國外工業(yè)自動化發(fā)展動態(tài)_圖文

1、國外工業(yè)自動化發(fā)展動態(tài)本文編者 : 梁昌鑫 平 帆 高順平摘要:本文簡要介紹了國外工業(yè)自動化已經(jīng)進入基于信息技術(shù)的自動 化時代,特別是發(fā)展基于 PC 的工業(yè)自動化系統(tǒng)、嵌入式控制系統(tǒng)、 現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、三維 CAD 應(yīng)用、工業(yè)設(shè)計和仿真設(shè)計等。Abstract:This paper briefly introduced the industrial automation abroad which has entered into the automation age based on the information technologies, especially on the PC-b

2、ased industrial automation system, embedded system, Field bus, Industrial Ethernet, application of 3D CAD, industrial design, computer simulation technology, etc.工業(yè)自動化經(jīng)過了機械自動化、 機電一體化的發(fā)展, 目前已進入 基于信息技術(shù)的自動化。 特別是計算機技術(shù)、 通信技術(shù)以及以太網(wǎng)技 術(shù)引入加快了工業(yè)自動化的發(fā)展。目前工業(yè)自動化發(fā)展的動態(tài)如下:一、 基于 PC 的自動化系統(tǒng)工業(yè) PC 可將 PLC 、現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡(luò)通信等集成,構(gòu)成

3、多功能的自動化應(yīng)用系統(tǒng)。世界上目前的主要制造商有 Siemens 、 Schneider 、 ABB 、東芝、三菱、日立等 30多家廠商。工業(yè) PC 可廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、人機界面、過程優(yōu)化、物理跟 蹤、配方處理、質(zhì)量檢測、統(tǒng)計分析等多種領(lǐng)域,如圖(1-1 , (1-2 所示。預(yù)計到 2010年基于 PC 的自動化控制系統(tǒng)將占工業(yè)自動化應(yīng) 用領(lǐng)域的 30%。專家們認為工業(yè) PC 的優(yōu)點:(1 通 過 PC 軟件可實現(xiàn)邏輯控制和運動控制的功能,降低系統(tǒng)硬 件和備件的成本。(2 P C 的開放性保證了控制器與系統(tǒng)中第三方的軟硬件連接。 PC+現(xiàn)場總線 +分布式 I/O的系統(tǒng), 提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信

4、速度和整 體效率。(3 可 完成 PLC 難以完成的數(shù)據(jù)處理和分析。 圖 1-1 圖 1-2二、 嵌入式控制系統(tǒng)嵌入式控制系統(tǒng)不屬于工業(yè) PC 系統(tǒng),但它有計算機的功能。它主要面向應(yīng)用, 軟硬件可根據(jù)用戶需要靈活裁減, 以達到降低成本和 提高了應(yīng)用的可行性和靈活性, 從而擴大了應(yīng)用范圍。 在世界上各個 展覽會上展出的嵌入式控制系統(tǒng)基礎(chǔ)產(chǎn)品和開發(fā)工具非常多, 說明它 得到了極快的發(fā)展。 主要的制造商有 SIEMENS 、 EPIS 、 ADDI DATA 、 DIGITAL LOGIC 等廠家。 EPIS 公司的產(chǎn)品如圖(2-1所示。 圖 2-1嵌入式控制系統(tǒng)的制造商主要提供系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)操作系

5、統(tǒng), 系 統(tǒng)的應(yīng)用軟件和接口由用戶自行設(shè)計,通常硬件系統(tǒng)應(yīng)具有以下性 能:對實時和多任務(wù)有很強的支持力。有強大功能的存儲器保護和擴展功能。并具有各種應(yīng)用對象所需的特殊接口。具有運動控制器的功能。 圖2-2 圖 2-3控制系統(tǒng)的操作系統(tǒng)可采用 Windows 90、 Windows CE、 Windows NT 、 LINUX 、 QNX 和 RTXDOS 等。三、 數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品制造業(yè)對自動化技術(shù)提出了數(shù)字化通信和信息集成的技術(shù)要求。 要實現(xiàn) ERP , 首先要將企業(yè)的底層數(shù)據(jù)能準確傳送到管理層, 計算機 就能保證 ERP 得以有效應(yīng)用,否則 ERP 將難以發(fā)揮作用。制造信息協(xié)會 MMS 規(guī)定了

6、工廠底層控制器與主計算機通信的有 關(guān)規(guī)定和協(xié)議。在企業(yè)中信息來自三個層次:企業(yè)管理層、控制層和 現(xiàn)場層。其中控制層通過 MES 系統(tǒng)執(zhí)行,現(xiàn)場層采用現(xiàn)場總線。目前世界主要的數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品生產(chǎn)廠商共有幾百個。圖(3-1 表示西門子公司數(shù)字化工廠數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 圖 3-1企業(yè)管理層:實現(xiàn)物流、資金流和信息流等管理,通過 Internet/Intranet連接,實現(xiàn)計算機和遠程故障的監(jiān)測; 控制層:使分散式數(shù)字化控制器從現(xiàn)場底層到車間級網(wǎng)絡(luò) 化;現(xiàn)場層:現(xiàn)場數(shù)字化的執(zhí)行器和傳感器被連成網(wǎng)絡(luò)。 1、現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線已成為世界上自動化技術(shù)的熱點,現(xiàn)在有 40多種,影 響 大 的 有 Profibus

7、、 Fieldbus Foundation(FF、 CAN 、 Worldfip 、 CoutrolNet 、 DeviceNet 、 Interbus 、 Lonworks 、 AS-I 底層總線等。 通過現(xiàn)場總線可將分散在生產(chǎn)現(xiàn)場的控制設(shè)備與控制室的主機 之間實現(xiàn)智能、雙向、串行、多點數(shù)字通信系統(tǒng),如圖(3-2所示。 它具有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)開放性、設(shè)備智能化、互操作性、互換 性等技術(shù)特點,而且大大減少接線提高了可靠性。 圖 3-22、工業(yè)以太網(wǎng)隨著工業(yè)網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展,為解決工業(yè)設(shè)備與 Internet 的聯(lián)網(wǎng)可采 用辦公自動化聯(lián)網(wǎng)方式 TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng),如圖(3-3所示。因 為工

8、業(yè)以太網(wǎng)是在以太網(wǎng)成熟情況下發(fā)展起來的, 它成功預(yù)防了數(shù)據(jù) 沖突,可有效利用數(shù)據(jù)通道。 PC 機可充分利用企業(yè)的以太網(wǎng),從而 輕松實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)。 圖 3-3其中德國 Hirschmann 公司生產(chǎn)了以太網(wǎng)近百種的數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品, 其中主要產(chǎn)品如圖(3-4所示。 工業(yè)無線電信號接受器、集 線器、轉(zhuǎn)換器標準工業(yè)開關(guān)信號轉(zhuǎn)換器 圖 3-4四、 產(chǎn)品設(shè)計軟件在不少國外研討會上國外專家認為產(chǎn)品造就了企業(yè), 而產(chǎn)品 70%以上成本、 質(zhì)量的保證和所有競爭優(yōu)勢取決于設(shè)計過程, 所以國外非 常重視產(chǎn)品設(shè)計,特別是設(shè)計軟件的開發(fā)和應(yīng)用。 1、二維和三維 CAD21世紀,產(chǎn)品的壽命越來越短,生產(chǎn)批量越來越小,

9、品種越來 越多樣化。要求新產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)和銷售的速度越來越快。因此能 不斷推出優(yōu)質(zhì)、可靠產(chǎn)品的企業(yè)將會立于不敗之地。目前, 國內(nèi)大部分中小型企業(yè)仍停留在經(jīng)驗設(shè)計和類比設(shè)計。 而 國外已大力推廣二維和三維 CAD 。下表為美、德企業(yè)應(yīng)用二維和三 維 CAD 的比例。標準千兆以太網(wǎng)信號轉(zhuǎn)換器 成組信號轉(zhuǎn)換器診斷軟件工業(yè)視頻和音頻發(fā)送器信號轉(zhuǎn)換器 他們應(yīng)用二維 +三維 CAD 之后,使企業(yè)生產(chǎn)能力提高了 46%, 特別是 EDS 、 IBM 、 PTC 等都在開發(fā)支持具有創(chuàng)新能力的三維 CAD 。 圖(4-1是 ISD 公司的三維設(shè)計效果圖。圖 4-1三維 CAD 設(shè)計產(chǎn)品效果圖2、工業(yè)設(shè)計工業(yè)設(shè)

10、計是綜合了各學(xué)科的設(shè)計, 是一項團隊工作, 由造型設(shè)計 和機械設(shè)計共同來完成。目前造型設(shè)計采用 Photoshop 平面設(shè)計軟件、 3dmax maya 三 維影視動畫軟件、機械設(shè)計采用 AUTOCAD 、 PROE 、 UG 。這次展示了造型設(shè)計和機械設(shè)計之間的設(shè)計軟件 Solidworks 。 以實現(xiàn) 造型設(shè)計與機械設(shè)計之間的銜接。3、仿真設(shè)計這次展示的仿真設(shè)計軟件的廠商也不少, 特別是用于汽車、 飛機 生產(chǎn)線的仿真設(shè)計。Synaps 公司對飛機產(chǎn)品的仿真設(shè)計和應(yīng)力分析如圖 (4-2 所示。 圖 4-2ABB 公司可提供在計算機上進行三維仿真模擬軟件, 如圖 (4-3 所示,是采用機器人的生產(chǎn)線仿真設(shè)計效果圖。采用仿真技術(shù), 使用戶縮短產(chǎn)品開發(fā)周期, 當(dāng)需要改變生產(chǎn)的產(chǎn)