我国工业控制自动化技术的现状与发展趋势(上)

　　工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业控制自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显提升作用。

 　　我国工业控制自动化发展道路，大多是引进成套设备同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大发展，我国工业计算机系统行业已经形成。目前，工业控制自动化技术正向智能化、网络化和集成化方向发展。

　　一、以工业PC为基础低成本工业控制自动化将成为主流

　　众所周知，从20世纪60年代开始，西方国家就依靠技术进步（即新设备、新工艺以及计算机应用）开始对传统工业进行改造，使工业到飞速发展。20世纪末世界上最大变化就是全球市场形成。全球市场导致竞争空前激烈，促使企业必须加快新产品投放市场时间（TimetoMarket）、改善质量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服务体系（Service），这就是企业T.Q.C.S.。计算机集成制造系统（CIMS）结合信息集成和系统集成，追求更完善T.Q.C.S.，使企业实现“正确时间，将正确信息以正确方式传给正确人，作出正确决策”，即“五个正确”。这种自动化需要投入大量资金，是一种高投资、高效益同时是高风险发展模式，很难为大多数中小企业所采用。我国，中小型企业以及准大型企业走低成本工业控制自动化道路。工业控制自动化主要包含三个层次，从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。传统自动化系统，基础自动化部分基本被PLC和DCS所垄断，过程自动化和管理自动化部分主由各种进口过程计算机或小型机组成，其硬件、系统软件和应用软件价格之高令众多企业望而却步。20世纪90年代以来，PC-based工业计算机（简称工业PC）发展，以工业PC、I/O装置、监控装置、控制网络组成PC-based自动化系统到了迅速普及，成为实现低成本工业自动化重要途径。我国重庆钢铁公司这样大企业几乎全部大型加热炉，也拆原来DCS或单回路数字式调节器，而改用工业PC来组成控制系统，并采用模糊控制算法，获了良好效果。基于PC控制器被证明可以像PLC一样可靠，被操作和维护人员接受，，一个接一个制造商至少部分生产中正采用PC控制方案。基于PC控制系统易于安装和使用，有高级诊断功能，为系统集成商提供了更灵活选择，从长远角度看，PC控制系统维护成本低。可编程控制器（PLC）受PC控制威胁最大，PLC供应商对PC应用感到很不安。事实上，他们现也加入到了PC控制“浪潮”中。

 　　近年来，工业PC我国到了异常迅速发展。从世界范围来看，工业PC主要包含两种类型：IPC工控机和CompactPCI工控机以及它们变形机，如AT96总线工控机等。基础自动化和过程自动化对工业PC运行稳定性、热插拔和冗余配置要求很高，现有IPC已经不能完全满足要求，将逐渐退出该领域，取而代之将是CompactPCI-based工控机，而IPC将占据管理自动化层。国家于2001年设立了“以工业控制计算机为基础开放式控制系统产业化”工业自动化重大专项，目标就是发展具有自主知识产权PC-based控制系统，3(5年内，占领30%(50%国内市场，并实现产业化。

 　　几年前，当“软PLC”出现时，业界曾认为工业PC将会取代PLC。，时至今日工业PC并没有代替PLC，主要有两个原因：一个是系统集成原因；另一个是软件操作系统WindowsNT原因。一个成功PC-based控制系统要具备两点：一是所有工作要由一个平台上软件完成；二是向客户提供所需要所有东西。可以预见，工业PC与PLC竞争将主要高端应用上，其数据复杂且设备集成度高。工业PC不可能与低价微型PLC竞争，这也是PLC市场增长最快一部分。从发展趋势看，控制系统将来很可能存工业PC和PLC之间，这些融合迹象已经出现。和PLC一样，工业PC市场过去两年里保持平稳。与PLC相比，工业PC软件很便宜。据Frost&Sullivan公司估计，全世界每年7亿美元工业PC市场里，大约8500万美元为控制软件，一亿美元为操作系统。到2007年会翻一番，工业PC市场变非常可观。

　　二、PLC向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展

 　　长期以来，PLC始终处于工业控制自动化领域主战场，为各种各样自动化控制设备提供非常可靠控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。同时，PLC也承受着来自其它技术产品冲击，尤其是工业PC所带来冲击。目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多种产品。国内PLC市场仍以国外产品为主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE产品。多年发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模生产能力和名牌产品，可以说PLC我国尚未形成制造产业化。PLC应用方面，我国是很活跃，应用行业也很广。专家估计，2000年PLC国内市场销量为15(20万套（其中进口占90%左右），约25(35亿元人民币，年增长率约为12%。预计到2005年全国PLC需求量将达到25万套左右，约35(45亿元人民币。

 　　PLC市场也反映了全世界制造业状况，2000后大幅度下滑。AutomationResearchCorp预测，尽管全球经济下滑，PLC市场将会复苏，估计全球PLC市场2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并继续略微增长。微型化、网络化、PC化和开放性是PLC未来发展主要方向。基于PLC自动化早期，PLC体积大价格昂贵。但最近几年，微型PLC（小于32I/O）已经出现，价格几百欧元。软PLC（SoftPLC）控制组态软件进一步完善和发展，安装有软PLC组态软件和PC-based控制市场份额将逐步到增长。当前，过程控制领域最大发展趋势之一就是Ethernet技术扩展，PLC例外。现越来越多PLC供应商开始提供Ethernet接口。可以相信，PLC将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC控制系统。

　 　三、面向测控管一体化设计DCS系统

 　　集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）问世于1975年，生产厂家主要集中美、日、德等国。我国从70年代中后期起，首先由大型进口设备成套中引入国外DCS，首批有化纤、乙烯、化肥等进口项目。当时，我国主要行业（如电力、石化、建材和冶金等）DCS基本全部进口。80年代初期引进、消化和吸收同时，开始了研制国产化DCS技术攻关。近10年，特别是“九五”以来，我国DCS系统研发和生产发展很快，崛起了一批优秀企业，如北京和利时公司、上海新华公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天测控公司、电科院以及北京康拓集团等。

 　　这批企业研制生产DCS系统，品种数量大幅度增加，产品技术水平已经达到或接近国际先进水平。2001年全国应用4426套DCS系统中，国产DCS系统为1486套，占35%。短短几年，国外DCS系统我国一统天下局面从此不再出现。这些专业化公司占据了一定市场份额，积累了发展资本和技术，同时使国外引进DCS系统价格也大幅度下降，为我国自动化推广事业做出了贡献。与此同时，国产DCS系统出口也逐年增长。

 　　国产DCS发展取了长足进步，但国外DCS产品国内市场中占有率还较高，其中主Honeywell和横河公司产品。我国DCS市场年增长率约为20%，年市场额约为30(35亿元。近5年内DCS石化行业大型自控装置中没有可替代产品，其市场增长率不会下降。据统计，到2005年，我国石化行业有1000多套装置需要应用DCS控制；电力系统每年新装1000多万千瓦发电机组，需要DCS实现监控；不少企业已使用DCS近15(20年，需要更新和改造。，今后5年内DCS作为自动化仪表行业主要产品位不会动摇。中国仪器仪表行业协会公布调查数据显示，2002年我国DCS市场状况如下： 小型化、多样化、PC化和开放性是未来DCS发展主要方向。目前小型DCS所占有市场，已逐步与PLC、工业PC、FCS共享。今后小型DCS可能首先与这三种系统融合，“软DCS”技术将首先小型DCS中到发展。PC-based控制将更加广泛应用于中小规模过程控制，各DCS厂商也将纷纷推出基于工业PC小型DCS系统。开放性DCS系统将同时向上和向下双向延伸，使来自生产过程现场数据整个企业内部自由流动，实现信息技术与控制技术无缝连接，向测控管一体化方向发展。