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雨中火把

    
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发表于:2006-03-08 12:55:00
楼主
工业控制计算机产业现状与发展策略(转载)
摘 要
本文从集散控制系统、现场总线控制系统、数控装置、可编程控制器、工业PC几方面入手,全面回顾总结了我国工业控制计算机产业的历史与现状,分析了该产业的发展趋势, 并提出了相应的对策。
关键词:工业控制计算机系统,工业PC散控制系统,趋势,策略

前言 
由于计算机技术、控制技术、网络技术和通信技术的迅猛发展,各种自动化手段的发展与相互影响,呈现以下特点。
(1)各种自动化手段之间界限越来越模糊
  高校的专业合并与渗透,工业控制计算机系统、自动化、信息技术改造传统产业、机电一体化、数控、先进制造技术、CIMS之间的技术、专业、学科之间的界限越来越模糊,似乎也没有必要把它们分得很清楚,这是实际的需要,发展的需要,技术发展的必然。
(2)各种控制系统之间融合是大势所趋
  在今后相当长的一段时间内,FCS、IPC、NC/CNC与DCS、PLC将会相互补充、相互促进、彼此共存。PLC、DCS、NC/CNC、IPC、FCS等虽然设计的初衷不一,各有特色,各有适宜的应用领域,自然也各有不适应的地方,但技术上都知道学人之长,补己之短,PLC、DCS学习提高到已失去传统意义上的自己,可以看出各种控制系统之间融合是大势所趋,不可阻挡。
(3)渴望单一现场总线
  现有FF、Profibus、WordFIP等8种现场总线为国际标准,据说最近将增加到12种,现场总线和以太网的捆绑、以网到底等。在这种发展态势下、各种现场总线在技术上的争论反而少了,市场竞争依然激烈。科技部“十五”攻关项目,怕加入WTO后,有不正当竞争之嫌疑减少到近百个,重大20多个,重点70多个。和工控机有关的项目三个均为重点项目:
改造传统产业:沈阳(机械工业重镇)试点;
先进制造技术与信息化:CIMS应用;
过程控制系统:模糊是哪种现场总线,主要是要很好构成完整系统,搞好应用。
  对我国理应如此,哪个现场总线也不是我国的原创,我国不存在什么技术优势,自然也没有包袱,因此,如何在现有现场总线基础上,构成适合国情的、适合某些领域的系统,搞好应用,提高经济效益这是主要精力所在。
  工业控制计算机的应用领域迅速扩大。过去工控机主要应用于过程控制,如电、煤、化、油等连续化、流程化的生产过程;制造自动化,如机械、电子、汽车等离散加工的生产过程;单机自动化,如数控机床、智能仪器仪表,机器人、汽车电子化、变频调 速 电动机、电子化家用电器、医疗器械等产品机电一体化等。今后,应特别关注工控机应用的新的增长点:环保、公用工程、道路与交通、楼宇与社区、农业与农村、家庭等。
1、工控机的发展趋势
  工控机及其应用的发展是与信息化、数字化、智能化的世界潮流和计算机技术、控制技术、网络技术、显示技术(尤其是现场总线和控制网络)的发展密切相关的。
2000年世界上工业控制计算机市场为300-400亿美元,其中DCS60亿美元,嵌入式系统60-70亿美元,FCS20-30亿美元,IPC70-80亿美元,PLC70-80亿美元,数控70-80亿美元。并以每年10-15%的速度增长。
1.1 DCS(集散控制系统)
虽然现场总线为基础的FCS发展很快,并最终取代传统的DCS,但FCS发展有很多工作要做,如统一标准,仪表智能化等。而传统控制系统的维护和改造还需要DCS,因此FCS完全取代传统的DCS有个较长的过程。
当前工业控制计算机仍以大系统、分散对象、连续生产过程(如:冶金、石化、电力)为主,采用分布式系统结构的分散型控制系统仍在发展。由于开放结构和集成技术的发展,促使大型分散型控制系统销售增加。DCS1997年销售为45亿美元,2000年为60亿美元。世界上主要DCS供应商为:Honeywell、Bailey、Westing、House、ABB、Foxboro、L&N、Siemens、EuRo、横河、日本山武霍纳威尔等。
在工控机中DCS是受计算机影响最大、反应最快的一种。DCS主要发展趋势为:
  (1)DCS向综合方向发展,由于标准化数据通信链路和网络的发展,将各种单(多)回路调节器、PLC、工业PC、NC等工控设备构成大系统、以满足工厂自动化要求,并适应开放化的大趋势。
  (2)DCS向智能化方向发展,由于数据库系统、推理机能等的发展,尤其是知识库系统(KEB)和专家系统(ES)的应用,如自学习控制、远距离诊断、自寻优等,人工智能会在DCS各级实现。和FF现场总线类似,以微处理器为基础的智能设备、如智能I/O智能PID控制、智能传感器、变送器、执行器、智能人机接口、可编程调节器相继出现。
  (3)DCS工业PC化,由IPC组成DCS成为一大趋势,PC作为DCS的操作站或节点机已经很普遍,PC-PLC、PC-STD、PC-NC等就是PC-DCS先驱,IPC成为DCS的硬件平台。
  (4)DCS专业化,DCS为更适合各相应领域的应用,就要进一步了解这个专业的工艺和应用要求,以逐步形成如核电DCS,变电站DCS、玻璃DCS、水泥DCS等。
  现在DCS生产厂家的新产品具有以下特点:系统开放、管控一体化及已有带先进控制软件。DCS生产厂家也从事FCS的研发、生产和应用工作。
1.2 数控装置
  80年代以来,为适应FMC、FMS、CAM、CIMS的发展需要,数控装置采用大规模、超大规模集成电路,提高了柔性,功能和效率。
(1)PC化:由大规模集成电路制造技术的高度发展,PC硬件结构做得很小,CPU的运行速度越来越高,存储容量很大。PC机大批量生产,成本大大降低,可靠性不断提高。PC机的开放性,Windows的应用,更多的技术人员的应用和软件开发,使PC机的软件极为丰富。PC机功能已经很强,CAD/CAM的软件已由小型机,工作站移植到PC机,三维图形显示及工艺数据已经在PC机上建立。因此,PC机已成为开发CNC系统的重要的资源与途径。
  (2)交流伺服化:交流伺服系统恒功率范围已做到1:4,速度范围可达到:1:1000,基本与直流伺服相当。交流伺服体积小,价格低,可靠性高,应用越来越广
泛。
  (3)高功能的数控系统向综合自动化方向发展:为适应FMS、CIMS、无人化工厂的要求,发展与机器人、自动化小车、自动诊断跟踪监视系统等的相联合;发展控制与管理集成系统,已成为国际上数控系统的方向。
  (4)方便使用:改善人机接口,简化编程、操作面板使用符号键,尽量采用对话方式等,以方便用户使用。
  (5)柔性化和系统化:目前数控系统均采用模块结构,其功能覆盖面大,从三轴两联动的机床到多达24轴以上的柔性加工单元。自80年代以来,以数控机床为主的各类柔性生产系统应运而生。按其规格、自动化程度和控制方式的不同,可分为柔性制造单元、柔性制造系统、柔性流水线、独立制造岛、计算机集成制造系统和智能制造系统等。
  (6)小型化:由于半导体电路高度集成化、封装三维化、电路板插三维化、使NC装置进一步小型化,在NC装置的操作单元用TFT(薄膜晶体管)彩色液晶显示器、触摸屏取代CRT,厚度仅为CRT的1/4等。
  (7)高速化:所谓三高是指高的主轴转速、高的快速移动速度和高的换刀速度。为实现高速加工,主轴必须高速化,AC主轴马达最高速为180000转/分;最高进给速度120米/分;换刀速度1s;加速度2g。
  (8)高效化:实现高效加工,缩短非切削时间和加工周期的关键是提高PMC(可编程机床控制器)的处理器,随着处理内容复杂化,PMC的编程语言成了问题,虽然C语言和PASCAL已经实用化,但为置换梯形图语言,还需要使用顺控流程图(SFC)那样的视图用语言。
  (9)高精度:提高加工精度,高分辨率旋转编码器必不可少。为在超精密加工领域能实现0.001微米的精度,必须开发超高分辨率的编码,0.0001微米最小设定单位的NC装置。为在加工中即使负荷变动伺服系统的特性也保持不变,还需采用控制和鲁棒(R0bust)控制。在伺服系统的控制中,用高速微处理器,采用基于现代控制论前馈控制、二自由度控制、学习控制等。其数字控制系统的跟踪误差不超过2微米。
  (10)机械智能化:在NC领域内是一种新技术,所谓机械智能化功能,是指机械自身可补偿因温度、机械负荷等引起的机械变形的功能。这就需要检测主轴负荷、主轴及机座变形的传感器和处理传感器输出信号的电路。这种传感器自身具有信号处理功能,所以叫智能传感器。人工智能将实用于处理信号的PMC中。
  (11)诊断维修智能化:故障的诊断与维修是NC重要技术。基于AI专家系统的故障诊断已存在,现在主要是建立用于诊断故障的数据库。把NC装置通过Intranet和Internet与中央计算机相连接,使其具有远距离诊断的功能。进一步的发展是予维修系统,即在故障将要发生前把将要发生故障的部件更换下来的系统,它需要通过智能传感器、高速PMC及大型数据库来实现。
 (12)复合化成为机床发展主流。所谓复合加工Multitask Machining可以定义为能完成各种各样的加工工序而不需要手工干预的一种加工能力。它具有工件一次安装后进行车削、钻削;攻螺纹和铣削的功能,从一个工序到另一个工序工件的传送是自动的,在加工过程中工件的装也都是自动的。其优点



张彦文

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发表于:2006-03-09 13:27:00
1楼
好像在哪本杂志上看到过,忘 了??

刘婕

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发表于:2008-12-29 11:25:48
2楼

可以用于毕业论文中吗

PistoN

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发表于:2008-12-29 22:07:45
3楼
刘小姐是要做毕业论文吗?引用可以,但不可占据大部分篇幅,也不可不注明出处,否则那叫剽窃论文

autoyx.com

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发表于:2008-12-29 23:50:21
4楼
     在PLC被开发出来的三十年里,一直存在80-20 法则, 即工程师们只能利用PLC开发出80%的工业应用,另外20%高端应用则超出了传统PLC所能提供的功能,这些20%高端的应用需要有更高的循环速率,高级控制算法,更多模拟功能以及更强的网络集成功能,这些20%高端应用正是计算机(PC)的所长,而计算机(PC)却有三大问题:稳定性不高,可靠性差,编程复杂。
由于PC和PLC都有其各自的优缺点,因此,人们开发出了新的控制器来解决20%高端的应用,并把PLC和PC的特性最佳地结合在一起;市场调查公司ARC咨询机构的工业分析家把这种设备称为可编程自动化控制器(Programmable Automation Controller),即PAC。

分析国内PAC的市场及发展现状,我们发现以下2个问题:
1.国内没有厂家推出PAC产品。
2.PAC的价格与PLC比偏高。

分析以上2个问题原因如下:
第1个问题的原因:
国内PLC生产厂家很多,但大多PLC模仿或利用现成的三菱或西门子PLC编程软件,由此可以看出 这些国内PLC生产厂家开发能力有限,规模都比较小,没有能力将其PLC升级为PAC。
国内DCS厂家大多走的是工程公司的路,以工程为主,一般DCS IO模块自己生产,控制器、控制软件采用国外成熟的产品(控制软件用KW、一方梯队、ISAGRAF、3S等,MMI软件用Citect,Ifix等), 由于没有自主的软件以及工程项目的高利润,他们没有能力及意识将自己的DCS小型化、廉价化,并将之降格为PAC。
第2个问题的原因:
PAC的价格偏高, 主要原因是PAC的市场处于扩展期;
三菱、西门子等PLC传统厂家没有进入这个市场;
拥有自主的上、下位软件欧美PAC厂商对PAC市场的划分,他们只做高端市场;
没有国内厂家 产品的竞争;
PAC硬件设计思路不合理,主要表现为沿用了计算机板卡及DCS模块的设计思路。
台湾PAC厂家也没有完全自主的上、下位软件。

国产PAC主要市场
设备自动化配套,并可根据用户需要定制板卡级PAC,开发有市场的专用设备控制器,如现在很热门的风力发电一体化控制器,楼控用的DDC。
成为设备生产厂家的自动化设计部门,为设备生产厂家提供全方面的自动化服务。
为系统工程公司提供控制产品及服务。
承接小型自动化项目,承接对性价比要求极高的自动化系统项目,注意一定要与国产DCS形成错位竞争, 可与用常规仪表控制的系统项目抢市场。

PAC既可以满足工业控制系统对于开放性和柔性的要求,又可以满足用户对稳定性和可靠性的要求。利用PAC控制技术,可以有效地为客户降低生产成本、提高生产效率,实现收益的增长。尽管PLC的价格在逐渐下降,但是其整体销售额在未来的几年内仍趋于上升。而作为结合了PC和PLC优势的PAC,我们有理由相信随着PAC技术的不断完善、发展和价位逐步的逼近于PLC,PAC技术必将在未来的工业自动化领域中成为控制系统的主流。


我公司在01年就投入大量精力开发 集散控制系统(DCS)上、下位软件,并取得成功, 软件型号:EasyMC 3.2管(理)控(制)一体化的软件,软件主要基于WINDOWS XP/2000运行;05年投入精力开发出高性价比的IO模块,经过近几年工程项目的应用考验,软硬件的可靠性、稳定性不错。

在拥有自主的软、硬件技术的基础上,将我公司的DCS 控制器简化,增加与IO卡件的直接接口,采用WIN CE操作系统,将我公司的DCS 产品转型变为PAC产品,我们开发的PAC有以下的特点:

(1)有PLC的可靠性(金属模块化封装);实时性(开关量处理周期<10mS);价格低廉;紧凑设计,安装接线方便。

(2)有DCS开放的网络结构(支持以太网、RS485、CAN总线);全面冗余设计(可实现通讯、控制器的冗余功能);上下位机软件一体化设计,可视化图形在线组态;控制功能强大:回路调节、逻辑控制、顺序控制;可任意规模(开关点≤64000,模拟点≤64000),可应用于小的设备控制及大型控制系统。

(3)YXPAC内装工业级一体式主板(名片大小,供电电压:+5V,工作电流240mA,工作温度-40℃~80℃),WinCE5.0系统,32位CPU 200MHz主频,64MB内存,256MB NAND FLASH, 有100M以太网、USB接口、RS232/485串口、CAN 接口,支持各种低成本LCD,一般计算机中的控制软件经简单调整就可运行在YXPAC中,而可靠性及成本却大不一样。



我们核心竞争力
PAC 关键在于解决(常规PLC不能解决)20%高端的工业应用,并能在可靠性、价格及功能上比PLC有优势(至少不比PLC差),PAC 在硬件配置上不需和DCS/FCS(控制器冗余、通信网络冗余、IO卡件冗余)看齐,否则PAC就是DCS/FCS,PAC在硬件配置上应追求高性价比。

PAC硬件的高性价比得益于我们在设计IO时,没有沿用了计算机板卡及DCS模块的设计思路,在这几年的工程应用中已验证了此设计的可靠性。

PAC自主软件是公司主创人十几年心血的结晶,已在众多的项目工程中应用。

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