我國工業(yè)現(xiàn)狀

1、我國工業(yè)控制自動化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢我國工業(yè)控制自動化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.工業(yè)控制自動化技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術(shù)，對工業(yè) 生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低 消耗、確保安全等目綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工 業(yè)控制自動化技術(shù)作為 20世紀現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一 致性問題。自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯提升作用。我國工業(yè)控制自動化發(fā)展道路，大多是引進成套設(shè)備同時進行消化吸收，然后進行二次 開發(fā)和應(yīng)用。目前我國工業(yè)控制自動化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都

2、有了很大發(fā)展，我國工業(yè)計 算機系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。目前，工業(yè)控制自動化技術(shù)正向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向 發(fā)展。一、以工業(yè)PC為基礎(chǔ)低成本工業(yè)控制自動化將成為主流眾所周知，從20世紀60年代開始，西方國家就依靠技術(shù)進步（即新設(shè)備、新工藝以及 計算機應(yīng)用）開始對傳統(tǒng)工業(yè)進行改造，使工業(yè)到飛速發(fā)展。20世紀末世界上最大變化就是全球市場形成。全球市場導(dǎo)致競爭空前激烈，促使企業(yè)必須加快新產(chǎn)品投放市場時間（TimetoMarket ）、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)T.Q.C.S.。計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）結(jié)合信息集成和系統(tǒng)集成，追

3、求更完善 T.Q.C.S.,使企業(yè)實現(xiàn)“正確時間，將正確信息以正確方式傳給正 確人，作出正確決策”，即“五個正確”。這種自動化需要投入大量資金，是一種高投 資、高效益同時是高風(fēng)險發(fā)展模式，很難為大多數(shù)中小企業(yè)所采用。我國，中小型企業(yè) 以及準大型企業(yè)走低成本工業(yè)控制自動化道路。工業(yè)控制自動化主要包含三個層次，從 下往上依次是基礎(chǔ)自動化、過程自動化和管理自動化，其核心是基礎(chǔ)自動化和過程自動 化。傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)，基礎(chǔ)自動化部分基本被PLC和DCS所壟斷，過程自動化和管理自動化部分主由各種進口過程計算機或小型機組成，其硬件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件價格之高令眾多企業(yè)望而卻步。20世紀90年代以來，PC-ba

4、sed工業(yè)計算機（簡稱工業(yè) PQ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PC-based自動化系統(tǒng)到了迅速普及，成為實現(xiàn)低成本工業(yè)自動化重要途徑。我國重慶鋼鐵公司這樣大企業(yè)幾乎全部大型 加熱爐，也拆原來 DCS單回路數(shù)字式調(diào)節(jié)器，而改用工業(yè)PC來組成控制系統(tǒng)，并采用模糊控制算法，獲了良好效果?；赑C控制器被證明可以像 PLC一樣可靠，*作和維護人員接受，一個接一個制造商至少部分生產(chǎn)中正采用PC控制方案?；赑C控制系統(tǒng)易于安裝和使用，有高級診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活選擇，從長遠角度看，PC控制系統(tǒng)維護成本低?？删幊炭刂破鳎≒L。受PC控制威脅最大，PLC供應(yīng)商對PC應(yīng)用感

5、到很不安。事實上，他們現(xiàn)也加入到了PC控制“浪潮”中。近年來，工業(yè)PC我國到了異常迅速發(fā)展。從世界范圍來看，工業(yè)PC主要包含兩種類型：IPC工控機和CompactPCI工控機以及它們變形機，如 AT96總線工控機等。基礎(chǔ)自動化和過程自動化對工業(yè) PC運行穩(wěn)定性、熱插拔和冗余配置要求很高，現(xiàn)有 IPC已經(jīng)不 能完全滿足要求，將逐漸退出該領(lǐng)域，取而代之將是CompactPCI-based工控機，而IPC將占據(jù)管理自動化層。國家于 2001年設(shè)立了 “以工業(yè)控制計算機為基礎(chǔ)開放式控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化”工業(yè)自動化重大專項，目標(biāo)就是發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)PC-based控制系統(tǒng)，3(5年內(nèi)，占領(lǐng)30%(50崛內(nèi)

6、市場，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化幾年前，當(dāng)“軟 PLC'出現(xiàn)時，業(yè)界曾認為工業(yè)PC將會取代PLC ,時至今日工業(yè) PC并沒有代替PLC,主要有兩個原因：一個是系統(tǒng)集成原因；另一個是軟件操作系統(tǒng) WindowsNT原因。一個成功PC-based控制系統(tǒng)要具備兩點：一是所有工作要由一個平臺 上軟件完成；二是向客戶提供所需要所有東西。可以預(yù)見，工業(yè)PC與PLC競爭將主要高端應(yīng)用上，其數(shù)據(jù)復(fù)雜且設(shè)備集成度高。工業(yè)PC不可能與低價微型 PLC爭，這也是PLC市場增長最快一部分。從發(fā)展趨勢看，控制系統(tǒng)將來很可能存工業(yè)PC和PLC之間，這些融合跡象已經(jīng)出現(xiàn)。和 PLC一樣，工業(yè)PC市場過去兩年里保持平穩(wěn)。與PLC

7、相比，工業(yè)PC軟件很便宜。據(jù) Frost&Sullivan公司估計，全世界每年 7億美元工業(yè)PC市場里，大約8500萬美元為控制軟件，一億美元為操作系統(tǒng)。到 2007年會翻一番，工業(yè) PC 市場變非?？捎^。二、PLC向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性方向發(fā)展長期以來，PLC始終處于工業(yè)控制自動化領(lǐng)域主戰(zhàn)場，為各種各樣自動化控制設(shè)備提供 非?？煽靠刂品桨?，與 DCSffi工業(yè)PC形成了三足鼎立之勢。同時，PLC也承受著來自其它技術(shù)產(chǎn)品沖擊，尤其是工業(yè) PC所帶來沖擊。目前，全世界 PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。國內(nèi) PLC市場仍以國外產(chǎn)品為主，如 Siemens> M

8、odicon、A-B、 OMRQN三菱、GE產(chǎn)品。多年發(fā)展，國內(nèi) PLC生產(chǎn)廠家約有三十家，但都沒有形成頗具 規(guī)模生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，可以說PLC我國尚未形成制造產(chǎn)業(yè)化。PLC應(yīng)用方面，我國是很活躍，應(yīng)用行業(yè)也很廣。專家估計，2000年P(guān)LC國內(nèi)市場銷量為15(20萬套(其中進口占90%右)，約25(35億元人民幣，年增長率約為12%預(yù)計到2005年全國PLC需求量將達到25萬套左右，約35(45億元人民幣。PLC市場也反映了全世界制造業(yè)狀況，2000后大幅度下滑。AutomationResearchCorp預(yù)測，盡管全球經(jīng)濟下滑，PLC市場將會復(fù)蘇，估計全球 PLC市場2000年為76億美元

9、，到2005年底將回到76億美元，并繼續(xù)略微增長。微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性是PLC未來發(fā)展主要方向?；赑LC自動化早期，PLC體積大價格昂貴。但最近幾年，微型PLC (小于32I/O )已經(jīng)出現(xiàn)，價格幾百歐元。軟 PLC (SoftPLC)控制組態(tài)軟件進一步完 善和發(fā)展，安裝有軟 PLC組態(tài)軟件和PC-based控制市場份額將逐步到增長。當(dāng)前，過程 控制領(lǐng)域最大發(fā)展趨勢之一就是Ethernet技術(shù)擴展，PLC例外?，F(xiàn)越來越多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控制系統(tǒng)。三、面向測控管一體化設(shè)計DCS系統(tǒng)集散控制系

10、統(tǒng) DCS( DistributedControlSystem )問世于1975年，生產(chǎn)廠家主要集中 美、日、德等國。我國從 70年代中后期起，首先由大型進口設(shè)備成套中引入國外DCS首批有化纖、乙烯、化肥等進口項目。當(dāng)時，我國主要行業(yè)(如電力、石化、建材和冶 金等)DCS1本全部進口。 80年代初期引進、消化和吸收同時，開始了研制國產(chǎn)化DCS技術(shù)攻關(guān)。近10年，特別是“九五”以來，我國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)，如北京和利時公司、上海新華公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天測控公司、電科院以及北京康拓集團等。這批企業(yè)研制生產(chǎn) DCS系統(tǒng)，品種數(shù)量大幅度增加，產(chǎn)品技術(shù)水平

11、已經(jīng)達到或接近國際先進水平。2001年全國應(yīng)用4426套DCS系統(tǒng)中，國產(chǎn) DCS系統(tǒng)為1486套，占35% 短 短幾年，國外DCS系統(tǒng)我國一統(tǒng)天下局面從此不再出現(xiàn)。這些專業(yè)化公司占據(jù)了一定市 場份額，積累了發(fā)展資本和技術(shù)，同時使國外引進DCS系統(tǒng)價格也大幅度下降，為我國自動化推廣事業(yè)做出了貢獻。與此同時，國產(chǎn)DCS系統(tǒng)出口也逐年增長。國產(chǎn)DCS發(fā)展取了長足進步，但國外 DCST品國內(nèi)市場中占有率還較高，其中主 Honeywell和橫河公司產(chǎn)品。我國 DCS市場年增長率約為 20%,年市場額約為30(35億 元。近5年內(nèi)DCSS化行業(yè)大型自控裝置中沒有可替代產(chǎn)品，其市場增長率不會下降。據(jù)統(tǒng)計，

12、到2005年，我國石化行業(yè)有1000多套裝置需要應(yīng)用 DCS空制；電力系統(tǒng)每年 新裝1000多萬千瓦發(fā)電機組，需要 DCS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。，今后 5年內(nèi)DCS乍為自動化儀表行業(yè)主要產(chǎn)品位不會動搖。中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會公布調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2002年我國DCM場狀況如下：小型化、多樣化、PC化和開放性是未來 DC敬展主要方向。目前小型 DCS所占有市場，已逐步與 PLC、工 業(yè)PC FCS共享。今后小型 DCSW能首先與這三種系統(tǒng)融合，“軟 DCS技術(shù)將首先小 型DCS中到發(fā)展。PC-based控制將更加廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模過程控制，各DCST商也將紛紛推出

13、基于工業(yè) PC小型DC源統(tǒng)。開放性 DCS系統(tǒng)將同時向上和向下雙向延伸，使來自生產(chǎn)過程現(xiàn)場數(shù)據(jù)整個企業(yè)內(nèi)部自由流動，實現(xiàn)信息技術(shù)與控制技術(shù)無縫連接，向測 控管一體化方向發(fā)展。四、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年美國麻省理工學(xué)院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)已走過了51年歷程。近10年來，計算機技術(shù)飛速發(fā)展，各種不同層次開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運而生，發(fā)展很快。 目前正朝著標(biāo)準化開放體系結(jié)構(gòu)方向前進。就結(jié)構(gòu)形式而言，當(dāng)今世界上數(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)開放式數(shù)控系統(tǒng)；3. “NC嵌入PC"結(jié)構(gòu)開放式數(shù)控系統(tǒng)；4

14、.SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)。我國數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)與生產(chǎn)，“七五”引進、消化、吸收，“八五”攻關(guān)和“九五”產(chǎn)業(yè) 化，取了很大進展，基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)、生產(chǎn)基，培養(yǎng)了一批數(shù) 控人才，初步形成了自己數(shù)控產(chǎn)業(yè)，也帶動了機電控制與傳動控制技術(shù)發(fā)展。同時，具 有中國特色經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)這些年來發(fā)展，產(chǎn)品性能和可靠性有了較大提高，逐漸被用 戶認可。國外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展總體發(fā)展趨勢是：*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)動裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展；*增強通信功能，向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；*數(shù)控系統(tǒng)控制性能上向智能化發(fā)展。進入21世紀，人類社會將逐步進入知識經(jīng)濟時代，知識將成為科技和生產(chǎn)發(fā)

15、展資本與動 力，而機床工業(yè)，作為機器制造業(yè)、工業(yè)整個國民經(jīng)濟發(fā)展裝備部門，毫無疑問，其戰(zhàn)略性重要位、受重視程度，也將更加鮮明突出近年來，我國數(shù)控機床一直保持兩位數(shù)增長。2001年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值已進入世界第5名，機床消費額世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次于美國53.67億美元。2002年產(chǎn)值達260億元，產(chǎn)量居世界第 4。但與發(fā)達國家相比，我國機床數(shù)控化率 還不高，目前生產(chǎn)產(chǎn)值數(shù)控化率還不到30%消費值數(shù)控化率還不到 50%而發(fā)達國家大多70溢右。國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場需求，高檔次數(shù)控機床及配套部件只能靠進 口，使我國機床進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第

16、2位，達24.06億美元，比上年增長 27.3%。智能化、開放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化成為未來數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床發(fā)展主要趨勢： *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，機械加工向虛擬制造方向發(fā)展。*信息技術(shù)(IT)與機床結(jié)合，機電一體化先進機床將到發(fā)展。*納米技術(shù)將形成新發(fā)展潮流，并將有新突破。*節(jié)能環(huán)保機床將加速發(fā)展，占領(lǐng)廣大市場。五、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將向有線和無線相結(jié)合方向發(fā)展自從1977年第一個民用網(wǎng)系統(tǒng) ARCnet投入運行以來，有線局域網(wǎng)以其廣泛適用性和技 術(shù)價格方面優(yōu)

17、勢，獲了成功并到了迅速發(fā)展。，工業(yè)現(xiàn)場，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，無線局域網(wǎng)技術(shù)到了發(fā)展和應(yīng)用。微電子技術(shù)不斷發(fā)展，無線局域網(wǎng)技術(shù)將工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮越來越大作用。無線局域網(wǎng)(WirelessLAN )技術(shù)可以非常便捷以無線方式連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，人們可隨時、 隨、隨意訪問網(wǎng)絡(luò)資源，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展重要方向。無線局域網(wǎng)可以不采用網(wǎng) 絡(luò)電纜線情況下，提供以太網(wǎng)互聯(lián)功能。推動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展同時，無線局域網(wǎng)也改變著人們生活方式。無線網(wǎng)通信協(xié)議通常采用IEEE802.3和802.11。802.3用于點對點方式，802.11用于一點對多點方式。無線局域網(wǎng)可以普

18、通局域網(wǎng)基礎(chǔ)上無線Hub、無線接入站(AP)、無線網(wǎng)橋、無線 Modems無線網(wǎng)卡等來實現(xiàn)，以無線網(wǎng)卡使用最為普遍。無 線局域網(wǎng)未來研究方向主要集中安全性、移動漫游、網(wǎng)絡(luò)管理以及與3G等其它移動通信系統(tǒng)之間關(guān)系等問題上。工業(yè)自動化領(lǐng)域，有成千上萬感應(yīng)器，檢測器，計算機，PLC,讀卡器等設(shè)備，需要互相連接形成一個控制網(wǎng)絡(luò)，通常這些設(shè)備提供通信接口是RS-232或RS-485。無線局域網(wǎng)設(shè)備使用隔離型信號轉(zhuǎn)換器，將工業(yè)設(shè)備 RS-232串口信號與無線局域網(wǎng)及以太網(wǎng)絡(luò)信號相互轉(zhuǎn)換，符合無線局域網(wǎng)IEEE802.11b和以太網(wǎng)絡(luò)IEEE802.3標(biāo)準，支持標(biāo)準TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，有效擴展了工業(yè)設(shè)

19、備聯(lián)網(wǎng)通信能力。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)結(jié)合，產(chǎn)生了 “基于無線技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化智 能傳感器”全新概念。這種基于無線技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器使工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)能夠無線鏈 路直接網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。無線局域網(wǎng)技術(shù)能夠工廠環(huán)境下，為各種智能現(xiàn)場設(shè) 備、移動機器人以及各種自動化設(shè)備之間通信提供高帶寬無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，一些特殊環(huán)境下有效彌補了有線網(wǎng)絡(luò)不足，進一步完善了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信性臺匕 目匕六、工業(yè)控制軟件正向先進控制方向發(fā)展自20世紀80年代初期誕生至今，工業(yè)控制軟件已有20年發(fā)展歷史。工業(yè)控制軟件作為一種應(yīng)用軟件，是 PC機興起而不斷發(fā)展。工業(yè)控制軟件主要包括人機界面軟件

20、(HMI),基于PC控制軟件以及生產(chǎn)管理軟件等。目前，我國已開發(fā)出一批具有自主知 識產(chǎn)權(quán)實時監(jiān)控軟件平臺、先進控制軟件、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，打破了國外同類應(yīng)用軟件壟斷格局?；?、石化、造紙等行 業(yè)數(shù)百個企業(yè)(裝置)中應(yīng)用，促進了企業(yè)技術(shù)改造，提高了生產(chǎn)過程控制水平和產(chǎn)品 質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造了明顯經(jīng)濟效益。2000年，“九五”國家科技攻關(guān)計劃項目“大型骨干石化生產(chǎn)系統(tǒng)控制及計算機應(yīng)用技術(shù)” 了驗收。作為工控軟件一個重要組成部分，國內(nèi)人機界面組態(tài)軟件研制方面近幾年取了較大進展，軟件和硬件相結(jié)合，為企業(yè)測、控、管一體化提供了比較完整解決方案。此基礎(chǔ)上，工業(yè)控制軟件將從人機界面和基本策略組態(tài)向先進控制方向發(fā)展。先進過程控制APC(AdvancedProcessControl )目前還沒有嚴格而統(tǒng)一定義。一般將基于數(shù)學(xué)模型而又必須用計算機來實現(xiàn)控制算法，