現(xiàn)我國工業(yè)控制自動化技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢
| 00年初公布的IEC61158現(xiàn)場總線國際標準子集有八種，分別為： 類型1 IEC技術(shù)報告（FFH1）； 類型2 Control-NET（美國Rockwell公司支持）； 類型3 Profibus（德國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)（美國Fisher Rosemount公司支持）； 類型6 Swift-Net（美國波音公司支持）； 類型7 WorldFIP（法國Alsto公司支持）； 類型8 Interbus（美國Phoenix Contact公司支持）。 除了IEC61158的8種現(xiàn)場總線外，IEC TC17B通過了三種總線標準： SDS（Smart Distributed System）；ASI（Actuator Sensor Interface）；Device NET。另外，ISO公布了ISO 11898 CAN標準。其中Device NET于2002年10月8日被中國批準為國家標準，并于2003年4月1日開始實施。 目前在各種現(xiàn)場總線的競爭中，以Ethernet為代表的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)通信技術(shù)正成為現(xiàn)場總線發(fā)展中新的亮點。其關(guān)注的焦點主要集中在兩個方面： (1) 能否出現(xiàn)全世界統(tǒng)一的現(xiàn)場總線標準； (2) 現(xiàn)場總線系統(tǒng)能否全面取代現(xiàn)時風靡世界的DCS系統(tǒng)。 采用現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)造低成本的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，促進現(xiàn)場儀表的智能化、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。國家在“九五”期間為了加快現(xiàn)場總線技術(shù)在我國的發(fā)展，重點放在智能化儀表和現(xiàn)場總線技術(shù)的開發(fā)和工程化上，補充和完善工藝設(shè)備、開發(fā)裝置和測試裝置，建立智能化儀表和開發(fā)自動化系統(tǒng)的生產(chǎn)基地，形成適度規(guī)模經(jīng)濟。2000年，“九五”國家科技攻關(guān)計劃“新一代全分布式控制系統(tǒng)研究與開發(fā)”和“現(xiàn)場總線智能儀表研究開發(fā)”兩個項目相繼完成。這兩個項目以及先期完成的“現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的開發(fā)”項目，針對國際上已經(jīng)出現(xiàn)的多種現(xiàn)場總線協(xié)議并存的局面，重點選擇了HART協(xié)議和FF協(xié)議現(xiàn)場總線技術(shù)攻關(guān)。 總之，計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動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)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的方向發(fā)展。雖然以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的FCS發(fā)展很快，但FCS發(fā)展還有很多工作要做，如統(tǒng)一標準、儀表智能化等。另外，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護和改造還需要DCS，因此FCS完全取代傳統(tǒng)的DCS還需要一個較長的過程，同時DCS本身也在不斷的發(fā)展與完善。可以肯定的是，結(jié)合DCS、工業(yè)以太網(wǎng)、先進控制等新技術(shù)的FCS將具有強大的生命力。工業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場總線技術(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)場得到了越來越多的應(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，我國儀器儀表工業(yè)已有相當基礎(chǔ)，初步形成了門類比較齊全的生產(chǎn)、科研、營銷體系。現(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。據(jù)海關(guān)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(chǎn)值的50%。但目前我國儀器儀表行業(yè)產(chǎn)品大多屬于中低檔水平，隨著國際上數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化的產(chǎn)品逐漸成為主流，差距還將進一步加大。目前，我國高檔、大型儀器設(shè)備大多依賴進口。中檔產(chǎn)品以及許多關(guān)鍵零部件，國外產(chǎn)品占有我國市場60%以上的份額，而國產(chǎn)分析儀器占全球市場不到千分之二的份額。 2001年3月，第九屆全國人大四次會議批準的“十五”計劃綱要首次提出“把發(fā)展數(shù)控機床，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，國家計委把儀器儀表明確列為國民經(jīng)濟重要技術(shù)裝備，國家經(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項高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目： 1. 基于現(xiàn)場總線技術(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)行機構(gòu)； 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(shè)備中的儀表自動化控制系統(tǒng)； 6. 煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回轉(zhuǎn)成套裝置中的儀表自動化控制系統(tǒng)。 根據(jù)儀器儀表行業(yè)的預測，“十五”期間我國儀器儀表市場大致是：2002年1628億，2003年1790億，2004年1969億，2005年2165億。五年間，平均年市場容量為1806億（相當于220億美元），其中工業(yè)自動化儀表和控制系統(tǒng)占41%、科學測試儀器占25%、醫(yī)療儀器占17%、其它占17%，平均年增長率將不會低于10%。 今后儀器儀表技術(shù)的主要發(fā)展趨勢： * 儀器儀表向智能化方向發(fā)展，產(chǎn)生智能儀器儀表； * 測控設(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)儀器與遠程測控系統(tǒng)。 幾點建議： * 開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，掌握核心技術(shù)。 * 加強儀器儀表行業(yè)的系統(tǒng)集成能力。 * 進一步拓展儀器儀表的應(yīng)用領(lǐng)域。 六、 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年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了51年的歷程。近10年來，隨著計算機技術(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)運而生，發(fā)展很快。目前正朝著標準化開放體系結(jié)構(gòu)的方向前進。就結(jié)構(gòu)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(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)。 我國數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與生產(chǎn)，通過“七五”引進、消化、吸收，“八五”攻關(guān)和“九五”產(chǎn)業(yè)化，取得了很大的進展，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)，也帶動了機電控制與傳動控制技術(shù)的發(fā)展。同時，具有中國特色的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過這些年來的發(fā)展，產(chǎn)品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶認可。 國外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總體發(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)在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)展的資本與動力，而機床工業(yè)，作為機器制造業(yè)、工業(yè)以至整個國民經(jīng)濟發(fā)展的裝備部門，毫無疑問，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，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，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次于美國的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)達國家大多在70%左右。由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，高檔次的數(shù)控機床及配套部件只能靠進口，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第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)展的主要趨勢： * 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的方向發(fā)展。 * 信息技術(shù)（IT）與機床的結(jié)合，機電一體化先進機床將得到發(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)保機床將加速發(fā)展，占領(lǐng)廣大市場。 七、 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)以其廣泛的適用性和技術(shù)價格方面的優(yōu)勢，獲得了成功并得到了迅速發(fā)展。然而，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(wǎng)很難發(fā)揮作用，因此無線局域網(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)揮越來越大的作用。 無線局域網(wǎng)（Wireless LAN）技術(shù)可以非常便捷地以無線方式連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，人們可隨時、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。在推動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的同時，無線局域網(wǎng)也在改變著人們的生活方式。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)可以在普通局域網(wǎng)基礎(chǔ)上通過無線Hub、無線接入站(AP)、無線網(wǎng)橋、無線Modem及無線網(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)的未來的研究方向主要集中在安全性、移動漫游、網(wǎng)絡(luò)管理以及與3G等其它移動通信系統(tǒng)之間的關(guān)系等問題上。 在工業(yè)自動化領(lǐng)域，有成千上萬的感應(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)備提供的通信接口是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)備的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)IEEE 802.11b和以太網(wǎng)絡(luò)IEEE 802.3標準，支持標準的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，有效的擴展了工業(yè)設(shè)備的聯(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)的結(jié)合，產(chǎn)生了“基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器”的 |
