工业自动化网络技术范文

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1 我国冶金工业自动化发展现状

1.1 我国冶金工业自动化现状

在冶金企业中，控制系统为分级结构：0级是采集执行层（传感器和执行器），完成物理量的测量和控制命令的具体执行；1级是控制层（即所谓的基础自动化），完成生产工艺过程的集中控制；2级一般为生产模型计算，用于生产控制的优化；3级为生产管理和调度系统，用于协调调度各工序间的协同工作；4级则是企业信息系统层。这些层面均需有相应的网络构成互联的有机整体。在2级以上（含2级）层面大都采用以太网，1级以下（含1级）一般是专用网络（现有向工业以太网方向发展态势），采用专用的控制设备及软件。其中，各种网络的无缝集成是冶金企业实现信息化建设的难点和重点。因此做好控制和管理系统的信息集成，避免出现“自动化孤岛”，企业信息化才能落到实处，且真正发挥其应有的作用。

进入二十一世纪以来，我国钢铁工业自动化程度得到大大提高，从铁矿石堆放场、选矿、烧结厂、高炉、铁水预处理、转炉、炉外精炼、连铸、轧钢等钢铁生产的各个工序现场，自动化设备随处可见，不仅配备了比较先进的单机操作系统，而且还有完善的集散式分布系统。目前我国的大型钢铁联合企业比如：宝钢、首钢、武钢等从国外引进了先进自动化控制系统和设备，然后进行吸收消化、改进创新，因地制宜，使之符合自身的实际生产需要，其自动化水平已经达到国际先进水平；同时随着国家对钢铁行业的越来越高的要求，一些落后的设备被淘汰，新建的项目大多数都配备了自动化系统和单机自动化生产设备，比如即将开工建设的武钢的防城港和柳钢的湛江项目，将会成为我国南方的精品钢材基地。

1.2 我国与国际冶金自动化发展水平差距

在钢铁自动化生产产品方面，国内从事冶金工业自动化工程建设的电气公司与国外著名的公司相比，存在两个方面的差距：第一，我国缺乏相应的自主知识产权，大多都是依赖国外进口，缺少一个固定的硬件和软件运转平台。没有自己的品牌，比如这个项目配备的是德国西门子的系统，另一个项目也许选择ABB作为控制系统，甚至一些国外几年前已经淘汰的自动化系统如：可编程逻辑控制器（PLC）、集散控制系统（DCS）也被一些企业引入到生产中来，即使是一个企业不同的单位使用的系统也可能不一样，这样就给选择一个网络平台集合各个分系统带来一定的难度；第二，在成套技术积累经验方面，国内没有国外丰富。国内的冶金自动化从改革开放才开始发展，起步较晚。一套完整的自动化系统除了包括方案说明、参数配置、程序调试、功能说明，还应该包括一些关键生产技术指标、检测仪表的选型和安装等。

2 自动控制技术在冶金工业中的运用

钢铁生产工序多而复杂，由此控制系统均采用分级结构：0级主要是执行具体命令；1级主要是集中控制生产过程；2级主要通过模型计算，优化生产控制；3级主要是调度，保证各工序协调工作；4级是企业信息系统层。不同的工序都会有自己的自动化系统，现在我国钢铁行业面临的一个难题就是寻找一个合适的网络把这些层面互有机整体，避免出现“冶金自动化孤岛”，解决各种网络的无缝集成，实现冶金企业的信息化建设。

2.1 现场总线技术

现场总线控制技术（fieldbus control system简称FCS）产生于上世纪80年代，经过30多年的发展，目前有60多个不同厂家生产的总线产品，如基金会现场总线、Profibus、由德国BOSCH公司推出的CAN、由Rosemout公司开发并得到八十多家著名仪表公司支持HART（Highway Addressable Remote Transduer缩写）等。其在实现各种系统的无缝集成、沟通生产现场、控制设备、企业更高的系统管理层之间的联系等方面有其独特的优势，因而被冶金行业广泛运用。现场总线控制技术具有以下几个特点：系统开放、各系统之间既可功能自治也可以互相操作、系统结构极其分散、对不同生产环境适应性强。

2.2 工业控制计算机（IPC）的应用

冶金行业和其他行业一样，自动化控制装备的进展经历了从PLC、DCS到FCS的扩展，近年来，随着PC（个人计算机）机的出现，在自动化控制设备和系统中IPC得到了众多企业的亲睐。

所谓工业计算机（IPC）就是指把个人计算机（PC）的硬件进行加固，再安装上系统控制软件，这样就可以用于工业生产控制、环境适应能力更强。IPC具有高度开放。价格低廉、更加灵活、功能更加强大等优点。从本质上讲，IPC就是在同一硬件运行平台上，把通信、人机界面及其他功能软件集合在一起，它具有PLC及DCS的功能，PC机可以运用更多款、价格较为低廉的系统，如Windows-NT，Windows-CE，还可以安装各种系统级程序开发工具，成本也更加低廉。重庆钢铁公司现已将

全部的大型加热炉的控制器由原来的DCS或单回路数字式调节器改为PC-based工控机来控制生产系统，效果良好，不仅经济效益显著，而且方便以后的维护工作。

3 利用工业以太网在实现冶金自动化

3.1 以太网具有的特点

随着冶金企业的发展，必然伴随着生产线的改造和新建、淘汰旧的设备和引进新的设备来提高自身的竞争力。但是科技是不断发展的，今天的先进技术在以后可能会变为落后的技术，这样控制系统的高度集成就存在难度，导致了“自动化孤岛”的出现。近年来，网络技术的迅速发展解决了这一难题，工业以太网（Ethernet）被逐渐引进到自动化控制领域中来，采用完全公开的网络互联标准Ethernet TCP/IP协议，目前几乎所有的自动化厂生产的控制器均提供Ethernet TCP/IP接口或者以太网I/O产品。

工业以太网作为自动化控制网络具有的优势有：1）数据传输快，有足够的带宽；2）以太网中利用开放式和交互式数据提取、存储技术；3）存在时间长，有统一标准，有相同的通信协议，设置、诊断、维护比较成熟，已被大多数技术人员接受；4）不同的通信协议可以在同一总线上运行，为企业建立公共网络平台做铺垫；5）可以使用不同的物理介质传输，可以组建各种各样的网络拓扑结构。

3.2 工业以太网在冶金自动化中的应用

在如今的冶金生产中，利用工业以太网可以把不同类型的网络化仪器仪表与IPC连接到Internet上，或者通过RS232、RS486、IEEEl394连接到串行网络上，或者利用局域网把各种不同的系统连接起来，通过GPIB-LAN控制器实现控制功能。在钢铁生产中的应用如：现在一些大型钢铁集团对原料厂的铁矿石进行成分分析，对烧结厂生产的成品烧结矿、铁水、钢水进行成分分析都是通过网络化来实现，检测的数据直接被送到相应分厂的技术部门、生产部门和计算机监控系统，公司其他员工也可以到网上直接查看或者下载这些数据与表格，客户也可以直接到公司的网站上查询自己需要的钢种的各种信息，这样很好地实现了数据共享。

总而言之，在钢铁冶金企业利用自动化网络控制技术可以提高生产率和成品合格率，节能减排，同时还可以减少生产事故，是符合我国钢铁发展的总体方向。但是我国冶金自动化起步较晚，科研投入也不及国外，总体的自动化水平尤其是集成与开放程度不高。IPC与TCP/IP以太网结合进行冶金自动化生产控制是比较理想的选择，为冶金信息化提供了坚固的通讯平台，很好地解决了冶金企业控制与管理系统的集成问题，使整个工厂实现一网架构，为企业带来显著的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]马竹梧，信息化、自动化的进展与钢铁工业自动化[J].冶金自动化，2003年增刊.

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关键词：工业自动化；计算机应用产业；发展；探讨

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007—9599 （2012） 14—0000—02

随着社会经济的发展和计算机应用技术的不断进步，如今工业自动化计算机应用产业以不再局限于传统的工业自动化的计算机应用产业范围，不仅局限于计算机应用产业对于工业自动化的控制和管理作用上，工业自动化计算机应用产业越来越呈现多元化的发展状态，工业自动化也逐渐的由传统的低成本工业向网络化、智能化和集成化的方向发展，计算机应用产业也越来越多的应用于工业自动化和信息自动化领域的发展中。工业自动化计算机应用产业的快速发展不仅对于传统工业的升级改造具有很大的推进意义，而且对于工业自动化计算机应用产业的应用发展也具有一定的机遇作用。

一、工业自动化计算机应用产业的发展特点

工业自动化计算机应用产业就是指计算机应用产业在工业自动化领域的相关应用。随着计算机应用技术的发展，应用于工业自动化领域的计算机应用产业主要是指计算机自动化技术以及计算机的网络技术、计算机通信技术、计算机控制技术对于工业自动化发展的影响。

工业自动化计算机应用产业的特点主要表现在工业自动化计算机应用产业的界限比较模糊、工业自动化技术和计算机应用技术在产业发展应用中相互融合和工业自动化计算机应用产业发展领域的不断扩大。首先工业自动化计算机应用产业的界限比较模糊的特点主要表现在工业自动化计算机应用产业中工业自动化计算机应用产业系统以及工业自动化计算机应用产业的自动化技术、数控技术、机电一体化技术等，这些应用技术在各学科之间相互联系、各自渗透，相互之间的边界比较模糊。同样，在实际应用中工业自动化计算机应用产业技术相互之间的界限也没有进行很清晰的分界。工业自动化计算机应用产业的技术之间的相互融合特点就主要体现在，在实际产业发展应用中，工业自动化中的一些使用技术和计算机应用技术虽然各自有自己的适用领域，但是在实际应用中都是相互补充、相互促进，融合使用的。工业自动化计算机应用产业的应用领域的不断扩大，随着社会经济的发展以及计算机应用技术的进步，这一特征尤为明显，如今计算机应用产业技术已不仅局限于工业自动化领域的应用，同样在信息自动化领域的应用也逐渐的推广开来，有了很大的突破和发展。

二、工业自动化计算机应用产业的发展和趋势

对于工业自动化计算机应用产业的发展以及发展趋势的探讨主要是从计算机应用产业的市场发展和工业自动化计算机应用产业的技术发展、工业自动化计算机应用产业的行业发展三个方面进行的。

（一）工业自动化计算机应用产业市场发展和趋势

从工业自动化计算机应用产业的市场方面来说，首先工业自动化计算机应用产业的市场规模不断的扩大并增长。工业自动化计算机应用产业的市场增长转折主要是由社会经济的发展态势以及市场需求决定，世界性金融危机的产生对于工业自动化计算机应用产业市场发展也没有产生太大的影响，并且随着工业自动化计算机应用产业的市场发展，相关预计认为工业自动化计算机应用产业在未来的发展和应用等方面都具有很大的增长空间。对于中国市场的工业自动化计算机应用产业来讲，虽然随着社会经济以及市场技术等发展，工业自动化计算机应用产业会出现较为激烈的竞争局面，这对于产业的稳定发展的大局不会有太大的影响。工业自动化计算机应用产业的新发展领域中外资企业以及品牌会占有相对较大的优势。

其次工业自动化计算机应用产业的发展前景也十分的广阔，尤其是信息化的深入发展，对于这方面的发展需求会更大。工业自动化计算机应用产业的技术以及设备信息等优势条件是其他一些行业发展以及进步的基础，对于工业自动化计算机应用产业来讲，当社会经济和现代的信息技术发展到一定的程度时，工业自动化计算机应用产业所带来的信息化以及网络化资源技术必将成为其他一些行业发展和进步的必需支撑，这对于工业自动化计算机应用产业来讲是十分有利的。而且随着其他行业对于信息以及技术等的需求的扩大，工业自动化计算机应用技术的发展前景也会随之扩大。

最后，工业自动化计算机应用产业的发展中有一定的长尾市场发展趋势。这主要和工业自动化计算机应用产业在不同应用中的不同功能需求有很大的关系。随着社会经济发展，工业自动化计算机应用产业的发展领域也会随之扩大，为了实现工业自动化计算机应用产业发展过程中对于技术以及信息的不同需求，就会有不同工业自动化计算机应用产业的产品随之出现，但是由于这类产品的生产技术以及价格成本和利率等问题，与其它的一些工业自动化计算机应用产业的市场来讲具有一定的狭隘性和局限性，会呈现一种产品供应数量少类型多的长尾市场的发展趋势。

（二）工业自动化计算机应用产业技术发展和趋势

工业自动化计算机应用产业的技术发展情况以及发展趋势主要表现为工业自动化计算机应用产业技术发展呈现集中自动化向分布式自动化发展的趋势、网络线路趋向于向以太网方向的发展以及工业自动化计算机应用产业的通信方式由工业有线自动化向无线通信技术方向发展。

首先工业自动化计算机应用产业的集中自动化向分布式自动化方向发展主要是因为分布式自动化结构设置具有可以实现将分布存在的设备系统连接起来，以实现集中完成工业自动化的生产和控制、管理等过程，对于不同的工业自动化工程需求都能够进行满足，具有很大的应用空间。工业自动化计算机应用技术发展中，一些传统的工业自动化计算机应用产业软件都是使用集中的中央控制器设置进行计算机应用产业中相关程序软件的编制和开发工作。往往这类的工业自动化计算机应用产业在进行程序以及软件的处理过程中不仅需要进行编写开发工作，还需要对于工业自动化计算机应用产业中的现场设备以及控制系统、通信程序等进行编写，相对比较麻烦。工业自动化计算机应用产业中实现分布式自动化则可以很好的避免这一麻烦。

其次以太网线路传输是计算机网络传输中最具有优势的网络传输应用线路，对于工业自动化计算机应用产业的发展有很大的积极作用。以太网技术在计算机应用产业中的应用不仅对于系统的运行效率有较大的提高，而且可以满足不同的产业发展对于网络技术的应用需求，具有很大的应用范围。同时以太网技术进行网络的应用对于数据和网络信息的传输也具有很大的积极作用。工业自动化计算机应用产业发展对于网络化以及信息化较高需求都是以太网技术得以应用的重要体现。

而无线通信技术可以实现较大区域的信息数据的传输，并且传输速率高、抗干扰强、维护成本低具有很大应用价值，是工业自动化计算机应用产业发展的有一个趋势。工业自动化计算机应用产业发展中，使用的工业无线通信技术对于产业内部的设备之间的相互数据信息的传递具有很大的作用。但是随着社会经济发展以及通信技术的进步，工业自动化计算机应用产业的通信发展已经不仅局限于产业工厂内部的通信，会趋向更大范围的通信发展，这就使得无线通信技术的应用显得十分有必要。

（三）工业自动化计算机应用产业行业发展和趋势

工业自动化计算机应用产业的发展在我国不仅具有一定的行业发展源地优势，并且工业自动化计算机应用产业的发展还将具有较大范围的直销以及服务网络建立，这对于工业自动化计算机应用产业的发展提供了很大的产业支撑，对工业自动化计算机应用产业的发展有很大的支持和推动作用。而且自主创造和创新的提倡对于工业自动化计算机应用产业的自主创新发展也有很大的积极意义。

三、结束语

总之，工业自动化计算机应用产业的发展不仅对于计算机信息应用和工业产业的发展具有很大积极意义，而且对于推动社会经济发展和稳定也具有很大的意义。

参考文献：

[1]郝俊丹.对工业自动化计算机应用产业发展的探讨[J].中国科技博览，2012，4

[2]饶文红.探析工业自动化计算机应用产业发展趋势[J].计算机光盘软件与应用，2011，22

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关键词：工业自动化仪表 自动化控制技术 工业生产技术

中图分类号： TN830 文献标识码： A

1 工业自动化仪表

1.1工业自动化仪表的测试分类

（1） 温度仪表：电气工程的生产运行过程中，会产生不同的温度变化，需要监控生产过程中的温度。传统的温度监控，主要是通过热点偶或者是热电阻实现的。随着我国电子科技技术的不断发展和进步，目前电气生产过程中实施温度监控，应用的主要是具有较高智能化特点的温度控制系统。在微电脑控制芯片中，可以利用总线技术输入采集到的设备生产运行信息数据，并且对收集到的信息数据进行处理。（2）物位仪表：在电气工程中，对物位仪表的应用，主要是通过记录位置，以测量产品。例如，在化工生产过程中，可以测量试样高度；在输油管道中，可以测量油面的位置；在铁道电气化工程中，可应用激光测试距离等。这些都属于对物位仪表的应用范围。（3）压力仪表：一些生产过程中，为了实现生产需要，需要应用压力控制。压力测量的时候，传统的应用方法是利用压力计实现。连接压力计的时候，一般都是应用导压管道，可以观察生产过程中产生的压力变化。全面了解生产过程中出现的压力变化，才能及时采取相应的措施对一些问题进行处理，避免对生产设备造成损坏，危及人们的生命安全。

1.2 工业自动化仪表的发展

随着科学信息技术的不断进步和发展，仪表自动化发展速度也不断加快。目前，仪表的自动化发展中，主要的发展趋势主要体现在现场总线的发展和控制软件的标准化发展方面。

1.2.1 现场总线的发展

电气工程中，现场总线是一种通信系统，可以实现自动化系统和现场设备之间的通信。而且，这种通信系统具有开放性和数字化特点，主要是应用分支结构进行通信，可以实习双向和串行通信。应用一定的技术，在仪表上进行连接，可以从仪表实现对大部分控制功能的有效掌握。这是现场总线控制系统的主要作用，实现了电气系统控制和测量的一体化发展，可以分散控制。在很大的程度上，有效的提高了控制系统的可靠性，并且降低了电气生产过程中的成本，节约了资源，促进了仪表的自动化发展。

1.2.2 控制软件的标准化发展

电气系统运行要求的不断提高，人们需要对电气设备进行不断的改造。仪表作为电气设备中的一项重要组成部分，在电气系统的运行过程中发挥了重要的作用。随着仪表的自动化发展，电气系统中的控制软件也逐渐实现了标准化发展，同时具备了向工程化和商品化发展的方向。在电气工程的生产运行过程中，应用先进的软件控制系统，不仅可以提高电气工程的控制能力，还可以对原有控制系统中存在的不稳定、非线性和时变性等问题进行有效解决。并且，对于检测效果较低和外界事物干扰的随机性等因素造成的问题或者安全事故，也可以及时处理。不断的应用科学信息技术和先进的科学理论知识，对控制软件进行不断的完善，才能实现控制软件的商品化、工程化和标准化发展。保证自动化仪表的稳定发展，才能提供更多方便的服务，保证电气系统的运行安全。

2工业自动化仪表控制系统的相关技术

工业的自动化技术包含了三层结构：PCS、MES、ERP。PCS层，主要负责控制过程，对生产工艺的水平和精确度进行严格把关，确保产出产品的质量，以保持和扩大市场占有率。在这一层中，可以实现对工艺参数的更新与优化，通过此途径来实现对生产工艺过程的控制。MES层，主要任务是优化管理与控制，对控制过程与管理过程进行协调，以保障资源配置的最优化，是自动化控制系统的中枢。ERP层，是企业的资源管理系统，主要是以信息技术为通信基础，以其提供的参考信息为根据进行决策分析，并将其运用到企业运作中。管理是ERP层的核心内容，在财务管理中其对管理效率的提高作用体现的尤为明显。这三个层次体系的集成综合，实现了自动化体系结构的完善。工业仪表主要使用的是工业生产过程的参数，通过对生产过程的控制与监测，可以实现对产品质量的保障。智能化工业仪表，其特点是功能强大、软件丰富、对产品质量的监控具有很强的实用性。

3 工业自动化控制技术

3.1工业自动化控制技术系统简介

工业的自动化设备是由自动化控制系统统一控制的，自动化控制仪表就是这一总体调度系统的核心。自动化控制仪表是由自动化控制功能原件构成的，可以为控制系统对设备的运行状态实施监控，对设备的运行参数进行调整，具有较为完善的自动化功能。经典的自动化控制仪表是由控制、自动报警、记录、显示等功能模块构成的，可用于电力、石化、冶金、科研、国防等领域，在这些领域中以数控仪表、温度控制仪表、压力控制仪表、流量控制仪表等形式出现，自动化控制系统围绕这些仪器构建而成，可对信号的时间和频率进行表达，并实现数字信号和模拟信号的转换与调试。

3.2 工业自动化控制系统的发展

3.2.1 现场总线技术的发展

在线分析仪表、变送器、执行器等共同构成了工业自动化仪表控制系统的现场使用设备，在这些设备上，使用现场总线技术，可以较容易地实现对设备的控制系统的组建，并使分布式测试系统更具可拓展性。在进行自动化控制系统建设的初期，应用较为广泛的是集中式测控系统，而在现代规模化工业生产的发展形势下，集中式测控系统显然不能够适应这一发展趋势，而通过将生产仪器与设备纳入到建立的控制网络中的控制形势能够很好地解决这一问题，这便是现场总线控制技术。现场总线控制技术是连接现场智能化仪表与中央控制系统的一种连接技术，这种连接技术具有全数字化、开放性、双向传输等特点，是一种多站式信息输送系统。现阶段，在自动化控制系统的建设中，现场总线已经成为了系统建设中的重要应用技术，以其能够为系统发展提供耗能小、适应性强、精确度高、稳定性好的空间而受到工业自动化控制系统建设的广泛青睐。一些现场总线控制系统生产厂家已为总线生产了配套的测量仪表和调节阀，以扩大其市场占有率。

3.2.2 网络技术在自动化控制系统中的应用

现阶段网络技术已经应用到了自动化控制系统中，以数字化通信技术的形式存在，在系统的网络层发挥着重要的通信传输作用。随着智能仪表相关技术的发展，以及网络技术的应用，自动化仪表将逐步通过嵌入式的方法融入到通信网络中，增加网络的透明化程度，将办公自动化与工业自动化完美结合在一起。

3.2.3 网络控制系统

嵌入式操作系统核心软件与微处理核心硬件系统在测控仪器中使用的较为广泛，它们能够使仪器仪表与计算机间的数据传输与控制更加紧密，仪表设备上的局域网络接口、打印机接口、USB接口等更加增强了测控仪器的通用性。通过与计算机的连接，设备在操作时更加简便，与计算机的操作类似，这样能够使智能化设备与控制设备的操作具有更强的开放性与实用性。

3.2.4 分布式控制系统

继集中式控制系统后，分布式控制系统逐渐引领了设备智能化测控的控制方式，以集中式控制系统为基础，综合了现代图形显示技术、现代控制技术、现代化计算机技术、现代通信技术等，做到了对设备参数的灵活配置和分级管理，充分发挥了其优越性。

结束语

本文对工业自动化仪表控制系统的发展以及控制系统的技术进行了介绍，通过介绍我们可以知道，现场总线技术以及分布式控制系统对工业自动化的重要作用，以及网络技术在系统建设中的作用等都是不容忽视的。在工业自动化仪表控制系统未来的发展中，其智能化的特征将会越来越明显，并会在很大程度上满足与引领市场需求。

参考文献

[1]杜晓峰.浅析自动化仪表控制系统技术[J].中国新技术新产品，2012,7（25）：65-66.

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关键词：工业自动化现状与发展趋势

中图分类号：F287.2文献标识码： A 文章编号：

前言

现场总线技术的发展，引起了自动化系统结构和自动化控制概念的变革，进一步推动了管控一体化企业信息系统的建立，它集计算机技术、信息技术和自动化技术为一体，成为流程工业自动化发展的趋势。随着市场经济的发展，工业企业面临前所未有的发展机遇和愈加严峻的挑战，对企业的生产经营管理提出了更高的要求。管控一体化企业信息系统的建立，将是增强企业竞争力的重要途径。随着信息技术的不断发展，网络的普及，将会使管控一体化的重要性日益显露出来，由以PLC 为基础的集散型控制系统向以现场总线为基础的管控一体化分布式网络信息系统过渡是必然的。

一、工业控制自动化现状

我国工业自动化制造产业经过一段时间发展, 已经逐步实现国产化的过程。在下游冶金、石化等行业的需求以及自动化率提升的双重带动下, 我国工业自动化控制系统装置制造产业取得了长足的发展。但是, 我国工业自动化具有自己的特点, 下面就对我国自动化的优势和劣势进行简要总结。

1 我国工业控制自动化的优势

从整体上看, 我国工业控制自动化具有以下优势, 第一、工业控制自动化产品技术含量高, 专业性强, 而且产品繁多, 业内第一门户网站; 中国自动化学会的唯一门户网站及合作网站中国工控网目前分类达16 个大项, 2 0 余个小项, 第二、厂商众多, 全球厂商达2 0 万家, 仅变频器的生产商就达2 0 0 0 余家; 第三、市场巨大, 9 0 年代以来,我国工业自动化控制系统装置制造产业的产量一直保持在年增长2 0 % 以上, 2 0 0 9 年我国仪器仪表行业规模以上企业5 , 3 6 3 个, 完成工业总产值4 , 0 4 7 亿元, 销售产值3 , 9 4 7亿元, 其中工业自动控制系统装置占比约2 1.2 6 % , 达到8 4 3 亿元。

最新的研究报告指出中国自动化控制系统市场规模在2014年将会达到1 , 3 1 亿元; 第四、工业控制自动化大范围应用, 遍及冶金、石油、化工、纺织、造纸、机械、机床、汽车、航空航天、楼宇、环境工程等所有工业及民用领域。

2.我国工业控制自动化的劣势

虽然工业控制自动化在我国得到了一定程度的发展,但还是存在很多不足的地方, 主要有以下几点: 第一、竞争激烈, 国内工业控制系统产品供应商直接面临西方发达国家的竞争, 无论I P C 、D C S 还是P L C , 与外国公司相比较, 我国的企业仍处于弱势地位; 第二、总体上自动化企业规模太小, 工业自动化比例依然不高, 我国自动化仪器仪表行业的产值占GDP 的比例从90 年代的0.5 %才刚刚提升到2 0 0 9 年的1.1 %, 而美国在9 0 年代就达到了4 % 的水平; 第三、自动化企业多数急功近利, 科技研发投入较少, 科研人员队伍不稳, 缺乏长时间的科研积累, 缺乏自主创新能力, 大型装备自动化控制系统的应用程度较低, 有信誉的品牌产品还未形成; 第四、与国际著名品牌系统相比还有差距, 多数自动化企业没有明显的核心技术能力, 缺乏后劲, 国产系统就总体水平特别是在应用平台和开放性方面等较低, 而且国内自动化系统企业综合业务能力差, 系统产品系列不全等。

二、工业自动化发展趋势

工业自动化领域的发展趋势之一是控制系统的智能化、分散化、网络化，而现场总线的崛起正是这一发展趋势的标志。

1. 现场总线的崛起

多年以来，工业自动化领域的过程控制体系历经基地式仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统(DCS)等4 代过程控制系统，当前我国工业自动化的主流水平即处于以PLC 为基础的DCS 系统阶段。与早期的一些控制系统相比，DCS 系统在功能和性能上有了很大进步，可以在此基础上实现装置级、车间级的优化和分散控制，但其仍然是一种模拟数字混合系统，从现场到PLC 或计算机之间的检测、反馈与操作指令等信号传递，仍旧依靠大量的一对一的布线来实现。这种信号传递关系称之为信号传输，而不是数据通信，难以实现仪表之间的信息交换，因而呼唤着具备通信功能的、传输信号全数字化的仪表与系统的出现，从而由集散控制过渡到彻底的分散控制，正是在这种需求的驱动下，自20 世纪80 年代中期起，现场总线便应运而生，并通过激烈的市场竞争而不断崛起。

现场总线是应用在生产现场的全数字化、实时、双向、多节点的数字通信系统。现场总线技术将专用的CPU 置入传统的测控仪表，使它们各自都具有数字计算和通信能力，即所谓“智能化”，采用可进行简单连接的双绞线、同轴电缆等作为联系的纽带，把挂接在总线上作为网络节点的多个现场级测控仪表连接成网络，并按公开、规范的通信协议，使现场测控仪表之间及其与远程监控计算机之间实现数据传输与信息交换，形成多种适应实际需要的控制系统，即所谓“网络化”，由于这些网上的节点都是具备智能的可通信产品，因而它所需要的控制信息(如实时测量数据)不采取向PLC 或计算机存取的方式，而可直接从处于同等层上的另一个节点上获取，在现场总线控制系统(FCS)的环境下，借助其计算和通信能力，在现场就可进行许多复杂计算，形成真正分散在现场的完整的控制系统，提高了系统的自治性和可靠性。

FCS 成为发展的趋势之一，是它改变了传统控制系统的结构，形成了新型的网络集成全分布系统，采用全数字通信，具有开放式、全分布、可互操作性及现场环境适应性等特点，形成了从测控设备到监控计算机的全数字通信网络，顺应了控制网络的发展要求。

2.现场总线的新动向———工业以太网

长期以来的标准之争，实际上已延缓了现场总线的发展速度。为了加快新一代系统的发展，人们开始寻求新的出路，一个新的动向是从现场总线转向Ethernet，用以太网作为高速现场总线框架的主传。以太网是计算机应用最广泛的网络技术，在IT 领域已被使用多年，已有广泛的硬、软件开发技术支持，更重要的是启用以太网作为高速现场总线框架，可以使现场总线技术和计算机网络技术的主流技术很好地融合起来。为了促进Ethernet 在工业领域的应用，国际上成立了工业以太网协会，开展工业以太网关键技术的研究。此外，开发设备网供应商协会(ODVA)已经了在工厂现场使用以太网的全球性标准- - 以太网／IP 标准。该标准使用户在采用开放的工业应用层网络的同时，能利用可买到的现成的以太网物理介质和组件，也即由多个供应商所提供的可互操作的以太网产品。

结束语

从生产现场到企业( 集团) 管理层可经由工业通信网络, 实现信息的有序无缝流通, 不仅使企业实现生产过程优化和资源优化, 同时使企业实现物流、资金流和信息流的集成, 以缩短企业新产品的开发周期、提高质量 、降低成本、改进服务和改善环境, 从而提升企业的市场应变能力和盈利能力。应用工业自动化技术, 对工业生产过程实现测量、控制、优化和决策, 使企业实现“好、省、多、快”,提升企业的市场竞争力, 因此“国家中长期科技发展规划”已明确, 工业自动化技术作为21 世纪现代装备制造业中最重要的技术之一。

参考文献

[1] 曹殿春,厚金库.我国工业电气自动化的发展现状与趋势[J]. 中国新技术新产品. 2009(02)

[2] 刘会.工业自动化控制的现状和未来发展趋势[J]. 硅谷. 2010(02)

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关键词：工业控制网络 实验平台 系统集成 智能仪器

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0159-02

1 研究背景

近年来，工业控制网络一直是工业自动化领域的研究热点，以现场总线技术和工业以太网技术为代表的工业控制网络技术引发了工业自动化领域的重大变革，工业自动化正朝着网络化、开放化、智能化和集成化的方向发展。

随着基于工业控制网络的控制系统不断增加，业界需要掌握工业控制网络技术的人才也越来越多，工业控制网络技术人才主要分为网络应用和网络研发两种类型，网络应用类型主要是进行自动化系统集成，网络研发类型主要是进行智能仪器产品研发。按照CDIO工程教育标准中工程实践场所的要求，建设工业控制网络实验平台，就需要满足以上两个方面的人才培养对实践场所的要求。

现在高校教学中多强调工业控制网络的作用和理论知识，但针对业界需求的实践能力训练不足，工业控制网络实验平台的使用对提高学生实践能力具有重要意义。工业控制网络实验平台的设计要解决三个关键问题：

1.1 系统架构

工业控制网络实验平台根据实际需求分为系统集成和智能仪器两大部分，系统集成实验装置的特点是依托各工业自动化公司成熟的工业控制网络设备构建工业控制网络系统。智能仪器实验装置的特点是依照工业控制网络开放的标准协议设计智能仪器，使其可以集成到工业控制网络系统。

1.2 工业控制网络协议标准

现阶段工业控制网络标准在国际上还没有得到统一，这不仅限制了工业控制网络的推广和应用，很大程度上也限制了高校的工业控制网络课程教学。由于工业控制网络可以应用于过程控制、逻辑控制、运动控制等不同的系统，在军事、航天、制造业、过程工业、楼宇自动化、汽车电子等领域均有应用，不同领域的不同系统对工业控制网络的要求也不同，有的系统要求可靠性、有的系统要求灵活性、有的系统要求实时性、有的系统要求简单以节省成本，现阶段还没有一种工业控制网络得到所有领域的一致认可，再加上各国工业自动化大公司的利益驱动，最终导致工业控制网络标准繁多。

本工业控制网络实验平台选择的工业控制网络协议包括工业以太网、PROFIBUS、DeviceNet、CAN、Modbus，以上几种工业控制网络协议均符合国际标准，在我国具有一定的市场占有率，其中工业以太网、PROFIBUS、DeviceNet的学习侧重于系统集成，而CAN、Modbus的学习侧重于智能仪器。

1.3 实现技术

系统集成实验装置主要涉及PLC、工控机、变频器、触摸屏等课程相关知识，系统集成实验装置在实现技术上的优点是简单、可靠、上手快，缺点是很多技术细节不够开放，系统硬件、软件、通信协议都以“黑盒”形式出现，只能使用其外部接口，对其内部设计不可见。

智能仪器实验装置主要涉及C语言程序设计、微型计算机原理、单片机、智能仪器等课程相关知识，智能仪器实验装置在实现技术上的优点是技术细节开放，缺点是系统硬件、软件、通信协议都需要自己设计开发，对学生要求高，且技术性能指标不好保障。

2 系统集成实验装置设计

系统集成实验装置以逻辑控制、过程控制或运动控制系统为应用背景，为了突出工业控制网络开放性与互换性的特点，本实验装置采用了两家公司的设备进行系统集成，采用了信息层、控制层和设备层三层网络结构，如图1所示。

信息层工业以太网采用西门子公司的S7-300 PLC、台达DVP28SV PLC、工控机、以太网交换机构建星形局域网络。控制层PROFIBUS网络采用西门子公司的S7-300 PLC作为PROFIBUS一类主站，TP177B触摸屏作为PROFIBUS二类主站，PROFIBUS从站分别是西门子S7-200 PLC、ET200M远程IO模块、MM440变频器和台达公司的DVP 28SV PLC。设备层采用DeviceNet网络或者Modbus网络，采用台达公司的DVP 28SV PLC作为主站，从站分别为远程IO模块、变频器和智能仪器。

3 智能仪器实验装置设计

智能仪器实验装置以智能仪器产品开发为应用背景，以单片机为核心设计工业控制网络通信接口。本实验装置采用了CAN和Modbus通信协议，一方面是由于这两种协议实现简单、应用广泛，另一方面是由于此两种协议开发的设备可以作为系统集成实验装置的测试仪表，可以实现对工业控制网络协议分析与研究，还可以实现设备层通信故障诊断。智能仪器实验装置的设计主要包括硬件设计和软件设计。

3.1 硬件设计

智能仪器实验装置硬件框图如图2所示，为了与理论课教学知识点紧密联系，其中单片机选择MSC51系列、过程输入输出模块选择ADC0809和DAC0832，用于数据采集和输出控制。键盘模块采用 4×4扫描键盘，用于学生实验时进行数据输入。显示模块选择1602LCD，用于通信数据的实时显示。CAN模块选择SJA1000控制器和PCA82C250驱动器、Modbus模块选择MAX485芯片。

3.2 软件设计

结合单片机实践教学经验，根据工业控制网络协议需求，进行C语言程序设计。具有数据通信测试功能的智能仪器软件设计程序流程图如图3所示，主程序主要负责现工业控制网络接口初始化、数据处理与输出、按键处理和液晶显示等功能，外部中断子程序负责接收和处理CAN总线数据帧，串口中断子程序负责接收和发送Modbus数据帧。

4 结语

按照CDIO工程教育标准中工程实践场所的要求设计的工业控制网络实验平台紧密结合理论课程知识，体现了行业特点，在实践教学中起到了很好的教学效果。采用系统集成和智能仪器两种类型的实验装置的优势可以实现互补，对于学生今后实际工作岗位的选择和发展方向的定位具有一定的指导意义。

参考文献

[1]顾佩华.CDIO在中国[J].高等工程教育研究，2012年.

[2]王振力.工业控制网络[M].北京：人民邮电出版社，2012年.

[3]王祁.智能仪器设计基础[M].北京：机械工业出版社，2009年p161～165.

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现代工业基础设施包括电力、石油与天然气、水利、工业制造，以及交通控制等重点行业，构成了我国国民经济、现代社会以及国家安全的重要基础。工业基础设施的中关键应用、系统故障可能导致：(1)人员伤亡，严重的甚至造成群死、群伤等严重的社会事件；(2)严重的经济损失，危及我国经济建设的秩序与成果；(3)基础设施被破坏，导致无法继续提供对国计民生至关重要的物质产品与公共服务；(4)环境灾难，从而严重危害人民乃至子孙后代赖以生存、发展的根本物质基础；(5)危及公众生活及国家安全，导致社会恐慌、政府公信力受损，甚至导致恐怖袭击等极其严重的后果。而在现代工业基础设施中，工业自动化控制系统（IACS-IndustrialAutomationControlSystem）又构成了其神经系统。工业自动化控制系统的安全直接关系到各重点工业行业的生产安全，因而，近年来成为信息安全研究的重点、热点领域。传统上，工业自动化控制系统多采用专用技术的封闭网络，其面临的（信息）安全威胁不突出。各种工业控制设备、应用、系统主要是针对专有的封闭环境而设计，对外没有互联互通。由于没有现实的（信息）安全威胁，工业自动化控制系统在设计、实现与部署过程中，其主要指标是可用性、功能、性能、（物理）安全性、实时性等，而无需过多考虑网络攻击、信息安全等问题。

但近几十年来，各种工业自动化控制系统正快速地从封闭、孤立的系统走向互联（包括与传统IT系统互联），日益广泛地采用以太网、TCP/IP网络作为网络基础设施，将工业控制协议迁移到应用层；采用包括IWLAN、GPRS等在内的各种无线网络；广泛采用标准的Windows等商用操作系统、设备、中间件与各种通用技术。典型的工业自动化控制系统——SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition，数据采集与监控系统）、DCS（DistributedControlSystem，分布式控制系统）、PLC（ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器）等正日益变得开放、通用和标准化。工业自动化控制系统在享受开放、互联技术带来的进步、效率与利益的同时，也开始面临着越来越严重的安全威胁，具体包括：(1)由于病毒、恶意软件等导致的工厂停产；(2)工业制造的核心数据、配方被窃取；(3)制造工厂及其关键工控生产流程被破坏；(4)恶意操纵工控数据或应用软件；(5)对工控系统功能未经授权的访问等。由于长期缺乏安全需求的推动，对（采用TCP/IP等通用技术的）网络环境下广泛存在的安全威胁缺乏充分认识，现有的工业自动化控制系统过去在设计、研发中没有充分考虑安全问题，在部署、运维中又缺乏安全意识、管理、流程、策略与相关专业技术的支撑，导致许多工业自动化控制系统中存在着这样或那样的安全问题，一旦被无意或恶意利用，就会造成各种安全事件。近年来，越来越多的工业信息安全事件见诸报端，充分说明工业自动化控制系统所面临的安全威胁绝非空穴来风。目前，我国对工业自动化控制系统信息安全工作的重要性与紧迫性也日益重视。2011年工信部了《关于加强工业控制系统安全管理的通知》，明确了重点领域工业控制系统信息安全管理要求，并强调了“谁主管谁负责、谁运营谁负责、谁使用谁负责”的原则，对连接管理、组网管理、配置管理、设备选择与升级管理、数据管理、应急管理等等提出了明确要求。国际上也早已意识到工业自动化控制系统信息安全的重要性，包括美国、欧洲在内的西方国家，早在上个世纪90年代左右就开始了相关的研究工作。而工控信息安全方面的国际标准，包括ISA-99（也即IEC62443）[1]、NERCCIP、NISTSP800-82、WIBM-2784、IEC62351等等。其中，ISA-99由InternationalSocietyofAutomation（ISA）WG4工作组负责制定，面向各种工业行业的工业自动化控制系统（IACS）的安全。由于ISA-99充分考虑了工业领域的不同参与方（自动化产品厂商、系统/产品提供商、系统集成商、终端用户）的不同安全需求，比较符合各工业行业的对信息安全标准的需要。目前，ISA-99已经完成了三部分，其他部分也正在制定中，而我国也已开始积极参与到该标准的制定工作中。因此，在可以预见的将来，工业自动化控制系统的信息安全将会成为信息安全研究及相关工作的一个重点研究领域。针对工业自动化控制系统的特点，研制并部署相应的工业自动化控制系统信息安全解决方案，保障我国工业基础设施的安全运营，已成为迫在眉睫的需求。

2工业自动化控制系统的特点

虽然工业自动化控制系统的安全威胁源自IT、网络技术在工业领域日益广泛的应用，但工控系统仍具有自身的特点，简单采用标准的IT安全技术很难适应于工控环境下控制协议、设备、应用、标准的特殊安全需求。本文将以典型的DCS为例（其网络拓扑如图1所示），具体分析工业自动化控制系统的特点。首先，在工业自动化控制系统中，直接执行现场控制操作的通常为PLC、分布式I/O这样的嵌入式设备。这些设备专为现场控制环境而设计、制造，多用于执行关键的实时控制，易受到DoS攻击的影响。同时，由于当前广泛应用的PLC多设计于十几年前，多数仅集成了简单的口令安全等机制。设计、生产并推广具有强安全措施的新型PLC尚待时日。与此同时，当前工业自动化控制领域还大量使用工业PC（IndustrialPC）作为工程师站、HMI、服务器等的硬件平台。IPC实际上是一种针对工业作业环境进行了加固的PC机，具有在粉尘、高/低温、潮湿、震动、腐蚀环境下连续不间断工作的能力。由于易用性、用户友好方面的考虑，目前工控领域的大多数IPC都使用Windows操作系统，通过专门的I/O卡、协议芯片等硬件使之具备工业控制、通信功能。由于是基于Windows的PC系统，IPC也面临着与普通PC类似的安全威胁。图1典型DCS的网络拓扑其次，工业自动化控制系统中采用了许多特有的工业控制通信协议。这些协议或是针对特定的控制环境与应用场景（如工业以太网通信）而设计，其安全需求与可用性、实时性、功能等关键需求有冲突之处，因此无法简单地修改协议，而需要有针对性地部署附加（add-on）安全解决方案；有些协议在设计之初未考虑安全方面的需求，或未考虑广泛互联所带来的更高的安全需求，因而需要在为防护遗产系统提供防护解决方案的同时，逐渐迁移到新的、更安全的规范。以目前得到广泛应用的工业以太网标准化PROFINET[2]为例。PROFINET是标准化组织PI（PROFIBUSInternational）为工业自动化制定的开放工业以太网标准，PROFINET符合TCP/IP和IT标准，可实现与现场总线系统的多层次无缝集成，并保证实时通信。PROFINET实际上是一个协议族，采用了不同的通信方式，用于满足不同的通信需求，(1)基于以太网第二层（Layer2）的实时数据通信，包括实时RT通信（响应时间为5~10ms）；基于第二层的同步实时交换芯片的同步实时IRT通信通道（在100个节点下，响应时间小于1ms，抖动误差小于1μs）；以及用于第二层网络管理与配置的DCP（DiscoveryandConfigurationProtocol）、LLDP（LinkLayerDiscoveryProtocol）等子协议。(2)非实时的TCP/IP通信，包括基于UDP/DCOM的PN-CM（ContextManagement，用于建立并维护PROFINET通信上下文）等。由于要保证RT、IRT控制通信的实时性，在PROFINET中集成复杂的内嵌安全机制并不现实。但PROFINET实际上是工业以太网通信协议标准，其RT、IRT等实时控制通道都属于第二层通信协议，其互联的控制设备需要位于同一以太网内，才能保证实时控制通信。因此，完全可以在保障物理安全的前提下，通过有针对性地部署防火墙、网关、VPN，将PROFINET网络隔离为独立的安全域，从而保证其安全。再以得到广泛应用的ClassicOPC（OLEforProcessControl）[3]为例。19951996年，为了避免单独定义专门的网络通信协议与进程间的通信机制，加快OPC规范的制定工作，ClassicOPC的通信接口直接采用了微软的COM/DCOM。目前，OPCDA（DataAccess）服务器被广泛用于（在控制域中）从PLC等控制设备中采集控制数据，再以C/S模式供（位于监控区或办公区的）OPCDA客户端访问。但由于ClassicOPC是基于COM/DCOM的，所以客户端在访问OPCDA服务器数据时采用的是动态端口，ClassicOPCDA的协议通信过程如下（如图2所示）：(1)OPC客户端首先基于DCOM通过TCP135端口向OPC服务器发送连接请求，而OPC服务器动态分配一个1024~65536之间的动态端口号发送给OPC客户端；(2)然后OPC客户端才通过这个动态端口向OPC服务器发送数据请求，并获得对应的控制数据。图2ClassicOPCDA通信如OPC客户端部署于（图1中的）办公网络，而OPC服务器则位于（图1中的监控域。ClassicOPC的这种动态端口协商机制将导致在两个网络之间无法部署传统IT防火墙，为工控网络提供有效的防护。OPCFoundation早已意识到ClassicOPC的局限性，了新一代的OPCUA（UniversalArchitecture）。OPCUA的传输机制不再基于COM/DCOM，而是采用二进制TCP通信，或防火墙友好的WebService通信，因此成为未来OPC发展的方向。因此，一方面对现存的大量ClassicOPC遗产应用，迫切需要能够提供动态端口防护的网关产品；另一方面在新的工控系统中，则应当尽可能地采用OPCUA。最后，工业自动化控制系统信息安全保障的对象，是集散控制系统DCS、过程控制系统PCS、监控与采集系统SCADA等。这些系统并非传统的IT系统，与电信系统也相去甚远，简单采用标准的IT安全技术也无法为工控应用系统提供周全的保护。因此需要深入地研究工业自动化控制应用的特点与特殊的安全需求，才能真正确保工业自动化控制系统的安全。

3工控信息安全需求分析

工控信息安全是一个复杂的系统工程，不仅涉及到技术、产品、系统，更取决于工业企业的安全管理的水平。在工业应用多元化发展需求的强劲推动下，随着工业自动化控制网络正逐步演变为开放系统，大规模采用IT技术，其集成化网络系统与IT网络基础设施充分互联，IT部门与自动化生产部门共同负责自动化网络运营。在这一背景下，工业企业是否经常性地组织安全培训与意识培养，是否根据其系统特点制订了相关的安全策略，是否建立了正规、可备案的安全流程，是否设计、维护了工业自动化控制系统的安全架构，是否根据相关实施指南贯彻了工控设备安全配置，是否建立了常规的安全审计制度，是否建立了安全事件监控与应急响应制度与预案，都直接关系着相应的安全技术及解决方案是否能真正起到作用。与传统IT信息安全相比，工控信息安全有着其自身的特点，主要体现为安全防护的重点有所不同。IT安全一般针对的是办公自动化环境，需要首先保证机密性，其次才是完整性和可用性（即通常所说的CIA）。而工控信息安全的防护对象则是现场的PLC、RTU等控制设备，工业控制（实时）网络通信，以及DCS、SCADA等工业控制应用，其特点可以总结为：(1)必须优先保障24/7/365的可用性，提供不间断的可操作性，并确保工业自动化控制系统可访问；(2)保证系统性能；(3)保证数据的实时传输；(4)系统与数据的完整性；(5)为实现无缝的通信与功能交互而采用开放标准(6)采用通用组件（如微软OS）作为自动化解决方案的基础；(7)办公环境与生产IT系统间的不间断通信以保障对生产的实时监控；(8)对工厂全生命周期的支持；(9)防止误操作与蓄意破坏；(10)保护专有技术；(11)安全日志与变更管理等。对工业信息安全而言，首先需要满足控制系统的高可用性的要求，其次是完整性。由于在工控环境下，多数数据都是设备与设备之间的通信，因此，再次的安全目标才是机密性。所以，可以将工业自动化控制系统信息安全的关键需求总结为：(1)开展工业安全风险评估，建设全面的信息安全管理；(2)实现安全域的划分与隔离，不同安全域之间的网络接口需遵从清晰的安全规范；(3)部署集成安全措施的保护基于工业PC的控制系统；(4)保护工业自动化控制系统的控制单元，防御安全攻击；(5)实现对工业自动化控制通信的可感知与可控制。

4解决方案：纵深防御

根据工业自动化控制系统的特点，要满足上述安全需求，需要引入工业自动化控制系统“纵深防御”的概念作为解决方案。纵深防御就是要通过部署多层次的、具有不同针对性的安全措施，保护关键的工业自动化控制过程与应用的安全，其特点在于：(1)攻击者将不得不渗透或绕过不同的多层安全机制，大大增加了攻击的难度；(2)安全架构中存在于某一层次上的安全脆弱性，可被其他防护措施所弥补，从而避免“一点突破，满盘皆输”的危险。建立工业自动化控制系统纵深防御，首先需要对具体工业自动化控制系统安全需求进行系统地分析，制定相应的安全规划；并对工控系统进行风险评估，切合实际地识别出该系统的安全脆弱性，面临的安全威胁，以及风险的来源。在此基础上，借助于产品安全、安全操作指南以及专业的工业安全服务，建立、部署层次化的多重安全措施（如图3所示）。具体包括物理安全，制定安全策略与流程，部署防火墙进行隔离、防护不同的安全单元（安全域），采用VPN保护单元间通信，进行系统加固，部署账号管理等访问控制措施，以及补丁管理、恶意软件检测与防护等。目前，纵深防御的工业信息安全理念覆盖了工业自动化控制系统的所有级别，是满足工业信息安全领域的关键需求的现实解决方案。

本文以图1.中的基于PROFINET的DCS系统为例，扼要探讨一下如何根据PROFINET的特点，建立工业自动化控制系统的纵深防御：(1)建立PROFINET的物理防护边界物理安全是工业自动化控制系统信息安全的前提，首先需要确保PROFINET网络处于可控的物理环境中，只有经过授权的人员才能接触网络、设备。(2)安全策略与流程工业自动化控制系统纵深防御不仅依赖于技术、产品，更需要完备的安全策略与规范的安全流程。近年来，许多工业自动化控制系统被病毒感染都是由于工程师在IPC上使用被病毒感染的USB移动存储所致。类似的问题，简单依靠技术手段很难完全防止，更需要依靠安全管理措施与流程的贯彻。(3)建立安全的控制单元，确保PROFINET的边界安全在工业自动化控制系统中，每个控制单元（图1中controlcell）都是相对独立的子系统，不同的控制单元之间通过PROFINET进行集成、互联。而PROFINET的日常生产控制又相对独立于操作站、维护站等维护应用，以及HMI、OPC服务器、应用服务器等监控系统或应用。因此，需要将基于PROFINET的DCS按其用途、特点划分为不同的安全域（控制单元、PROFINET网络与与监控域），定义清晰的安全域边界。还可根据其应用、通信业务的不同之处，进一步将PROFINET中用于组态、调试、维护的操作站、维护站等划分为一个独立的安全域。并在安全域之间的接口处部署防火墙、安全网关等隔离设备。此外，对远程接入、远程维护、无线接入等，也需要在其接口处针对性地部署边界访问控制。(4)采用VPN技术保护不同控制单元之间的通信对于不同控制单元、安全域之间的通信，可以通过在安全单元之间部署VPN保护单元间的通信，保证相关业务通信的认证、完整性与机密性，阻止非法业务通信。同时，借助于VPN隧道技术，还可在安全单元内将维护、调试等组态通信业务，数据采集等监控业务与实时控制业务隔离开，避免组态、数据采集等被滥用后对实时控制通信产生影响。对于ClassicOPCDA服务器，必要时还需要部署专门应用网关保护其免受来自（OPC客户端所在的）其他域的攻击。(5)系统加固与补丁管理目前用于组态/维护的工程师站、HMI终端、OPC、SCADA、应用服务器等都采用的是安装了Windows的IPC，加之在IPC上运行的工业控制软件、应用，以及相关中间件等，都可能存在相应的安全漏洞，因此在条件允许的情况下，需要及时地进行补丁升级与系统加固。同时，虽然PLC等工控设备多数基于专有的嵌入式系统，但其固件也存在补丁升级的问题。(5)账号管理对PLC、IPC上的关键工控应用、过程、资源，为防止未经授权的访问或滥用，对不同人员的访问权限进行细粒度的控制，并在安全审计中对安全事件进行溯源，需要将管理措施与技术手段相结合，针对PLCCPU口令，工业WLAN口令、IPCWindows口令、HMI口令等建立系统的账号管理，强化基于口令的访问控制。(7)恶意软件防护技术对采用Windows系统的IPC工作站与服务器，病毒、蠕虫等恶意软件的攻击是其面临的最普遍的安全威胁之一。所以不仅需要在工控网络中所有的IPC主机上全面部署病毒监控，如有更高的安全需求，还需要在安全域的入口处进一步部署防病毒网关。此外，根据ISA-99，工业自动化控制系统纵深防御还需要建立安全日志的搜集、备案与审计机制；并建立安全事件处理及应急响应预案，做到一旦发生安全事件，能够迅速定位脆弱点，追溯攻击源，并迅速恢复系统正常功能。从而实现对工业自动化控制通信的可感知与可控制。

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中图分类号：TP393文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）04-0000-00

随着近年来网络技术的成熟，及其在冶金企业自动化控制领域的大量应用，带来了可观的社会经济效益。本文简要叙述重钢新区环保搬迁项目中，基于PROFIBUS－DP（分布式现场总线）和SIMATIC NET （工业以太网）技术在原料场物料储运系统中的应用。

1、工业现场网络概述

在原料场物料储运系统中，应用了典型的信息网络和控制网络的集成形式―Etherent/ProFibus混合结构，以此来实现原料场物料储运系统的逻辑控制与人机监控功能。在控制信息层采用以太网，而在底层设备级采用现场总线，通过通信控制器实现两者的信息交换。

1.1 PROFIBUS现场总线

1.1.1 PROFIBUS概述

PROFIBUS（过程现场总线）是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，并且是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。

1.1.2 PROFIBUS-DP 技术特点

PROFIBUS－DP应用于现场级，是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O之间的通讯。主要使用主-从方式，周期性的使主控 CPU 和分布式 I/O 之间实现快速、循环的数据交换。DP 主站是控制 CPU 和分布式 I/O 之间的链接，通过 PROFIBUS DP 与分布式 I/O 交换数据并监视PROFIBUS DP网络。DP 从站（即分布式 I/O）负责在现场准备I/O执行器数据，使得数据可以通过PROFIBUS-DP发送至控制CPU。

1.2 工业以太网

1.2.1 工业以太网概念

SIMATIC NET工业以太网是西门子公司提出的一种基于以太网通讯的应用于工业控制领域的以太网技术。它的重点在于利用交换式以太网技术，为控制器、操作站等各种工作站之间的相互协调合作提供一种交互机制并与上层信息网络进行无缝集成。

1.2.2 发展优势和特点

随着互联网技术的发展和普及推广，使以太网技术全面应用于工业控制领域成为可能。目前，工业以太网技术的发展优势及特点主要体现在以下几个方面：

(1)发展优势。1)应用广泛。以太网是应用最广泛的计算机网络技术，几乎所有的编程语言如等都支持以太网的应用开发。以太网的速率要比传统现场总线要快的多，完全可以满足工业控制网络不断增长的带宽要求。2)成本低廉。普通以太网网卡的价格较现场总线网卡要便宜得多，此外以太网已经应用多年，人们对以太网的设计、应用等方面有很多经验，具有相当成熟的技术。3)资源共享能力强。随着Internet/Intranet的发展，在互联网上的任何一台计算机上就能浏览工业控制现场的数据，实现“管控一体化”。4)可持续发展潜力大。以太网的引人将为控制系统的后续发展提供可能性，用户在技术升级方面无需独自的研究投入。同时，新型技术的发展都要求通信网络具有更高的带宽和性能，通信协议有更高的灵活性，这些要求以太网都能很好地满足。

(2)发展特点。1)通信确定性与实时性。工业控制网络最大特点是信号传输的迅捷和准确。实时控制要求对某些变量数据准确定时刷新，快速以太网与交换式以太网技术的发展，使这一应用成为可能。采用交换式交换机和全双工通信，可使网络上的冲突域不复存在(全双工通信)，或碰撞机率大大降低(半双工)，使以太网大幅提高稳定性与可靠性。2)安全性。工业系统的网络安全是工业以太网应用必须考虑的―个问题。工业以太网可以将企业传统的信息管理层、过程监控层、现场设备层合成一体，使数据的传输速率更快、实时性更高，并与网络无缝集成，实现数据的共享，提高工厂的运作效率。但同时也引入了一系列的网络安全向题，工业网络可能会受到来自外部网络的病毒感染、黑客非法入侵与非法操作等网络安全威胁。

2、现场总线在原料场物料储运系统中应用

2.1 系统简介

原料场物料储运系统设计用来完成原料的受料及供料任务。一是完成来自翻车机、火车、汽车、码头各种原料的受料；二是通过堆取料机进行堆料和取料，向各厂用户供料。该系统因为地理条件的制约，胶带机等设备分布区域广阔，所以分别选择2个S7-400作为主站，各主站以ET200M作为从站，通过主/从方式分别达到分布式控制的目标，其主站以工业以太网络组网相互通信。

2.2 系统功能

控制系统基于SIMATIC NET工业以太网和PROFIBUS－DP现场总线，PLC控制器来完成翻车机系统、除尘器系统、码头系统、火车汽车受料系统、混匀供料系统、堆取料机系统以及各料线胶带机的自动控制、状态显示、故障记录及报警控制。

2.3 网络架构

网络分为2级，即PROFIBUS－DP的分布式现场总线和SIMATIC NET 的工业以太网。

(1)PROFIBUS－DP的分布式现场总线由PROFIBUS－DP屏蔽双线电缆、工业光纤链路模块（OLM）和室外多模光纤来构成，并组成冗余网络，来保证通讯的可靠性、实时性、连续性。(2)SIMATIC NET 工业以太网的监控网络由SIMATIC NET工业双绞线电缆、工业光纤交换模块（OSM）、操作站和室外多模光纤来构成，并组成冗余网络，来保证通讯的可靠性、实时性、连续性，同时也考虑与其它网络系统的信息交互。

3、工业网络的发展前景

以太网不仅继续垄断商业计算机网络通信和工业控制系统的上层网络通信市场，也必将领导未来现场总线的发展，以太网和TCP／IP将成为器件总线和现场总线的基础协议。

以太网可以一直延伸到企业现场设备控制层，被认为是未来控制网络的最佳解决方案。虽然目前工业以太网还不适合所有的工业自动化设备，并不能全面地应用于工业控制领域，但是以太网在进入工业控制领域的过程中将逐步成熟，并具有巨大的发展潜力和非常广阔的应用前景，其应用领域将不断地得到扩展，而且应用广度和深度也将继续扩大。

参考文献

[1] 廖常初主编.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2005.1.

[2] 陈凯.工业以太网在工业自动化系统中的应用及发展.中国西部科技,2008(22)．

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关键词：自动化；控制系统；信息安全

信息技术近几年来在工业生产领域得到了广泛应用，信息化也是现如今工业生产的大势所趋。自动化控制系统在工业生产中的的迅速发展，极大地减少了对人力的使用，降低了企业生产成本，提高了生产效率。用好工业自动化控制系统关键在信息，对企业而言，随之而来的问题是，如何保障工业自动化控制系统的信息安全[1]。本文将对这一问题展开讨论，简要介绍工业自动化控制系统自身的特点，并具体说明我国企业在保障工业自动化控制系统信息安全方面存在的问题以及应对的策略。

1.工业自动化控制系统简述

传统的工业生产以人力操作为主，需要人为的直接干预，遇到繁重的生产活动，常常使人不堪重负，而且易出现偏差。而工业自动化则是通过对各种参数的调节，生产目标的提前设定和控制生产过程来实现工业生产，是人类社会的巨大进步，大规模的、智能型的机器生产代替了手工操作，工人不必直接面对生a流程，只需熟练掌握自动化控制系统，对照产品要求启动相应的系统程序。与传统的工业生产相比，自动化生产效率更高，产品合格率也更高。从实际情况来看，企业在自动化系统方面收获的效益要远远高于其对该系统的投入[2]。要实现工业自动化，所用的设备也较多，大致可分为三类：通用自动化装备、自动装配检测生产线、专用设备自动化控制系统。专用设备自动化控制系统又包括控制层、驱动层和执行层三个部分。如今在机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域，工业自动化已得到广泛运用，极大地提高了企业生产效率。

2.对工业自动化控制系统信息安全的探讨

2.1我国企业在保障工业自动化控制系统信息安全方面存在的问题

（1）管理制度不够完善。我国市场经济的发展历史才三十年，即使是较为成熟的大型国有企业，在管理制度方面也存在很多漏洞。人员是企业运行的主体，管理好了人员，一个企业才能良好运行。例如，现如今我国很多生产企业都没有规范门禁制度，外来人员与内部员工不能很好区分，鱼龙混杂，极容易导致重要信息的泄露。对于工业自动化控制系统也没有严格执行“一人对应一个系统”的管理制度，无法规范自己的人员，也就无法保障信息的绝对安全。

（2）缺乏专业的技术人才。工业自动化控制系统的迅速普及呼唤专业的技术人才。目前我国在培养工业自动化控制系统专业技术人才方面还未建立健全科学、有效的教育培训体系，专业技术人才略显匮乏。另外一个方面，自动化控制系统更新换代的速度也远远超过人才培养的速度，对员工的技术培训远远跟不上时代前进的步伐。中国企业真正缺少既了解控制系统又能保障信息安全的综合性人才。

2.2针对存在的问题采取的应对策略

（1）借鉴欧美发达国家的先进管理理念。欧美发达国家的工业生产历史长达两百多年，他们有更为丰富的工业管理经验，当前中国企业在管理上出现的诸多问题对他们而言屡见不鲜。在保障工业自动化控制系统信息安全领域，他们也有着更多成功的经验，可以充分借鉴。

（2）加强专业技术人才培养。专业技术人才是工业自动化控制系统的灵魂，灵魂健全才能使该系统发挥最大效力。因此，企业应针对工业自动化控制系统，完善教育培训体系，大力培养专业性的操作人才，与工业生产前沿接轨，同时针对员工信息安全意识薄弱的问题，加强思想教育，使其充分认识到保障信息安全的重要性[3]。此外，还有必要构建完善的工业自动化控制系统信息安全管理体系，加强人员及系统设备的管理，进一步使工业自动化系统信息安全得到有效保障。

3.结语

工业自动化控制系统信息安全是控制系统和信息安全的充分结合，是当下工业生产的潮流。不仅要求企业了解计算机控制系统，还要求企业懂得如何保障信息安全。用好工业自动化控制系统将极大地促进我国工业的迅猛发展，为中国经济添砖加瓦。工业自动化控制系统信息安全涉及到企业生产的多个环节，需要各个生产部门的完美协作。相信在企业、员工与政府三方的共同努力下，工业自动化控制系统必将不断完善，信息安全也将得到充分保障。

参考文献：

[1]董吉成.工业自动化控制的发展漫谈[J].电子世界，2014，01：19-20.

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自动化硬件技术仍然以国外产品为主的局面尚未被打破，但是自动化技术应用软件的发展开始取得了实质性突破。以冶金工业为例，一些核心控制软件技术已经打破国外封锁，自主开发出了一批具有世界领先水平的核心控制软件。如自动化炼钢技术、高炉专家系统、冶金企业能源管理系统等，其核心算法、主要解法、控制思想、知识法则等，都是由我国技术人员自主创新研制成功。事实证明，在自动化核心技术方面，单靠引进是不成功的，也是模仿不来的，只有自主创新，才是最正确的道路。大型自动化系统的集成与创新，要以自主技术与产品为核心，虽然还没有取得实质性进展，但已经取得了阶段性成果，如自动化炼钢技术的成功开发并应用于生产实际，就是最好的案例。在实现系统开环控制、系统仿真、局部闭环控制等方面，特别是随着总线技术、嵌入式技术等方面的推广应用，取得的成绩是比较明显的。自动化技术在冶金生产流程中已经成为生产工艺中重要的组成部分。同时自动化技术的应用在冶金工业生产工艺文件编制、工艺流程优化、操作手册的制定等各个方面发挥的作用越来越大。

2存在的问题

我国自动化系统的发展在经历了PLC(ProgrammableLogicController，可编程控制器)、DCS(DistributedControlSystem，分散性控制器)、FCS(FieldbusControlSystem，现场总线控制系统)、PAC(ProgrammableAutomationController，开放式自动化)等几个阶段后，现在已经开始进入大规模采用数学模型、实现智能控制的新时期。我国自动化信息技术的应用，虽然取得了阶段性成果，但和国际领先水平相比，还存在一定距离。要实现真正意义上的两化融合，还有许多路要走。

（1）我国自动化硬件技术市场，目前国外的产品与技术依然占主要地位，缩小这一差距，还要靠我国硬件生产厂家的努力。

（2）目前许多自动化控制系统还处于开环控制，在局部环节实现了闭环控制，这从客观上影响了自动化系统效果的发挥。

（3）以自主创新的产品与技术为核心实现自动化系统的集成与创新还有许多工作要做，如与自动化控制系统相关的仪表、传动等专业的技术水平，也有可能影响到自动化系统的集成与创新工作。

（4）自动化系统的核心技术，有许多还被国外厂商垄断或封锁。

（5）作为自动化产业而言，有些方面比较“浮”，商业色彩浓厚，炒作内容较多，这是一个社会问题。应当鼓励和提倡踏踏实实做事情，认认真真做学问。自动化行业的规模虽然已基本形成，但要做大做强，使之成为我国的支柱产业，还有许多工作要做。

3我国冶金工业自动化技术发展的预测与分析

制造业自动化技术的发展在很大程度上受到制造业本身特点的制约，行业特点比较明显，冶金自动化技术的发展，离不开冶金工业的发展，我国“两化融合”政策的推出，为今后我国自动化技术的发展与应用在理论层面指明了方向，在操作层面，要求也更加具体、明确。对于冶金自动化技术的发展，目前完全可以定位于高端核心自动化技术与产品的创新与应用。

3.1物联网技术在冶金企业中的应用

物联网是指人们通过各类传感器实现物与物、物与人、人与人之间按需的信息获取、传递、储存、认知、分析和使用。

3.1.1物联网技术在工业领域中的应用

工业是物联网应用的重要领域。具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节，可大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。从当前技术发展和应用前景来看，物联网在工业领域的应用主要集中在以下几个方面。

（1）供应链管理物联网应用于企业原材料采购、库存、销售等领域，通过完善和优化供应链管理体系，提高了供应链效率，降低了成本。

（2）冶金生产过程工艺优化物联网技术的应用提高了生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水平。生产过程的智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护水平不断提高。钢铁企业应用各种传感器和通信网络，在生产过程中实现对加工产品的宽度、厚度、温度的实时监控，从而提高了产品质量，优化了生产流程。

（3）产品设备监控管理各种传感技术与制造技术融合，实现了对产品设备操作使用记录、设备故障诊断的远程监控。通过传感器和网络对设备进行在线监测和实时监控，并提供设备维护和故障诊断的解决方案。

（4）环保监测及能源管理物联网与环保设备的融合实现了对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理各环节关键指标的实时监控。在重点排污企业排污口安装无线传感设备，不仅可以实时监测企业排污数据，而且可以远程关闭排污口，防止突发性环境污染事故的发生。

（5）工业安全生产管理把感应器嵌入和装备到矿山设备、油气管道、矿工设备中，可以感知危险环境中工作人员、设备机器、周边环境等方面的安全状态信息，将现有分散、独立、单一的网络监管平台提升为系统、开放、多元的综合网络监管平台，实现实时感知、准确辨识、快捷响应、有效控制。

3.1.2冶金工业领域物联网应用的关键技术

从整体上来看，物联网还处于起步阶段。物联网在冶金工业领域的大规模应用还面临一些关键技术问题，概括起来主要有两个问题。

（1）进行关键特殊传感器的研制生产工业用传感器。工业用传感器是一种检测装置，能够测量或感知特定物体的状态和变化，并转化为可传输、可处理、可存储的电子信号或其他形式信息。工业用传感器是实现工业自动检测和自动控制的首要环节。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。可以说，没有众多质优价廉的工业传感器，就没有现代化工业生产体系。

（2）进行工厂传感网的布局和建设工业无线网络技术。工业无线网络是一种由大量随机分布的、具有实时感知和自组织能力的传感器节点组成的网状(Mesh)网络，综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，具有低耗自组、泛在协同、异构互连的特点。工业无线网络技术是继现场总线之后工业控制系统领域的又一热点技术，是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术，也是未来几年工业自动化产品新的增长点，已经引起许多国家学术界和工业界的高度重视。

3.2过程控制数学模型的开发与应用要实现新突破

数学模型是冶金自动化中的核心技术。“牵牛要牵牛鼻子”，如果掌握了数学模型的这项技术，就掌握了自动化的主动权、话语权。核心技术是买不来的。要生产国家急需的钢铁产品，就要有相应的高端自动化技术来做支撑，国外厂商出于自身利益，不会转让这类高端自动化技术与产品，他们所能转让的技术都是有条件限制的技术或已经过时的产品与技术。开展高端冶金自动化领域数学模型的自主创新条件基本成熟。市场需求非常广阔，我国的冶金自动化水平已经发展到了一定的水平，一支技术创新的团队已经基本形成，而且许多冶金企业都有着丰富的实践经验，这些都为开展二级数学模型的自主创新创造了极为有利的条件。数学模型是控制对象的表征，是对象可执行的表述，正是由于它与信息技术、自动控制技术、工艺能力的有效结合，发挥了重要的指挥与优化作用，所以数学模型才被称之为自动化与信息化的核心技术。建立高可用性、高精度的数学模型是我国钢铁工业开发和生产出满足国民经济发展需要的钢材品种；提高产品质量、节约能源、降低成本，从而实现可持续发展，提升核心竞争力的技术基础。审视整个钢铁工业自动化信息化的发展趋势，过程控制数学模型是钢铁工业自动化信息化最直接最有效的领域，也是最核心的技术，没有或者不掌握这种技术，钢铁工业的自动化信息化就难免流于形式，难以收到理想的效果。过程控制数学模型在国内钢铁行业的应用与发展，目前还刚刚起步，方兴未艾，随着需求的发展，未来的数学模型还有着极大的发展空间。从现在起，形成社会的关注，这对数学模型的未来发展，会起到一定的积极作用。打破数学模型的神秘感。相信自己的力量，鼓足自己的信心，模型应用从低级向高级逐步发展，不断积累技术，不断培养人才，踏下心来，抓上几个项目，就一定能搞出名堂来，收到明显的经济效益与社会效益。发展以数学模型为核心的自动化技术，是落实“科技创造未来”的具体体现，也是我国钢铁工业实现新的腾飞的助推器。在过程控制数学模型的研发与应用上，要实现重点突破，开发出有中国特色的数学模型产品与技术，走出一条“研制一批，储备一批，生产一批”以科研促生产、以生产出产品、以产品保应用的新的可持续发展之路来。

3.3以国产化创新型产品与技术为核心的自动化系统的集成与创新

经过几年的努力，我国制造业自动化领域已经拥有了一批自主开发创新的产品与技术。这为今后自动化、信息化技术的发展奠定了坚实的基础。但这仅仅是开始，坚冰虽然打破，但水下仍然潜藏着巨大的冰块，所以发展以国产化的创新型产品与技术为核心的自动化系统的集成与创新今后还有许多工作要做。

3.3.1博弈要有实力

要在国际自动化领域取得话语权，就要靠实力。以前，依靠市场换取技术，只是一种低层次的对外开放，而且依靠钱是买不来核心技术的。如果我国在一定程度上掌握了自己的自动化、信息化核心技术，就可以由低层次的对外开放方式上升到较高层次的对外开放与交流。形成你中有我，我中有你的态势，达到优势互补、互利共赢的良性局面。我国在引进先进技术与产品的同时也可以对外输出自己的产品与技术，同时还可以开展联合研发等科技活动。

3.3.2新型自动化系统的集成与创新要实现全过程的集成与创新

目前，我国冶金工业自动化系统的建设，许多都处于开环控制或局部闭环控制阶段。而要实现真正意义的自动化系统的集成与创新就要在全过程方面实现真正的闭环。当然，这还要涉及到有关执行机构、检测单元等方面的支持与配合。其核心是国产化的技术与产品，并广泛采用国内外其他先进技术做支持，以保证整套系统的品质与质量。如果仍然还是停留在实现局部闭环控制上，就不能真正称之为系统的集成与创新。对于全过程的认识，我国著名自动化专家柴天佑院士曾经有过一段精彩的论述：“采用自动化技术，以计算机和网络技术为手段，将生产过程的生产工艺、设备运行技术和生产过程管理技术进行集成，实现生产过程的控制、运行、管理的优化集成，从而实现管理的扁平化和与产品质量、成本、消耗相关的综合生产指标的优化。”以国产化创新型产品与技术为核心的自动化系统的集成与创新是在控制系统、控制工程设计和组态软件、工业通信网络、制造管理和执行软件等多方面的基础上，通过集成与优化，实现真正意义上的生产管控一体化和生产过程控制智能化。

3.4能源管控一体化建设是下一阶段冶金自动化工作的重点

冶金工业是耗能大户，能耗将制约冶金工业的发展，我国冶金工业也正面临着由粗放型向精细化转型。以耗能来核定产能，或许将成为可能。所以整个冶金工业的节能降耗、低碳减排工作十分繁重，利用自动化技术来实现降低能耗，是冶金工业节能减排、实现绿色工厂的重要手段之一。冶金企业能源管控一体化建设，如果只停留在数据采集阶段，那么意义不大。这也是目前已经普遍实现的事实。针对冶金工业能源管控的特点，一是耗能大户，二是在冶金生产过程中，又伴生出大量的可燃性气体，如焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等。所以能源管控的工作重心是能源使用管理的优化、二次能源的安全合理使用、多种能源介质统一平台操作、改变传统的能源计量方式以及能源安全管理预警等。能源管控中心建设的特点是控制模型和管理模型的融合。这也是能源实现智能化管控的着眼点，建设一套全新的基于热值流分析的能源管控一体化系统，实现从计划层、执行层到控制层的一体化；实现多种能源介质协同一体化；单项能源管控一体化，同时引进先进算法，确定科学的解法。

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【关键词】电气自动化；应用探讨；发展趋势；发展措施

0 引言

工业电气自动化是电气信息领域的一门新兴学科，由于和人们的日常生活及工业生产密切相关，发展非常迅速。其发展已比较成熟，正朝着工业电气自动化信息化的方向发展。利用工业自动化与计算机的信息技术，可以将软件的应用得到有效的应用。随着经济及信息技术的不断发展，工业自动化可以使企业管理方面得到改革，又可以促进工业电气自动化的不断发展。在通常情况下，工业电气自动化又称电气工程及其自动化，它涉及到的高新技术主要是计算机软件和信息技术。其发展趋势是朝着工业电气自动化信息化和开放化的方向快速发展。随着互联网技术和信息技术的飞速发展，这一项新的高科技技术将促进促进我国电气自动化的发展。它将促进企业管理方面的改革，也可以促进工业电气自动化的不断发展。在我国，如何将工业电气自动化发展的更好是今后要做的首要问题。电气自动化这个专业从20世纪50年代开始在我国出现并发展。虽然国家对这个专业做了几次调整，但由于其专业面宽，适用性广，专业的适用性强，从20世纪中期一直到现在，发展趋势仍然不减。

1 工业电气自动化的应用现状

现代的工业电气自动化系统的电气设备，分别安装在各配电室以及电机的控制中心部位，它们的配件数量多的，执行的信息处理任务庞大，在一般情况下，工业电气设备系统的配件如果一旦损坏，维修工作比较复杂。通常都希望关键的设备可以在正常的操作运行状态下。它与热工系统相比，工业电气自动化系统的电气设备操作的频率低，一些系统设备在维持正常运行时，可以经过好几个月甚至更长的时间；电气设备所需要的保护装置要求高，动作速度快，一个保护动作通常就要求在40ms以内完成。但电气自动化系统的设备构造机构本身具有联锁逻辑比较简单、操作机构复杂的特点，而控制方式也主要是应用在工业的电系统之中，其主要设备监控是需要接入DCS系统，如果在应用中使用两台系统一起运行，那么一台系统的检修，就不会影响另一台系统的运行，因此，需要考虑两台机组DCS电气控制的模式，这样就保证了控制的稳定性。根据电气设备的主要特点我们知道，在构建ECS时，其系统结构、与DCS的联网方式是确保系统高可靠性的关键。因此，除了要保证系统的正常运行，还要确保系统在运行时各种数据处理和信息收集的准确性，同时提出相应的应急措施，确保电气系统可以在最好的状态下运行。

2 我国工业电气自动化的发展前景

我国工业电气自动化的利用在改革开放之初，就得到了发展和应用，至今工业电气自动化的利用，已经改变了现代工业的发展，提高了生产效率，可以使有效的资源得到较高的利用率，就可以达到降低生产成本费用。就会使工业自动化的发展给社会带来更大的经济效益。因此，大力发展工业电气自动化技术，不仅可以提高我国工业技术的发展水平，缩小与西方发达国家工业自动化生产技术方面的差距，而且可以通过我国对工业电气自动化的自主研发，对国民经济的发展起着更大的推动作用。

工业电气自动化的发展，主要是结合现代高科技革命的计算机应用网络技术，使工业电气自动化在计算机网络的操作之下，实现各个运行部分的紧密配合，实现操作的一体化。这样的一体化技术，可以使机器操作变得更加流畅，是工业电气自动化发展的重要方面。要将电气自动化的网络连接，提高信息的处理能力；就要在网络中建立起独立的网络，实现把安全危险分散，促进电气自动化系统的正常运行；而信息化就是实现设备与网络技术相结合，实现网络自动化和管控一体化。如今，已经到了开创电气自动化的新时代，如何实现自主研发，是未来电气自动化发展的目标。我国进入WTO以后，面对的对手，使市场竞争更加激烈，为了从价格上赢得优势，必须吸取高科技先进的经验和技术，为实现自主研发提供条件。同时，将科学发展观作为前进的基础和指导思想，以人为本，及时发现问题，总结先进的经验，为改变传统的电气自动化寻找一条发展之路。

3 我国电气自动化系统的发展措施选择

3.1 电气自动化系统的开发平台措施

工业电气自动化系统的发展，首先要采用系统开发平台，这个相对统一的开放平台，对于电气自动化系统的设计意义重大。利用该平台可以实现自动化运作的模式，在实施和测试等环节的运行中都起到积极的作用。利用该平台设计的自动化系统，可以最大程度地降低设备的损耗率，提高设备的使用效率。该平台还应满足客户的另一个重要需求，即开发平立于最终的运行平台。根据运行项目的特点和最终用户的需求决定将统一的运行代码下载到硬件PLC、基于Windows NT的软件PLC、嵌入式NT系统还是基于Windows CE的控制系统中，在这方面，基于PC的自动化产品满足了以上要求。

3.2 电气自动化系统与网络建设措施

网络建设的发展也有一定的促进作用，对于电气自动化系统而言，网络构建至关重要。整个网络的结构既要保证现场控制设备以及企业管理系统的信息交流的畅通无阻，还要与计算机的监控系统紧密配合。企业管理层可以利用计算机网络对现场所运行的设备进行监督和控制。在进行系统网络规划时，无论选择与现场设备通讯的现场总线还是与上级计算机或办公系统通讯的以太网，所选择的网络产品必须能够保证从办公自动化环境到控制级直至元件级的整个系统范围内的通讯。而且，在整个网络中贯穿着集成的网络配置和编程、集成的数据管理以及集成的通讯等功能，即所谓的全集成自动化技术。

3.3 电气自动化系统与标准化的程序接口措施

成功的自动化系统的另一个重要因素在于标准化的程序接口。我们可以利用现代信息技术，包括在一定程度上实现对工作时间与成本费用的控制，还可以提高办公自动化系统中数据共享和数据交流的快捷性。在与企业的MES系统、ERP系统连接时，基于PC平台的自动化解决方案意义非同寻常。使用计算机系统进行操作，能够实现办公环境的标准化应用，计算机系统在电气化管理和系统的平台之间建立了一个连接，保证了不同程序之间的通讯和交流，这是未来工业电气自动化发展的一个方向。

4 结语

工业电气自动化系统的技术发展，具有关系着我国电气自动化设备的发展的重大意义，文中结合工业电气自动化系统的实际应用，得到了电气自动化设备的继续创新和发展，在利用电气自动化设备的技术先进、经济合理的前提下，为我国电气自动化事业的跨越式发展做出贡献，为尽快实现小康社会努力奋斗。

【参考文献】