全球工控视发展趋势大扫描（转载）


（段 明 祥）

  2000年世界上工控机市场估计为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。并且每年以10％~15％的速度增长。
  1．DCS(集散控制系统)的发展趋势虽然以现场总线为基础的FCS发展很快，并将最终取代传统的DCS，但Fcs发展有很多工作要做，如统一标准，仪表智能化等。另外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还需要一个较长的过程。
  当前工控机仍以大系统、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。 DCSl997年销售为45亿美元。在工控机中DCS是受计算机技术影响最大、反应最快的一种。 DCS主要发展趋势为：
    (1)向综合方向发展。由于标准化数据通信线路和通信网络的发展，将各种单(多)回路调节器、PLC、工业比、 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)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(KBS)和专家系统(ES)的应用，如自学习控制、远距离诊断和自寻优等，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、智能人接口及可编程调节器相继出现。
    (3)工业 PC化。由于巩组成此S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—S，19、 Pc—Nc等就是Pc—Dcs先驱。
    (4)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，以逐步形成如核电站此S，变电钻DGS、玻璃DCS及水泥DCS等。
    2．数控装置的发展趋势
    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。由于大规模集成电路制造技术的高度发展， PC硬件结构做得更小， 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的软件已大量由小型机，工
作站向PC机移植，三维图形显示工艺数据已经在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互联合，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。
    (6)小型化。由于半导体电路高度集成化、封装三维化和电路板插三维化，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)彩色液品显示器、触模屏取代CRT，厚度仅为CRT的1／4等。
  (7)高速化。为实现高速加工，主轴必须高速化，从主轴电动机最高速为18000Or／min。最高进给速度120m/min以上。
    (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从已经实用化，但为置换梯形图语言，还需要使用帧控流程图(Src)那样的视图用语言。
    (9)高精度。提高加工精度，高分1辨率旋转编码器必不可少。为在超精密加工领域能实现0.O01um的精度，必须开发超高分辨率的编码器， O．0001um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(Robust)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2um。
    (10)机械智能化。它在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。
  (11)诊断维修智能化。故障的诊断与维修是NC的重要技术。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internet和Internet与中央计算机相连接，使其具有远距离诊断的功能。
  进一步的发展是预维修系统，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。
    3．PLC的发展趋势
    目前，全世界约有PLC生产厂家约200家，生产300多个品种。全球PLC发运件数1998年为1456万件，1999年为1620万件，2000年达到1778万件。在1995年发运的PLC中，按最终用户分：汽车占23％；粮食加工占16．4％：化药占14．6％；金属、矿山占11．5％；纸浆、造纸占11．3％；其他占23．2％。
    由于CIMS、工程自动化和过程控制等大系统和复杂的应用要求，PLC人主要发展趋势为：
    (1)发展方向为高功能、高速度和大容量，形成与DCS相抗争的大系统。
    (2)网络化和强化通信能力是PLC重要发展方向。网络动态化已经很成功，并注意到现场总线的发展。
    (3)编程语言多样化：
    1)SFC因有不少优点而成为编程语言的一个重要发展方向。
    2)大型PLC正越来越多地使用C、BASIC等高级语言编程。
    3)采用多种语言联合编程。
    (4)PLC和其他工控机联合，PLC和其他控制系统之间界限越来越模糊，在应用方向也出现了类似的情况。最流行的向PC技术融合，PLC日益加速渗入到DCS中，PLC CNC的领地。PLC自身控制也分散化。相对PC为基础的控制器，优势在小型PLC上。
  4．IPC(工业PC)的发展趋势
因此机软硬件资源丰富、产量大、价格低且质量高，所以为广大技术人员所熟悉和认可。家用电脑逐步普及，目前， PC机占通用计算机95％以上。这是工业PC热的基础。搞工控的专家和技术人员自然想赋予PC总线更高的使命，拟让它在过程控制、制造自动化及楼宇自动化等方面扮演重要角色。作为与DCS、PLC成鼎足之势的IPC市场在扩大，尤其是在我国。 DC机箱中插入各种高性能的 CPU卡、BAM、ROMFLASH电子盘、各类外设卡及工业I／O卡，便构成了一个工业过程控制巩硬件系统。
    (1)结构上，采用平板式显示器与触模屏，除适合卡板竖插的19机箱结构，还普遍推出前后插的机箱结构；适用于中小系统的一体化结构(整个系统都在一个机箱内)。
    (2)应用上，和通用PC机一样，应用