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            我國電氣自動化儀器未來的發展趨勢與應用綜述


            引言: 近年來,電氣自動化控制系統在生活中應用越加廣泛,方便生活的同時也使得智能化水平不斷提高,能夠更加精準的控制儀器設備,并且大容量信息數據傳輸的實現,也可以依托在不斷發展的通訊技術上。作為現代先進科學技術方面的核心領域,依靠最先進的科學建立起來的電氣自動化工程控制系統在社會經濟的快速發展中起著不可替代的作用,它引領著現代化工業的前進方向,在工業生產中,電氣自動化控制系統能夠在減少勞動力成本和強度上起到很好的效果,并且能夠增強傳輸信息的有效性和實時性、提高檢測精確度,同時,電氣自動化控制系統能夠降低安全事故發生的概率,保證生產的安全。


            自動化生產工藝流程結構圖

            一、電氣自動化工程控制系統的現狀

            許多行業實行的自動化技術都離不開電氣化自動化的配合。在經歷了幾十年的發展之后,我國的電氣自動化技術已經取得了很好的成績。但同國際水平相比我國的電氣自動化技術仍然有著不小的差距。伴隨著市場經濟的進一步成熟,電氣自動化市場中的競爭對手越來越多,這不僅是挑戰,更是機遇。我國電氣自動化控制領域只有結合自身的實際情況,充分發揮自身的優勢,才能在激烈的競爭中占有一席之地。

            1.1電氣自動化工程控制系統的標準語言規范是 Windows NT和IE。在電氣自動化工程的發展領域,人機界面已經成為了一種發展方向,因為它能夠靈活地控制并且容易集成,這些特性使其被越來越多的用戶接受。同時電氣自動化工程控制系統使用的標準系統語言使其維護更加容易進行??刂苹芈肥菫榱吮WC主回路線路運行的穩定與安全,能夠實現某項控制功能的若干個電子組件的組合的電氣設備之一。這種設備要有以下功能:(1)自動控制功能。對于電氣自動化控制系統,當設備出了故障時,需要開關自動切斷電路以保障安全,使得具有自動控制功能的電氣操作設備成為必要設備。(2)保護功能。電氣設備在運行過程中會時常發生不可預知的故障,電壓或電流以及功率等會超過設備與線路允許工作的范圍與限度,這就需要一套能夠檢測這些故障信號并對設備和線路進行自動處理的保護設備。(3)監視功能。對于控制系統中最重要的自變量電是肉眼看不見的,一臺機器設備是否帶電或斷電,從外表看無法分辨,這就需要借助傳感器的各項功能,設置各種視聽信號,對整個系統的實時變化做出監控。(4)測量功能。視聽信號只能定性地表明各設備的工作狀態,具體的電氣設備的工作情況還需專業設備測量出線路的各種參數(如電壓、電流、功率和頻率的大小等)。

            1.2電氣自動化工程控制系統的信息集成化。電氣自動化工程控制系統中運用的信息技術主要體現在如下方面:一是管理層面上縱深方向的延伸,企業中的管理部門在對企業中的財務核算、人力資源等數據信息進行及時存取時需要用特定的瀏覽器,同時也能夠有效的監督控制生產過程中的動態畫面。并且能夠及時獲取關于企業生產活動的第一手資料。另一方面是信息技術會在電氣自動化設施、機器與系統中進行橫向比較。隨著微電子處理器技術的不斷應用,原有的界面設備逐漸變模糊了,而結構軟件通訊的運用變的越來越重要。

            1.3電氣自動化工程分布式控制系統。DCS 是在集中式控制系統的基礎上演變而來的。隨著對此系統的應用,其缺點也漸漸顯現出來。因其屬于模擬數字的混合體系,它采用的是模擬的傳統型儀表,不僅可靠性低,而且維修很困難,并且價格昂貴。所以,必須進行電氣自動化工程系統的技術創新。

            1.4集中監控的方式進行的控制系統。集中控制方式的系統是把所有功能放入一個處理器中,因此其處理速度比較慢,而要把所有設備掌握在監控之中,監控對象的數量就過多,占用大量主機空間,同時要求電纜數量也增大,這就提高了投資費用。又集中監控的隔離刀閘中的閉鎖與聯鎖使用的都是硬接線,反復接線很繁雜,這樣就增大了維護工作的難度。使整個系統很難積極進行。

            二、電氣自動化工程控制系統的發展趨勢

            2.1電氣自動化工程系統的統一化。統一電氣自動化工程系統對電氣自動化產品的設計、測試、開機、維護都有重要意義。能夠把開發系統從運行系統中獨立出來,這對電氣自動化工程控制系統來說,是跨越性的一步,能夠將系統通用化。系統的網絡應該保證現場的設施、監管體系、企業工程的管理數據保持共通。

            2.2電氣自動化工程控制系統的市場化。產品想長久的發展,就要深化制造部門的體制改革,還要關注市場化的影響,以便保證產品能夠滿足市場的需要。同時,企業不僅要在技術的開發上投入,還要使零件的配套生產市場化、專業化。產業市場化是產業發展的必然趨勢,這對提升資源配置效率有著顯著的促進作用。

            2.3電氣自動化控制系統的標準化接口。采用微軟公司的標準化技術后,工程的成本大大降低了,成功地實現了數據資源的共享??紤]到自動化系統策劃方案的重要,當企業進行系統連接時,必須采用微軟操作系統,那么這種情況下辦公室使用的就是 IP 系統,管理系統和自動化控制之間聯系的建立就是通過 PC 系統。程序標準化接口使廠家之間的數據交換有了保證,解決了通訊產生的難題。

            2.4電氣自動化工程的生產將更加的安全。安全防范技術的集成化是電氣自動化工程控制系統的一個發展方向,重點就是保證系統的安全。在非安全狀態下,用戶要如何選擇才能實現安全。在分析我國市場的發展特性后,我們應該從最高安全級別開始,逐漸延伸到安全級別低的領域,硬件設備與軟件設備,公共設施層與網絡層,實現對此系統的安全設計的全面研究。

            2.5電氣自動化工程控制系統的創新技術。在我國電氣自動化發展計劃的指導之下,隨著市場化的環境,不斷提升電氣自動化工程控制系統的創新能力。并且企業不斷吸收創新技術以提升自身的創新能力,而科研的投入,為電氣自動化的創新提供了更加廣闊的空間,加強政策上的扶持,健全、完善機制對創新都是非常有利的。目前我國企業主要生產一些中低檔次的產品,產品主要服務于中小型的項目,企業應該打開自主創新的新局面,轉換經濟增長模式,逐漸提升創新能力。

            工業控制即工業自動化,是先進制造業領域優先發展的行業,具體包括大型復雜生產過程和連續生產過程所需綜合自動化系統,多種現場總線標準和工業以太網并能利用互聯網的綜合自動化控制系統,應用現場總線技術的檢測與控制儀表,高性能智能化控制器,大型傳動裝置用高效、節能調速系統,數字化、智能化傳感器,現場總線集成的各種軟件及硬件產品,智能化工業控制部件和執行機構等。


            近年來,工業控制行業發展迅速,行業市場規模不斷增加,由2004年的252.49億元,增加到2010年的1600.29億元。


            在中國大力發展高端裝備及政策扶持、產業升級、人力成本上升和替代進口等眾多因素的推動下,未來中國工業控制行業市場將不斷增大,預計中國工業控制行業市場將不斷增長,2015年市場規模將達到3874.68億元。


            工業控制行業的穩定增長帶動工業控制用變壓器行業市場規模的穩定的增長,工業控制用變壓器市場規模從2007年的29.39億元增長至2010年的74.73億元。


            隨著下游工業控制行業需求的增長,未來工業控制用變壓器行業市場規模也將保持快速穩定的增長,2015年中國工業控制用變壓器行業市場規模將達到182.11億元。

            三、加強電氣自動化工程控制系統建設的建議

            首先,電氣自動化可以與地球數字化互相結合。此設想包含了自動化的創新經驗,可以把大量的相關數據整體為坐標,最終成為一個電氣自動化數字地球。將信息全部放入計算機中,與網絡結合,不管人們在什么地方,根據地球地理坐標,便能知道任何地方的數據信息。還可以加強企業與相關院校之間的合作。鼓勵企業到此專業的學校中建立車間,進行技術生產等,建立學習形生產培訓基地。還可以走入企業進行教學。將實踐能力和理論學習結合在一起。此外,還要與現代網絡聯系起來,積極利用已有的科學技術。加強專業培訓,提供研究人員水平等。

            隨著科技的發展、社會的進步,電氣自動化控制系統在現實生活中得到了越加廣泛的使用。分析電氣自動化系統的未來趨勢,對進一步使其為社會發展、科技進步和人民生活水平的提高都有一定意義??傊?,電氣化自動工程控制系統要想長遠的發展下去就要不斷地加強創新,分析市場需求,以滿足越來越高的工業生產要求,同時也要特別注意產品的安全性能的保障。加強人才的培養,使研究團隊越來越強,使我國早日立于世界科技強國之列。

            四、儀器行業將向多功能化智能化發展

            近幾年,由于市場需求的不斷增大加上政策扶植,許多國際化公司紛紛進入中國市場,加劇了中國市場的競爭,也很大程度的刺激了我國儀器行業的發展。眾多應用領域的客戶對儀器產品提出了更高的要求,也需要更加優秀的產品來為生產發展提供支持??v觀行業發展:未來今年我國的儀器微電子機械技術將更加成熟;要從單一功能過度到多功能化;智能化水平也要不斷增加;將融入更多網絡化元素。

            隨著科學技術的不斷發展,儀器儀表行業的發展也開始緊隨信息化時代的步伐邁向了網絡化智能化時代。再加上計算機技術、網絡技術的不斷進步及拓展現代儀器儀表行業將向PC機和工作站為基礎,通過組建網絡來構成實用的測控系統,提高生產效率和共享信息資源方向發展。

            有關專家指出:未來我國儀器儀表行業有四大發展趨勢。

            (一):隨著微電子機械技術的不斷發展,技術的不斷成熟,價格的不斷降低,其應用領域也會不斷的增加,因此微型化是未來儀器儀表的發展趨勢之一。微型儀器儀表將不僅具有傳統的儀器儀表的功能,而且能在自動化技術、航天、軍事、生物技術、醫療領域起到獨特的作用。

            (二):未來,儀器儀表將更加的多功能化。這種多功能的綜合型產品不但在性能上(如準確度)比專用脈沖發生器和頻率合成器高,而且在各種測試功能上提供了較好的解決方案。

            (三):人工智能是計算機應用的一個嶄新的領域,利用計算機模擬人的智能。未來儀器儀表將更進一步發展,將含有一定的人工智能,即代替人的一部分腦力勞動,從而在視覺、聽覺、思維等方面具有一定的能力。人工智能在現代儀器儀表中應用后,使得我們不僅可以解決傳統方法難以解決的一類問題,也可有望解決用傳統方式根本不能解決的問題。

            (四):隨著網絡技術的飛速發展,internet技術正在逐漸向工業控制和智能儀器儀表系統設計領域滲透,針對德國提出的工業4.0,工業自動化儀器儀表將實現智能制造,自動控制,未來儀器儀表行業將融合isp和emit技術,以實現其網絡化。網絡化儀器儀表的概念是對傳統測量儀器概念的突破,網絡就是儀器的概念,確切的概述了儀器的網絡化發展趨勢。

            據《2013-2017年中國通用儀器儀表制造行業發展分析及投資研究報告》顯示:近年來,我國儀器儀表行業向智能化發展取得了顯著的成績,并具有著廣闊的發展空間和應用前景,在戰略性新興產業、工業物聯網、環保和食品安全、文物保護和傳承等領域都發揮著極大作用。隨著利好政策的不斷出臺,我國儀器儀表行業智能化發展將迎來新的機遇。

            五、工業自動化儀表的發展與應用

            (一)、工業自動化儀表的發展現狀

            隨我國著計算機技術.數字處理技術.一絡通信技術.超導技術等新技術發展推動了工業自動化儀表的發展,工業自動化儀表是用來獲取、變換、存儲、傳輸、處理與分析信息,并且能夠根據處理的結果對工業生產過程實行控制。工業自動化儀表主要有分析儀表、測溫儀表、記錄儀表、執行和控制儀表等幾大類。

            工業自動化儀表目前正朝著智能化.虛擬化,網絡化,數字化的方向發展。業自動化儀表的發展與發展現狀,隨著低碳經濟和節能減排成為國家長期的發展戰略,新能源如核電、風電等領域對工業自動化儀表提出了更高的要求,在我國用戶還缺乏使用儀表的經驗,現場總線與智能儀表之間配合應用還較少。

            我國工業自動化儀表還處于開發初期。我國自動化儀表起步晚.基礎差,與國外產品相比還存在很大的差距。我國的工業自動化儀表產品在市場競爭中壓力很大,其結構性矛矛盾待解決。我國的工業自動化儀表的研發過程中缺乏創新意識,從國外引進的技術也不能進行積極消化轉化為自身技術。我國對這些行業在政策上沒有給予相應的扶持政策。一些大型企業由于已經形成習慣用進口的系統不輕易使用國產系統。國家對裝備相關政策的調整,工業自動化發生了很大變化。工業自動化儀表在裝備制造領域也發生了新的變化。我國目前在測溫儀表,顯示儀表.傳統流量儀表以及測壓儀表等常用儀表方面已經掌握了核心技術,并且部分產品已經出口,但是其技術含量還相對較低.高端技術還不成熟,相應的產品生產還需要進口或依靠外資進行生產。工業自動化儀表現場圖片如下;

            (二)、工業自動化儀表的發展趨勢

            隨我國著計算機技術,精密機械技術、高密封技術、特種加工技術,集成技術,納米技術.超導技術、網絡技術.激光技術.生物技術和薄膜技術等新技術的發展,推動了工業自動化儀表的發展速度。近年來.由于計算機科學和微電子技術的普及。促進了工監自動化儀表的設計觀念和結構概念發生了巨大的變化,工業自動化儀表的發展趨勢主要有以下幾個方面。

            2.1工業自動化儀表的智能化;工業自動化儀表的智能化是指利用專家控制、人工智能等理論、技術和方法,能在程序指導下完成預定的控制動作,具有自學習、自適應,自修復等具有擬人智能的功能。智能化是工業自動化儀表發展的主要方向之一。工業智能化儀表是采用微處理器技術和超大規模集成電路.利用嵌入的軟件進行協調操作,使儀表具有智能化功能,完成對工業過程的控制。工業自動化儀表是以微處理器為基礎,它帶有專用的處理信號電路積CPU芯片,要發揮工業自動化儀表的功能,必須嵌入相關軟件。這些軟件必須都能夠進行編程。目前一些新的技術被大量應用到工業自動化儀表中,如嵌入式實時操作系統(RTOS)、數字信號處理器(DSP)、大容量存儲器、32位RISC處理器、轉換技術等這些新對工業自動化儀表的發展起到極大的推動作用.

            2.2工業自動化儀表的虛擬化;虛擬化儀表指的是用戶在通用的計算機平臺上,按照自己的需要,設計和定義的特殊軟件。工業虛擬化儀表的實質是將計算機軟件、硬件和傳統的儀表硬件充分結合起來.用來實現并拓展傳統工業自動化儀表的功能。虛擬化儀表在性能價格比.處理能力,可操作性、智能化程度等方面與傳統儀表相比很有優勢,所以應用領域非常廣泛。虛擬化儀表充分采用當代先進的科技產品和技術,總體上是由軟件和硬件組成。虛擬化儀表的軟件部分是由虛擬儀表面板和設備驅動軟件組成。虛擬儀表是通過驅動軟件與真實的儀表系統進行通訊,并可以在儀表的顯示器上顯示與真實儀表面板操作元素相對應的控件,這樣用戶就可以利用鼠標對虛擬儀表面板進行操作。虛擬儀表的軟件部分是虛擬儀表的核心,虛擬儀表的各種功能的系統,用戶可以通過編制不同的軟件來實現。

            虛擬化儀表的硬件部分是虛擬化儀表的工作基礎。硬件部分的主要功能完成對被測信號的采集、傳輸,顯示結果。虛擬儀表采用計算機圖形用戶界面(GUl),GUI對計算機的內存大?。@卡性能、CPU性能等都有基本的要求.另外,虛擬表還用到計算機外置測試設備或內置插卡以及相關的傳感器,這些就構成了虛擬儀表的硬件系統。虛擬化儀表硬侔為完成數據的采集處理提供了工作環境。虛擬化儀表的硬件與軟件結合完成了數據的采集、顯示,存儲等過程。隨著計算機硬件技術與數字信號處理發展,未來虛擬化儀表的發展前景非??春?。開放式的數據采集標準將指引虛擬化儀表走向通用化、標準化.模塊化和系列化。隨著數字信號處理器和大規??删幊踢壿嬈骷膽茫畬铀偬摂M儀表的系統的應用.

            2.3工業自動化儀表的網絡化;21世紀是網絡化,信息化.智能化的時代?,F場總線技術的應用將現場設備及自控系統加入到相應的信息網絡,給工業自動化儀表帶來了發展機遇,網絡化的工業自動化儀表應運而生。新型的IP智能工業自動化儀表誕生,代表信息時代控制網絡的發展趨勢。通過互聯網和現場總線,可以實現對系統遠程訪問,獲得儀表的實時工作狀態,也可以將遠程儀表的數據傳給其他的計算機。網絡化儀表是對現場儀表設備以及分布在控制室的二次儀表進行改造,增加工業通訊功能,通過嵌入的軟件功能模塊,可實現控制功能和工業測量的現場化.一體化的控制與管理功能。

            六、工業自動化儀表整體運行情況

            國內的儀器儀表行業仍繼續處于黃金發展期。中國儀器儀表行業協會最新統計數據顯示。2010年2月~7月份儀器儀表行業的產值達到1080億元,同比增長29%;銷售收入達982億元,同比增長29.1%;利潤達69億元.同比增長46.5%。據預測.2010年全年的儀表行業增長率仍將處于高位運行.最低也會保持去年的發展速度.甚至增長幅度還可能高于去年3~5個百分點。至此。儀器儀表行業已經連續六年保持了經濟高位運行的態勢。

            使得儀器儀表行業今年增長速度沒有放緩的主要兩個原因。一是國家的經濟仍處于高位運行;按照過去的經驗。如果GDP的增長在15%以上時.儀表行業的增長率則在25%~30%之間:二是國家宏觀調控對儀表行業的影響有一個滯后期。儀表往往在工程的后期才交付使用。因此。因宏觀調控政策而減少的投資對今年儀表行業的影響不會太大。

            自動化儀器儀表在國民經濟中所占比例結構圖

            目前。我國工業自動化儀表國家標準、行業標準的制修訂工作由全國工業過程測量和控制標準化技術委員會(SAC/TCl24)負責。2001年~2010年間。SAC/Cl24逐步構建了符合我國國情的工業自動化儀表標準體系。將一批先進、適用的國際標準轉化為我國國家標準和機械行業標準,同時使多項我國自主知識產權技術標準成為了正式的JEC國際標準。截至2008年10月。我國工業自動化儀表現行國家標準244項。行業標準225項,國家標準計劃296項,行業標準計劃24項。工業自動化儀表主要國際對口為IEC/C65(工業過程測量、控制和自動化)和ISO/TC30(封閉管道中流體流量的測量),共有國際標準270項。工業自動化儀表領域相關聯國家標準數量204項。其中采用國際標準數量143項。采用國外先進標準數量八項,關聯采標率約74%。因此工業自動化儀表行業整體運行勢態廣泛受到人們關注。

            隨著社會經濟和科學技術的發展,工業自動化儀表是用來獲取、變換、存儲、傳輸、處理與分析信息,并且能夠根據處理的結果對工業生產過程實行控制。工業自動化儀表主要有分析儀表、測溫儀表、記錄儀表、執行和控制儀表等幾大類。隨著計算機技術,數字處理技術,網絡通信技術,超導技術等新技術發展推動了工業自動化儀表的發展。工業自動化儀表目前正朝著智能化.虛擬化,網絡化,數字化的方向發展。工業自動化儀表本身性能正發生著根本性的改變.和傳統工業儀表相比增加了很多新的功能。朝著智能化、虛擬化.網絡化方向發展.

            七、國內自動化儀器儀表行業未來發展空間

            對于2016年科學儀器行業發展前景,有關專業人士表明,該市場需求仍然持續旺盛,運行水平繼續保持平穩增長,增幅將在10%-15%區間。雖仍然有成本、技術等問題,但由于技術創新水平的提高,市場未來發展前景很大。

            這種發展前景主要體現在:

            7.1、各個地區的逐漸重視

            京津滬渝等大城市是我國儀器儀表行業的發源地和集中地,條件好,長期名列前茅。隨著地區產業結構的變化調整以及各行業對儀器儀表需求量的增加,今年上半年京滬渝的產銷規模已有所下降,而蘇粵浙魯則后來居上,產值超越了京滬。江蘇廣東兩省外資云集,儀器儀表行業占比較大,已躍居儀器儀表行業一二位。而今浙江民營企業發展迅速,已形成區域產業集群。既有量大面廣的產品形成規?;a,也有高科技產業化典范,位居全國第三。

            7.2、產品需求結構仍需調整

            目前技術進步和結構調整雖有進展,但仍有兩大短板仍未突破,一是量大面廣的中高端科學儀器尚未有突破性進展,而是儀器可靠性、穩定性的根源問題沒有得以解決。

            儀器儀表行業涉及產品眾多,工業自動化儀表和控制系統仍保持大于全行業增幅的高增長,產銷增長34%,反映出我國仍處能源、重化工高速發展期,但增幅比上半年有所下降,說明應用領域的結構性調整已起到作用。隨著國家隊環境保護工作的重視,我國城市常規空氣質量逐年改善,達標率逐年提高,所以環境檢測儀器同比增長40%,反應環境治理、節能減排對相關儀器的需求顯現。

            另外,光學儀器、地址勘探和地震專用儀器、教學儀器等產品基本保持行業平均增幅。電工儀器儀表、測繪儀器、實驗分析儀器、核測量儀器、電子測量儀器、計時儀器、衡器、醫療儀器等增幅低于全行業平均值,其中部分產品需求平穩,產能過大,有些產品技術差距大,中高檔產品市場被進口產品占領,結構調整明顯。

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