我國工業(yè)控制自動化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢簡述

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工業(yè)控制自動化技術(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)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測、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**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(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中*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。( H4 S% c. @# r% Y# D. B
　　我國工業(yè)控制自動化發(fā)展道路，大多是引進(jìn)成套設(shè)備同時進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。目前我國工業(yè)控制自動化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大發(fā)展，我國工業(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 ! A1 x. c: g, @( j3 M" v
　　眾所周知，從20世紀(jì)60年代開始，西方國家就依靠技術(shù)進(jìn)步（即新設(shè)備、新工藝以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用）開始對傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)行改造，使工業(yè)到飛速發(fā)展。20世紀(jì)末世界上*大變化就是全球市場形成。全球市場導(dǎo)致競爭**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(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）結(jié)合信息集成和系統(tǒng)集成，追求更完善T.Q.C.S.，使企業(yè)實(shí)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(xiǎn)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(zhǔn)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(jìn)口過程計(jì)算機(jī)或小型機(jī)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(jì)90年代以來，PC-based工業(yè)計(jì)算機(jī)（簡稱工業(yè)PC）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(shí)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或單回路數(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。基于PC控制器被證明可以像PLC一樣可靠，**作和維護(hù)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。基于PC控制系統(tǒng)易于安裝和使用，有**診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活選擇，從長遠(yuǎn)角度看，PC控制系統(tǒng)維護(hù)成本低。可編程控制器（PLC）受PC控制威脅*大，PLC供應(yīng)商對PC應(yīng)用感到很不安。事實(shí)上，他們現(xiàn)也加入到了PC控制浪潮中。
1 }1 l+ y2 |4 X/ P　　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(jī)和CompactPCI工控機(jī)以及它們變形機(jī)，如AT96總線工控機(jī)等。基礎(chǔ)自動化和過程自動化對工業(yè)PC運(yùn)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(jī)，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(jì)算機(jī)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(xiàng)，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%國內(nèi)市場，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。, B# ?! U3 `( x' v4 a
　　幾年前，當(dāng)軟PLC出現(xiàn)時，業(yè)界曾認(rèn)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(diǎn)：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**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競爭，這也是PLC市場增長*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市場變非常可觀。 # n: o4 Y0 X  c3 V) t! N0 C5 ^# d5 W
　　二、PLC向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性方向發(fā)展
- ]+ t6 p/ |5 G. w' X$ \$ y: |! H　　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)備提供非常可靠控制方案，與DCS和工業(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、Modicon、A-B、OMRON、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)能力和品牌產(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(jì)，2000年PLC國內(nèi)市場銷量為15(20萬套（其中進(jìn)口占90%左右），約25(35億元人民幣，年增長率約為12%。預(yù)計(jì)到2005年國內(nèi)PLC需求量將達(dá)到25萬套左右，約35(45億元人民幣。+ {1 V# F' Z8 _
　　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(jì)下滑，PLC市場將會復(fù)蘇，估計(jì)全球PLC市場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。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。基于PLC自動化早期，PLC體積大價格昂貴。但*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(jìn)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*大發(fā)展趨勢之一就是Ethernet技術(shù)擴(kuò)展，PLC例外。現(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)。1 J- E' y( M$ G! {, `9 K! e, r' _
　　三、面向測控管一體化設(shè)計(jì)DCS系統(tǒng)- \4 v( @1 v( J+ g5 W0 R
　　集散控制系統(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(jìn)口設(shè)備成套中引入國外DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進(jìn)口項(xiàng)目。當(dāng)時，我國主要行業(yè)（如電力、石化、建材和冶金等）DCS基本全部進(jìn)口。80年代初期引進(jìn)、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)良企業(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(tuán)等。
2 @1 \9 E9 [5 k/ g. X' d9 Q* ?　　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)水平已經(jīng)達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。2001年國內(nèi)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(jìn)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(xiàn)。與此同時，國產(chǎn)DCS系統(tǒng)出口也逐年增長。% v8 L% a5 o3 I, K+ X* v
　　國產(chǎn)DCS發(fā)展取了長足進(jìn)步，但國外DCS產(chǎn)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)DCS石化行業(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(jì)，到2005年，我國石化行業(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。，今后5年內(nèi)DCS作為自動化儀表行業(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DCS市場狀況如下： 小型化、多樣化、PC化和開放性是未來DCS發(fā)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DCS可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DCS廠商也將紛紛推出基于工業(yè)PC小型DCS系統(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(shí)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。