工控自動(dòng)化行業(yè)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)展望

張東起

（哈藥集團(tuán)三精制藥四廠(chǎng)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 以工業(yè)PC為基礎(chǔ)的低成本工業(yè)控制自動(dòng)化將成為主流

工業(yè)控制自動(dòng)化主要包含三個(gè)層次，從下往上依次是基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化，其核心是基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化。

傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)，基礎(chǔ)自動(dòng)化部分基本被PLC和DCS所壟斷，過(guò)程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化部分主要是由各種進(jìn)口的過(guò)程計(jì)算機(jī)或小型機(jī)組成，其硬件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的價(jià)格之高令眾多企業(yè)望而卻步。

2 0世紀(jì)90年代以來(lái)，由于PC-based的工業(yè)計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)工業(yè)PC）的發(fā)展，以工業(yè)PC、I/O裝置、監(jiān)控裝置、控制網(wǎng)絡(luò)組成的PC-based的自動(dòng)化系統(tǒng)得到了迅速普及，成為實(shí)現(xiàn)低成本工業(yè)自動(dòng)化的重要途徑。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(hù)人員接受，所以，一個(gè)接一個(gè)的制造商至少在部分生產(chǎn)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(jí)的診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，PC控制系統(tǒng)維護(hù)成本低。

2 PLC在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開(kāi)放性方向發(fā)展

在基于PLC自動(dòng)化的早期，PLC體積大而且價(jià)格昂貴。但在最近幾年，微型PLC（小于32I/O）已經(jīng)出現(xiàn)，價(jià)格只有幾百歐元。隨著軟PLC（SoftPLC）控制組態(tài)軟件的進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有軟PLC組態(tài)軟件和PC-based控制的市場(chǎng)份額將逐步得到增長(zhǎng)。

當(dāng)前，過(guò)程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢(shì)之一就是Ethernet技術(shù)的擴(kuò)展，PLC也不例外。現(xiàn)在越來(lái)越多的PLC供應(yīng)商開(kāi)始提供Ethernet接口。可以相信，PLC將繼續(xù)向開(kāi)放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)。

3 控制系統(tǒng)正在向現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（FCS）方向發(fā)展

由于 3C（Computer、Control、Communication）技術(shù)的發(fā)展，過(guò)程控制系統(tǒng)將由DCS發(fā)展到FCS（FieldbusControlSystem）。

FCS可以將PID控制徹底分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（FieldDevice）中。基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的FCS又是全分散、全數(shù)字化、全開(kāi)放和可互操作的新一代生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)，它將取代現(xiàn)場(chǎng)一對(duì)一的模擬信號(hào)線(xiàn)，給傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)帶來(lái)革命性的變化。

4 儀器儀表技術(shù)

目前我國(guó)儀器儀表行業(yè)產(chǎn)品大多屬于中低檔水平，隨著國(guó)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(jìn)一步加大。目前，我國(guó)高檔、大型儀器設(shè)備大多依賴(lài)進(jìn)口。中檔產(chǎn)品以及許多關(guān)鍵零部件，國(guó)外產(chǎn)品占有我國(guó)市場(chǎng)60%以上的份額，而國(guó)產(chǎn)分析儀器占全球市場(chǎng)不到千分之二的份額。

2001年3月，第九屆全國(guó)人大四次會(huì)議批準(zhǔn)的"十五"計(jì)劃綱要首次提出"把發(fā)展數(shù)控機(jī)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(guó)家計(jì)委把儀器儀表明確列為國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要技術(shù)裝備，國(guó)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(xiàng)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目：

（1）.基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的全開(kāi)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(jī)構(gòu)；

（4）.環(huán)境與污染源監(jiān)測(cè)儀器及自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(dòng)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(dòng)化控制系統(tǒng)。

根據(jù)儀器儀表行業(yè)的預(yù)測(cè)，"十五"期間我國(guó)儀器儀表市場(chǎng)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(chǎng)容量為1806億（相當(dāng)于220億美元），其中工業(yè)自動(dòng)化儀表和控制系統(tǒng)占41%、科學(xué)測(cè)試儀器占25%、醫(yī)療儀器占17%、其它占17%，平均年增長(zhǎng)率將不會(huì)低于10%。

5 數(shù)控技術(shù)向智能化、開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展

我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)，通過(guò)"七五"引進(jìn)、消化、吸收，"八五"攻關(guān)和"九五"產(chǎn)業(yè)化，取得了很大的進(jìn)展，基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù)，建立了數(shù)控開(kāi)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(dòng)了機(jī)電控制與傳動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，具有中國(guó)特色的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)這些年來(lái)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(hù)認(rèn)可。

智能化、開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化成為未來(lái)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主要趨勢(shì)：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(kāi)放性方向發(fā)展；出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備，機(jī)械加工向虛擬制造的方向發(fā)展；信息技術(shù)（IT）與機(jī)床的結(jié)合，機(jī)電一體化先進(jìn)機(jī)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(jī)床將加速發(fā)展，占領(lǐng)廣大市場(chǎng)。

6 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將向有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)相結(jié)合方向發(fā)展

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，有成千上萬(wàn)的感應(yīng)器，檢測(cè)器，計(jì)算機(jī)，PLC，讀卡器等設(shè)備，需要互相連接形成一個(gè)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(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設(shè)備使用隔離型信號(hào)轉(zhuǎn)換器，將工業(yè)設(shè)備的RS-232串口信號(hào)與無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)及以太網(wǎng)絡(luò)信號(hào)相互轉(zhuǎn)換，符合無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)IEEE802.11b和以太網(wǎng)絡(luò)IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，支持標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，有效的擴(kuò)展了工業(yè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通信能力。

7 工業(yè)控制軟件正向先進(jìn)控制方向發(fā)展

作為工控軟件的一個(gè)重要組成部分，國(guó)內(nèi)人機(jī)界面組態(tài)軟件研制方面近幾年取得了較大進(jìn)展，軟件和硬件相結(jié)合，為企業(yè)測(cè)、控、管一體化提供了比較完整的解決方案。在此基礎(chǔ)上，工業(yè)控制軟件將從人機(jī)界面和基本策略組態(tài)向先進(jìn)控制方向發(fā)展。

先進(jìn)過(guò)程控制 APC（AdvancedProcess-Control）目前還沒(méi)有嚴(yán)格而統(tǒng)一的定義。一般將基于數(shù)學(xué)模型而又必須用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的控制算法，統(tǒng)稱(chēng)為先進(jìn)過(guò)程控制策略。如：自適應(yīng)控制；預(yù)測(cè)控制；魯棒控制；智能控制（專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）等。

由于先進(jìn)控制和優(yōu)化軟件可以創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此這些軟件也身價(jià)倍增。國(guó)際上已經(jīng)有幾十家公司，推出了上百種先進(jìn)控制和優(yōu)化軟件產(chǎn)品，在世界范圍內(nèi)形成了一個(gè)強(qiáng)大的流程工業(yè)應(yīng)用軟件產(chǎn)業(yè)。因此，開(kāi)發(fā)我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)控制和優(yōu)化軟件，打破外國(guó)產(chǎn)品的壟斷，替代進(jìn)口，具有十分重要的意義。

結(jié)語(yǔ)

由于大力發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化是加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造提升、提高企業(yè)整體素質(zhì)、提高國(guó)家整體國(guó)力、調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)、迅速搞活大中型企業(yè)的有效途徑和手段，將繼續(xù)通過(guò)實(shí)施一系列工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專(zhuān)項(xiàng)，用信息化帶動(dòng)工業(yè)化，推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，解決國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的深層問(wèn)題，進(jìn)一步提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體素質(zhì)和綜合國(guó)力，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

[1]武志強(qiáng).淺談工控自動(dòng)化在工業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展.天津科技，2007-10-25期刊.