低成本自动化及其在工业控制中应用

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1、低成本自动化及其在工业控制中应用作者：马竹梧　　摘要：本文首先叙述低成本自动化的概念，系统构成、硬件、软件和功能选择原则，特别是先进功能的考虑方法和效益。最后叙述低成本自动化应用的例子。　　1.前言　　发展工业的传统方法是投入一些资金以建设新厂或增加设备，增加原料投入和增加人力以达到增产目的，然而这种粗放经营的方式在工业生产中已证明其局限性，特别是在激烈的市场竞争中无论价格和质量部无法取胜。故从60年代开始，西方国家就开始对工业进行改造，特别是重工业和大型厂矿，除组织合理化以外，主要靠技术进步，即新设备、新工艺和自动化及计算机应用，

2、而使各类工业飞速发展，且朝高产、优质、多品种和节能降耗以及低成本方向发展。由于自动化及计算机应用不仅节省人力，更重要的是把工异参数严格控制在规定值、监控生产过程，甚至自寻最优而使工艺过程优化，达到高产、优质、节能降耗和降低成本，而且能生产过去不能生产的产品，故自动化及计算机应用不仅是工业现代化的标志，而且是生产必需和关键的环节，因此世界各国都努力发展工业自动化。到目前为止，工业自动化已如图1所示的我级计算机自动化系统，虽然大多数工业，特别是中小企业大都只装备基础自动化级和过程自动化级，但这种计算机集成制造（CIMS）结构已成为工业自

3、动化的标准形式。在美、欧、日等发达国家，其大型企业和跨国公司大都实行CIM和CIP技术，然而这种方法需要大量资金，是一种高投资、高效益但同时是高风险的发展模式，很难为大量的中小企业所采用，故运去这些中小企业，甚至一些大型企业往往只实行基础自动化，然而实践证明仅有基础自动化虽然也收到一定效果，但仍然难以满足生产要求，特别是过程自动化，其优化、监控、预报等功能更是必不可少和能取得重大经济效益的重要环节，然而传统的使用VAX型计算机甚至使用Alpha型小型机构成的过程自动化级，其昂贵的硬件和系统软件以及应用软件编程的费用也令人望而却步。　

4、　此外，为提高效率和取得重大经济效益，中小企业也要装备管理自动化级。就是只实行基础自动化，对PLC或工控机也面临：（1）要求降低成本；（2）增加灵活性；（3）增加诊断功能以提高可维护性；（4）缩短程序开发时间和降低其费用，这就要求实现LCA（低成本自动化）系统。　　2.低成本自动化的概念　　　什么是LCA（低成本自动化）？很难有确切的定义，但其本质上是针对中小企业或某些准大型企业，因为大型机组如钢铁工业的5000立方米高炉、300t转炉、1900mm连铸机、2050mm板带热连轧机和5000mm中厚板轧机等，虽然也要求价廉物美的自动

5、化系统，但无论企业产值、效益，对自动化的要求及允许投资占总设备投资的百分数，对装备完善的自动化系统是不会有问题的（当然，近年来这些机组也采用部分LCA技术了），此外也不能把什么都算低成本自动化或什么自动化都是低成本的，否则将会得出错误的概念而不利于实现低成本自动化。低成本自动化广义的概念是：　　（1）其投资可以达到或增加产量或改善质量、节能和降耗目的，并可使资金在1-2年内回收，一般占设备总投资的7-12％；　　（2）低成本自动化必须是紧凑的、功能是必需的、可用性是良好的；　　（3）低成本自动化抽粗后，其功能投入率应在95％以上；　

6、　（4）低成本自动化必须是易维护的且维护费用是较低的，工作是可靠的，在线率应在95％以上；　　（5）低成本自动化的投入产出比应是显著的，应为1：3-5若以投资在1-2年内回收，则设备寿命应为在5-8年；　　（6）低成本自动化投资应有个相对上限值，在新建厂矿应低于一般规定的占总设备总投资的百分比，对特殊项目应远低于省市权限批准的资金范围内。　　　3.低成本自动化的范围　　　　低成本自动化的范围原则上包括如图1所示的全部功能，即ISO的CIMS标准六级功能，有人认为LCA应针对基础自动化，这种观点不仅是错误的而且是有害的，特别是新建厂矿

7、，自动化项目的委托及内容往往由工艺人员或主管人员所决定，为节省投资而削减过程自动化，而导致甚至90年代末新建厂矿远低于世界先进水平，且影响产品质量和成本。如上所述，过程自动化能实现优化、监控、预报等功能，是必不可少和能取得重大经济效益的重要环节。济钢30立方米小高炉实现过程自动化，装备监控和多目标优化和炉况综合判断功能而取得增效益234万元的良好的经济效益就是一例。　　　　国外对CIMS的发展，不仅大型企业适用，而且出现中小规模的CIMS，后者就是LCA的范畴，不过装备不同，功能稍弱而己，对这种观点，国内不少持异议，然而美国DEC公

8、司和UCE公司在十多年前就介绍了大、小两种钢铁厂的CIMS，后者在CHAPARREL厂的实现支持了本文的观点。特别是近年来，工控机的性能大大提高，无论内存、快速性和低价格以及支持软件的低价都将为LCA的CIMS系统创造条件。　　　4．