工業自動化網絡技術范文

導語：如何才能寫好一篇工業自動化網絡技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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1 我國冶金工業自動化發展現狀

1.1 我國冶金工業自動化現狀

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

進入二十一世紀以來，我國鋼鐵工業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、軋鋼等鋼鐵生產的各個工序現場，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，而且還有完善的集散式分布系統。目前我國的大型鋼鐵聯合企業比如：寶鋼、首鋼、武鋼等從國外引進了先進自動化控制系統和設備，然后進行吸收消化、改進創新，因地制宜，使之符合自身的實際生產需要，其自動化水平已經達到國際先進水平；同時隨著國家對鋼鐵行業的越來越高的要求，一些落后的設備被淘汰，新建的項目大多數都配備了自動化系統和單機自動化生產設備，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展水平差距

在鋼鐵自動化生產產品方面，國內從事冶金工業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，另一個項目也許選擇ABB作為控制系統，甚至一些國外幾年前已經淘汰的自動化系統如：可編程邏輯控制器（PLC）、集散控制系統（DCS）也被一些企業引入到生產中來，即使是一個企業不同的單位使用的系統也可能不一樣，這樣就給選擇一個網絡平臺集合各個分系統帶來一定的難度；第二，在成套技術積累經驗方面，國內沒有國外豐富。國內的冶金自動化從改革開放才開始發展，起步較晚。一套完整的自動化系統除了包括方案說明、參數配置、程序調試、功能說明，還應該包括一些關鍵生產技術指標、檢測儀表的選型和安裝等。

2 自動控制技術在冶金工業中的運用

鋼鐵生產工序多而復雜，由此控制系統均采用分級結構：0級主要是執行具體命令；1級主要是集中控制生產過程；2級主要通過模型計算，優化生產控制；3級主要是調度，保證各工序協調工作；4級是企業信息系統層。不同的工序都會有自己的自動化系統，現在我國鋼鐵行業面臨的一個難題就是尋找一個合適的網絡把這些層面互有機整體，避免出現“冶金自動化孤島”，解決各種網絡的無縫集成，實現冶金企業的信息化建設。

2.1 現場總線技術

現場總線控制技術（fieldbus control system簡稱FCS）產生于上世紀80年代，經過30多年的發展，目前有60多個不同廠家生產的總線產品，如基金會現場總線、Profibus、由德國BOSCH公司推出的CAN、由Rosemout公司開發并得到八十多家著名儀表公司支持HART（Highway Addressable Remote Transduer縮寫）等。其在實現各種系統的無縫集成、溝通生產現場、控制設備、企業更高的系統管理層之間的聯系等方面有其獨特的優勢，因而被冶金行業廣泛運用?，F場總線控制技術具有以下幾個特點：系統開放、各系統之間既可功能自治也可以互相操作、系統結構極其分散、對不同生產環境適應性強。

2.2 工業控制計算機（IPC）的應用

冶金行業和其他行業一樣，自動化控制裝備的進展經歷了從PLC、DCS到FCS的擴展，近年來，隨著PC（個人計算機）機的出現，在自動化控制設備和系統中IPC得到了眾多企業的親睞。

所謂工業計算機（IPC）就是指把個人計算機（PC）的硬件進行加固，再安裝上系統控制軟件，這樣就可以用于工業生產控制、環境適應能力更強。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，如Windows-NT，Windows-CE，還可以安裝各種系統級程序開發工具，成本也更加低廉。重慶鋼鐵公司現已將

全部的大型加熱爐的控制器由原來的DCS或單回路數字式調節器改為PC-based工控機來控制生產系統，效果良好，不僅經濟效益顯著，而且方便以后的維護工作。

3 利用工業以太網在實現冶金自動化

3.1 以太網具有的特點

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

工業以太網作為自動化控制網絡具有的優勢有：1）數據傳輸快，有足夠的帶寬；2）以太網中利用開放式和交互式數據提取、存儲技術；3）存在時間長，有統一標準，有相同的通信協議，設置、診斷、維護比較成熟，已被大多數技術人員接受；4）不同的通信協議可以在同一總線上運行，為企業建立公共網絡平臺做鋪墊；5）可以使用不同的物理介質傳輸，可以組建各種各樣的網絡拓撲結構。

3.2 工業以太網在冶金自動化中的應用

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

總而言之，在鋼鐵冶金企業利用自動化網絡控制技術可以提高生產率和成品合格率，節能減排，同時還可以減少生產事故，是符合我國鋼鐵發展的總體方向。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以太網結合進行冶金自動化生產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控制與管理系統的集成問題，使整個工廠實現一網架構，為企業帶來顯著的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

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

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關鍵詞：工業自動化；計算機應用產業；發展；探討

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

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

一、工業自動化計算機應用產業的發展特點

工業自動化計算機應用產業就是指計算機應用產業在工業自動化領域的相關應用。隨著計算機應用技術的發展，應用于工業自動化領域的計算機應用產業主要是指計算機自動化技術以及計算機的網絡技術、計算機通信技術、計算機控制技術對于工業自動化發展的影響。

工業自動化計算機應用產業的特點主要表現在工業自動化計算機應用產業的界限比較模糊、工業自動化技術和計算機應用技術在產業發展應用中相互融合和工業自動化計算機應用產業發展領域的不斷擴大。首先工業自動化計算機應用產業的界限比較模糊的特點主要表現在工業自動化計算機應用產業中工業自動化計算機應用產業系統以及工業自動化計算機應用產業的自動化技術、數控技術、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，在實際應用中工業自動化計算機應用產業技術相互之間的界限也沒有進行很清晰的分界。工業自動化計算機應用產業的技術之間的相互融合特點就主要體現在，在實際產業發展應用中，工業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。工業自動化計算機應用產業的應用領域的不斷擴大，隨著社會經濟的發展以及計算機應用技術的進步，這一特征尤為明顯，如今計算機應用產業技術已不僅局限于工業自動化領域的應用，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展。

二、工業自動化計算機應用產業的發展和趨勢

對于工業自動化計算機應用產業的發展以及發展趨勢的探討主要是從計算機應用產業的市場發展和工業自動化計算機應用產業的技術發展、工業自動化計算機應用產業的行業發展三個方面進行的。

（一）工業自動化計算機應用產業市場發展和趨勢

從工業自動化計算機應用產業的市場方面來說，首先工業自動化計算機應用產業的市場規模不斷的擴大并增長。工業自動化計算機應用產業的市場增長轉折主要是由社會經濟的發展態勢以及市場需求決定，世界性金融危機的產生對于工業自動化計算機應用產業市場發展也沒有產生太大的影響，并且隨著工業自動化計算機應用產業的市場發展，相關預計認為工業自動化計算機應用產業在未來的發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自動化計算機應用產業來講，雖然隨著社會經濟以及市場技術等發展，工業自動化計算機應用產業會出現較為激烈的競爭局面，這對于產業的穩定發展的大局不會有太大的影響。工業自動化計算機應用產業的新發展領域中外資企業以及品牌會占有相對較大的優勢。

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

最后，工業自動化計算機應用產業的發展中有一定的長尾市場發展趨勢。這主要和工業自動化計算機應用產業在不同應用中的不同功能需求有很大的關系。隨著社會經濟發展，工業自動化計算機應用產業的發展領域也會隨之擴大，為了實現工業自動化計算機應用產業發展過程中對于技術以及信息的不同需求，就會有不同工業自動化計算機應用產業的產品隨之出現，但是由于這類產品的生產技術以及價格成本和利率等問題，與其它的一些工業自動化計算機應用產業的市場來講具有一定的狹隘性和局限性，會呈現一種產品供應數量少類型多的長尾市場的發展趨勢。

（二）工業自動化計算機應用產業技術發展和趨勢

工業自動化計算機應用產業的技術發展情況以及發展趨勢主要表現為工業自動化計算機應用產業技術發展呈現集中自動化向分布式自動化發展的趨勢、網絡線路趨向于向以太網方向的發展以及工業自動化計算機應用產業的通信方式由工業有線自動化向無線通信技術方向發展。

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

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

而無線通信技術可以實現較大區域的信息數據的傳輸，并且傳輸速率高、抗干擾強、維護成本低具有很大應用價值，是工業自動化計算機應用產業發展的有一個趨勢。工業自動化計算機應用產業發展中，使用的工業無線通信技術對于產業內部的設備之間的相互數據信息的傳遞具有很大的作用。但是隨著社會經濟發展以及通信技術的進步，工業自動化計算機應用產業的通信發展已經不僅局限于產業工廠內部的通信，會趨向更大范圍的通信發展，這就使得無線通信技術的應用顯得十分有必要。

（三）工業自動化計算機應用產業行業發展和趨勢

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

三、結束語

總之，工業自動化計算機應用產業的發展不僅對于計算機信息應用和工業產業的發展具有很大積極意義，而且對于推動社會經濟發展和穩定也具有很大的意義。

參考文獻：

[1]郝俊丹.對工業自動化計算機應用產業發展的探討[J].中國科技博覽，2012，4

[2]饒文紅.探析工業自動化計算機應用產業發展趨勢[J].計算機光盤軟件與應用，2011，22

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關鍵詞：工業自動化儀表 自動化控制技術 工業生產技術

中圖分類號： TN830 文獻標識碼： A

1 工業自動化儀表

1.1工業自動化儀表的測試分類

（1） 溫度儀表：電氣工程的生產運行過程中，會產生不同的溫度變化，需要監控生產過程中的溫度。傳統的溫度監控，主要是通過熱點偶或者是熱電阻實現的。隨著我國電子科技技術的不斷發展和進步，目前電氣生產過程中實施溫度監控，應用的主要是具有較高智能化特點的溫度控制系統。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運行信息數據，并且對收集到的信息數據進行處理。（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，以測量產品。例如，在化工生產過程中，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：一些生產過程中，為了實現生產需要，需要應用壓力控制。壓力測量的時候，傳統的應用方法是利用壓力計實現。連接壓力計的時候，一般都是應用導壓管道，可以觀察生產過程中產生的壓力變化。全面了解生產過程中出現的壓力變化，才能及時采取相應的措施對一些問題進行處理，避免對生產設備造成損壞，危及人們的生命安全。

1.2 工業自動化儀表的發展

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

1.2.1 現場總線的發展

電氣工程中，現場總線是一種通信系統，可以實現自動化系統和現場設備之間的通信。而且，這種通信系統具有開放性和數字化特點，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，可以從儀表實現對大部分控制功能的有效掌握。這是現場總線控制系統的主要作用，實現了電氣系統控制和測量的一體化發展，可以分散控制。在很大的程度上，有效的提高了控制系統的可靠性，并且降低了電氣生產過程中的成本，節約了資源，促進了儀表的自動化發展。

1.2.2 控制軟件的標準化發展

電氣系統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，在電氣系統的運行過程中發揮了重要的作用。隨著儀表的自動化發展，電氣系統中的控制軟件也逐漸實現了標準化發展，同時具備了向工程化和商品化發展的方向。在電氣工程的生產運行過程中，應用先進的軟件控制系統，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中存在的不穩定、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，才能實現控制軟件的商品化、工程化和標準化發展。保證自動化儀表的穩定發展，才能提供更多方便的服務，保證電氣系統的運行安全。

2工業自動化儀表控制系統的相關技術

工業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，對生產工藝的水平和精確度進行嚴格把關，確保產出產品的質量，以保持和擴大市場占有率。在這一層中，可以實現對工藝參數的更新與優化，通過此途徑來實現對生產工藝過程的控制。MES層，主要任務是優化管理與控制，對控制過程與管理過程進行協調，以保障資源配置的最優化，是自動化控制系統的中樞。ERP層，是企業的資源管理系統，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進行決策分析，并將其運用到企業運作中。管理是ERP層的核心內容，在財務管理中其對管理效率的提高作用體現的尤為明顯。這三個層次體系的集成綜合，實現了自動化體系結構的完善。工業儀表主要使用的是工業生產過程的參數，通過對生產過程的控制與監測，可以實現對產品質量的保障。智能化工業儀表，其特點是功能強大、軟件豐富、對產品質量的監控具有很強的實用性。

3 工業自動化控制技術

3.1工業自動化控制技術系統簡介

工業的自動化設備是由自動化控制系統統一控制的，自動化控制儀表就是這一總體調度系統的核心。自動化控制儀表是由自動化控制功能原件構成的，可以為控制系統對設備的運行狀態實施監控，對設備的運行參數進行調整，具有較為完善的自動化功能。經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，自動化控制系統圍繞這些儀器構建而成，可對信號的時間和頻率進行表達，并實現數字信號和模擬信號的轉換與調試。

3.2 工業自動化控制系統的發展

3.2.1 現場總線技術的發展

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

3.2.2 網絡技術在自動化控制系統中的應用

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

3.2.3 網絡控制系統

嵌入式操作系統核心軟件與微處理核心硬件系統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據傳輸與控制更加緊密，儀表設備上的局域網絡接口、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

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

結束語

本文對工業自動化儀表控制系統的發展以及控制系統的技術進行了介紹，通過介紹我們可以知道，現場總線技術以及分布式控制系統對工業自動化的重要作用，以及網絡技術在系統建設中的作用等都是不容忽視的。在工業自動化儀表控制系統未來的發展中，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技術[J].中國新技術新產品，2012,7（25）：65-66.

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關鍵詞：工業自動化現狀與發展趨勢

中圖分類號：F287.2文獻標識碼： A 文章編號：

前言

現場總線技術的發展，引起了自動化系統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信息系統的建立，它集計算機技術、信息技術和自動化技術為一體，成為流程工業自動化發展的趨勢。隨著市場經濟的發展，工業企業面臨前所未有的發展機遇和愈加嚴峻的挑戰，對企業的生產經營管理提出了更高的要求。管控一體化企業信息系統的建立，將是增強企業競爭力的重要途徑。隨著信息技術的不斷發展，網絡的普及，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向以現場總線為基礎的管控一體化分布式網絡信息系統過渡是必然的。

一、工業控制自動化現狀

我國工業自動化制造產業經過一段時間發展, 已經逐步實現國產化的過程。在下游冶金、石化等行業的需求以及自動化率提升的雙重帶動下, 我國工業自動化控制系統裝置制造產業取得了長足的發展。但是, 我國工業自動化具有自己的特點, 下面就對我國自動化的優勢和劣勢進行簡要總結。

1 我國工業控制自動化的優勢

從整體上看, 我國工業控制自動化具有以下優勢, 第一、工業控制自動化產品技術含量高, 專業性強, 而且產品繁多, 業內第一門戶網站; 中國自動化學會的唯一門戶網站及合作網站中國工控網目前分類達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,我國工業自動化控制系統裝置制造產業的產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規模以上企業5 , 3 6 3 個, 完成工業總產值4 , 0 4 7 億元, 銷售產值3 , 9 4 7億元, 其中工業自動控制系統裝置占比約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市場規模在2014年將會達到1 , 3 1 億元; 第四、工業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、環境工程等所有工業及民用領域。

2.我國工業控制自動化的劣勢

雖然工業控制自動化在我國得到了一定程度的發展,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, 國內工業控制系統產品供應商直接面臨西方發達國家的競爭, 無論I P C 、D C S 還是P L C , 與外國公司相比較, 我國的企業仍處于弱勢地位; 第二、總體上自動化企業規模太小, 工業自動化比例依然不高, 我國自動化儀器儀表行業的產值占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、自動化企業多數急功近利, 科技研發投入較少, 科研人員隊伍不穩, 缺乏長時間的科研積累, 缺乏自主創新能力, 大型裝備自動化控制系統的應用程度較低, 有信譽的品牌產品還未形成; 第四、與國際著名品牌系統相比還有差距, 多數自動化企業沒有明顯的核心技術能力, 缺乏后勁, 國產系統就總體水平特別是在應用平臺和開放性方面等較低, 而且國內自動化系統企業綜合業務能力差, 系統產品系列不全等。

二、工業自動化發展趨勢

工業自動化領域的發展趨勢之一是控制系統的智能化、分散化、網絡化，而現場總線的崛起正是這一發展趨勢的標志。

1. 現場總線的崛起

多年以來，工業自動化領域的過程控制體系歷經基地式儀表控制系統、電動單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統、集散控制系統(DCS)等4 代過程控制系統，當前我國工業自動化的主流水平即處于以PLC 為基礎的DCS 系統階段。與早期的一些控制系統相比，DCS 系統在功能和性能上有了很大進步，可以在此基礎上實現裝置級、車間級的優化和分散控制，但其仍然是一種模擬數字混合系統，從現場到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。這種信號傳遞關系稱之為信號傳輸，而不是數據通信，難以實現儀表之間的信息交換，因而呼喚著具備通信功能的、傳輸信號全數字化的儀表與系統的出現，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，現場總線便應運而生，并通過激烈的市場競爭而不斷崛起。

現場總線是應用在生產現場的全數字化、實時、雙向、多節點的數字通信系統?，F場總線技術將專用的CPU 置入傳統的測控儀表，使它們各自都具有數字計算和通信能力，即所謂“智能化”，采用可進行簡單連接的雙絞線、同軸電纜等作為聯系的紐帶，把掛接在總線上作為網絡節點的多個現場級測控儀表連接成網絡，并按公開、規范的通信協議，使現場測控儀表之間及其與遠程監控計算機之間實現數據傳輸與信息交換，形成多種適應實際需要的控制系統，即所謂“網絡化”，由于這些網上的節點都是具備智能的可通信產品，因而它所需要的控制信息(如實時測量數據)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點上獲取，在現場總線控制系統(FCS)的環境下，借助其計算和通信能力，在現場就可進行許多復雜計算，形成真正分散在現場的完整的控制系統，提高了系統的自治性和可靠性。

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

2.現場總線的新動向———工業以太網

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

結束語

從生產現場到企業( 集團) 管理層可經由工業通信網絡, 實現信息的有序無縫流通, 不僅使企業實現生產過程優化和資源優化, 同時使企業實現物流、資金流和信息流的集成, 以縮短企業新產品的開發周期、提高質量 、降低成本、改進服務和改善環境, 從而提升企業的市場應變能力和盈利能力。應用工業自動化技術, 對工業生產過程實現測量、控制、優化和決策, 使企業實現“好、省、多、快”,提升企業的市場競爭力, 因此“國家中長期科技發展規劃”已明確, 工業自動化技術作為21 世紀現代裝備制造業中最重要的技術之一。

參考文獻

[1] 曹殿春,厚金庫.我國工業電氣自動化的發展現狀與趨勢[J]. 中國新技術新產品. 2009(02)

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

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關鍵詞：工業控制網絡 實驗平臺 系統集成 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，工業控制網絡一直是工業自動化領域的研究熱點，以現場總線技術和工業以太網技術為代表的工業控制網絡技術引發了工業自動化領域的重大變革，工業自動化正朝著網絡化、開放化、智能化和集成化的方向發展。

隨著基于工業控制網絡的控制系統不斷增加，業界需要掌握工業控制網絡技術的人才也越來越多，工業控制網絡技術人才主要分為網絡應用和網絡研發兩種類型，網絡應用類型主要是進行自動化系統集成，網絡研發類型主要是進行智能儀器產品研發。按照CDIO工程教育標準中工程實踐場所的要求，建設工業控制網絡實驗平臺，就需要滿足以上兩個方面的人才培養對實踐場所的要求。

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

1.1 系統架構

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

1.2 工業控制網絡協議標準

現階段工業控制網絡標準在國際上還沒有得到統一，這不僅限制了工業控制網絡的推廣和應用，很大程度上也限制了高校的工業控制網絡課程教學。由于工業控制網絡可以應用于過程控制、邏輯控制、運動控制等不同的系統，在軍事、航天、制造業、過程工業、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對工業控制網絡的要求也不同，有的系統要求可靠性、有的系統要求靈活性、有的系統要求實時性、有的系統要求簡單以節省成本，現階段還沒有一種工業控制網絡得到所有領域的一致認可，再加上各國工業自動化大公司的利益驅動，最終導致工業控制網絡標準繁多。

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

1.3 實現技術

系統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，系統集成實驗裝置在實現技術上的優點是簡單、可靠、上手快，缺點是很多技術細節不夠開放，系統硬件、軟件、通信協議都以“黑盒”形式出現，只能使用其外部接口，對其內部設計不可見。

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技術上的優點是技術細節開放，缺點是系統硬件、軟件、通信協議都需要自己設計開發，對學生要求高，且技術性能指標不好保障。

2 系統集成實驗裝置設計

系統集成實驗裝置以邏輯控制、過程控制或運動控制系統為應用背景，為了突出工業控制網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集成，采用了信息層、控制層和設備層三層網絡結構，如圖1所示。

信息層工業以太網采用西門子公司的S7-300 PLC、臺達DVP28SV PLC、工控機、以太網交換機構建星形局域網絡?？刂茖覲ROFIBUS網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網絡或者Modbus網絡，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品開發為應用背景，以單片機為核心設計工業控制網絡通信接口。本實驗裝置采用了CAN和Modbus通信協議，一方面是由于這兩種協議實現簡單、應用廣泛，另一方面是由于此兩種協議開發的設備可以作為系統集成實驗裝置的測試儀表，可以實現對工業控制網絡協議分析與研究，還可以實現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，用于數據采集和輸出控制。鍵盤模塊采用 4×4掃描鍵盤，用于學生實驗時進行數據輸入。顯示模塊選擇1602LCD，用于通信數據的實時顯示。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驗，根據工業控制網絡協議需求，進行C語言程序設計。具有數據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，主程序主要負責現工業控制網絡接口初始化、數據處理與輸出、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總線數據幀，串口中斷子程序負責接收和發送Modbus數據幀。

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控制網絡實驗平臺緊密結合理論課程知識，體現了行業特點，在實踐教學中起到了很好的教學效果。采用系統集成和智能儀器兩種類型的實驗裝置的優勢可以實現互補，對于學生今后實際工作崗位的選擇和發展方向的定位具有一定的指導意義。

參考文獻

[1]顧佩華.CDIO在中國[J].高等工程教育研究，2012年.

[2]王振力.工業控制網絡[M].北京：人民郵電出版社，2012年.

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

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現代工業基礎設施包括電力、石油與天然氣、水利、工業制造，以及交通控制等重點行業，構成了我國國民經濟、現代社會以及國家安全的重要基礎。工業基礎設施的中關鍵應用、系統故障可能導致：(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)嚴重的經濟損失，危及我國經濟建設的秩序與成果；(3)基礎設施被破壞，導致無法繼續提供對國計民生至關重要的物質產品與公共服務；(4)環境災難，從而嚴重危害人民乃至子孫后代賴以生存、發展的根本物質基礎；(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。而在現代工業基礎設施中，工業自動化控制系統（IACS-IndustrialAutomationControlSystem）又構成了其神經系統。工業自動化控制系統的安全直接關系到各重點工業行業的生產安全，因而，近年來成為信息安全研究的重點、熱點領域。傳統上，工業自動化控制系統多采用專用技術的封閉網絡，其面臨的（信息）安全威脅不突出。各種工業控制設備、應用、系統主要是針對專有的封閉環境而設計，對外沒有互聯互通。由于沒有現實的（信息）安全威脅，工業自動化控制系統在設計、實現與部署過程中，其主要指標是可用性、功能、性能、（物理）安全性、實時性等，而無需過多考慮網絡攻擊、信息安全等問題。

但近幾十年來，各種工業自動化控制系統正快速地從封閉、孤立的系統走向互聯（包括與傳統IT系統互聯），日益廣泛地采用以太網、TCP/IP網絡作為網絡基礎設施，將工業控制協議遷移到應用層；采用包括IWLAN、GPRS等在內的各種無線網絡；廣泛采用標準的Windows等商用操作系統、設備、中間件與各種通用技術。典型的工業自動化控制系統——SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition，數據采集與監控系統）、DCS（DistributedControlSystem，分布式控制系統）、PLC（ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器）等正日益變得開放、通用和標準化。工業自動化控制系統在享受開放、互聯技術帶來的進步、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；(2)工業制造的核心數據、配方被竊取；(3)制造工廠及其關鍵工控生產流程被破壞；(4)惡意操縱工控數據或應用軟件；(5)對工控系統功能未經授權的訪問等。由于長期缺乏安全需求的推動，對（采用TCP/IP等通用技術的）網絡環境下廣泛存在的安全威脅缺乏充分認識，現有的工業自動化控制系統過去在設計、研發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、策略與相關專業技術的支撐，導致許多工業自動化控制系統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，越來越多的工業信息安全事件見諸報端，充分說明工業自動化控制系統所面臨的安全威脅絕非空穴來風。目前，我國對工業自動化控制系統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《關于加強工業控制系統安全管理的通知》，明確了重點領域工業控制系統信息安全管理要求，并強調了“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、組網管理、配置管理、設備選擇與升級管理、數據管理、應急管理等等提出了明確要求。國際上也早已意識到工業自動化控制系統信息安全的重要性，包括美國、歐洲在內的西方國家，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，面向各種工業行業的工業自動化控制系統（IACS）的安全。由于ISA-99充分考慮了工業領域的不同參與方（自動化產品廠商、系統/產品提供商、系統集成商、終端用戶）的不同安全需求，比較符合各工業行業的對信息安全標準的需要。目前，ISA-99已經完成了三部分，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，工業自動化控制系統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。針對工業自動化控制系統的特點，研制并部署相應的工業自動化控制系統信息安全解決方案，保障我國工業基礎設施的安全運營，已成為迫在眉睫的需求。

2工業自動化控制系統的特點

雖然工業自動化控制系統的安全威脅源自IT、網絡技術在工業領域日益廣泛的應用，但工控系統仍具有自身的特點，簡單采用標準的IT安全技術很難適應于工控環境下控制協議、設備、應用、標準的特殊安全需求。本文將以典型的DCS為例（其網絡拓撲如圖1所示），具體分析工業自動化控制系統的特點。首先，在工業自動化控制系統中，直接執行現場控制操作的通常為PLC、分布式I/O這樣的嵌入式設備。這些設備專為現場控制環境而設計、制造，多用于執行關鍵的實時控制，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，多數僅集成了簡單的口令安全等機制。設計、生產并推廣具有強安全措施的新型PLC尚待時日。與此同時，當前工業自動化控制領域還大量使用工業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作業環境進行了加固的PC機，具有在粉塵、高/低溫、潮濕、震動、腐蝕環境下連續不間斷工作的能力。由于易用性、用戶友好方面的考慮，目前工控領域的大多數IPC都使用Windows操作系統，通過專門的I/O卡、協議芯片等硬件使之具備工業控制、通信功能。由于是基于Windows的PC系統，IPC也面臨著與普通PC類似的安全威脅。圖1典型DCS的網絡拓撲其次，工業自動化控制系統中采用了許多特有的工業控制通信協議。這些協議或是針對特定的控制環境與應用場景（如工業以太網通信）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議，而需要有針對性地部署附加（add-on）安全解決方案；有些協議在設計之初未考慮安全方面的需求，或未考慮廣泛互聯所帶來的更高的安全需求，因而需要在為防護遺產系統提供防護解決方案的同時，逐漸遷移到新的、更安全的規范。以目前得到廣泛應用的工業以太網標準化PROFINET[2]為例。PROFINET是標準化組織PI（PROFIBUSInternational）為工業自動化制定的開放工業以太網標準，PROFINET符合TCP/IP和IT標準，可實現與現場總線系統的多層次無縫集成，并保證實時通信。PROFINET實際上是一個協議族，采用了不同的通信方式，用于滿足不同的通信需求，(1)基于以太網第二層（Layer2）的實時數據通信，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個節點下，響應時間小于1ms，抖動誤差小于1μs）；以及用于第二層網絡管理與配置的DCP（DiscoveryandConfigurationProtocol）、LLDP（LinkLayerDiscoveryProtocol）等子協議。(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中集成復雜的內嵌安全機制并不現實。但PROFINET實際上是工業以太網通信協議標準，其RT、IRT等實時控制通道都屬于第二層通信協議，其互聯的控制設備需要位于同一以太網內，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、網關、VPN，將PROFINET網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絡通信協議與進程間的通信機制，加快OPC規范的制定工作，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據，再以C/S模式供（位于監控區或辦公區的）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服務器數據時采用的是動態端口，ClassicOPCDA的協議通信過程如下（如圖2所示）：(1)OPC客戶端首先基于DCOM通過TCP135端口向OPC服務器發送連接請求，而OPC服務器動態分配一個1024~65536之間的動態端口號發送給OPC客戶端；(2)然后OPC客戶端才通過這個動態端口向OPC服務器發送數據請求，并獲得對應的控制數據。圖2ClassicOPCDA通信如OPC客戶端部署于（圖1中的）辦公網絡，而OPC服務器則位于（圖1中的監控域。ClassicOPC的這種動態端口協商機制將導致在兩個網絡之間無法部署傳統IT防火墻，為工控網絡提供有效的防護。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發展的方向。因此，一方面對現存的大量ClassicOPC遺產應用，迫切需要能夠提供動態端口防護的網關產品；另一方面在新的工控系統中，則應當盡可能地采用OPCUA。最后，工業自動化控制系統信息安全保障的對象，是集散控制系統DCS、過程控制系統PCS、監控與采集系統SCADA等。這些系統并非傳統的IT系統，與電信系統也相去甚遠，簡單采用標準的IT安全技術也無法為工控應用系統提供周全的保護。因此需要深入地研究工業自動化控制應用的特點與特殊的安全需求，才能真正確保工業自動化控制系統的安全。

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工程，不僅涉及到技術、產品、系統，更取決于工業企業的安全管理的水平。在工業應用多元化發展需求的強勁推動下，隨著工業自動化控制網絡正逐步演變為開放系統，大規模采用IT技術，其集成化網絡系統與IT網絡基礎設施充分互聯，IT部門與自動化生產部門共同負責自動化網絡運營。在這一背景下，工業企業是否經常性地組織安全培訓與意識培養，是否根據其系統特點制訂了相關的安全策略，是否建立了正規、可備案的安全流程，是否設計、維護了工業自動化控制系統的安全架構，是否根據相關實施指南貫徹了工控設備安全配置，是否建立了常規的安全審計制度，是否建立了安全事件監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場的PLC、RTU等控制設備，工業控制（實時）網絡通信，以及DCS、SCADA等工業控制應用，其特點可以總結為：(1)必須優先保障24/7/365的可用性，提供不間斷的可操作性，并確保工業自動化控制系統可訪問；(2)保證系統性能；(3)保證數據的實時傳輸；(4)系統與數據的完整性；(5)為實現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)辦公環境與生產IT系統間的不間斷通信以保障對生產的實時監控；(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。對工業信息安全而言，首先需要滿足控制系統的高可用性的要求，其次是完整性。由于在工控環境下，多數數據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，可以將工業自動化控制系統信息安全的關鍵需求總結為：(1)開展工業安全風險評估，建設全面的信息安全管理；(2)實現安全域的劃分與隔離，不同安全域之間的網絡接口需遵從清晰的安全規范；(3)部署集成安全措施的保護基于工業PC的控制系統；(4)保護工業自動化控制系統的控制單元，防御安全攻擊；(5)實現對工業自動化控制通信的可感知與可控制。

4解決方案：縱深防御

根據工業自動化控制系統的特點，要滿足上述安全需求，需要引入工業自動化控制系統“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。建立工業自動化控制系統縱深防御，首先需要對具體工業自動化控制系統安全需求進行系統地分析，制定相應的安全規劃；并對工控系統進行風險評估，切合實際地識別出該系統的安全脆弱性，面臨的安全威脅，以及風險的來源。在此基礎上，借助于產品安全、安全操作指南以及專業的工業安全服務，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，縱深防御的工業信息安全理念覆蓋了工業自動化控制系統的所有級別，是滿足工業信息安全領域的關鍵需求的現實解決方案。

本文以圖1.中的基于PROFINET的DCS系統為例，扼要探討一下如何根據PROFINET的特點，建立工業自動化控制系統的縱深防御：(1)建立PROFINET的物理防護邊界物理安全是工業自動化控制系統信息安全的前提，首先需要確保PROFINET網絡處于可控的物理環境中，只有經過授權的人員才能接觸網絡、設備。(2)安全策略與流程工業自動化控制系統縱深防御不僅依賴于技術、產品，更需要完備的安全策略與規范的安全流程。近年來，許多工業自動化控制系統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的邊界安全在工業自動化控制系統中，每個控制單元（圖1中controlcell）都是相對獨立的子系統，不同的控制單元之間通過PROFINET進行集成、互聯。而PROFINET的日常生產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、應用服務器等監控系統或應用。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網絡與與監控域），定義清晰的安全域邊界。還可根據其應用、通信業務的不同之處，進一步將PROFINET中用于組態、調試、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，保證相關業務通信的認證、完整性與機密性，阻止非法業務通信。同時，借助于VPN隧道技術，還可在安全單元內將維護、調試等組態通信業務，數據采集等監控業務與實時控制業務隔離開，避免組態、數據采集等被濫用后對實時控制通信產生影響。對于ClassicOPCDA服務器，必要時還需要部署專門應用網關保護其免受來自（OPC客戶端所在的）其他域的攻擊。(5)系統加固與補丁管理目前用于組態/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加固。同時，雖然PLC等工控設備多數基于專有的嵌入式系統，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WLAN口令、IPCWindows口令、HMI口令等建立系統的賬號管理，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絡中所有的IPC主機上全面部署病毒監控，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關。此外，根據ISA-99，工業自動化控制系統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，并迅速恢復系統正常功能。從而實現對工業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

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

1、工業現場網絡概述

在原料場物料儲運系統中，應用了典型的信息網絡和控制網絡的集成形式―Etherent/ProFibus混合結構，以此來實現原料場物料儲運系統的邏輯控制與人機監控功能。在控制信息層采用以太網，而在底層設備級采用現場總線，通過通信控制器實現兩者的信息交換。

1.1 PROFIBUS現場總線

1.1.1 PROFIBUS概述

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

1.1.2 PROFIBUS-DP 技術特點

PROFIBUS－DP應用于現場級，是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統與分散式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 之間實現快速、循環的數據交換。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 交換數據并監視PROFIBUS DP網絡。DP 從站（即分布式 I/O）負責在現場準備I/O執行器數據，使得數據可以通過PROFIBUS-DP發送至控制CPU。

1.2 工業以太網

1.2.1 工業以太網概念

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

1.2.2 發展優勢和特點

隨著互聯網技術的發展和普及推廣，使以太網技術全面應用于工業控制領域成為可能。目前，工業以太網技術的發展優勢及特點主要體現在以下幾個方面：

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

(2)發展特點。1)通信確定性與實時性。工業控制網絡最大特點是信號傳輸的迅捷和準確。實時控制要求對某些變量數據準確定時刷新，快速以太網與交換式以太網技術的發展，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)，使以太網大幅提高穩定性與可靠性。2)安全性。工業系統的網絡安全是工業以太網應用必須考慮的―個問題。工業以太網可以將企業傳統的信息管理層、過程監控層、現場設備層合成一體，使數據的傳輸速率更快、實時性更高，并與網絡無縫集成，實現數據的共享，提高工廠的運作效率。但同時也引入了一系列的網絡安全向題，工業網絡可能會受到來自外部網絡的病毒感染、黑客非法入侵與非法操作等網絡安全威脅。

2、現場總線在原料場物料儲運系統中應用

2.1 系統簡介

原料場物料儲運系統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。該系統因為地理條件的制約，膠帶機等設備分布區域廣闊，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，其主站以工業以太網絡組網相互通信。

2.2 系統功能

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

2.3 網絡架構

網絡分為2級，即PROFIBUS－DP的分布式現場總線和SIMATIC NET 的工業以太網。

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

3、工業網絡的發展前景

以太網不僅繼續壟斷商業計算機網絡通信和工業控制系統的上層網絡通信市場，也必將領導未來現場總線的發展，以太網和TCP／IP將成為器件總線和現場總線的基礎協議。

以太網可以一直延伸到企業現場設備控制層，被認為是未來控制網絡的最佳解決方案。雖然目前工業以太網還不適合所有的工業自動化設備，并不能全面地應用于工業控制領域，但是以太網在進入工業控制領域的過程中將逐步成熟，并具有巨大的發展潛力和非常廣闊的應用前景，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:機械工業出版社,2005.1.

[2] 陳凱.工業以太網在工業自動化系統中的應用及發展.中國西部科技,2008(22)．

篇8

關鍵詞：自動化；控制系統；信息安全

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

1.工業自動化控制系統簡述

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

2.對工業自動化控制系統信息安全的探討

2.1我國企業在保障工業自動化控制系統信息安全方面存在的問題

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

（2）缺乏專業的技術人才。工業自動化控制系統的迅速普及呼喚專業的技術人才。目前我國在培養工業自動化控制系統專業技術人才方面還未建立健全科學、有效的教育培訓體系，專業技術人才略顯匱乏。另外一個方面，自動化控制系統更新換代的速度也遠遠超過人才培養的速度，對員工的技術培訓遠遠跟不上時代前進的步伐。中國企業真正缺少既了解控制系統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）借鑒歐美發達國家的先進管理理念。歐美發達國家的工業生產歷史長達兩百多年，他們有更為豐富的工業管理經驗，當前中國企業在管理上出現的諸多問題對他們而言屢見不鮮。在保障工業自動化控制系統信息安全領域，他們也有著更多成功的經驗，可以充分借鑒。

（2）加強專業技術人才培養。專業技術人才是工業自動化控制系統的靈魂，靈魂健全才能使該系統發揮最大效力。因此，企業應針對工業自動化控制系統，完善教育培訓體系，大力培養專業性的操作人才，與工業生產前沿接軌，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自動化控制系統信息安全管理體系，加強人員及系統設備的管理，進一步使工業自動化系統信息安全得到有效保障。

3.結語

工業自動化控制系統信息安全是控制系統和信息安全的充分結合，是當下工業生產的潮流。不僅要求企業了解計算機控制系統，還要求企業懂得如何保障信息安全。用好工業自動化控制系統將極大地促進我國工業的迅猛發展，為中國經濟添磚加瓦。工業自動化控制系統信息安全涉及到企業生產的多個環節，需要各個生產部門的完美協作。相信在企業、員工與政府三方的共同努力下，工業自動化控制系統必將不斷完善，信息安全也將得到充分保障。

參考文獻：

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

篇9

自動化硬件技術仍然以國外產品為主的局面尚未被打破，但是自動化技術應用軟件的發展開始取得了實質性突破。以冶金工業為例，一些核心控制軟件技術已經打破國外封鎖，自主開發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、冶金企業能源管理系統等，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，只有自主創新，才是最正確的道路。大型自動化系統的集成與創新，要以自主技術與產品為核心，雖然還沒有取得實質性進展，但已經取得了階段性成果，如自動化煉鋼技術的成功開發并應用于生產實際，就是最好的案例。在實現系統開環控制、系統仿真、局部閉環控制等方面，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流程中已經成為生產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生產工藝文件編制、工藝流程優化、操作手冊的制定等各個方面發揮的作用越來越大。

2存在的問題

我國自動化系統的發展在經歷了PLC(ProgrammableLogicController，可編程控制器)、DCS(DistributedControlSystem，分散性控制器)、FCS(FieldbusControlSystem，現場總線控制系統)、PAC(ProgrammableAutomationController，開放式自動化)等幾個階段后，現在已經開始進入大規模采用數學模型、實現智能控制的新時期。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廠家的努力。

（2）目前許多自動化控制系統還處于開環控制，在局部環節實現了閉環控制，這從客觀上影響了自動化系統效果的發揮。

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

（4）自動化系統的核心技術，有許多還被國外廠商壟斷或封鎖。

（5）作為自動化產業而言，有些方面比較“浮”，商業色彩濃厚，炒作內容較多，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。自動化行業的規模雖然已基本形成，但要做大做強，使之成為我國的支柱產業，還有許多工作要做。

3我國冶金工業自動化技術發展的預測與分析

制造業自動化技術的發展在很大程度上受到制造業本身特點的制約，行業特點比較明顯，冶金自動化技術的發展，離不開冶金工業的發展，我國“兩化融合”政策的推出，為今后我國自動化技術的發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展，目前完全可以定位于高端核心自動化技術與產品的創新與應用。

3.1物聯網技術在冶金企業中的應用

物聯網是指人們通過各類傳感器實現物與物、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物聯網技術在工業領域中的應用

工業是物聯網應用的重要領域。具有環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生產的各個環節，可大幅提高制造效率，改善產品質量，降低產品成本和資源消耗，將傳統工業提升到智能工業的新階段。從當前技術發展和應用前景來看，物聯網在工業領域的應用主要集中在以下幾個方面。

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

（2）冶金生產過程工藝優化物聯網技術的應用提高了生產線過程檢測、實時參數采集、生產設備監控、材料消耗監測的能力和水平。生產過程的智能監控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護水平不斷提高。鋼鐵企業應用各種傳感器和通信網絡，在生產過程中實現對加工產品的寬度、厚度、溫度的實時監控，從而提高了產品質量，優化了生產流程。

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

（4）環保監測及能源管理物聯網與環保設備的融合實現了對工業生產過程中產生的各種污染源及污染治理各環節關鍵指標的實時監控。在重點排污企業排污口安裝無線傳感設備，不僅可以實時監測企業排污數據，而且可以遠程關閉排污口，防止突發性環境污染事故的發生。

（5）工業安全生產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，可以感知危險環境中工作人員、設備機器、周邊環境等方面的安全狀態信息，將現有分散、獨立、單一的網絡監管平臺提升為系統、開放、多元的綜合網絡監管平臺，實現實時感知、準確辨識、快捷響應、有效控制。

3.1.2冶金工業領域物聯網應用的關鍵技術

從整體上來看，物聯網還處于起步階段。物聯網在冶金工業領域的大規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工業用傳感器。工業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。工業用傳感器是實現工業自動檢測和自動控制的首要環節。在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或最佳狀態，并使產品達到最好的質量?？梢哉f，沒有眾多質優價廉的工業傳感器，就沒有現代化工業生產體系。

（2）進行工廠傳感網的布局和建設工業無線網絡技術。工業無線網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點組成的網狀(Mesh)網絡，綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，具有低耗自組、泛在協同、異構互連的特點。工業無線網絡技術是繼現場總線之后工業控制系統領域的又一熱點技術，是降低工業測控系統成本、提高工業測控系統應用范圍的革命性技術，也是未來幾年工業自動化產品新的增長點，已經引起許多國家學術界和工業界的高度重視。

3.2過程控制數學模型的開發與應用要實現新突破

數學模型是冶金自動化中的核心技術?！盃颗Ｒ獱颗１亲印?，如果掌握了數學模型的這項技術，就掌握了自動化的主動權、話語權。核心技術是買不來的。要生產國家急需的鋼鐵產品，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品，他們所能轉讓的技術都是有條件限制的技術或已經過時的產品與技術。開展高端冶金自動化領域數學模型的自主創新條件基本成熟。市場需求非常廣闊，我國的冶金自動化水平已經發展到了一定的水平，一支技術創新的團隊已經基本形成，而且許多冶金企業都有著豐富的實踐經驗，這些都為開展二級數學模型的自主創新創造了極為有利的條件。數學模型是控制對象的表征，是對象可執行的表述，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，發揮了重要的指揮與優化作用，所以數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、高精度的數學模型是我國鋼鐵工業開發和生產出滿足國民經濟發展需要的鋼材品種；提高產品質量、節約能源、降低成本，從而實現可持續發展，提升核心競爭力的技術基礎。審視整個鋼鐵工業自動化信息化的發展趨勢，過程控制數學模型是鋼鐵工業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。過程控制數學模型在國內鋼鐵行業的應用與發展，目前還剛剛起步，方興未艾，隨著需求的發展，未來的數學模型還有著極大的發展空間。從現在起，形成社會的關注，這對數學模型的未來發展，會起到一定的積極作用。打破數學模型的神秘感。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展，不斷積累技術，不斷培養人才，踏下心來，抓上幾個項目，就一定能搞出名堂來，收到明顯的經濟效益與社會效益。發展以數學模型為核心的自動化技術，是落實“科技創造未來”的具體體現，也是我國鋼鐵工業實現新的騰飛的助推器。在過程控制數學模型的研發與應用上，要實現重點突破，開發出有中國特色的數學模型產品與技術，走出一條“研制一批，儲備一批，生產一批”以科研促生產、以生產出產品、以產品保應用的新的可持續發展之路來。

3.3以國產化創新型產品與技術為核心的自動化系統的集成與創新

經過幾年的努力，我國制造業自動化領域已經擁有了一批自主開發創新的產品與技術。這為今后自動化、信息化技術的發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，所以發展以國產化的創新型產品與技術為核心的自動化系統的集成與創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，我中有你的態勢，達到優勢互補、互利共贏的良性局面。我國在引進先進技術與產品的同時也可以對外輸出自己的產品與技術，同時還可以開展聯合研發等科技活動。

3.3.2新型自動化系統的集成與創新要實現全過程的集成與創新

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

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

冶金工業是耗能大戶，能耗將制約冶金工業的發展，我國冶金工業也正面臨著由粗放型向精細化轉型。以耗能來核定產能，或許將成為可能。所以整個冶金工業的節能降耗、低碳減排工作十分繁重，利用自動化技術來實現降低能耗，是冶金工業節能減排、實現綠色工廠的重要手段之一。冶金企業能源管控一體化建設，如果只停留在數據采集階段，那么意義不大。這也是目前已經普遍實現的事實。針對冶金工業能源管控的特點，一是耗能大戶，二是在冶金生產過程中，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化、二次能源的安全合理使用、多種能源介質統一平臺操作、改變傳統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，實現從計劃層、執行層到控制層的一體化；實現多種能源介質協同一體化；單項能源管控一體化，同時引進先進算法，確定科學的解法。

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【關鍵詞】電氣自動化；應用探討；發展趨勢；發展措施

0 引言

工業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生產密切相關，發展非常迅速。其發展已比較成熟，正朝著工業電氣自動化信息化的方向發展。利用工業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。隨著經濟及信息技術的不斷發展，工業自動化可以使企業管理方面得到改革，又可以促進工業電氣自動化的不斷發展。在通常情況下，工業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。其發展趨勢是朝著工業電氣自動化信息化和開放化的方向快速發展。隨著互聯網技術和信息技術的飛速發展，這一項新的高科技技術將促進促進我國電氣自動化的發展。它將促進企業管理方面的改革，也可以促進工業電氣自動化的不斷發展。在我國，如何將工業電氣自動化發展的更好是今后要做的首要問題。電氣自動化這個專業從20世紀50年代開始在我國出現并發展。雖然國家對這個專業做了幾次調整，但由于其專業面寬，適用性廣，專業的適用性強，從20世紀中期一直到現在，發展趨勢仍然不減。

1 工業電氣自動化的應用現狀

現代的工業電氣自動化系統的電氣設備，分別安裝在各配電室以及電機的控制中心部位，它們的配件數量多的，執行的信息處理任務龐大，在一般情況下，工業電氣設備系統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下。它與熱工系統相比，工業電氣自動化系統的電氣設備操作的頻率低，一些系統設備在維持正常運行時，可以經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以內完成。但電氣自動化系統的設備構造機構本身具有聯鎖邏輯比較簡單、操作機構復雜的特點，而控制方式也主要是應用在工業的電系統之中，其主要設備監控是需要接入DCS系統，如果在應用中使用兩臺系統一起運行，那么一臺系統的檢修，就不會影響另一臺系統的運行，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定性。根據電氣設備的主要特點我們知道，在構建ECS時，其系統結構、與DCS的聯網方式是確保系統高可靠性的關鍵。因此，除了要保證系統的正常運行，還要確保系統在運行時各種數據處理和信息收集的準確性，同時提出相應的應急措施，確保電氣系統可以在最好的狀態下運行。

2 我國工業電氣自動化的發展前景

我國工業電氣自動化的利用在改革開放之初，就得到了發展和應用，至今工業電氣自動化的利用，已經改變了現代工業的發展，提高了生產效率，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成本費用。就會使工業自動化的發展給社會帶來更大的經濟效益。因此，大力發展工業電氣自動化技術，不僅可以提高我國工業技術的發展水平，縮小與西方發達國家工業自動化生產技術方面的差距，而且可以通過我國對工業電氣自動化的自主研發，對國民經濟的發展起著更大的推動作用。

工業電氣自動化的發展，主要是結合現代高科技革命的計算機應用網絡技術，使工業電氣自動化在計算機網絡的操作之下，實現各個運行部分的緊密配合，實現操作的一體化。這樣的一體化技術，可以使機器操作變得更加流暢，是工業電氣自動化發展的重要方面。要將電氣自動化的網絡連接，提高信息的處理能力；就要在網絡中建立起獨立的網絡，實現把安全危險分散，促進電氣自動化系統的正常運行；而信息化就是實現設備與網絡技術相結合，實現網絡自動化和管控一體化。如今，已經到了開創電氣自動化的新時代，如何實現自主研發，是未來電氣自動化發展的目標。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勢，必須吸取高科技先進的經驗和技術，為實現自主研發提供條件。同時，將科學發展觀作為前進的基礎和指導思想，以人為本，及時發現問題，總結先進的經驗，為改變傳統的電氣自動化尋找一條發展之路。

3 我國電氣自動化系統的發展措施選擇

3.1 電氣自動化系統的開發平臺措施

工業電氣自動化系統的發展，首先要采用系統開發平臺，這個相對統一的開放平臺，對于電氣自動化系統的設計意義重大。利用該平臺可以實現自動化運作的模式，在實施和測試等環節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，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，即開發平立于最終的運行平臺。根據運行項目的特點和最終用戶的需求決定將統一的運行代碼下載到硬件PLC、基于Windows NT的軟件PLC、嵌入式NT系統還是基于Windows CE的控制系統中，在這方面，基于PC的自動化產品滿足了以上要求。

3.2 電氣自動化系統與網絡建設措施

網絡建設的發展也有一定的促進作用，對于電氣自動化系統而言，網絡構建至關重要。整個網絡的結構既要保證現場控制設備以及企業管理系統的信息交流的暢通無阻，還要與計算機的監控系統緊密配合。企業管理層可以利用計算機網絡對現場所運行的設備進行監督和控制。在進行系統網絡規劃時，無論選擇與現場設備通訊的現場總線還是與上級計算機或辦公系統通訊的以太網，所選擇的網絡產品必須能夠保證從辦公自動化環境到控制級直至元件級的整個系統范圍內的通訊。而且，在整個網絡中貫穿著集成的網絡配置和編程、集成的數據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 電氣自動化系統與標準化的程序接口措施

成功的自動化系統的另一個重要因素在于標準化的程序接口。我們可以利用現代信息技術，包括在一定程度上實現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中數據共享和數據交流的快捷性。在與企業的MES系統、ERP系統連接時，基于PC平臺的自動化解決方案意義非同尋常。使用計算機系統進行操作，能夠實現辦公環境的標準化應用，計算機系統在電氣化管理和系統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，這是未來工業電氣自動化發展的一個方向。

4 結語

工業電氣自動化系統的技術發展，具有關系著我國電氣自動化設備的發展的重大意義，文中結合工業電氣自動化系統的實際應用，得到了電氣自動化設備的繼續創新和發展，在利用電氣自動化設備的技術先進、經濟合理的前提下，為我國電氣自動化事業的跨越式發展做出貢獻，為盡快實現小康社會努力奮斗。

【參考文獻】