互联网带给工业自动化的创新机遇
本文首先概述了工业自动化和工业自动化技术的特点，然后分析了工业自动化需要创新和工业以太网技术，最后探讨了Web技术在工业自动化领域的发展与应用。
标签： 互联网；工业自动化；创新机遇；工业以太网技术；Web技术
20世纪80年代产生和发展起来的现场总线技术使得工业企业的管理控制一体化成为可能。由于以太网的广泛应用，许多工业厂商开始将传统的现场总线构架在以太网上。基于IEEE802.3标准，工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以太网标准。将以太网高速传输技术引入到工业控制领域，使得企业内部互联网（Intranet）、外部互联网（Extranet）和国际互联网（Internet）提供的技术进入生产和过程自动化。这种应用推动了自动化技术与互联网技术的结合，是未来制造业电子商务技术的网络技术雏形，也是自动化技术的发展趋势。
1 工业自动化概述
工业自动化综合运用控制理论、电子装备、仪器仪表、计算机和相关工艺技术，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、节省能耗、降低消耗、减少污染、确保安全等目的的一种综合性技术。具体地，工业自动化是化工、炼油、食品、轻工、电力等流程工业生产过程自动化的简称。在生产设备上，配上一些自动化装置（仪表），代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，并达到预定的目标，这种用自动化装置来管理生产过程的办法，称为生产过程自动化。
自动控制系统的分类可以按照多个原则来分，根据给定值不同分类：1）定值控制系统：
给定值保持不变的系统。系统的任务是使被控变量以一定的精度保持在给定值上不变；2）随动控制系统：给定值是随机变化的，这种变化是事先不知道的；3）程序控制系统：给定值是按事先规定的程序变化的。
按控制系统的复杂程度区分可分为简单控制系统和复杂控制系统等，按控制变量的名称区分，可分为温度控制系统、压力控制系统等，按调节规律区分，可分为P、PI、PD、PID、预估控制等。
2 工业自动化技术的特点
通常把工业自动化系统分为五级：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。两级管理级涉及到的高技术主要是计算机技术、软件技术和网络技术，随着互联网技术和信息技术的飞速发展，必将进一步促进企业管理的改革，企业可通过互联网在网上进行交易，因而电子商务技术必将成为企业管理中的高技术；过程控制级涉及到的高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到的高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。由此不难看出工业自动化技术是当今微电子技术和电力电子技术领域中高技术的综合应用技术，这是工业自动化技术的特点之一。
从管理和控制的角度看，必须在最优的管理和最佳的控制下，才能取得最大的经济效益和最优的产品质量，称之为管控一体化。仅从控制的角度看，工业自动化系统包括检测、控制和驱动三个系统，这三个系统既自成体系又互相联系，既要研究每一个系统的技术，又要研究三个系统的软硬件连接及最佳配合技术，这称之为三电一体化技术。管控一体化和三电一体化是工业自动化技术的第二个特点。
3 工业自动化需要创新
对可编程控制器等下位电控设备的熟练使用，是工业自动化的绝对技术优势。在上位软件方面，目前主要使用由电控设备厂商提供的与其设备配套的监控软件，其功能是否充足、运行是否稳定、界面是否友好，各厂商的软件质量参差不齐，这在很大程度上决定了自动化系统的优劣。而电控设备厂商出于保护自身知识产权等因素的考虑，不大可能无偿提供数据接口供其它上位软件调用，系统集成商对其进行二次开发的可行性很低。
另外，重硬件，包括机械设备、电控设备等，轻软件，包括网络技术、高级编程技术等，是工业自动化领域存在的弊病。现在，要改变这种状况，处理好硬件建设与软件提升的关系，充实更多软件技术进入工业自动化领域，改进现有系统架构，统一数据标准，通过自主开发中间件，在实现自动化系统总集成的基础上，进一步完善系统功能、提高系统安全性，再适当扩展系统应用范围。
4 工业以太网技术介绍
以智能传感、控制、计算机、数字通信为主要内容的现场总线技术已成为自动化技术领域的发展热点。然而现场总线技术在其自身的发展过程中也暴露出许多不足，如由于各个现场总线厂商之间在技术和市场经济利益等方面的冲突，市场相关的现场总线标准过多，各种现场总线经多年争论也无法达成统一，多标准等于无标准，而且不同总线之间不能兼容，不能真正实现透明信息互访，无法实现信息的无缝集成。由于现场总线是专用实时通信网络，成本较高。现场总线的速度较低，支持的应用有限，不便于和Internet信息集成。
由于现场总线上述的缺陷，以应用广泛、成本低廉、通信速率高、软硬件资源丰富、发展潜力大、易于与Internet连接的以太网技术为核心的工业以太网作为一种新兴的统一
的快速发展的标准，目前已逐渐出现了取代现场总线的趋势。工业以太网在技术上与商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容，它采用适应工业控制现场环境的、具有一定可靠性和安全性的，以及适应工业环境安装要求的工业以太网设备进行组网。目前市场上己经出现了适应工业现场控制要求的工业交换机，如西门子公司推出的EL，M，ESM，SM系列工业交换机和国内的十维电信推出的正N系列工业交换机。工业交换机的出现进一步推动了工业以太网技术的发展。
工业以太网能够实现从现场控制层、过程监控层到生产管理层的透明集成，并可以直接接入Internet。生产决策层可以通过工业以太网远程监控系统实现对远程工业生产过程的监视和控制，及时了解现场信息，快速进行决策。由于Internet的广泛应用，为工业以太网远程监控系统提供了一个基本环境和技术支撑。如何利用这一先进的环境和技术进行创新，使之应用于某一具体领域，是目前各行业不断努力的方向，尤其是工业以太网技术的大力发展和主流成熟的网络技术、软件技术如OPC，ActiveX，COM/DCOM，JSP、网络安全技术、实时数据库等融入自动化系统，使得工业自动化系统的体系结构和运行管理方式发生了巨大变化，出现了生产过程监控系统、企业生产管理系统和企业经营管理系统融合为一体的解决方案，使得企业生产过程远程监控的内容也发生了巨大变化，从生产过程运行参数的监控，到现场生产过程的远程诊断、远程调试、远程控制，再到现场测量控制设备功能的远程组态、远程整定、远程故障诊断和预测试维护，直至现场生产过程的远程图像传输（遥视）等等。总而言之，工业以太网远程监控系统具有广阔的应用前景和研究价值，它對企业运营管理方式的改变起到了巨大的推动作用。5 Web技术在工业自动化领域的发展与应用
Web技术是20世纪最有影响力和吸引力的技术。我们的一些观念和生活中的一些方面也因“WWW”而正在发生变化。Web技术的优点明显，使用简单，即插即用，完全开放，并提供大量的免费工具。
Web技术在早期自动化中的应用始于Kenneth C.Crater先生，他发明了具有Web功能的控制器，并于1996年获得美国专利。这项专利技术包含三方面的内容：以太网连接、面向对象的软件和Web技术。近年来，Web技术在全球各个自动化领域得到广泛的应用，包括工业、电力、建筑和基础设施。Web技术可以对电气应用提供很多极有价值的功能，这里重点讨论在工业自动化中的应用、近几年，国外各大工业自动化厂商相继开发出了具备Web功能的PLC产品系列，它能通过Web服务器提供如下的功能：PLC系统诊断，应用调节功能，可激活的画面、报警浏览和自定义的流程页面。具备Web功能的PLC可通过HMI在Internet或Intranet浏览整个自动化流程，这一切都不需要额外的费用。WWW已经改变了我们分享信息的方式，每一个人可在一个公共平台查询信息，而没有层次级别的。现在有一些自动化体系，由于使用专有的网络结构，控制系统长期以来被认为是自动化“孤岛”。HMI软件最初作为操作盘和模拟屏的替代物出现，扮演了自动化系统和管理系统之间的桥梁。这种PLC加HMI的结构可以将管理系统与自动化系统集成在一起，并且，这种结构的系统能较好的满足要求，因为HMI软件不要求极高的可用性。但是如果MES和ERP系统通过HMI软件与实时控制系统连接时，HMI系统就可能会成为一个瓶颈。因为基于HMI的WINDOWS软件和PC机的可靠性是一个薄弱环节，初始化要求多重设置，实效性差；软件维护工作强度大，需要高精度的数据同步和点对点的接口，以及有多种专用网络互联的问题。
然而，Web自动化可改变这种状态，通过使用一个GUI实现多终端和系统的实时存取信息，且不存在专用网络互联的问题。因此，具备Web功能的PLC不仅能实现过程控制，而且也能提供实时信息。观察IT世界，随着技术的发展和市场需求的提高，计算结构发生了很大的变化。计算结构的第一阶段是计算机与无声终端的组合，这种结构经常产生过负荷。然后出现客户机/服务器结构，但客户机越来越庞大，使维护和技术升级困难，费时费钱。现在的计算结构是一种多层结构的分布式瘦客户机，最典型的为一个三层结构，包括瘦客户机、应用服务器和数据/图像服务器。它更加要求控制系统具有灵活性和快速性。
6 结语
“大力推进信息化与工业化融合（两化融合）”、“坚持走中国特色新型工业化道路”，是作出的重要决策，亦是建设国家创新体系的重要内容。“十二五”期间，是工业自动化领域突破式发展的历史机遇期，我们必须增強机遇意识、忧患意识、责任意识，破除一切束缚创新的思想观念枷锁，顺应导向和市场需求，通过规划单位、建设单位、设计单位、施工单位等的共同努力，融合共性技术，坚持自主创新，通过技术创新带动应用创新，并延伸相关业务，达成可持续发展的运营模式，同时积极参与物联网的建设。
参考文献：
[1]刘美丽.现代工业条件下工业自动化的特点与作用[J].现代制造技术与装备，2010（03）.
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[3]陈小艺.论中国工业自动的发展历程[J].现代制造技术与装备，2010（03）.
