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我國工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)(上)

ainet.cn   2008年07月28日
 工業(yè)控制自動(dòng)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(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、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、確保安全等目綜合性技術(shù),主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要技術(shù)之一,主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。自動(dòng)化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益,但它對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯提升作用。
   我國工業(yè)控制自動(dòng)化發(fā)展道路,大多是引進(jìn)成套設(shè)備同時(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)化將成為主流
   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(duì)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)末世界上最大變化就是全球市場(chǎng)形成。全球市場(chǎng)導(dǎo)致競爭空前激烈,促使企業(yè)必須加快新產(chǎn)品投放市場(chǎng)時(shí)間(Time to Market)、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(shí)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(gè)正確”。這種自動(dòng)化需要投入大量資金,是一種高投資、高效益同時(shí)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(dòng)化道路。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)化和過程自動(dòng)化。傳統(tǒng)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,過程自動(dòng)化和管理自動(dòng)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(jià)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(dòng)化系統(tǒng)到了迅速普及,成為實(shí)現(xiàn)低成本工業(yè)自動(dòng)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,被操作和維護(hù)人員接受,,一個(gè)接一個(gè)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,有高級(jí)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控制威脅最大,PLC供應(yīng)商對(duì)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。
    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(dòng)化和過程自動(dòng)化對(duì)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(dòng)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(dòng)化重大專項(xiàng),目標(biāo)就是發(fā)展具有自主知識(shí)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(chǎng),并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。幾年前,當(dāng)“軟PLC”出現(xiàn)時(shí),業(yè)界曾認(rèn)為工業(yè)PC將會(huì)取代PLC。,時(shí)至今日工業(yè)PC并沒有代替PLC,主要有兩個(gè)原因:一個(gè)是系統(tǒng)集成原因;另一個(gè)是軟件操作系統(tǒng)Windows NT原因。一個(gè)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(gè)平臺(tái)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競爭將主要高端應(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(jià)微型PLC競爭,這也是PLC市場(chǎng)增長最快一部分。從發(fā)展趨勢(shì)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(chǎng)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(chǎng)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(huì)翻一番,工業(yè)PC市場(chǎng)變非??捎^。
二、 PLC向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性方向發(fā)展
   長期以來,PLC始終處于工業(yè)控制
主戰(zhàn)場(chǎng),為各種各樣自動(dòng)化控制設(shè)備提供非??煽?IMG src="/resupload/00000000000000000011/004062/1217231653955_1.gif">控制方案,與DCS和工業(yè)PC形成了三足鼎立之勢(shì)。同時(shí),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(chǎng)仍以國外產(chǎn)品為主,如Siemens、Modicon、、OMRON、、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)能力和名牌產(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P(guān)LC國內(nèi)市場(chǎng)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年全國PLC需求量將達(dá)到25萬套左右,約35(45億元人民幣。
PLC市場(chǎng)也反映了全世界制造業(yè)狀況,2000后大幅度下滑。,Automation Research Corp預(yù)測(cè),盡管全球經(jīng)濟(jì)下滑,PLC市場(chǎng)將會(huì)復(fù)蘇,估計(jì)全球PLC市場(chǎng)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(dòng)化早期,PLC體積大價(jià)格昂貴。但最近幾年,微型PLC(小于32 I/O)已經(jīng)出現(xiàn),價(jià)格幾百歐元。軟PLC(Soft PLC)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(chǎng)份額將逐步到增長。當(dāng)前,過程控制領(lǐng)域最大發(fā)展趨勢(shì)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)。
三、 面向測(cè)控管一體化設(shè)計(jì)DCS系統(tǒng)
   集散控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)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(shí),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(shí),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)秀企業(yè),如北京和利時(shí)公司、上海新華公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天測(cè)控公司、電科院以及北京康拓集團(tuán)等。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年全國應(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(chǎng)份額,積累了發(fā)展資本和技術(shù),同時(shí)使國外引進(jìn)DCS系統(tǒng)價(jià)格也大幅度下降,為我國自動(dòng)化推廣事業(yè)做出了貢獻(xiàn)。與此同時(shí),國產(chǎn)DCS系統(tǒng)出口也逐年增長。
   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(chǎng)中占有率還較高,其中主Honeywell和橫河公司產(chǎn)品。我國DCS市場(chǎng)年增長率約為20%,年市場(chǎng)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(chǎng)增長率不會(huì)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(dòng)化儀表行業(yè)主要產(chǎn)品位不會(huì)動(dòng)搖。中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)公布調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,2002年我國DCS市場(chǎng)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(chǎng),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(shí)向上和向下雙向延伸,使來自生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)整個(gè)企業(yè)內(nèi)部自由流動(dòng),實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與控制技術(shù)無縫連接,向測(cè)控管一體化方向發(fā)展。

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