我國工業控制自動化技術的現狀與發展趨勢(上)

　　工業控制自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目綜合性技術，主要包括工業自動化軟件、硬件和系統三大部分。工業控制自動化技術作為20世紀現代制造領域中最重要技術之一，主要解決生產效率與一致性問題。自動化系統本身并不直接創造效益，但它對企業生產過程有明顯提升作用。

 　　我國工業控制自動化發展道路，大多是引進成套設備同時進行消化吸收，然后進行二次開發和應用。目前我國工業控制自動化技術、產業和應用都有了很大發展，我國工業計算機系統行業已經形成。目前，工業控制自動化技術正向智能化、網絡化和集成化方向發展。

　　一、以工業PC為基礎低成本工業控制自動化將成為主流

　　眾所周知，從20世紀60年代開始，西方國家就依靠技術進步（即新設備、新工藝以及計算機應用）開始對傳統工業進行改造，使工業到飛速發展。20世紀末世界上最大變化就是全球市場形成。全球市場導致競爭空前激烈，促使企業必須加快新產品投放市場時間（TimetoMarket）、改善質量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服務體系（Service），這就是企業T.Q.C.S.。計算機集成制造系統（CIMS）結合信息集成和系統集成，追求更完善T.Q.C.S.，使企業實現“正確時間，將正確信息以正確方式傳給正確人，作出正確決策”，即“五個正確”。這種自動化需要投入大量資金，是一種高投資、高效益同時是高風險發展模式，很難為大多數中小企業所采用。我國，中小型企業以及準大型企業走低成本工業控制自動化道路。工業控制自動化主要包含三個層次，從下往上依次是基礎自動化、過程自動化和管理自動化，其核心是基礎自動化和過程自動化。傳統自動化系統，基礎自動化部分基本被PLC和DCS所壟斷，過程自動化和管理自動化部分主由各種進口過程計算機或小型機組成，其硬件、系統軟件和應用軟件價格之高令眾多企業望而卻步。20世紀90年代以來，PC-based工業計算機（簡稱工業PC）發展，以工業PC、I/O裝置、監控裝置、控制網絡組成PC-based自動化系統到了迅速普及，成為實現低成本工業自動化重要途徑。我國重慶鋼鐵公司這樣大企業幾乎全部大型加熱爐，也拆原來DCS或單回路數字式調節器，而改用工業PC來組成控制系統，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，被操作和維護人員接受，，一個接一個制造商至少部分生產中正采用PC控制方案。基于PC控制系統易于安裝和使用，有高級診斷功能，為系統集成商提供了更靈活選擇，從長遠角度看，PC控制系統維護成本低。可編程控制器（PLC）受PC控制威脅最大，PLC供應商對PC應用感到很不安。事實上，他們現也加入到了PC控制“浪潮”中。

 　　近年來，工業PC我國到了異常迅速發展。從世界范圍來看，工業PC主要包含兩種類型：IPC工控機和CompactPCI工控機以及它們變形機，如AT96總線工控機等。基礎自動化和過程自動化對工業PC運行穩定性、熱插拔和冗余配置要求很高，現有IPC已經不能完全滿足要求，將逐漸退出該領域，取而代之將是CompactPCI-based工控機，而IPC將占據管理自動化層。國家于2001年設立了“以工業控制計算機為基礎開放式控制系統產業化”工業自動化重大專項，目標就是發展具有自主知識產權PC-based控制系統，3(5年內，占領30%(50%國內市場，并實現產業化。

 　　幾年前，當“軟PLC”出現時，業界曾認為工業PC將會取代PLC。，時至今日工業PC并沒有代替PLC，主要有兩個原因：一個是系統集成原因；另一個是軟件操作系統WindowsNT原因。一個成功PC-based控制系統要具備兩點：一是所有工作要由一個平臺上軟件完成；二是向客戶提供所需要所有東西。可以預見，工業PC與PLC競爭將主要高端應用上，其數據復雜且設備集成度高。工業PC不可能與低價微型PLC競爭，這也是PLC市場增長最快一部分。從發展趨勢看，控制系統將來很可能存工業PC和PLC之間，這些融合跡象已經出現。和PLC一樣，工業PC市場過去兩年里保持平穩。與PLC相比，工業PC軟件很便宜。據Frost&Sullivan公司估計，全世界每年7億美元工業PC市場里，大約8500萬美元為控制軟件，一億美元為操作系統。到2007年會翻一番，工業PC市場變非常可觀。

　　二、PLC向微型化、網絡化、PC化和開放性方向發展

 　　長期以來，PLC始終處于工業控制自動化領域主戰場，為各種各樣自動化控制設備提供非常可靠控制方案，與DCS和工業PC形成了三足鼎立之勢。同時，PLC也承受著來自其它技術產品沖擊，尤其是工業PC所帶來沖擊。目前，全世界PLC生產廠家約200家，生產300多種產品。國內PLC市場仍以國外產品為主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE產品。多年發展，國內PLC生產廠家約有三十家，但都沒有形成頗具規模生產能力和名牌產品，可以說PLC我國尚未形成制造產業化。PLC應用方面，我國是很活躍，應用行業也很廣。專家估計，2000年PLC國內市場銷量為15(20萬套（其中進口占90%左右），約25(35億元人民幣，年增長率約為12%。預計到2005年全國PLC需求量將達到25萬套左右，約35(45億元人民幣。

 　　PLC市場也反映了全世界制造業狀況，2000后大幅度下滑。AutomationResearchCorp預測，盡管全球經濟下滑，PLC市場將會復蘇，估計全球PLC市場2000年為76億美元，到2005年底將回到76億美元，并繼續略微增長。微型化、網絡化、PC化和開放性是PLC未來發展主要方向。基于PLC自動化早期，PLC體積大價格昂貴。但最近幾年，微型PLC（小于32I/O）已經出現，價格幾百歐元。軟PLC（SoftPLC）控制組態軟件進一步完善和發展，安裝有軟PLC組態軟件和PC-based控制市場份額將逐步到增長。當前，過程控制領域最大發展趨勢之一就是Ethernet技術擴展，PLC例外。現越來越多PLC供應商開始提供Ethernet接口。可以相信，PLC將繼續向開放式控制系統方向轉移，尤其是基于工業PC控制系統。

　 　三、面向測控管一體化設計DCS系統

 　　集散控制系統DCS（DistributedControlSystem）問世于1975年，生產廠家主要集中美、日、德等國。我國從70年代中后期起，首先由大型進口設備成套中引入國外DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進口項目。當時，我國主要行業（如電力、石化、建材和冶金等）DCS基本全部進口。80年代初期引進、消化和吸收同時，開始了研制國產化DCS技術攻關。近10年，特別是“九五”以來，我國DCS系統研發和生產發展很快，崛起了一批優秀企業，如北京和利時公司、上海新華公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天測控公司、電科院以及北京康拓集團等。

 　　這批企業研制生產DCS系統，品種數量大幅度增加，產品技術水平已經達到或接近國際先進水平。2001年全國應用4426套DCS系統中，國產DCS系統為1486套，占35%。短短幾年，國外DCS系統我國一統天下局面從此不再出現。這些專業化公司占據了一定市場份額，積累了發展資本和技術，同時使國外引進DCS系統價格也大幅度下降，為我國自動化推廣事業做出了貢獻。與此同時，國產DCS系統出口也逐年增長。

 　　國產DCS發展取了長足進步，但國外DCS產品國內市場中占有率還較高，其中主Honeywell和橫河公司產品。我國DCS市場年增長率約為20%，年市場額約為30(35億元。近5年內DCS石化行業大型自控裝置中沒有可替代產品，其市場增長率不會下降。據統計，到2005年，我國石化行業有1000多套裝置需要應用DCS控制；電力系統每年新裝1000多萬千瓦發電機組，需要DCS實現監控；不少企業已使用DCS近15(20年，需要更新和改造。，今后5年內DCS作為自動化儀表行業主要產品位不會動搖。中國儀器儀表行業協會公布調查數據顯示，2002年我國DCS市場狀況如下： 小型化、多樣化、PC化和開放性是未來DCS發展主要方向。目前小型DCS所占有市場，已逐步與PLC、工業PC、FCS共享。今后小型DCS可能首先與這三種系統融合，“軟DCS”技術將首先小型DCS中到發展。PC-based控制將更加廣泛應用于中小規模過程控制，各DCS廠商也將紛紛推出基于工業PC小型DCS系統。開放性DCS系統將同時向上和向下雙向延伸，使來自生產過程現場數據整個企業內部自由流動，實現信息技術與控制技術無縫連接，向測控管一體化方向發展。