我國(guó)工控現(xiàn)狀與未來
2008/1/2 13:16:00
工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。 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、確保安全等目的的綜合性技術(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)域中最重要的技術(shù)之一,主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。雖然自動(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)過程有明顯的提升作用。 我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化的發(fā)展道路,大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時(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(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展,我國(guó)工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。 一、 以工業(yè)PC為基礎(chǔ)的低成本工業(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(guó)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)得到飛速發(fā)展。20世紀(jì)末世界上最大的變化就是全球市場(chǎng)的形成。全球市場(chǎng)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)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)的T.Q.C.S.。雖然計(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,追求更完善的T.Q.C.S.,使企業(yè)實(shí)現(xiàn)“在正確的時(shí)間,將正確的信息以正確的方式傳給正確的人,以便作出正確的決策”,即“五個(gè)正確”。然而這種自動(dòng)化需要投入大量的資金,是一種高投資、高效益同時(shí)是高風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展模式,很難為大多數(shù)中小企業(yè)所采用。在我國(guó),中小型企業(yè)以及準(zhǔn)大型企業(yè)走的還是低成本工業(yè)控制自動(dòng)化的道路。 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)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。 20世紀(jì)90年代以來,由于PC-based的工業(yè)計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱工業(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。我國(guó)重慶鋼鐵公司這樣的大企業(yè)的幾乎全部大型加熱爐,也拆除了原來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,獲得了良好效果。 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。由于可編程控制器(PLC)受PC控制的威脅最大,所以PLC供應(yīng)商對(duì)PC的應(yīng)用感到很不安。事實(shí)上,他們現(xiàn)在也加入到了PC控制“浪潮”中。 近年來,工業(yè)PC在我國(guó)得到了異常迅速的發(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)以及它們的變形機(jī),如AT96總線工控機(jī)等。由于基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化對(duì)工業(yè)PC的運(yùn)行穩(wěn)定性、熱插拔和冗余配置要求很高,現(xiàn)有的IPC已經(jīng)不能完全滿足要求,將逐漸退出該領(lǐng)域,取而代之的將是CompactPCI-based工控機(jī),而IPC將占據(jù)管理自動(dòng)化層。國(guó)家于2001年設(shè)立了“以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的開放式控制系統(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)的PC-based控制系統(tǒng),在3-5年內(nèi),占領(lǐng)30%-50%的國(guó)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。然而,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的原因。一個(gè)成功的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)上的軟件完成;二是向客戶提供所需要的所有東西??梢灶A(yù)見,工業(yè)PC與PLC的競(jìng)爭(zhēng)將主要在高端應(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)的微型PLC競(jìng)爭(zhēng),這也是PLC市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的一部分。從發(fā)展趨勢(shì)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(jīng)出現(xiàn)。 和PLC一樣,工業(yè)PC市場(chǎng)在過去的兩年里保持平穩(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)變得非??捎^。 二、 PLC在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性方向發(fā)展 長(zhǎng)期以來,PLC始終處于工業(yè)控制自動(dòng)化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng),為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供非??煽康目刂品桨福cDCS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)品的沖擊,尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。 目前,全世界PLC生產(chǎn)廠家約200家,生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)PLC市場(chǎng)仍以國(guó)外產(chǎn)品為主,如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的產(chǎn)品。經(jīng)過多年的發(fā)展,國(guó)內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家約有三十家,但都沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品,可以說PLC在我國(guó)尚未形成制造產(chǎn)業(yè)化。在PLC應(yīng)用方面,我國(guó)是很活躍的,應(yīng)用的行業(yè)也很廣。專家估計(jì),2000年P(guān)LC的國(guó)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(zhǎng)率約為12%。預(yù)計(jì)到2005年全國(guó)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)的狀況,2000后大幅度下滑。但是,按照Automation Research Corp的預(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)在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(zhǎng)。 微型化、網(wǎng)絡(luò)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(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32 I/O)已經(jīng)出現(xiàn),價(jià)格只有幾百歐元。隨著軟PLC(Soft PLC)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?,F(xiàn)在越來越多的PLC供應(yīng)商開始提供Ethernet接口??梢韵嘈?,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的控制系統(tǒng)。 三、 面向測(cè)控管一體化設(shè)計(jì)的DCS系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)問世于1975年,生產(chǎn)廠家主要集中在美、日、德等國(guó)。我國(guó)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(guó)外的DCS,首批有化纖、乙烯、化肥等進(jìn)口項(xiàng)目。當(dāng)時(shí),我國(guó)主要行業(yè)(如電力、石化、建材和冶金等)的DCS基本全部進(jìn)口。80年代初期在引進(jìn)、消化和吸收的同時(shí),開始了研制國(guó)產(chǎn)化DCS的技術(shù)攻關(guān)。 近10年,特別是“九五”以來,我國(guó)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)的DCS系統(tǒng),不僅品種數(shù)量大幅度增加,而且產(chǎn)品技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。在2001年全國(guó)應(yīng)用的4426套DCS系統(tǒng)中,國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)為1486套,占35%。短短幾年,國(guó)外DCS系統(tǒng)在我國(guó)一統(tǒng)天下的局面從此不再出現(xiàn)。這些專業(yè)化公司不僅占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額,積累了發(fā)展的資本和技術(shù),同時(shí)使得國(guó)外引進(jìn)的DCS系統(tǒng)價(jià)格也大幅度下降,為我國(guó)自動(dòng)化推廣事業(yè)做出了貢獻(xiàn)。與此同時(shí),國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)的出口也在逐年增長(zhǎng)。 雖然國(guó)產(chǎn)DCS的發(fā)展取得了長(zhǎng)足進(jìn)步,但國(guó)外DCS產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中占有率還較高,其中主要是Honeywell和橫河公司的產(chǎn)品。我國(guó)DCS的市場(chǎng)年增長(zhǎng)率約為20%,年市場(chǎng)額約為30(35億元。由于近5年內(nèi)DCS在石化行業(yè)大型自控裝置中沒有可替代產(chǎn)品,所以其市場(chǎng)增長(zhǎng)率不會(huì)下降。據(jù)統(tǒng)計(jì),到2005年,我國(guó)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。所以,今后5年內(nèi)DCS作為自動(dòng)化儀表行業(yè)主要產(chǎn)品的地位不會(huì)動(dòng)搖。 根據(jù)中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)公布的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,2002年我國(guó)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)展的主要方向。目前小型DCS所占有的市場(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,而且“軟DCS”技術(shù)將首先在小型DCS中得到發(fā)展。PC-based控制將更加廣泛地應(yīng)用于中小規(guī)模的過程控制,各DCS廠商也將紛紛推出基于工業(yè)PC的小型DCS系統(tǒng)。開放性的DCS系統(tǒng)將同時(shí)向上和向下雙向延伸,使來自生產(chǎn)過程的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)在整個(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)的無縫連接,向測(cè)控管一體化方向發(fā)展。 四、 控制系統(tǒng)正在向現(xiàn)場(chǎng)總線(FCS)方向發(fā)展 由于3C(Computer、Control、Communication)技術(shù)的發(fā)展,過程控制系統(tǒng)將由DCS發(fā)展到FCS(Fieldbus Control System)。FCS可以將PID控制徹底分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(Field Device)中?;诂F(xiàn)場(chǎng)總線的FCS又是全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的新一代生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng),它將取代現(xiàn)場(chǎng)一對(duì)一的4(20mA模擬信號(hào)線,給傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)帶來革命性的變化。 根據(jù)IEC61158的定義,現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)?,F(xiàn)場(chǎng)總線使測(cè)控設(shè)備具備了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力,提高了信號(hào)的測(cè)量、傳輸和控制精度,提高了系統(tǒng)與設(shè)備的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作組于1984年開始致力于推出世界上單一的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)工作,走過了16年的艱難歷程,于1993年推出了IEC61158-2,之后的標(biāo)準(zhǔn)制定就陷于混亂。2000年初公布的IEC6
提交
查看更多評(píng)論
其他資訊
高壓變頻器的應(yīng)用
軟起動(dòng)器與變頻器的區(qū)別
變頻器在工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)上的應(yīng)用
企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
眉山金杯化工羅茨加壓風(fēng)機(jī)變頻控制改造方案