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摘要：20世纪中叶，伴随着自动化科学技术的建立及工业化发展，诞生并逐渐形成一个崭新的学科自动化学科。随着IT技术和控制技术的发展，工业自动化系统正在发生一些变化和变革。三电一体化和嵌入式系统的发展，以PC为基础的分布式控制系统和现场总线的产品将成为工业控制装置的主流，先进控制和智能控制技术卓有成效的应用，表现了发展变化的趋势。
关键词：工业自动化现状与发展趋势
中图分类号：F287.2文献标识码： A 文章编号：
前言
现场总线技术的发展，引起了自动化系统结构和自动化控制概念的变革，进一步推动了管控一体化企业信息系统的建立，它集计算机技术、信息技术和自动化技术为一体，成为流程工业自动化发展的趋势。随着市场经济的发展，工业企业面临前所未有的发展机遇和愈加严峻的挑战，对企业的生产经营管理提出了更高的要求。管控一体化企业信息系统的建立，将是增强企业竞争力的重要途径。随着信息技术的不断发展，网络的普及，将会使管控一体化的重要性日益显露出来，由以PLC 为基础的集散型控制系统向以现场总线为基础的管控一体化分布式网络信息系统过渡是必然的。
一、工业控制自动化现状
我国工业自动化制造产业经过一段时间发展, 已经逐步实现国产化的过程。在下游冶金、石化等行业的需求以及自动化率提升的双重带动下, 我国工业自动化控制系统装置制造产业取得了长足的发展。但是, 我国工业自动化具有自己的特点, 下面就对我国自动化的优势和劣势进行简要总结。
1 我国工业控制自动化的优势
从整体上看, 我国工业控制自动化具有以下优势, 第一、工业控制自动化产品技术含量高, 专业性强, 而且产品繁多, 业内第一门户网站; 中国自动化学会的唯一门户网站及合作网站中国工控网目前分类达16 个大项, 2 0 余个小项, 第二、厂商众多, 全球厂商达2 0 万家, 仅变频器的生产商就达2 0 0 0 余家; 第三、市场巨大, 9 0 年代以来,我国工业自动化控制系统装置制造产业的产量一直保持在年增长2 0 % 以上, 2 0 0 9 年我国仪器仪表行业规模以上企业5 , 3 6 3 个, 完成工业总产值4 , 0 4 7 亿元, 销售产值3 , 9 4 7亿元, 其中工业自动控制系统装置占比约2 1.2 6 % , 达到8 4 3 亿元。
最新的研究报告指出中国自动化控制系统市场规模在2014年将会达到1 , 3 1 亿元; 第四、工业控制自动化大范围应用, 遍及冶金、石油、化工、纺织、造纸、机械、机床、汽车、航空航天、楼宇、环境工程等所有工业及民用领域。
2.我国工业控制自动化的劣势
虽然工业控制自动化在我国得到了一定程度的发展,但还是存在很多不足的地方, 主要有以下几点: 第一、竞争激烈, 国内工业控制系统产品供应商直接面临西方发达国家的竞争, 无论I P C 、D C S 还是P L C , 与外国公司相比较, 我国的企业仍处于弱势地位; 第二、总体上自动化企业规模太小, 工业自动化比例依然不高, 我国自动化仪器仪表行业的产值占GDP 的比例从90 年代的0.5 %才刚刚提升到2 0 0 9 年的1.1 %, 而美国在9 0 年代就达到了4 % 的水平; 第三、自动化企业多数急功近利, 科技研发投入较少, 科研人员队伍不稳, 缺乏长时间的科研积累, 缺乏自主创新能力, 大型装备自动化控制系统的应用程度较低, 有信誉的品牌产品还未形成; 第四、与国际著名品牌系统相比还有差距, 多数自动化企业没有明显的核心技术能力, 缺乏后劲, 国产系统就总体水平特别是在应用平台和开放性方面等较低, 而且国内自动化系统企业综合业务能力差, 系统产品系列不全等。
二、工业自动化发展趋势
工业自动化领域的发展趋势之一是控制系统的智能化、分散化、网络化，而现场总线的崛起正是这一发展趋势的标志。
1. 现场总线的崛起
多年以来，工业自动化领域的过程控制体系历经基地式仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统(DCS)等4 代过程控制系统，当前我国工业自动化的主流水平即处于以PLC 为基础的DCS 系统阶段。与早期的一些控制系统相比，DCS 系统在功能和性能上有了很大进步，可以在此基础上实现装置级、车间级的优化和分散控制，但其仍然是一种模拟数字混合系统，从现场到PLC 或计算机之间的检测、反馈与操作指令等信号传递，仍旧依靠大量的一对一的布线来实现。这种信号传递关系称之为信号传输，而不是数据通信，难以实现仪表之间的信息交换，因而呼唤着具备通信功能的、传输信号全数字化的仪表与系统的出现，从而由集散控制过渡到彻底的分散控制，正是在这种需求的驱动下，自20 世纪80 年代中期起，现场总线便应运而生，并通过激烈的市场竞争而不断崛起。
现场总线是应用在生产现场的全数字化、实时、双向、多节点的数字通信系统。现场总线技术将专用的CPU 置入传统的测控仪表，使它们各自都具有数字计算和通信能力，即所谓“智能化”，采用可进行简单连接的双绞线、同轴电缆等作为联系的纽带，把挂接在总线上作为网络节点的多个现场级测控仪表连接成网络，并按公开、规范的通信协议，使现场测控仪表之间及其与远程监控计算机之间实现数据传输与信息交换，形成多种适应实际需要的控制系统，即所谓“网络化”，由于这些网上的节点都是具备智能的可通信产品，因而它所需要的控制信息(如实时测量数据)不采取向PLC 或计算机存取的方式，而可直接从处于同等层上的另一个节点上获取，在现场总线控制系统(FCS)的环境下，借助其计算和通信能力，在现场就可进行许多复杂计算，形成真正分散在现场的完整的控制系统，提高了系统的自治性和可靠性。
FCS 成为发展的趋势之一，是它改变了传统控制系统的结构，形成了新型的网络集成全分布系统，采用全数字通信，具有開放式、全分布、可互操作性及现场环境适应性等特点，形成了从测控设备到监控计算机的全数字通信网络，顺应了控制网络的发展要求。
2.现场总线的新动向———工业以太网
长期以来的标准之争，实际上已延缓了现场总线的发展速度。为了加快新一代系统的发展，人们开始寻求新的出路，一个新的动向是从现场总线转向Ethernet，用以太网作为高速现场总线框架的主传。以太网是计算机应用最广泛的网络技术，在IT 领域已被使用多年，已有广泛的硬、软件开发技术支持，更重要的是启用以太网作为高速现场总线框架，可以使现场总线技术和计算机网络技术的主流技术很好地融合起来。为了促进Ethernet 在工业领域的应用，国际上成立了工业以太网协会，开展工业以太网关键技术的研究。此外，开发设备网供应商协会(ODVA)已经发布了在工厂现场使用以太网的全球性标准- - 以太网／IP 标准。该标准使用户在采用开放的工业应用层网络的同时，能利用可买到的现成的以太网物理介质和组件，也即由多个供应商所提供的可互操作的以太网产品。
结束语
从生产现场到企业( 集团) 管理层可经由工业通信网络, 实现信息的有序无缝流通, 不仅使企业实现生产过程优化和资源优化, 同时使企业实现物流、资金流和信息流的集成, 以缩短企业新产品的开发周期、提高质量 、降低成本、改进服务和改善环境, 从而提升企业的市场应变能力和盈利能力。应用工业自动化技术, 对工业生产过程实现测量、控制、优化和决策, 使企业实现“好、省、多、快”,提升企业的市场竞争力, 因此“国家中长期科技发展规划”已明确, 工业自动化技术作为21 世纪现代装备制造业中最重要的技术之一。
参考文献
[1] 曹殿春,厚金库.我国工业电气自动化的发展现状与趋势[J]. 中国新技术新产品. 2009(02)
[2] 刘会.工业自动化控制的现状和未来发展趋势[J]. 硅谷. 2010(02)
[3] 陈军进.工业自动化技术在各个工程领域中的应用[J]. 硅谷. 2010(05)
[4] 赵丽.谈对工业自动化发展趋势的分析[J]. 装备制造. 2010(04)
关键词：工业自动化现状与发展趋势
中图分类号：F287.2文献标识码： A 文章编号：
前言
现场总线技术的发展，引起了自动化系统结构和自动化控制概念的变革，进一步推动了管控一体化企业信息系统的建立，它集计算机技术、信息技术和自动化技术为一体，成为流程工业自动化发展的趋势。随着市场经济的发展，工业企业面临前所未有的发展机遇和愈加严峻的挑战，对企业的生产经营管理提出了更高的要求。管控一体化企业信息系统的建立，将是增强企业竞争力的重要途径。随着信息技术的不断发展，网络的普及，将会使管控一体化的重要性日益显露出来，由以PLC 为基础的集散型控制系统向以现场总线为基础的管控一体化分布式网络信息系统过渡是必然的。
一、工业控制自动化现状
我国工业自动化制造产业经过一段时间发展, 已经逐步实现国产化的过程。在下游冶金、石化等行业的需求以及自动化率提升的双重带动下, 我国工业自动化控制系统装置制造产业取得了长足的发展。但是, 我国工业自动化具有自己的特点, 下面就对我国自动化的优势和劣势进行简要总结。
1 我国工业控制自动化的优势
从整体上看, 我国工业控制自动化具有以下优势, 第一、工业控制自动化产品技术含量高, 专业性强, 而且产品繁多, 业内第一门户网站; 中国自动化学会的唯一门户网站及合作网站中国工控网目前分类达16 个大项, 2 0 余个小项, 第二、厂商众多, 全球厂商达2 0 万家, 仅变频器的生产商就达2 0 0 0 余家; 第三、市场巨大, 9 0 年代以来,我国工业自动化控制系统装置制造产业的产量一直保持在年增长2 0 % 以上, 2 0 0 9 年我国仪器仪表行业规模以上企业5 , 3 6 3 个, 完成工业总产值4 , 0 4 7 亿元, 销售产值3 , 9 4 7亿元, 其中工业自动控制系统装置占比约2 1.2 6 % , 达到8 4 3 亿元。
最新的研究报告指出中国自动化控制系统市场规模在2014年将会达到1 , 3 1 亿元; 第四、工业控制自动化大范围应用, 遍及冶金、石油、化工、纺织、造纸、机械、机床、汽车、航空航天、楼宇、环境工程等所有工业及民用领域。
2.我国工业控制自动化的劣势
虽然工业控制自动化在我国得到了一定程度的发展,但还是存在很多不足的地方, 主要有以下几点: 第一、竞争激烈, 国内工业控制系统产品供应商直接面临西方发达国家的竞争, 无论I P C 、D C S 还是P L C , 与外国公司相比较, 我国的企业仍处于弱势地位; 第二、总体上自动化企业规模太小, 工业自动化比例依然不高, 我国自动化仪器仪表行业的产值占GDP 的比例从90 年代的0.5 %才刚刚提升到2 0 0 9 年的1.1 %, 而美国在9 0 年代就达到了4 % 的水平; 第三、自动化企业多数急功近利, 科技研发投入较少, 科研人员队伍不稳, 缺乏长时间的科研积累, 缺乏自主创新能力, 大型装备自动化控制系统的应用程度较低, 有信誉的品牌产品还未形成; 第四、与国际著名品牌系统相比还有差距, 多数自动化企业没有明显的核心技术能力, 缺乏后劲, 国产系统就总体水平特别是在应用平台和开放性方面等较低, 而且国内自动化系统企业综合业务能力差, 系统产品系列不全等。
二、工业自动化发展趋势
工业自动化领域的发展趋势之一是控制系统的智能化、分散化、网络化，而现场总线的崛起正是这一发展趋势的标志。
1. 现场总线的崛起
多年以来，工业自动化领域的过程控制体系历经基地式仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统(DCS)等4 代过程控制系统，当前我国工业自动化的主流水平即处于以PLC 为基础的DCS 系统阶段。与早期的一些控制系统相比，DCS 系统在功能和性能上有了很大进步，可以在此基础上实现装置级、车间级的优化和分散控制，但其仍然是一种模拟数字混合系统，从现场到PLC 或计算机之间的检测、反馈与操作指令等信号传递，仍旧依靠大量的一对一的布线来实现。这种信号传递关系称之为信号传输，而不是数据通信，难以实现仪表之间的信息交换，因而呼唤着具备通信功能的、传输信号全数字化的仪表与系统的出现，从而由集散控制过渡到彻底的分散控制，正是在这种需求的驱动下，自20 世纪80 年代中期起，现场总线便应运而生，并通过激烈的市场竞争而不断崛起。
现场总线是应用在生产现场的全数字化、实时、双向、多节点的数字通信系统。现场总线技术将专用的CPU 置入传统的测控仪表，使它们各自都具有数字计算和通信能力，即所谓“智能化”，采用可进行简单连接的双绞线、同轴电缆等作为联系的纽带，把挂接在总线上作为网络节点的多个现场级测控仪表连接成网络，并按公开、规范的通信协议，使现场测控仪表之间及其与远程监控计算机之间实现数据传输与信息交换，形成多种适应实际需要的控制系统，即所谓“网络化”，由于这些网上的节点都是具备智能的可通信产品，因而它所需要的控制信息(如实时测量数据)不采取向PLC 或计算机存取的方式，而可直接从处于同等层上的另一个节点上获取，在现场总线控制系统(FCS)的环境下，借助其计算和通信能力，在现场就可进行许多复杂计算，形成真正分散在现场的完整的控制系统，提高了系统的自治性和可靠性。
FCS 成为发展的趋势之一，是它改变了传统控制系统的结构，形成了新型的网络集成全分布系统，采用全数字通信，具有開放式、全分布、可互操作性及现场环境适应性等特点，形成了从测控设备到监控计算机的全数字通信网络，顺应了控制网络的发展要求。
2.现场总线的新动向———工业以太网
长期以来的标准之争，实际上已延缓了现场总线的发展速度。为了加快新一代系统的发展，人们开始寻求新的出路，一个新的动向是从现场总线转向Ethernet，用以太网作为高速现场总线框架的主传。以太网是计算机应用最广泛的网络技术，在IT 领域已被使用多年，已有广泛的硬、软件开发技术支持，更重要的是启用以太网作为高速现场总线框架，可以使现场总线技术和计算机网络技术的主流技术很好地融合起来。为了促进Ethernet 在工业领域的应用，国际上成立了工业以太网协会，开展工业以太网关键技术的研究。此外，开发设备网供应商协会(ODVA)已经发布了在工厂现场使用以太网的全球性标准- - 以太网／IP 标准。该标准使用户在采用开放的工业应用层网络的同时，能利用可买到的现成的以太网物理介质和组件，也即由多个供应商所提供的可互操作的以太网产品。
结束语
从生产现场到企业( 集团) 管理层可经由工业通信网络, 实现信息的有序无缝流通, 不仅使企业实现生产过程优化和资源优化, 同时使企业实现物流、资金流和信息流的集成, 以缩短企业新产品的开发周期、提高质量 、降低成本、改进服务和改善环境, 从而提升企业的市场应变能力和盈利能力。应用工业自动化技术, 对工业生产过程实现测量、控制、优化和决策, 使企业实现“好、省、多、快”,提升企业的市场竞争力, 因此“国家中长期科技发展规划”已明确, 工业自动化技术作为21 世纪现代装备制造业中最重要的技术之一。
参考文献
[1] 曹殿春,厚金库.我国工业电气自动化的发展现状与趋势[J]. 中国新技术新产品. 2009(02)
[2] 刘会.工业自动化控制的现状和未来发展趋势[J]. 硅谷. 2010(02)
[3] 陈军进.工业自动化技术在各个工程领域中的应用[J]. 硅谷. 2010(05)
[4] 赵丽.谈对工业自动化发展趋势的分析[J]. 装备制造. 2010(04)