2022年工业控制自动化行业调查.doc

工业操纵自动化行业调查 信息与操纵工程学院自动化07-1 苏颖 0706380128 行业简介  工业操纵自动化技术是一种运用操纵理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业消费过程实现检测、操纵、优化、调度、治理和决策，到达增加产量、提高质量、降低耗费、确保平安等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业操纵自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要处理消费效率与一致性咨询题。尽管自动化系统本身并不直截了当制造效益，但它对企业消费过程有明显的提升作用。行业现状 我国工业操纵自动化的开展道路，大多是在引进成套设备的同时进展消化吸收，然后进展二次开发和应用。目前我国工业操纵自动化技术、产业和应用都有了特别大的开展，我国工业计算机系统行业已经构成。工业操纵自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向开展。行业开展趋势一、以工业PC为根底的低本钱工业操纵自动化将成为主流      众所周知，从20世纪60年代开场，西方国家就依托技术进步（即新设备、新工艺以及计算机应用）开场对传统工业进展改造，使工业得到飞速开展。20世纪末世界上最大的变化确实是全球市场的构成。全球市场导致竞争空前剧烈，促使企业必须加快新产品投放市场时间（TimetoMarket）、改善质量（Quality）、降低本钱（Cost）以及完善效劳体系（Service），这确实是企业的T.Q.C.S.。尽管计算机集成制造系统（CIMS）结合信息集成和系统集成，追求更完善的T.Q.C.S.，使企业实现“在正确的时间，将正确的信息以正确的方式传给正确的人，以便作出正确的决策”，即“五个正确”。然而这种自动化需要投入大量的资金，是一种高投资、高效益同时是高风险的开展方式，特别难为大多数中小企业所采纳。在我国，中小型企业以及准大型企业走的依然低本钱工业操纵自动化的道路。 工业操纵自动化主要包含三个层次，从下往上依次是根底自动化、过程自动化和治理自动化，其核心是根底自动化和过程自动化。 传统的自动化系统，根底自动化部分根本被PLC和DCS所垄断，过程自动化和治理自动化部分主要是由各种进口的过程计算机或小型机组成，其硬件、系统软件和应用软件的价格之高令众多企业望而却步。 20世纪90年代以来，由于PC-based的工业计算机（简称工业PC）的开展，以工业PC、I/O装置、监控装置、操纵网络组成的PC-based的自动化系统得到了迅速普及，成为实现低本钱工业自动化的重要途径。我国重庆钢铁公司如此的大企业的几乎全部大型加热炉，也撤除了原来DCS或单回路数字式调理器，而改用工业PC来组成操纵系统，并采纳模糊操纵算法，获得了良好效果。 由于基于PC的操纵器被证明能够像PLC一样可靠，同时被操作和维护人员接受，因而，一个接一个的制造商至少在部分消费中正在采纳PC操纵方案。基于PC的操纵系统易于安装和使用，有高级的诊断功能，为系统集成商提供了更灵敏的选择，从长远角度看，PC操纵系统维护本钱低。 由于可编程操纵器（PLC）受PC操纵的威胁最大，因而PLC供给商对PC的应用感到特别不安。事实上，他们如今也参加到了PC操纵“浪潮”中。 近年来，工业PC在我国得到了异常迅速的开展。从世界范围来看，工业PC主要包含两品种型：IPC工控机和CompactPCI工控机以及它们的变形机，如AT96总线工控机等。由于根底自动化和过程自动化对工业PC的运转稳定性、热插拔和冗余配置要求特别高，现有的IPC已经不能完全满足要求，将逐步退出该领域，取而代之的将是CompactPCI-based工控机，而IPC将占据治理自动化层。国家于2001年设立了“以工业操纵计算机为根底的开放式操纵系统产业化”工业自动化严重专项，目的确实是开展具有自主知识产权的PC-based操纵系统，在3(5年内，占据30%(50%的国内市场，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。然而，时至今日工业PC并没有代替PLC，主要有两个缘故：一个是系统集成缘故；另一个是软件操作系统WindowsNT的缘故。一个成功的PC-based操纵系统要具备两点：一是所有工作要由一个平台上的软件完成；二是向客户提供所需要的所有东西。能够预见，工业PC与PLC的竞争将主要在高端应用上，其数据复杂且设备集成度高。工业PC不可能与低价的微型PLC竞争，这也是PLC市场增长最快的一部分。从开展趋势看，操纵系统的今后特别可能存在于工业PC和PLC之间，这些交融的迹象已经出现。 和PLC一样，工业PC市场在过去的两年里保持平稳。与PLC相比，工业PC软件特别廉价。据FrostSullivan公司可能，全世界每年7亿美元工业PC市场里，大约8500万美元为操纵软件，一亿美元为操作系统。到2007年会翻一番，工业PC市场变得特别可观。 二、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向开展       长期以来，PLC一直处于工业操纵自动化领域的主战场，为各种各样的自动化操纵设备提供特别可靠的操纵方案，与DCS和工业PC构成了三足鼎立之势。同时，PLC也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。 目前，全世界PLC消费厂家约200家，消费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的产品。通过多年的开展，国内PLC消费厂家约有三十家，但都没有构成颇具规模的消费才能和名牌产品，能够说PLC在我国尚未构成制造产业化。在PLC应用方面，我国是特别活泼的，应用的行业也特别广。专家可能，2000年PLC的国内市场销量为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%。可能到2005年全国PLC需求量将到达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的情况，2000后大幅度下滑。但是，按照AutomationResearchCorp的预测，尽管全球经济下滑，PLC市场将会复苏，可能全球PLC市场在2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并接着略微增长。 微型化、网络化、PC化和开放性是PLC今后开展的主要方向。 在基于PLC自动化的早期，PLC体积大而且价格昂贵。但在最近几年，微型PLC（小于32I/O）已经出现，价格只有几百欧元。随着软PLC（SoftPLC）操纵组态软件的进一步完善和开展，安装有软PLC组态软件和PC-based操纵的市场份额将逐步得到增长。 当前，过程操纵领域最大的开展趋势之一确实是Ethernet技术的扩展，PLC也不例外。如今越来越多的PLC供给商开场提供Ethernet接口。能够相信，PLC将接着向开放式操纵系统方向转移，尤其是基于工业PC的操纵系统。集散操纵系统DCS（DistributedControlSystem）咨询世于1975年，消费厂家主要集中在美、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的DCS，首批有化纤、乙烯、化肥等进口工程。当时，我国主要行业（如电力、石化、建材和冶金等）的DCS根本全部进口。80年代初期在引进、消化和吸收的同时，开场了研制国产化DCS的技术攻关。 近10年，特别是“九五”以来，我国DCS系统研发和消费开展特别快，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。这批企业研制消费的DCS系统，不仅品种数量大幅度增加，而且产品技术水平已经到达或接近国际先进水平。在2001年全国应用的4426套DCS系统中，国产DCS系统为1486套，占35%。短短几年，国外DCS系统在我国一统天下的场面从此不再出现。这些专业化公司不仅占据了一定的市场份额，积累了开展的资本和技术，同时使得国外引进的DCS系统价格也大幅度下降，为我国自动化推行事业做出了奉献。与此同时，国产DCS系统的出口也在逐年增长。 尽管国产DCS的开展获得了长足进步，但国外DCS产品在国内市场中占有率还较高，其中主要是Honeywell和横河公司的产品。我国DCS的市场年增长率约为20%，年市场额约为30(35亿元。由于近5年内DCS在石化行业大型自控装置中没有可替代产品，因而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操纵；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。因而，今后5年内DCS作为自动化仪表行业主要产品的地位不会动摇。 依照中国仪器仪表行业协会公布的调查数据显示，2002年我国DCS市场情况如下： 小型化、多样化、PC化和开放性是今后DCS开展的主要方向。目前小型DCS所占有的市场，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交融，而且“软DCS”技术将首先在小型DCS中得到开展。PC-based操纵将更加广泛地应用于中小规模的过程操纵，各DCS厂商也将纷纷推出基于工业PC的小型DCS系统。开放性的DCS系统将同时向上和向下双向延伸，使来自消费过程的现场数据在整个企业内部自由流淌，实现信息技术与操纵技术的无缝连接，向测控管一体化方向开展。 三、操纵系统正在向现场总线（FCS）方向开展       由于3C（Computer、Control、Communication）技术的开展，过程操纵系统将由DCS开展到FC（FieldbusControlSystem）。 FCS能够将PID操纵完全分散到现场设备（FieldDevice）中。基于现场总线的FCS又是全分散、全数字化、全开放和可互操作的新一代消费过程自动化系统，它将取代现场一对一的4(20mA模仿信号线，给传统的工业自动化操纵系统体系构造带来革命性的变化。 依照IEC61158的定义，现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与操纵室内的自动操纵装置之间的数字式、双向传输、多分支构造的通讯网络。现场总线使测控设备具备了数字计算和数字通讯才能，提高了信号的测量、传输和操纵精度，提高了系统与设备的功能、功能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作组于1984年开场致力于推出世界上单一的现场总线标准工作，走过了16年的困难历程，于1993年推出IEC61158-2，之后的标准制定就陷于混乱。2000年初公布的IEC61158现场总线国际标准子集有八种，分别为： 类型1IEC技术报告（FFH1）； 类型2Control-NET（美国Rockwell公司支持）； 类型3Profibus（德国Siemens公司支持）； 类型4P-NET（丹麦ProcessData公司支持）； 类型5FFHSE（原FFH2）高速以太网（美国FisherRosemount公司支持）； 类型6Swift-Net（美国波音公司支持）； 类型7WorldFIP（法国Alsto公司支持）； 类型8Interbus（美国PhoenixContact公司支持）。 除了IEC61158的8种现场总线外，IECTC17B通过了三种总线标准：SDS（SmartDistributedSystem）；ASI（ActuatorSensorInterface）；DeviceNET。另外，ISO公布了ISO11898CAN标准。其中DeviceNET于2002年10月8日被中国批准为国家标准，并于2003年4月1日开场施行。 目前在各种现场总线的竞争中，以Ethernet为代表的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)通讯技术正成为现场总线开展中新的亮点。其关注的焦点主要集中在两个方面： (1)能否出现全世界统一的现场总线标准； (2)现场总线系统能否全面取代现时风行世界的DCS系统。 采纳现场总线技术构造低本钱的现场总线操纵系统，促进现场仪表的智能化、操纵功能分散化、操纵系统开放化，符合工业操纵系统的技术开展趋势。国家在“九五”期间为了加快现场总线技术在我国的开展，重点放在智能化仪表和现场总线技术的开发和工程化上，补充和完善工艺设备、开发装置和测试装置，建立智能化仪表和开发自动化系统的消费基地，构成适度规模经济。2000年，“九五”国家科技攻关计划“新一代全分布式操纵系统研究与开发”和“现场总线智能仪表研究开发”两个工程相继完成。 这两个工程以及先期完成的“现场总线操纵系统的开发”工程，针对国际上已经出现的多种现场总线协议并存的场面，重点选择了HART协议和FF协议现场总线技术攻关。总之，计算机操纵系统的开展在经历了基地式气动仪表操纵系统、电动单元组合式模仿仪表操纵系统、集中式数字操纵系统以及集散操纵系统（DCS）后，将朝着现场总线操纵系统（FCS）的方向开展。尽管以现场总线为根底的FCS开展特别快，但FCS开展还有特别多工作要做，如统一标准、仪表智能化等。另外，传统操纵系统的维护和改造还需要DCS，因而FCS完全取代传统的DCS还需要一个较长的过程，同时DCS本身也在不断的开展与完善。能够确信的是，结合DCS、工业以太网、先进操纵等新技术的FCS将具有强大的生命力。工业以太网以及现场总线技术作为一种灵敏、方便、可靠的数据传输方式，在工业现场得到了越来越多的应用，并将在操纵领域中占有更加重要的地位。 四、仪器仪表技术      仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向开展通过五十年的开展，我国仪器仪表工业已有相当根底，初步构成了门类比拟齐全的消费、科研、营销体系 。现有各类仪器仪表企业6000余家，年销售额约1000亿元，成为亚洲除日本之外第二大仪器仪表消费国。据海关统计，除去随成套工程工程配套引进的仪器仪表不计，去年进口各类仪器仪表近60亿美元，约占我国仪器仪表工业总产值的50%。但目前我国仪器仪表行业产品大多属于中低档水平，随着国际上数字化、智能化、网络化、微型化的产品逐步成为主流，差距还将进一步加大。目前，我国高档、大型仪器设备大多依赖进口。中档产品以及许多关键零部件，国外产品占有我国市场60%以上的份额，而国产分析仪器占全球市场不到千分之二的份额。 2001年3月，第九届全国人大四次会议批准的“十五”计划纲要初次提出“把开展数控机床，仪器仪表和根底零部件放到重要位置，努力提高质量和技术水平”。2001年8月，国家计委把仪器仪说明确列为国民经济重要技术装备，国家经贸委制定并公布的仪器仪表行业“十五”规划，确立了6项高技术产业化工程： 1.基于现场总线技术的全开放分散操纵系统及智能仪表； 2.新型传感器； 3.智能化工业操纵部件与执行机构； 4.环境与污染源监测仪器及自动监测系统； 5.城市污水处理利用成套工艺设备中的仪表自动化操纵系统； 6.炼钢转炉煤气净化回转成套装置中的仪表自动化操纵系统。        依照仪器仪表行业的预测，“十五”期间我国仪器仪表市场大致是：2002年1628亿，2003年1790亿，2004年1969亿，2005年2165亿。五年间，平均年市场容量为1806亿（相当于220亿美元），其中工业自动化仪表和操纵系统占41%、科学测试仪器占25%、医疗仪器占17%、其它占17%，平均年增长率将不会低于10%。 今后仪器仪表技术的主要开展趋势：仪器仪表向智能化方向开展，产生智能仪器仪表；测控设备的PC化，虚拟仪器技术将迅速开展；仪器仪表网络化，产生网络仪器与远程测控系统。几点建议：开发具有自主知识产权的产品，掌握核心技术；加强仪器仪表行业的系统集成才能；进一步拓展仪器仪表的应用领域。 五、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化开展      从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到如今已走过了51年的历程。近10年来，随着计算机技术的飞速开展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生，开展特别快。目前正朝着标准化开放体系构造的方向前进。就构造方式而言，当今世界上的数控系统大致可分为4品种型：1.传统数控系统；2.“PC嵌入NC”构造的开放式数控系统；3.“NC嵌入PC”构造的开放式数控系统；4.SOFT型开放式数控系统。 我国数控系统的开发与消费，通过“七五”引进、消化、吸收，“八五”攻关和“九五”产业化，获得了特别大的进展，根本上掌握了关键技术，建立了数控开发、消费基地，培养了一批数控人才，初步构成了本人的数控产业，也带动了机电操纵与传动操纵技术的开展。同时，具有中国特色的经济型数控系统通过这些年来的开展，产品的功能和可靠性有了较大的提高，逐步被用户认可。 国外数控系统技术开展的总体开展趋势是：新一代数控系统向PC化和开放式体系构造方向开展；驱动装置向交流、数字化方向开展；加强通讯功能，向网络化开展；数控系统在操纵功能上向智能化开展。 2001年3月，第九届全国人大四次会议批准的“十五”计划纲要初次提出“把开展数控机床，仪器仪表和根底零部件放到重要位置，努力提高质量和技术水平”。2001年8月，国家计委把仪器仪说明确列为国民经济重要技术装备，国家经贸委制定并公布的仪器仪表行业“十五”规划，确立了6项高技术产业化工程： 1.基于现场总线技术的全开放分散操纵系统及智能仪表； 2.新型传感器； 3.智能化工业操纵部件与执行机构； 4.环境与污染源监测仪器及自动监测系统； 5.城市污水处理利用成套工艺设备中的仪表自动化操纵系统； 6.炼钢转炉煤气净化回转成套装置中的仪表自动化操纵系统。 依照仪器仪表行业的预测，“十五”期间我国仪器仪表市场大致是：2002年1628亿，2003年1790亿，2004年1969亿，2005年2165亿。五年间，平均年市场容量为1806亿（相当于220亿美元），其中工业自动化仪表和操纵系统占41%、科学测试仪器占25%、医疗仪器占17%、其它占17%，平均年增长率将不会低于10%。 今后仪器仪表技术的主要开展趋势：仪器仪表向智能化方向开展，产生智能仪器仪表；测控设备的PC化，虚拟仪器技术将迅速开展；仪器仪表网络化，产生网络仪器与远程测控系统。几点建议：开发具有自主知识产权的产品，掌握核心技术；加强仪器仪表行业的系统集成才能；进一步拓展仪器仪表的应用领域。 在工业自动化领域，有成千上万的感应器，检测器，计算机，PLC，读卡器等设备，需要互相连接构成一个操纵网络，通常这些设备提供的通讯接口是RS-232或RS-485。无线局域网设备使用隔离型信号转换器，将工业设备的RS-232串口信号与无线局域网及以太网络信号互相转换，符合无线局域网IEEE802.11b和以太网络IEEE802.3标准，支持标准的TCP/IP网络通讯协议，有效的扩展了工业设备的联网通讯才能。 计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的结合，产生了“基于无线技术的网络化智能传感器”的全新概念。这种基于无线技术的网络化智能传感器使得工业现场的数据能够通过无线链路直截了当在网络上传输、发布和共享。无线局域网技术能够在工厂环境下，为各种智能现场设备、挪动机器人以及各种自动化设备之间的通讯提供高带宽的无线数据链路和灵敏的网络拓扑构造，在一些特别环境下有效地弥补了有线网络的缺乏，进一步完善了工业操纵网络的通讯功能。 六、工业操纵软件正向先进操纵方向开展      自20世纪80年代初期诞生至今，工业操纵软件已有20年的开展历史。工业操纵软件作为一种应用软件，是随着PC机的兴起而不断开展的。工业操纵软件主要包括人机界面软件（HMI），基于PC的操纵软件以及消费治理软件等。目前，我国已开发出一批具有自主知识产权的实时监控软件平台、先进操纵软件、过程优化操纵软件等成套应用软件，工程化、产品化有了一定打破，打破了国外同类应用软件的垄断格局。通过在化工、石化、造纸等行业的数百个企业（装置）中应用，促进了企业的技术改造，提高了消费过程操纵水平和产质量量，为企业制造了明显的经济效益。2000年，“九五”国家科技攻关计划工程“大型骨干石化消费系统操纵及计算机应用技术”通过了验收。 作为工控软件的一个重要组成部分，国内人机界面组态软件研制方面近几年获得了较大进展，软件和硬件相结合，为企业测、控、管一体化提供了比拟完好的处理方案。在此根底上，工业操纵软件将从人机界面和根本策略组态向先进操纵方向开展。 先进过程操纵APC（AdvancedProcessControl）目前还没有严格而统一的定义。一般将基于数学模型而又必须用计算机来实现的操纵算法，统称为先进过程操纵策略。如：自习惯操纵；预测操纵；鲁棒操纵；智能操纵（专家系统、模糊操纵、神经网络）等。 由于先进操纵和优化软件能够制造宏大 的经济效益，因而这些软件也身价倍增。国际上已经有几十家公司，推出了上百种先进操纵和优化软件产品，在世界范围内构成了一个强大的流程工业应用软件产业。因而，开发我国具有自主知识产权的先进操纵和优化软件，打破外国产品的垄断，替代进口，具有十分重要的意义。 在今后，工业操纵软件将接着向标准化、网络化、智能化和开放性开展方向。 完毕语      工业信息化是指在工业消费、治理、运营过程中，通过信息根底设备，在集成平台上，实现信息的采集、信息的传输、信息的处理以及信息的综合利用等。在“十五”期间，国家用信息化带开工业化的工作重点有三个方面：一是以电子信息技术应用为重点，提高传统产业消费过程自动化、操纵智能化和治理信息化水平；二是以先进制造技术应用为重点，推进制造业领域的优质高效消费，振兴装备制造业；三是改造提升重点产业的关键技术、共性技术及其相关配套技术水平、工艺和装备水平。国家施行高技术产业化的主要目的有两个：一是开展高技术，构成新兴产业，培育新的增长点；二是利用先进技术改造和优化传统产业，提高经济增长的质量。 由于大力开展工业自动化是加快传统产业改造提升、提高企业整体素养、提高国家整体国力、调整工业构造、迅速搞活大中型企业的有效途径和手段，国家将接着通过施行一系列工业过程自动化高技术产业化专项，用信息化带开工业化，推开工业自动化技术的进一步开展，加强技术创新，实现产业化，处理国民经济开展面临的深层咨询题，进一步提高国民经济整体素养和综合国力，实现跨越式开展。 岗位设置技术人员，相关销售人员，研发人员等主要公司一、上海海得操纵系统股份 二、北京和利时系统工程股份三、上海新华操纵工程四、浙大中控技术五、国电南京自动化股份六、烟台东方电子股份七、北京金自天正智能股份等行业证书电气工程师资历证