全球工控机发展趋势大扫描
2000年世界上工控机市场估计为300～400亿美元，其中DCS 60亿美元，嵌入式系统60～70亿美元，FCS 20～30亿美元，IPC 70～80亿美元，PLC 70～80亿美元，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。DCS1997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)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(K
BS)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、智能人机接口及可编程调节器相继出现。

　　(3)工业PC化。由于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。

　　(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DCS，变电站DCS、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)彩色液晶显示器、触摸屏取代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180000r/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0.001μm的精度，必须开发超高分辨率的编码器，0.0001μm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2μm。

　　(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PC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。IPC机箱中插入各种高性能的CPU卡、RAM、ROM/FLash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IPC硬件系统。

　　(1)结构上，采用平板式显示器与触摸屏，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，应用领域越来越广泛，除传统的过程控制、制造自动化外，还向楼宇自动化、公路收费等控制、管理方面扩展应用。

　　(3)嵌入式PC和嵌入式计算机，嵌入到设备内部，提供用户接口，管理数据输入、输出和指导设备工作的计算机。目前，中国在嵌入式设计中使用最多的还是80386和80486，这种CPU性能价格比高，有InTel、IBM、Cyixs、AMDT TI等著名CPU制造商支持。丰富的软件(包括操作系统、开发工具和应用软件)支持。嵌入式PC能在恶劣环境下(如高温、潮湿和震动等)长期可靠工作。嵌入式PC平均无故障时间(MBTF)为1000～150000h，而台式机仅为10000～15000h。硬件、软件和工业PC差不多。

　　5.传感器的发展趋势

　　传感、通信、计算机技术构成现代信息的三大基础，80