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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。目前，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

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。

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。基于PC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?，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)品的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。

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)。

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)。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%，

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)。現(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IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)子集有八種，分別為：

類型1 IEC技術(shù)報(bào)告（FFH1）；

類型2 Control-NET（美國(guó)Rockwell公司支持）；

類型3 Profibus（德國(guó)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(guó)Fisher Rosemount公司支持）；

類型6 Swift-Net（美國(guó)波音公司支持）；

類型7 WorldFIP（法國(guó)Alsto公司支持）；

類型8 Interbus（美國(guó)Phoenix Contact公司支持）。

除了IEC61158的8種現(xiàn)場(chǎng)總線外，IEC TC17B通過了三種總線標(biāo)準(zhǔn)：SDS（Smart Distributed System）；ASI（Actuator Sensor Interface）；Device NET。另外，ISO公布了ISO 11898 CAN標(biāo)準(zhǔn)。其中Device NET于2002年10月8日被中國(guó)批準(zhǔn)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并于2003年4月1日開始實(shí)施。

目前在各種現(xiàn)場(chǎng)總線的競(jìng)爭(zhēng)中，以Ethernet為代表的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)通信技術(shù)正成為現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展中新的亮點(diǎn)。其關(guān)注的焦點(diǎn)主要集中在兩個(gè)方面：

(1) 能否出現(xiàn)全世界統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)；

(2) 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)能否全面取代現(xiàn)時(shí)風(fēng)靡世界的DCS系統(tǒng)。

采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)構(gòu)造低成本的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)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(shì)。國(guó)家在“九五”期間為了加快現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展，重點(diǎn)放在智能化儀表和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的開發(fā)和工程化上，補(bǔ)充和完善工藝設(shè)備、開發(fā)裝置和測(cè)試裝置，建立智能化儀表和開發(fā)自動(dòng)化系統(tǒng)的生產(chǎn)基地，形成適度規(guī)模經(jīng)濟(jì)。2000年，“九五”國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃“新一代全分布式控制系統(tǒng)研究與開發(fā)”和“現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表研究開發(fā)”兩個(gè)項(xiàng)目相繼完成。這兩個(gè)項(xiàng)目以及先期完成的“現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的開發(fā)”項(xiàng)目，針對(duì)國(guó)際上已經(jīng)出現(xiàn)的多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議并存的局面，重點(diǎn)選擇了HART協(xié)議和FF協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)攻關(guān)。

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(guó)儀器儀表工業(yè)已有相當(dāng)基礎(chǔ)，初步形成了門類比較齊全的生產(chǎn)、科研、營(yíng)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(chǎn)國(guó)。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，除去隨成套工程項(xiàng)目配套引進(jìn)的儀器儀表不計(jì)，去年進(jìn)口各類儀器儀表近60億美元，約占我國(guó)儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值的50%。但目前我國(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。