我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

1、我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技術(shù)，對(duì)工業(yè) 生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、 確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制 自動(dòng)化技術(shù)作為 20 世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問 題。雖然自動(dòng)化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化的發(fā)展道路，大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時(shí)進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn) 行二次開發(fā)和應(yīng)用。目前我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，我國(guó)

2、工 業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。目前，工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方 向發(fā)展。一、以工業(yè) PC為基礎(chǔ)的低成本工業(yè)控制自動(dòng)化將成為主流眾所周知，從 20 世紀(jì) 60 年代開始，西方國(guó)家就依靠技術(shù)進(jìn)步（即新設(shè)備、新工藝以及 計(jì)算機(jī)應(yīng)用）開始對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)行改造，使工業(yè)得到飛速發(fā)展。 20 世紀(jì)末世界上最大的變化 就是全球市場(chǎng)的形成。全球市場(chǎng)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)空前激烈，促使企業(yè)必須加快新產(chǎn)品投放市場(chǎng)時(shí)間 （Time to Market ）、改善質(zhì)量（ Quality ）、降低成本（ Cost ）以及完善服務(wù)體系（ Service ）， 這就是企業(yè)的 T.Q.C.S. 。雖然計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（

3、CIMS）結(jié)合信息集成和系統(tǒng)集成，追求更完善的T.Q.C.S. ，使企業(yè)實(shí)現(xiàn)“在正確的時(shí)間，將正確的信息以正確的方式傳給正確的人，以便作出正確的決策” ，即“五個(gè)正確” 。然 而這種自動(dòng)化需要投入大量的資金，是一種高投資、高效益同時(shí)是高風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展模式，很難 為大多數(shù)中小企業(yè)所采用。在我國(guó)，中小型企業(yè)以及準(zhǔn)大型企業(yè)走的還是低成本工業(yè)控制自 動(dòng)化的道路。工業(yè)控制自動(dòng)化主要包含三個(gè)層次， 從下往上依次是基礎(chǔ)自動(dòng)化、 過程自動(dòng)化和管理自動(dòng) 化，其核心是基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化。傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)， 基礎(chǔ)自動(dòng)化部分基本被 PLC和 DCS所壟斷， 過程自動(dòng)化和管理自動(dòng) 化部分主要是由各種進(jìn)口的過程計(jì)算機(jī)或小

4、型機(jī)組成，其硬件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的價(jià)格 之高令眾多企業(yè)望而卻步。20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，由于 PC-based 的工業(yè)計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱工業(yè) PC）的發(fā)展，以工業(yè) PC、 I/O 裝置、監(jiān)控裝置、控制網(wǎng)絡(luò)組成的 PC-based 的自動(dòng)化系統(tǒng)得到了迅速普及，成為實(shí)現(xiàn)低 成本工業(yè)自動(dòng)化的重要途徑。我國(guó)重慶鋼鐵公司這樣的大企業(yè)的幾乎全部大型加熱爐，也拆 除了原來(lái) DCS或單回路數(shù)字式調(diào)節(jié)器， 而改用工業(yè) PC來(lái)組成控制系統(tǒng)， 并采用模糊控制算法， 獲得了良好效果。由于基于 PC的控制器被證明可以像 PLC一樣可靠，并且被操作和維護(hù)人員接受，所以， 一個(gè)接一個(gè)的制造商至少在部分生產(chǎn)中正在采用PC控

5、制方案。基于 PC的控制系統(tǒng)易于安裝和使用，有高級(jí)的診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，PC控制系統(tǒng)維護(hù)成本低。 由于可編程控制器 (PLC)受 PC控制的威脅最大， 所以 PLC供應(yīng)商對(duì) PC的應(yīng) 用感到很不安。事實(shí)上，他們現(xiàn)在也加入到了 PC控制“浪潮”中。近年來(lái)，工業(yè) PC在我國(guó)得到了異常迅速的發(fā)展。從世界范圍來(lái)看，工業(yè)PC主要包含兩種類型： IPC 工控機(jī)和 CompactPCI 工控機(jī)以及它們的變形機(jī)，如 AT96 總線工控機(jī)等。由于 基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化對(duì)工業(yè)PC的運(yùn)行穩(wěn)定性、 熱插拔和冗余配置要求很高， 現(xiàn)有的 IPC已經(jīng)不能完全滿足要求，將逐漸退出該領(lǐng)域，

6、取而代之的將是 CompactPCI-based 工控機(jī)， 而 IPC 將占據(jù)管理自動(dòng)化層。 國(guó)家于 2001 年設(shè)立了 “以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的開放式控制 系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化”工業(yè)自動(dòng)化重大專項(xiàng)，目標(biāo)就是發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 PC-based 控制系統(tǒng)， 在 3(5 年內(nèi)，占領(lǐng) 30%(50%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。幾年前，當(dāng)“軟 PLC”出現(xiàn)時(shí)，業(yè)界曾認(rèn)為工業(yè) PC將會(huì)取代 PLC。然而，時(shí)至今日工業(yè) PC并沒有代替 PLC，主要有兩個(gè)原因： 一個(gè)是系統(tǒng)集成原因； 另一個(gè)是軟件操作系統(tǒng) Windows NT 的原因。一個(gè)成功的 PC-based 控制系統(tǒng)要具備兩點(diǎn)：一是所有工作要由一個(gè)平臺(tái)上

7、的軟 件完成；二是向客戶提供所需要的所有東西。 可以預(yù)見，工業(yè) PC與 PLC的競(jìng)爭(zhēng)將主要在高端 應(yīng)用上，其數(shù)據(jù)復(fù)雜且設(shè)備集成度高。工業(yè) PC 不可能與低價(jià)的微型 PLC競(jìng)爭(zhēng)，這也是 PLC 市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的一部分。 從發(fā)展趨勢(shì)看， 控制系統(tǒng)的將來(lái)很可能存在于工業(yè) PC 和 PLC之間， 這些融合的跡象已經(jīng)出現(xiàn)。和 PLC一樣，工業(yè) PC市場(chǎng)在過去的兩年里保持平穩(wěn)。 與 PLC相比， 工業(yè) PC軟件很便宜。 據(jù) Frost & Sullivan 公司估計(jì)，全世界每年 7 億美元工業(yè) PC市場(chǎng)里，大約 8500 萬(wàn)美元為控 制軟件，一億美元為操作系統(tǒng)。 到2007年會(huì)翻一番，工業(yè) PC市場(chǎng)變得非常

8、可觀。二、PLC 在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、 PC 化和開放性方向發(fā)展長(zhǎng)期以來(lái)， PLC 始終處于工業(yè)控制自動(dòng)化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備 提供非?？煽康目刂品桨?，與 DCS和工業(yè) PC形成了三足鼎立之勢(shì)。同時(shí)， PLC也承受著來(lái)自 其它技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來(lái)的沖擊。目前，全世界 PLC生產(chǎn)廠家約 200 家，生產(chǎn) 300 多種產(chǎn)品。國(guó)內(nèi) PLC市場(chǎng)仍以國(guó)外產(chǎn)品 為主，如 Siemens、 Modicon 、 A-B、 OMRO、N三菱、 GE 的產(chǎn)品。經(jīng)過多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi) PLC 生產(chǎn)廠家約有三十家，但都沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，可以說(shuō)PLC在我國(guó)尚未形成制

9、造產(chǎn)業(yè)化。 在 PLC應(yīng)用方面， 我國(guó)是很活躍的， 應(yīng)用的行業(yè)也很廣。 專家估計(jì)， 2000 年 PLC 的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷量為 15(20 萬(wàn)套(其中進(jìn)口占 90%左右)，約 25(35 億元人民幣，年增長(zhǎng) 率約為 12%。預(yù)計(jì)到 2005 年全國(guó) PLC需求量將達(dá)到 25 萬(wàn)套左右，約 35(45 億元人民幣。PLC 市場(chǎng)也反映了全世界制造業(yè)的狀況， 2000 后大幅度下滑。但是，按照 Automation Research Corp 的預(yù)測(cè)，盡管全球經(jīng)濟(jì)下滑， PLC市場(chǎng)將會(huì)復(fù)蘇，估計(jì)全球 PLC 市場(chǎng)在 2000 年為 76億美元，到 2005 年底將回到 76億美元，并繼續(xù)略微增長(zhǎng)。微型化

10、、網(wǎng)絡(luò)化、 PC化和開放性是 PLC未來(lái)發(fā)展的主要方向。在基于 PLC自動(dòng)化的早期，PLC體積大而且價(jià)格昂貴。但在最近幾年，微型PLC(小于 32 I/O )已經(jīng)出現(xiàn)，價(jià)格只有幾百歐元。隨著軟 PLC(Soft PLC )控制組態(tài)軟件的進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有軟PLC組態(tài)軟件和 PC-based 控制的市場(chǎng)份額將逐步得到增長(zhǎng)。當(dāng)前，過程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢(shì)之一就是 Ethernet 技術(shù)的擴(kuò)展， PLC 也不例外?，F(xiàn) 在越來(lái)越多的 PLC供應(yīng)商開始提供 Ethernet 接口。 可以相信， PLC將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng) 方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè) PC的控制系統(tǒng)。三、面向測(cè)控管一體化設(shè)計(jì)的 D

11、CS系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) DCS( Distributed Control System)問世于 1975 年，生產(chǎn)廠家主要集中 在美、日、德等國(guó)。我國(guó)從 70 年代中后期起，首先由大型進(jìn)口設(shè)備成套中引入國(guó)外的DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進(jìn)口項(xiàng)目。當(dāng)時(shí)，我國(guó)主要行業(yè)(如電力、石化、建材和冶金等) 的 DCS基本全部進(jìn)口。 80 年代初期在引進(jìn)、消化和吸收的同時(shí)，開始了研制國(guó)產(chǎn)化DCS的技術(shù)攻關(guān)。近 10 年，特別是“九五”以來(lái)，我國(guó)DCS系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)發(fā)展很快，崛起了一批優(yōu)秀企業(yè)，如北京和利時(shí)公司、上海新華公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天測(cè)控公司、電 科院以及北京康拓集團(tuán)等。這批企業(yè)研制

12、生產(chǎn)的DCS系統(tǒng)，不僅品種數(shù)量大幅度增加，而且產(chǎn)品技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。在 2001 年全國(guó)應(yīng)用的 4426 套 DCS系統(tǒng)中，國(guó) 產(chǎn) DCS系統(tǒng)為 1486 套，占 35%。短短幾年，國(guó)外 DCS系統(tǒng)在我國(guó)一統(tǒng)天下的局面從此不再出 現(xiàn)。這些專業(yè)化公司不僅占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額，積累了發(fā)展的資本和技術(shù)，同時(shí)使得國(guó)外 引進(jìn)的 DCS系統(tǒng)價(jià)格也大幅度下降， 為我國(guó)自動(dòng)化推廣事業(yè)做出了貢獻(xiàn)。 與此同時(shí)， 國(guó)產(chǎn) DCS 系統(tǒng)的出口也在逐年增長(zhǎng)。雖然國(guó)產(chǎn) DCS的發(fā)展取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但國(guó)外DCS產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中占有率還較高，其中主要是 Honeywell 和橫河公司的產(chǎn)品。我國(guó) DCS的市場(chǎng)

13、年增長(zhǎng)率約為 20%，年市場(chǎng)額約為 30(35 億元。由于近 5 年內(nèi) DCS在石化行業(yè)大型自控裝置中沒有可替代產(chǎn)品，所以其市場(chǎng)增 長(zhǎng)率不會(huì)下降。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到 2005 年，我國(guó)石化行業(yè)有 1000 多套裝置需要應(yīng)用 DCS控制；電 力系統(tǒng)每年新裝 1000 多萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組， 需要 DCS實(shí)現(xiàn)監(jiān)控； 不少企業(yè)已使用 DCS近 15(20 年，需要更新和改造。 所以，今后 5 年內(nèi) DCS作為自動(dòng)化儀表行業(yè)主要產(chǎn)品的地位不會(huì)動(dòng)搖。根據(jù)中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)公布的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示， 2002 年我國(guó) DCS市場(chǎng)狀況如下：小型化、多樣化、 PC化和開放性是未來(lái) DCS發(fā)展的主要方向。目前小型 DCS所占有

14、的市 場(chǎng)，已逐步與 PLC、工業(yè) PC、FCS共享。 今后小型 DCS可能首先與這三種系統(tǒng)融合， 而且 “軟 DCS”技術(shù)將首先在小型 DCS中得到發(fā)展。 PC-based 控制將更加廣泛地應(yīng)用于中小規(guī)模的過 程控制， 各 DCS廠商也將紛紛推出基于工業(yè) PC的小型 DCS系統(tǒng)。開放性的 DCS系統(tǒng)將同時(shí)向 上和向下雙向延伸，使來(lái)自生產(chǎn)過程的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)在整個(gè)企業(yè)內(nèi)部自由流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與 控制技術(shù)的無(wú)縫連接，向測(cè)控管一體化方向發(fā)展。四、控制系統(tǒng)正在向現(xiàn)場(chǎng)總線( FCS)方向發(fā)展由于 3C（ Computer 、Control 、Communication ）技術(shù)的發(fā)展，過程控制系統(tǒng)將由DCS發(fā)

15、展到 FCS（ Fieldbus Control System ）。 FCS可以將 PID 控制徹底分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（ Field Device ）中?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線的 FCS又是全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的新一代生產(chǎn) 過程自動(dòng)化系統(tǒng)， 它將取代現(xiàn)場(chǎng)一對(duì)一的 4（20mA模擬信號(hào)線， 給傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng) 體系結(jié)構(gòu)帶來(lái)革命性的變化。根據(jù) IEC61158 的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng) 控制裝置之間的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線使測(cè)控設(shè)備具備了數(shù) 字計(jì)算和數(shù)字通信能力，提高了信號(hào)的測(cè)量、傳輸和控制精度，提高了系統(tǒng)與設(shè)備的功能、 性

16、能。 IEC/TC65 的 SC65C/WG6工作組于 1984 年開始致力于推出世界上單一的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn) 工作，走過了 16年的艱難歷程， 于 1993 年推出了 IEC61158-2 ，之后的標(biāo)準(zhǔn)制定就陷于混亂。 2000 年初公布的 IEC61158 現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)子集有八種，分別為： 類型 1 IEC 技術(shù)報(bào)告（ FFH1）； 類型 2 Control-NET （美國(guó) Rockwell 公司支持）； 類型 3 Profibus （德國(guó) Siemens 公司支持） ； 類型 4 P-NET （丹麥 Process Data 公司支持）； 類型 5 FFHSE（原 FFH2）高速以太網(wǎng)（

17、美國(guó) Fisher Rosemount 公司支持）；類型 6 Swift-Net （美國(guó)波音公司支持） ； 類型 7 WorldFIP （法國(guó) Alsto 公司支持）； 類型 8 Interbus （美國(guó) Phoenix Contact 公司支持）。除了 IEC61158 的 8 種現(xiàn)場(chǎng)總線外， IEC TC17B 通過了三種總線標(biāo)準(zhǔn)： SDS（ Smart Distributed System ）； ASI（ Actuator Sensor Interface）；Device NET 。另外， ISO 公布了 ISO 11898 CAN標(biāo)準(zhǔn)。其中 Device NET 于 2002 年 10

18、 月 8 日被中國(guó)批準(zhǔn)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并于 2003 年 4 月 1 日開始實(shí)施。目前在各種現(xiàn)場(chǎng)總線的競(jìng)爭(zhēng)中， 以 Ethernet 為代表的 COTS（Commercial-Off-The-Shelf） 通信技術(shù)正成為現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展中新的亮點(diǎn)。 其關(guān)注的焦點(diǎn)主要集中在兩個(gè)方面：（1） 能否出現(xiàn)全世界統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)；（2） 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)能否全面取代現(xiàn)時(shí)風(fēng)靡世界的DCS系統(tǒng)。采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)構(gòu)造低成本的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)儀表的智能化、控制功能分散 化、控制系統(tǒng)開放化，符合工業(yè)控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)家在“九五”期間為了加快現(xiàn) 場(chǎng)總線技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展，重點(diǎn)放在智能化儀表和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的開發(fā)

19、和工程化上，補(bǔ)充和 完善工藝設(shè)備、開發(fā)裝置和測(cè)試裝置，建立智能化儀表和開發(fā)自動(dòng)化系統(tǒng)的生產(chǎn)基地，形成 適度規(guī)模經(jīng)濟(jì)。 2000 年，“九五”國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃“新一代全分布式控制系統(tǒng)研究與開發(fā)” 和“現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表研究開發(fā)”兩個(gè)項(xiàng)目相繼完成。這兩個(gè)項(xiàng)目以及先期完成的“現(xiàn)場(chǎng)總 線控制系統(tǒng)的開發(fā)”項(xiàng)目，針對(duì)國(guó)際上已經(jīng)出現(xiàn)的多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議并存的局面，重點(diǎn)選擇 了 HART協(xié)議和 FF 協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)攻關(guān)。總之，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)單元組合式模擬 儀表控制系統(tǒng)、 集中式數(shù)字控制系統(tǒng)以及集散控制系統(tǒng) （ DCS）后，將朝著現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) （FCS）的方向發(fā)展。雖

20、然以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的 FCS發(fā)展很快，但 FCS發(fā)展還有很多工作要做，如統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、儀表智能化等。另外，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護(hù)和改造還需要DCS，因此 FCS完全取代傳統(tǒng)的 DCS還需要一個(gè)較長(zhǎng)的過程，同時(shí) DCS本身也在不斷的發(fā)展與完善?？梢钥隙ǖ?是，結(jié)合 DCS、工業(yè)以太網(wǎng)、先進(jìn)控制等新技術(shù)的FCS 將具有強(qiáng)大的生命力。工業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)作為一種靈活、方便、可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得到了越來(lái)越多的 應(yīng)用，并將在控制領(lǐng)域中占有更加重要的地位。五、儀器儀表技術(shù)在向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化方向發(fā)展經(jīng)過五十年的發(fā)展， 我國(guó)儀器儀表工業(yè)已有相當(dāng)基礎(chǔ)， 初步形成了門類比較齊全的生產(chǎn)、

21、科研、營(yíng)銷體系?，F(xiàn)有各類儀器儀表企業(yè) 6000 余家，年銷售額約 1000 億元，成為亞洲除日 本之外第二大儀器儀表生產(chǎn)國(guó)。 據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)， 除去隨成套工程項(xiàng)目配套引進(jìn)的儀器儀表不計(jì)， 去年進(jìn)口各類儀器儀表近 60億美元， 約占我國(guó)儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值的 50%。但目前我國(guó)儀器 儀表行業(yè)產(chǎn)品大多屬于中低檔水平，隨著國(guó)際上數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化的產(chǎn)品逐 漸成為主流，差距還將進(jìn)一步加大。目前，我國(guó)高檔、大型儀器設(shè)備大多依賴進(jìn)口。中檔產(chǎn) 品以及許多關(guān)鍵零部件，國(guó)外產(chǎn)品占有我國(guó)市場(chǎng)60%以上的份額，而國(guó)產(chǎn)分析儀器占全球市場(chǎng)不到千分之二的份額。2001 年 3 月，第九屆全國(guó)人大四次會(huì)議批準(zhǔn)的“十五

22、”計(jì)劃綱要首次提出“把發(fā)展數(shù)控 機(jī)床，儀器儀表和基礎(chǔ)零部件放到重要位置，努力提高質(zhì)量和技術(shù)水平” 。2001 年 8 月，國(guó) 家計(jì)委把儀器儀表明確列為國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要技術(shù)裝備， 國(guó)家經(jīng)貿(mào)委制定并公布的儀器儀表行業(yè) “十五”規(guī)劃，確立了 6 項(xiàng)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目：1. 基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的全開放分散控制系統(tǒng)及智能儀表；2. 新型傳感器；3. 智能化工業(yè)控制部件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)；4. 環(huán)境與污染源監(jiān)測(cè)儀器及自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；5. 城市污水處理利用成套工藝設(shè)備中的儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)；6. 煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回轉(zhuǎn)成套裝置中的儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)。根據(jù)儀器儀表行業(yè)的預(yù)測(cè)， “十五”期間我國(guó)儀器儀表市場(chǎng)大致是：2002 年 1

23、628 億， 2003年 1790 億， 2004 年 1969 億，2005 年 2165 億。五年間，平均年市場(chǎng)容量為 1806億（相當(dāng)于 220 億美元），其中工業(yè)自動(dòng)化儀表和控制系統(tǒng)占41%、科學(xué)測(cè)試儀器占 25%、醫(yī)療儀器占 17%、其它占 17%，平均年增長(zhǎng)率將不會(huì)低于 10%。今后儀器儀表技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)：* 儀器儀表向智能化方向發(fā)展，產(chǎn)生智能儀器儀表；* 測(cè)控設(shè)備的 PC 化，虛擬儀器技術(shù)將迅速發(fā)展；* 儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)儀器與遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)。幾點(diǎn)建議：* 開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，掌握核心技術(shù)。* 加強(qiáng)儀器儀表行業(yè)的系統(tǒng)集成能力。* 進(jìn)一步拓展儀器儀表的應(yīng)用領(lǐng)域。六、

24、數(shù)控技術(shù)向智能化、開放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展從 1952 年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第一臺(tái)試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了 51 年的歷 程。近 10 年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展， 各種不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生， 發(fā) 展很快。目前正朝著標(biāo)準(zhǔn)化開放體系結(jié)構(gòu)的方向前進(jìn)。就結(jié)構(gòu)形式而言，當(dāng)今世界上的數(shù)控 系統(tǒng)大致可分為 4 種類型：1. 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)；2. “ PC嵌入 NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)；3. “ NC嵌入 PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)；4. SOFT 型開放式數(shù)控系統(tǒng)。我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與生產(chǎn)，通過“七五”引進(jìn)、消化、吸收， “八五”攻關(guān)和“九五” 產(chǎn)業(yè)化，取得了很大的進(jìn)展，基本上

25、掌握了關(guān)鍵技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)、生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了 一批數(shù)控人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)，也帶動(dòng)了機(jī)電控制與傳動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。同 時(shí)，具有中國(guó)特色的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過這些年來(lái)的發(fā)展，產(chǎn)品的性能和可靠性有了較大的 提高，逐漸被用戶認(rèn)可。國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總體發(fā)展趨勢(shì)是：* 新一代數(shù)控系統(tǒng)向 PC化和開放式體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展；* 驅(qū)動(dòng)裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展；* 增強(qiáng)通信功能，向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；* 數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展。進(jìn)入 21 世紀(jì)，人類社會(huì)將逐步進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代， 知識(shí)將成為科技和生產(chǎn)發(fā)展的資本與 動(dòng)力，而機(jī)床工業(yè)，作為機(jī)器制造業(yè)、工業(yè)以至整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的裝備部門，毫無(wú)疑問，

26、 其戰(zhàn)略性重要地位、受重視程度，也將更加鮮明突出。近年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床一直保持兩位數(shù)增長(zhǎng)。 2001 年，我國(guó)機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5 名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第 3 位，達(dá) 47.39 億美元，僅次于美國(guó)的 53.67 億美元。 2002 年產(chǎn)值達(dá) 260 億元，產(chǎn)量居世界第 4。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率還不高， 目前生產(chǎn)產(chǎn)值數(shù)控化率還不到 30%；消費(fèi)值數(shù)控化率還不到 50%，而發(fā)達(dá)國(guó)家大多在 70%左右。 由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求，高檔次的數(shù)控機(jī)床及配套部件只能靠進(jìn)口，使我國(guó) 機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì)， 2001 年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第 2 位，達(dá) 24.0

27、6 億美元，比上 年增長(zhǎng) 27.3%。智能化、 開放性、 網(wǎng)絡(luò)化、信息化成為未來(lái)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主要趨勢(shì)：* 向高速、高效、高精度、高可靠性方向發(fā)展；* 向模塊化、智能化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展；* 向 PC-based 化和開放性方向發(fā)展；* 出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備， 機(jī)械加工向虛擬制造的方向發(fā)展。* 信息技術(shù)（ IT ）與機(jī)床的結(jié)合，機(jī)電一體化先進(jìn)機(jī)床將得到發(fā)展。* 納米技術(shù)將形成新發(fā)展潮流，并將有新的突破。* 節(jié)能環(huán)保機(jī)床將加速發(fā)展，占領(lǐng)廣大市場(chǎng)。七、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將向有線和無(wú)線相結(jié)合方向發(fā)展自從 1977 年第一個(gè)民用網(wǎng)系統(tǒng) ARCnet投入運(yùn)行以來(lái)，有線局域網(wǎng)以其

28、廣泛的適用性和 技術(shù)價(jià)格方面的優(yōu)勢(shì)，獲得了成功并得到了迅速發(fā)展。然而，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，一些工業(yè)環(huán)境禁 止、限制使用電纜或很難使用電纜，有線局域網(wǎng)很難發(fā)揮作用，因此無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)得到了 發(fā)展和應(yīng)用。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)將在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮越來(lái)越 大的作用。無(wú)線局域網(wǎng)( Wireless LAN )技術(shù)可以非常便捷地以無(wú)線方式連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，人們可隨 時(shí)、隨地、隨意地訪問網(wǎng)絡(luò)資源，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。無(wú)線局域網(wǎng)可以在 不采用網(wǎng)絡(luò)電纜線的情況下，提供以太網(wǎng)互聯(lián)功能。在推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，無(wú)線局域 網(wǎng)也在改變著人們的生活方式。無(wú)線網(wǎng)通信協(xié)議通常采用IEEE802.3

29、和 802.11 。 802.3 用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式， 802.11 用于一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式。無(wú)線局域網(wǎng)可以在普通局域網(wǎng)基礎(chǔ)上通過無(wú)線 Hub、無(wú)線接入站 (AP) 、無(wú)線網(wǎng)橋、 無(wú)線 Modem及無(wú)線網(wǎng)卡等來(lái)實(shí)現(xiàn)， 以無(wú)線網(wǎng)卡使用最為普 遍。無(wú)線局域網(wǎng)的未來(lái)的研究方向主要集中在安全性、 移動(dòng)漫游、 網(wǎng)絡(luò)管理以及與 3G等其它 移動(dòng)通信系統(tǒng)之間的關(guān)系等問題上。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，有成千上萬(wàn)的感應(yīng)器，檢測(cè)器，計(jì)算機(jī)，PLC，讀卡器等設(shè)備，需要互相連接形成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)，通常這些設(shè)備提供的通信接口是RS-232 或 RS-485。無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備使用隔離型信號(hào)轉(zhuǎn)換器， 將工業(yè)設(shè)備的 RS-232 串口信號(hào)與無(wú)線

30、局域網(wǎng)及以太網(wǎng)絡(luò)信 號(hào)相互轉(zhuǎn)換， 符合無(wú)線局域網(wǎng) IEEE 802.11b 和以太網(wǎng)絡(luò) IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)，支持標(biāo)準(zhǔn)的 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，有效的擴(kuò)展了工業(yè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通信能力。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了“基于無(wú)線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智 能傳感器”的全新概念。這種基于無(wú)線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器使得工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)能夠通 過無(wú)線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)能夠在工廠環(huán)境下，為各種智 能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、移動(dòng)機(jī)器人以及各種自動(dòng)化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路和靈活 的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補(bǔ)了有線網(wǎng)絡(luò)的不足，進(jìn)一步完善了工業(yè)控制 網(wǎng)絡(luò)的通信性能。八、工業(yè)控制軟件正向先進(jìn)控制方向發(fā)展自 20 世紀(jì) 80 年代初期誕生至今， 工業(yè)控制軟件已有 20 年的發(fā)展歷史。 工業(yè)控制軟件作 為一種應(yīng)用軟件，是隨著 PC 機(jī)的興起而不斷發(fā)展的。工業(yè)控制軟件主要包括人機(jī)界面軟件 (HMI)，基于 PC的控制軟件以及生產(chǎn)管理軟件等。 目前， 我國(guó)已開發(fā)出一批具有自主知識(shí)產(chǎn) 權(quán)的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)、先進(jìn)控制軟件、過程優(yōu)化控制軟件等成套應(yīng)用軟件，工程化、產(chǎn)品 化有了一定突破，打破了國(guó)外同類應(yīng)用軟件的壟斷格局。通過在化工、石化、