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我国工业控制计算机系列型谱及发展规划

数读市场中国仪表网2013年05月20日 11:23人气:19328

  1、工业控制机的发展状况和“十五”奋斗目标
  
  用信息化带动工业化,用高新技术提升传统产业,这是我国的大政方针。自1983年工业控制计算机列入国家计算机系列型谱及发展规划以来,在国家的大力支持下,经过全国工控机同行们的共同努力,我国工控机事业获得了迅速发展,在工业控制机开发和产业化的及推广应用方面已取得长足进步。许多工控技术和产品已经成熟,在各领域获得成功应用,有的已可以与国外或境外产品进行竞争,特别是在DCS、IPC以及某些嵌入式控制装置方面硕果累累。
  
  和利时、浙大中控、新华、威盛等公司的DCS系列产品已进入许多大型工程,甚至出口国外,据化工行业统计,国产DCS已占有50%左右的市场份额;研祥等单位IPC产品的势头很强劲;盛博的嵌入式产品已进入国际市场,成为西门子、阿尔斯通等欧洲公司的配套产品;航天测控公司的VXI、PXI产品已成为国防工业中的重点地面测控产品;康拓公司的新一代CompactPCI系列产品已经开发成功;此外,近两年来,国外的同行又有新的面孔出现在国内市场,而我国台湾的同行中,除了研华、磐仪等之外,新近控制工程网版权所有,凌华科技集团的CompactPCI、PXI系列产品出现在大陆市场;在现场总线的研发和应用方面,国内也有大的进展,FF、Profibus、LonWorks、CAN等都有许多成果和成功应用的范例,工业以太网的研发也取得了很大进展;工业管控软件的研发和应用也有不错的成果。
  
  近年来,国际上FCS、DCS、PLC、IPC、NC以及各类嵌入式控制装置正处在快速发展之中,而我国的发展速度更位居于世界前列。据统计,2000年世界上工业控制计算机市场达到300-400亿美元,并以每年10-15%的速度增长;同期,我国工控机的市场规模约200亿人民币。
  
  信息产业“十五”规划中,工业控制机产业将达到年产值1000亿元。发展重点是:适应改造传统产业的需求,大力推进PLC、嵌入式工业计算机的产业化生产,重点开发生产有自主知识产权的DCS、FCS,使国产品牌达到50%以上的市场份额。国家经贸委仪器仪表“十五”规划中,在电力、冶金、石化、环保、交通、建筑等领域都提出了相应目标,对工控机的需求很大,市场十分广阔!
  
  “十五”期间,我国自动化主控系统仍将以DCS和IPC为主,大型DCS以国外产品为主的状况近期还不会有大变化;PLC和基于IPC的DCS以及工业控制装置在中小工程应用中将占据主导地位。
  
  2、工业控制系统的三大变革
  
  自动化技术正经历重大变革,我们的工作实质上是围绕这种变革进行的。主要方面是:现场总线和现场总线控制系统FCS;PC-based工业控制计算机;管控一体化系统集成技术。
  
  2.1关于FCS
  
  由于现场总线技术的发展,新一代的现场总线控制系统FCS正走向实用化,这是自动化技术的一个重要热点,它将给自动化技术带来一次深刻的革命。FCS的关键要点是:FCS的基础是数字化智能化现场装置;FCS的核心是现场总线协议,即总线标准;FCS的本质是信息处理的现场化和网络化。FCS是从两个方面发展而来的,一是PLC,二是DCS。在FCS走向实用化之后,必然会影响PLC和DCS的前景,专家们认为,FCS将与DCS逐步融合,FCS将会最后取代DCS,但是,将会有一个很长的历史过程;而PLC在顺序控制方面有独特优势,作为一个站掛在现场总线上可以充分发挥PLC在处理开关量方面的优势,因此,今后将以能遵循现场总线通信协议的PLC或能与FCS通信交换信息的PLC为优选对象。
  
  2.2关于IPC
  
  工业PC自上世纪90年代初进军工业自动化以来,正势不可挡地进入各领域,获得了广泛应用。究其原因,在于PC机的开放性,它具有丰富的硬件资源、软件资源和人力资源,即得到广大工程技术人员的支持,也为广大人群所熟悉,这是IPC热的基础。PC-based(包括嵌入式PC)控制系统,正以20%以上的速率增长,远远超出了DCS、PLC。值得注意的是,各大PLC制造商已接受了IPC的技术路线,PLC有IPC的趋势。不仅如此,DCS、NC也都有IPC化的趋势。PC-based控制技术将成为本世纪初自动化界的主流技术之一。今后在相当长的一段时间内,FCS、DCS、PLC、IPC、NC将会相互补充,相互促进,但IPC的优势会更突出,其应用范围将迅速扩大到全部自动化领域。
  
  预计,到2005年,PC-based工业控制机将占市场份额50%以上。我国IPC市场(包括嵌入式控制器)十分活跃,和国际市场一样,IPC增长速度也是最快的,这是因为IPC能提供非常丰富的开放的硬件和软件平台,价格低廉,易于与其它信息技术集成。我国IPC厂商很多,主要有研祥、研华、凌华、磬仪、康泰克、康拓等等,在FCS、DCS、PLC、IPC、NC几大类之中,IPC的国产化是最高的,估计要不了多久,和PC机一样,IPC将主要是国产化产品的天下,特别是大陆产品的天下。
  
  2.3管控一体化系统集成系统与软件随着Internet技术深入到企业管理和控制之中,控制系统与管理系统的结合成为必然,这使得工业自动化界渴望已久的管控一体化、工业企业信息化、基于网络的自动化的目标成为可能。管控一体化可以使企业选择到真正符合新经济时代的最佳解决方案,从而提高企业的生产效率,增强市场竞争能力。这就必须发展管控一体化的系统集成技术和系统。因此,自动化技术进入了一个新时代,其方向是,通过以太网和Web技术实现开放型分布式智能系统,基于以太网和TCP/IP协议的技术标准,提供模块化、分布式、可重用的自动化方案。其中,主要的方面是发展基于网络的工程化工业控制与管理软件。企业信息集成系统三层结构的中间层的应用软件系统,称之为工厂软件,包括实时数据库、历史数据库、数据发布、数据挖掘、模型计算、过程仿真、配方设
  
  计、运行优化、参数检测、偏差分析和故障诊断等内容。它向下可以为控制软件提供智能决策,向上可以为管理软件提供有价值的数据。
  
  工厂软件系统的基础内容就是实时分布式数据库系统。工厂软件建立在实时数据库和关系数据库之上,定位在Internet/Web应用网络环境之上,由此,实现管控一体化。国家科技部2001年9月发布“过程自动化系统”专题中,将实时数据集成技术与过程控制技术、过程优化技术和流程工业生产计划与动态调度技术列为主要方向。而两项重点课题之一是:实时数据库及监控系统。其研究目标是:流程工业综合自动化的数据集成、大中型实时数据库及监控系统等核心技术,支持多种DCS、PLC、测控系统的实时数据库及监控系统。主要指标及要求之一是,支持主流DCS、FCS、数据采集设备的双向数据传输,提供OPC接口。
  
  3、关于工业以太网
  
  1999年南京年会上,本人在“现场总线技术已进入战国时代”的报告中,阐述了“异军突起,以太网进军工业自动化”的观点,与会同行们曾热烈讨论。三年过去了,工业以太网技术已经取得了很大进展,成为现场总线中的主流技术和焦点,国际上有多个组织在从事其标准化工作。我国在工业以太网方面起步不晚,特别是浙大中控等单位已做了大量工作,取得了阶段性成果,开发出基于以太网技术的现场通信模块和部分现场设备原型,在国内首先提出了EPA网络通信技术,在工业以太网的部分关键技术(如实时性、总线供电、远距离传输)等难题方面做出了出色成果。
  
  国家科技部在2001年9月发布的“过程自动化系统”专题的两项重点课题之另一个就是:基于高速以太网技术的现场总线控制设备,其研究目标是:研究应用于工业控制现场的高速以太网关键技术,包括以太网通信实时性、总线供电、本质安全、可互操作性、远距离传输、抗干扰性和可靠性等。并研究开发基于以太网技术的现场设备、网络化控制系统和相应的系统软件。以太网技术是未来控制网络的最佳解决方案,以太网一直延伸到企业现场设备控制层(即一网到底)是控制网络发展的必然趋势。这已是许多专家的共识,施耐德的透明工厂是典型范例。
  
  然而,在和不少同行的交流中,感到有几个问题需要提出来作简要讨论:(1)工业以太网不是仅仅指只有物理层和链路层的Ethernet,而是指基于Internet技术的以太网,即Ethernet TCP/UDP/IP 应用层,这里控制工程网版权所有,在传输层采用UDP比TCP协议更能满足实时性的要求;(2)不少文献上有如下说法:采用带有冲突检测的载波侦听多路访问协议(CSMA/CD),以太网被认为是一种非确定性的网络,其实时性、确定性不好。但以太网发展到今天的交换式以太网时,该问题已经得到解决。对于上述问题如何解释呢?其一,“自动化博览”2002年增刊上,清华大学自动化系陈嘉、尔桂花的文章“自动化系统底层通信网络的以太网实现”中用数据做了解释:在100M时,一个时间槽slotTime=4.88微秒,在负载较轻时,冲突次数不会超过5次,这样,由于冲突产生的延迟时间可以控制在156微秒之内。因此可以认为,在轻负载运行下,以太网可以满足实时性要求,不确定性的冲突造成的冲突回退往往并不会产生过大的延迟时间。
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