動化設備的繼續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展，在利用電氣自動化設備的技術先進、經(jīng)濟合理的前提下，為我國電氣自動化事業(yè)的跨越式發(fā)展做出貢獻，為盡快實現(xiàn)小康社會努力奮斗。

【參考文獻】