工業(yè)控制自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術,對工業(yè)生產過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調度、管理和決策,達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術,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)控制自動化技術作為20世紀現(xiàn)代制造領域中最重要的技術之一,主要解決生產效率與一致性問題。雖然自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益,但它對企業(yè)生產過程有明顯的提升作用。
我國工業(yè)控制自動化的發(fā)展道路,大多是在引進成套設備的同時進行消化吸收,然后進行二次開發(fā)和應用。目前我國工業(yè)控制自動化技術、產業(yè)和應用都有了很大的發(fā)展,我國工業(yè)計算機系統(tǒng)行業(yè)已經形成。目前,工業(yè)控制自動化技術正在向智能化、網絡化和集成化方向發(fā)展。
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自動化、過程自動化和管理自動化,其核心是基礎自動化和過程自動化。
傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng),基礎自動化部分基本被PLC和DCS所壟斷,過程自動化和管理自動化部分主要是由各種進口的過程計算機或小型機組成,其硬件、系統(tǒng)軟件和應用軟件的價格之高令眾多企業(yè)望而卻步。
由于基于PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠,并且被操作和維護人員接受,所以,一個接一個的制造商至少在部分生產中正在采用PC控制方案?;赑C的控制系統(tǒng)易于安裝和使用,有高級的診斷功能,為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇,從長遠角度看,PC控制系統(tǒng)維護成本低。由于可編程控制器(PLC)受PC控制的威脅,所以PLC供應商對PC的應用感到很不安。事實上,他們現(xiàn)在也加入到了PC控制“浪潮”中。
幾年前,當“軟PLC”出現(xiàn)時,業(yè)界曾認為工業(yè)PC將會取代PLC。然而,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)Windows NT的原因。一個成功的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的軟件完成;二是向客戶提供所需要的所有東西。可以預見,工業(yè)PC與PLC的競爭將主要在應用上,其數(shù)據(jù)復雜且設備集成度高。工業(yè)PC不可能與低價的微型PLC競爭,這也是PLC市場增長的一部分。從發(fā)展趨勢看,控制系統(tǒng)的將來很可能存在于工業(yè)PC 和 PLC之間,這些融合的跡象已經出現(xiàn)。
PLC在向微型化、網絡化、PC化和開放性方向發(fā)展
微型化、網絡化、PC化和開放性是PLC未來發(fā)展的主要方向。在基于PLC自動化的早期,PLC體積大而且價格昂貴。但在最近幾年,微型PLC(小于32 I/O)已經出現(xiàn),價格只有幾百歐元。隨著軟PLC(Soft PLC)控制組態(tài)軟件的進一步完善和發(fā)展,安裝有軟PLC組態(tài)軟件和PC-based控制的將逐步得到增長。
經過五十年的發(fā)展,我國儀器儀表工業(yè)已有相當基礎,初步形成了門類比較齊全的生產、科研、營銷體系?,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國。據(jù)海關統(tǒng)計,除去隨成套工程項目配套引進的儀器儀表不計,去年進口各類儀器儀表近60億美元,約占我國儀器儀表工業(yè)總產值的50%。但目前我國儀器儀表行業(yè)產品大多屬于中低檔水平,隨著國際上數(shù)字化、智能化、網絡化、微型化的產品逐漸成為主流,差距還將進一步加大。目前,我國高檔、大型儀器設備大多依賴進口。中檔產品以及許多關鍵零部件,國外產品占有我國市場60%以上的份額,而國產分析儀器占市場不到千分之二的份額。
儀器儀表行業(yè) “十五”規(guī)劃,確立了6項高技術產業(yè)化項目:
1. 基于現(xiàn)場總線技術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)行機構;
4. 環(huán)境與污染源監(jiān)測儀器及自動監(jiān)測系統(tǒng);
5. 城市污水處理利用成套工藝設備中的儀表自動化控制系統(tǒng);
6. 煉鋼轉爐煤氣凈化回轉成套裝置中的儀表自動化控制系統(tǒng)。
今后儀器儀表技術的主要發(fā)展趨勢:
* 儀器儀表向智能化方向發(fā)展,產生智能儀器儀表;
* 測控設備的PC化,虛擬儀器技術將迅速發(fā)展;
* 儀器儀表網絡化,產生網絡儀器與遠程測控系統(tǒng)。
數(shù)控技術向智能化、開放性、網絡化、信息化發(fā)展
從1952年美國麻省理工學院研制出臺試驗性數(shù)控系統(tǒng),到現(xiàn)在已走過了70年的歷程。近10年來,隨著計算機技術的飛速發(fā)展,各種不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)應運而生,發(fā)展很快。目前正朝著標準化開放體系結構的方向前進。就結構形式而言,當今世界上的數(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”結構的開放式數(shù)控系統(tǒng);
3. “NC嵌入PC”結構的開放式數(shù)控系統(tǒng);
4. SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)。
我國數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與生產,通過“七五”引進、消化、吸收,“八五”攻關和“九五”產業(yè)化,取得了很大的進展,基本上掌握了關鍵技術,建立了數(shù)控開發(fā)、生產基地,培養(yǎng)了一批數(shù)控人才,初步形成了自己的數(shù)控產業(yè),也帶動了機電控制與傳動控制技術的發(fā)展。同時,具有中國特色的經濟型數(shù)控系統(tǒng)經過這些年來的發(fā)展,產品的性能和可靠性有了較大的提高,逐漸被用戶認可。
在工業(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,有線局域網很難發(fā)揮作用,因此無線局域網技術得到了發(fā)展和應用。隨著微電子技術的不斷發(fā)展,無線局域網技術將在工業(yè)控制網絡中發(fā)揮越來越大的作用。
無線局域網(Wireless LAN)技術可以非常便捷地以無線方式連接網絡設備,人們可隨時、隨地、隨意地訪問網絡資源,是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。無線局域網可以在不采用網絡電纜線的情況下,提供以太網互聯(lián)功能。在推動網絡技術發(fā)展的同時,無線局域網也在改變著人們的生活方式。無線網通信協(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。無線局域網可以在普通局域網基礎上通過無線Hub、無線接入站(AP)、無線網橋、無線Modem及無線網卡等來實現(xiàn),以無線網卡使用普遍。無線局域網的未來的研究方向主要集中在安全性、移動漫游、網絡管理以及與3G等其它移動通信系統(tǒng)之間的關系等問題上。
在工業(yè)自動化領域,有成千上萬的感應器,檢測器,計算機,PLC,讀卡器等設備,需要互相連接形成一個控制網絡,通常這些設備提供的通信接口是RS-232或RS-485。無線局域網設備使用隔離型信號轉換器,將工業(yè)設備的RS-232串口信號與無線局域網及以太網絡信號相互轉換,符合無線局域網IEEE 802.11b和以太網絡IEEE 802.3標準,支持標準的TCP/IP網絡通信協(xié)議,有效的擴展了工業(yè)設備的聯(lián)網通信能力。
計算機網絡技術、無線技術以及智能傳感器技術的結合,產生了“基于無線技術的網絡化智能傳感器”的全新概念。這種基于無線技術的網絡化智能傳感器使得工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網絡上傳輸、發(fā)布和共享。無線局域網技術能夠在工廠環(huán)境下,為各種智能現(xiàn)場設備、移動機器人以及各種自動化設備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網絡拓撲結構,在一些特殊環(huán)境下有效地彌補了有線網絡的不足,進一步完善了工業(yè)控制網絡的通信性能。
工業(yè)控制軟件正向控制方向發(fā)展
作為工控軟件的一個重要組成部分,國內人機界面組態(tài)軟件研制方面近幾年取得了較大進展,軟件和硬件相結合,為企業(yè)測、控、管一體化提供了比較完整的解決方案。在此基礎上,工業(yè)控制軟件將從人機界面和基本策略組態(tài)向控制方向發(fā)展。
由于控制和優(yōu)化軟件可以創(chuàng)造巨大的經濟效益,因此這些軟件也身價倍增。國際上已經有幾十家公司,推出了上百種控制和優(yōu)化軟件產品,在世界范圍內形成了一個強大的流程工業(yè)應用軟件產業(yè)。因此,開發(fā)我國具有自主知識產權的控制和優(yōu)化軟件,打破外國產品的壟斷,替代進口,具有十分重要的意義。
在未來,工業(yè)控制軟件將繼續(xù)向標準化、網絡化、智能化和開放性發(fā)展方向。
由于大力發(fā)展工業(yè)自動化是加快傳統(tǒng)產業(yè)改造提升、提高企業(yè)整體素質、提高國家整體國力、調整工業(yè)結構、迅速搞活大中型企業(yè)的有效途徑和手段,國家將繼續(xù)通過實施一系列工業(yè)過程自動化高技術產業(yè)化專項,用信息化帶動工業(yè)化,推動工業(yè)自動化技術的進一步發(fā)展,加強技術創(chuàng)新,實現(xiàn)產業(yè)化,解決國民經濟發(fā)展面臨的深層問題,進一步提高國民經濟整體素質和綜合國力,實現(xiàn)跨越式發(fā)展。
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