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我国电气自动化仪器未来的发展趋势与应用综述


引言: 近年来,电气自动化控制系统在生活中应用越加广泛,方便生活的同时也使得智能化水平不断提高,能够更加精准的控制仪器设备,并且大容量信息数据传输的实现,也可以依托在不断发展的通讯技术上。作为现代先进科学技术方面的核心领域,依靠最先进的科学建立起来的电气自动化工程控制系统在社会经济的快速发展中起着不可替代的作用,它引领着现代化工业的前进方向,在工业生产中,电气自动化控制系统能够在减少劳动力成本和强度上起到很好的效果,并且能够增强传输信息的有效性和实时性、提高检测精确度,同时,电气自动化控制系统能够降低安全事故发生的概率,保证生产的安全。


自动化生产工艺流程结构图

一、电气自动化工程控制系统的现状

许多行业实行的自动化技术都离不开电气化自动化的配合。在经历了几十年的发展之后,我国的电气自动化技术已经取得了很好的成绩。但同国际水平相比我国的电气自动化技术仍然有着不小的差距。伴随着市场经济的进一步成熟,电气自动化市场中的竞争对手越来越多,这不仅是挑战,更是机遇。我国电气自动化控制领域只有结合自身的实际情况,充分发挥自身的优势,才能在激烈的竞争中占有一席之地。

1.1电气自动化工程控制系统的标准语言规范是 Windows NT和IE。在电气自动化工程的发展领域,人机界面已经成为了一种发展方向,因为它能够灵活地控制并且容易集成,这些特性使其被越来越多的用户接受。同时电气自动化工程控制系统使用的标准系统语言使其维护更加容易进行。控制回路是为了保证主回路线路运行的稳定与安全,能够实现某项控制功能的若干个电子组件的组合的电气设备之一。这种设备要有以下功能:(1)自动控制功能。对于电气自动化控制系统,当设备出了故障时,需要开关自动切断电路以保障安全,使得具有自动控制功能的电气操作设备成为必要设备。(2)保护功能。电气设备在运行过程中会时常发生不可预知的故障,电压或电流以及功率等会超过设备与线路允许工作的范围与限度,这就需要一套能够检测这些故障信号并对设备和线路进行自动处理的保护设备。(3)监视功能。对于控制系统中最重要的自变量电是肉眼看不见的,一台机器设备是否带电或断电,从外表看无法分辨,这就需要借助传感器的各项功能,设置各种视听信号,对整个系统的实时变化做出监控。(4)测量功能。视听信号只能定性地表明各设备的工作状态,具体的电气设备的工作情况还需专业设备测量出线路的各种参数(如电压、电流、功率和频率的大小等)。

1.2电气自动化工程控制系统的信息集成化。电气自动化工程控制系统中运用的信息技术主要体现在如下方面:一是管理层面上纵深方向的延伸,企业中的管理部门在对企业中的财务核算、人力资源等数据信息进行及时存取时需要用特定的浏览器,同时也能够有效的监督控制生产过程中的动态画面。并且能够及时获取关于企业生产活动的第一手资料。另一方面是信息技术会在电气自动化设施、机器与系统中进行横向比较。随着微电子处理器技术的不断应用,原有的界面设备逐渐变模糊了,而结构软件通讯的运用变的越来越重要。

1。3电气自动化工程分布式控制系统。DCS 是在集中式控制系统的基础上演变而来的。随着对此系统的应用,其缺点也渐渐显现出来。因其属于模拟数字的混合体系,它采用的是模拟的传统型仪表,不仅可靠性低,而且维修很困难,并且价格昂贵。所以,必须进行电气自动化工程系统的技术创新。

1。4集中监控的方式进行的控制系统。集中控制方式的系统是把所有功能放入一个处理器中,因此其处理速度比较慢,而要把所有设备掌握在监控之中,监控对象的数量就过多,占用大量主机空间,同时要求电缆数量也增大,这就提高了投资费用。又集中监控的隔离刀闸中的闭锁与联锁使用的都是硬接线,反复接线很繁杂,这样就增大了维护工作的难度。使整个系统很难积极进行。

二、电气自动化工程控制系统的发展趋势

2。1电气自动化工程系统的统一化。统一电气自动化工程系统对电气自动化产品的设计、测试、开机、维护都有重要意义。能够把开发系统从运行系统中独立出来,这对电气自动化工程控制系统来说,是跨越性的一步,能够将系统通用化。系统的网络应该保证现场的设施、监管体系、企业工程的管理数据保持共通。

2.2电气自动化工程控制系统的市场化。产品想长久的发展,就要深化制造部门的体制改革,还要关注市场化的影响,以便保证产品能够满足市场的需要。同时,企业不仅要在技术的开发上投入,还要使零件的配套生产市场化、专业化。产业市场化是产业发展的必然趋势,这对提升资源配置效率有着显著的促进作用。

2.3电气自动化控制系统的标准化接口。采用微软公司的标准化技术后,工程的成本大大降低了,成功地实现了数据资源的共享。考虑到自动化系统策划方案的重要,当企业进行系统连接时,必须采用微软操作系统,那么这种情况下办公室使用的就是 IP 系统,管理系统和自动化控制之间联系的建立就是通过 PC 系统。程序标准化接口使厂家之间的数据交换有了保证,解决了通讯产生的难题。

2。4电气自动化工程的生产将更加的安全。安全防范技术的集成化是电气自动化工程控制系统的一个发展方向,重点就是保证系统的安全。在非安全状态下,用户要如何选择才能实现安全。在分析我国市场的发展特性后,我们应该从最高安全级别开始,逐渐延伸到安全级别低的领域,硬件设备与软件设备,公共设施层与网络层,实现对此系统的安全设计的全面研究。

2.5电气自动化工程控制系统的创新技术。在我国电气自动化发展计划的指导之下,随着市场化的环境,不断提升电气自动化工程控制系统的创新能力。并且企业不断吸收创新技术以提升自身的创新能力,而科研的投入,为电气自动化的创新提供了更加广阔的空间,加强政策上的扶持,健全、完善机制对创新都是非常有利的。目前我国企业主要生产一些中低档次的产品,产品主要服务于中小型的项目,企业应该打开自主创新的新局面,转换经济增长模式,逐渐提升创新能力。

工业控制即工业自动化,是先进制造业领域优先发展的行业,具体包括大型复杂生产过程和连续生产过程所需综合自动化系统,多种现场总线标准和工业以太网并能利用互联网的综合自动化控制系统,应用现场总线技术的检测与控制仪表,高性能智能化控制器,大型传动装置用高效、节能调速系统,数字化、智能化传感器,现场总线集成的各种软件及硬件产品,智能化工业控制部件和执行机构等。


近年来,工业控制行业发展迅速,行业市场规模不断增加,由2004年的252。49亿元,增加到2010年的1600。29亿元。


在中国大力发展高端装备及政策扶持、产业升级、人力成本上升和替代进口等众多因素的推动下,未来中国工业控制行业市场将不断增大,预计中国工业控制行业市场将不断增长,2015年市场规模将达到3874.68亿元。


工业控制行业的稳定增长带动工业控制用变压器行业市场规模的稳定的增长,工业控制用变压器市场规模从2007年的29.39亿元增长至2010年的74.73亿元。


随着下游工业控制行业需求的增长,未来工业控制用变压器行业市场规模也将保持快速稳定的增长,2015年中国工业控制用变压器行业市场规模将达到182.11亿元。

三、加强电气自动化工程控制系统建设的建议

首先,电气自动化可以与地球数字化互相结合。此设想包含了自动化的创新经验,可以把大量的相关数据整体为坐标,最终成为一个电气自动化数字地球。将信息全部放入计算机中,与网络结合,不管人们在什么地方,根据地球地理坐标,便能知道任何地方的数据信息。还可以加强企业与相关院校之间的合作。鼓励企业到此专业的学校中建立车间,进行技术生产等,建立学习形生产培训基地。还可以走入企业进行教学。将实践能力和理论学习结合在一起。此外,还要与现代网络联系起来,积极利用已有的科学技术。加强专业培训,提供研究人员水平等。

随着科技的发展、社会的进步,电气自动化控制系统在现实生活中得到了越加广泛的使用。分析电气自动化系统的未来趋势,对进一步使其为社会发展、科技进步和人民生活水平的提高都有一定意义。总之,电气化自动工程控制系统要想长远的发展下去就要不断地加强创新,分析市场需求,以满足越来越高的工业生产要求,同时也要特别注意产品的安全性能的保障。加强人才的培养,使研究团队越来越强,使我国早日立于世界科技强国之列。

四、仪器行业将向多功能化智能化发展

近几年,由于市场需求的不断增大加上政策扶植,许多国际化公司纷纷进入中国市场,加剧了中国市场的竞争,也很大程度的刺激了我国仪器行业的发展。众多应用领域的客户对仪器产品提出了更高的要求,也需要更加优秀的产品来为生产发展提供支持。纵观行业发展:未来今年我国的仪器微电子机械技术将更加成熟;要从单一功能过度到多功能化;智能化水平也要不断增加;将融入更多网络化元素。

随着科学技术的不断发展,仪器仪表行业的发展也开始紧随信息化时代的步伐迈向了网络化智能化时代。再加上计算机技术、网络技术的不断进步及拓展现代仪器仪表行业将向PC机和工作站为基础,通过组建网络来构成实用的测控系统,提高生产效率和共享信息资源方向发展。

有关专家指出:未来我国仪器仪表行业有四大发展趋势。

(一):随着微电子机械技术的不断发展,技术的不断成熟,价格的不断降低,其应用领域也会不断的增加,因此微型化是未来仪器仪表的发展趋势之一。微型仪器仪表将不仅具有传统的仪器仪表的功能,而且能在自动化技术、航天、军事、生物技术、医疗领域起到独特的作用。

(二):未来,仪器仪表将更加的多功能化。这种多功能的综合型产品不但在性能上(如准确度)比专用脉冲发生器和频率合成器高,而且在各种测试功能上提供了较好的解决方案。

(三):人工智能是计算机应用的一个崭新的领域,利用计算机模拟人的智能。未来仪器仪表将更进一步发展,将含有一定的人工智能,即代替人的一部分脑力劳动,从而在视觉、听觉、思维等方面具有一定的能力。人工智能在现代仪器仪表中应用后,使得我们不仅可以解决传统方法难以解决的一类问题,也可有望解决用传统方式根本不能解决的问题。

(四):随着网络技术的飞速发展,internet技术正在逐渐向工业控制和智能仪器仪表系统设计领域渗透,针对德国提出的工业4.0,工业自动化仪器仪表将实现智能制造,自动控制,未来仪器仪表行业将融合isp和emit技术,以实现其网络化。网络化仪器仪表的概念是对传统测量仪器概念的突破,网络就是仪器的概念,确切的概述了仪器的网络化发展趋势。

据《2013-2017年中国通用仪器仪表制造行业发展分析及投资研究报告》显示:近年来,我国仪器仪表行业向智能化发展取得了显著的成绩,并具有着广阔的发展空间和应用前景,在战略性新兴产业、工业物联网、环保和食品安全、文物保护和传承等领域都发挥着极大作用。随着利好政策的不断出台,我国仪器仪表行业智能化发展将迎来新的机遇。

五、工业自动化仪表的发展与应用

(一)、工业自动化仪表的发展现状

随我国着计算机技术.数字处理技术.一络通信技术.超导技术等新技术发展推动了工业自动化仪表的发展,工业自动化仪表是用来获取、变换、存储、传输、处理与分析信息,并且能够根据处理的结果对工业生产过程实行控制。工业自动化仪表主要有分析仪表、测温仪表、记录仪表、执行和控制仪表等几大类。

工业自动化仪表目前正朝着智能化.虚拟化,网络化,数字化的方向发展。业自动化仪表的发展与发展现状,随着低碳经济和节能减排成为国家长期的发展战略,新能源如核电、风电等领域对工业自动化仪表提出了更高的要求,在我国用户还缺乏使用仪表的经验,现场总线与智能仪表之间配合应用还较少。

我国工业自动化仪表还处于开发初期。我国自动化仪表起步晚.基础差,与国外产品相比还存在很大的差距。我国的工业自动化仪表产品在市场竞争中压力很大,其结构性矛矛盾待解决。我国的工业自动化仪表的研发过程中缺乏创新意识,从国外引进的技术也不能进行积极消化转化为自身技术。我国对这些行业在政策上没有给予相应的扶持政策。一些大型企业由于已经形成习惯用进口的系统不轻易使用国产系统。国家对装备相关政策的调整,工业自动化发生了很大变化。工业自动化仪表在装备制造领域也发生了新的变化。我国目前在测温仪表,显示仪表.传统流量仪表以及测压仪表等常用仪表方面已经掌握了核心技术,并且部分产品已经出口,但是其技术含量还相对较低.高端技术还不成熟,相应的产品生产还需要进口或依靠外资进行生产。工业自动化仪表现场图片如下;

(二)、工业自动化仪表的发展趋势

随我国着计算机技术,精密机械技术、高密封技术、特种加工技术,集成技术,纳米技术.超导技术、网络技术.激光技术.生物技术和薄膜技术等新技术的发展,推动了工业自动化仪表的发展速度。近年来.由于计算机科学和微电子技术的普及。促进了工监自动化仪表的设计观念和结构概念发生了巨大的变化,工业自动化仪表的发展趋势主要有以下几个方面。

2.1工业自动化仪表的智能化;工业自动化仪表的智能化是指利用专家控制、人工智能等理论、技术和方法,能在程序指导下完成预定的控制动作,具有自学习、自适应,自修复等具有拟人智能的功能。智能化是工业自动化仪表发展的主要方向之一。工业智能化仪表是采用微处理器技术和超大规模集成电路.利用嵌入的软件进行协调操作,使仪表具有智能化功能,完成对工业过程的控制。工业自动化仪表是以微处理器为基础,它带有专用的处理信号电路积CPU芯片,要发挥工业自动化仪表的功能,必须嵌入相关软件。这些软件必须都能够进行编程。目前一些新的技术被大量应用到工业自动化仪表中,如嵌入式实时操作系统(RTOS)、数字信号处理器(DSP)、大容量存储器、32位RISC处理器、转换技术等这些新对工业自动化仪表的发展起到极大的推动作用.

2.2工业自动化仪表的虚拟化;虚拟化仪表指的是用户在通用的计算机平台上,按照自己的需要,设计和定义的特殊软件。工业虚拟化仪表的实质是将计算机软件、硬件和传统的仪表硬件充分结合起来.用来实现并拓展传统工业自动化仪表的功能。虚拟化仪表在性能价格比.处理能力,可操作性、智能化程度等方面与传统仪表相比很有优势,所以应用领域非常广泛。虚拟化仪表充分采用当代先进的科技产品和技术,总体上是由软件和硬件组成。虚拟化仪表的软件部分是由虚拟仪表面板和设备驱动软件组成。虚拟仪表是通过驱动软件与真实的仪表系统进行通讯,并可以在仪表的显示器上显示与真实仪表面板操作元素相对应的控件,这样用户就可以利用鼠标对虚拟仪表面板进行操作。虚拟仪表的软件部分是虚拟仪表的核心,虚拟仪表的各种功能的系统,用户可以通过编制不同的软件来实现。

虚拟化仪表的硬件部分是虚拟化仪表的工作基础。硬件部分的主要功能完成对被测信号的采集、传输,显示结果。虚拟仪表采用计算机图形用户界面(GUl),GUI对计算机的内存大小.显卡性能、CPU性能等都有基本的要求.另外,虚拟表还用到计算机外置测试设备或内置插卡以及相关的传感器,这些就构成了虚拟仪表的硬件系统。虚拟化仪表硬侔为完成数据的采集处理提供了工作环境。虚拟化仪表的硬件与软件结合完成了数据的采集、显示,存储等过程。随着计算机硬件技术与数字信号处理发展,未来虚拟化仪表的发展前景非常看好。开放式的数据采集标准将指引虚拟化仪表走向通用化、标准化.模块化和系列化。随着数字信号处理器和大规模可编程逻辑器件的应用.将会加速虚拟仪表的系统的应用.

2.3工业自动化仪表的网络化;21世纪是网络化,信息化.智能化的时代。现场总线技术的应用将现场设备及自控系统加入到相应的信息网络,给工业自动化仪表带来了发展机遇,网络化的工业自动化仪表应运而生。新型的IP智能工业自动化仪表诞生,代表信息时代控制网络的发展趋势。通过互联网和现场总线,可以实现对系统远程访问,获得仪表的实时工作状态,也可以将远程仪表的数据传给其他的计算机。网络化仪表是对现场仪表设备以及分布在控制室的二次仪表进行改造,增加工业通讯功能,通过嵌入的软件功能模块,可实现控制功能和工业测量的现场化.一体化的控制与管理功能。

六、工业自动化仪表整体运行情况

国内的仪器仪表行业仍继续处于黄金发展期。中国仪器仪表行业协会最新统计数据显示。2010年2月~7月份仪器仪表行业的产值达到1080亿元,同比增长29%;销售收入达982亿元,同比增长29.1%;利润达69亿元.同比增长46.5%。据预测.2010年全年的仪表行业增长率仍将处于高位运行.最低也会保持去年的发展速度.甚至增长幅度还可能高于去年3~5个百分点。至此。仪器仪表行业已经连续六年保持了经济高位运行的态势。

使得仪器仪表行业今年增长速度没有放缓的主要两个原因。一是国家的经济仍处于高位运行;按照过去的经验。如果GDP的增长在15%以上时.仪表行业的增长率则在25%~30%之间:二是国家宏观调控对仪表行业的影响有一个滞后期。仪表往往在工程的后期才交付使用。因此。因宏观调控政策而减少的投资对今年仪表行业的影响不会太大。

自动化仪器仪表在国民经济中所占比例结构图

目前。我国工业自动化仪表国家标准、行业标准的制修订工作由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会(SAC/TCl24)负责。2001年~2010年间。SAC/Cl24逐步构建了符合我国国情的工业自动化仪表标准体系。将一批先进、适用的国际标准转化为我国国家标准和机械行业标准,同时使多项我国自主知识产权技术标准成为了正式的JEC国际标准。截至2008年10月。我国工业自动化仪表现行国家标准244项。行业标准225项,国家标准计划296项,行业标准计划24项。工业自动化仪表主要国际对口为IEC/C65(工业过程测量、控制和自动化)和ISO/TC30(封闭管道中流体流量的测量),共有国际标准270项。工业自动化仪表领域相关联国家标准数量204项。其中采用国际标准数量143项。采用国外先进标准数量八项,关联采标率约74%。因此工业自动化仪表行业整体运行势态广泛受到人们关注。

随着社会经济和科学技术的发展,工业自动化仪表是用来获取、变换、存储、传输、处理与分析信息,并且能够根据处理的结果对工业生产过程实行控制。工业自动化仪表主要有分析仪表、测温仪表、记录仪表、执行和控制仪表等几大类。随着计算机技术,数字处理技术,网络通信技术,超导技术等新技术发展推动了工业自动化仪表的发展。工业自动化仪表目前正朝着智能化.虚拟化,网络化,数字化的方向发展。工业自动化仪表本身性能正发生着根本性的改变.和传统工业仪表相比增加了很多新的功能。朝着智能化、虚拟化.网络化方向发展.

七、国内自动化仪器仪表行业未来发展空间

对于2016年科学仪器行业发展前景,有关专业人士表明,该市场需求仍然持续旺盛,运行水平继续保持平稳增长,增幅将在10%-15%区间。虽仍然有成本、技术等问题,但由于技术创新水平的提高,市场未来发展前景很大。

这种发展前景主要体现在:

7.1、各个地区的逐渐重视

京津沪渝等大城市是我国仪器仪表行业的发源地和集中地,条件好,长期名列前茅。随着地区产业结构的变化调整以及各行业对仪器仪表需求量的增加,今年上半年京沪渝的产销规模已有所下降,而苏粤浙鲁则后来居上,产值超越了京沪。江苏广东两省外资云集,仪器仪表行业占比较大,已跃居仪器仪表行业一二位。而今浙江民营企业发展迅速,已形成区域产业集群。既有量大面广的产品形成规模化生产,也有高科技产业化典范,位居全国第三。

7.2、产品需求结构仍需调整

目前技术进步和结构调整虽有进展,但仍有两大短板仍未突破,一是量大面广的中高端科学仪器尚未有突破性进展,而是仪器可靠性、稳定性的根源问题没有得以解决。

仪器仪表行业涉及产品众多,工业自动化仪表和控制系统仍保持大于全行业增幅的高增长,产销增长34%,反映出我国仍处能源、重化工高速发展期,但增幅比上半年有所下降,说明应用领域的结构性调整已起到作用。随着国家队环境保护工作的重视,我国城市常规空气质量逐年改善,达标率逐年提高,所以环境检测仪器同比增长40%,反应环境治理、节能减排对相关仪器的需求显现。

另外,光学仪器、地址勘探和地震专用仪器、教学仪器等产品基本保持行业平均增幅。电工仪器仪表、测绘仪器、实验分析仪器、核测量仪器、电子测量仪器、计时仪器、衡器、医疗仪器等增幅低于全行业平均值,其中部分产品需求平稳,产能过大,有些产品技术差距大,中高档产品市场被进口产品占领,结构调整明显。

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