我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問(wèn)題。雖然自動(dòng)化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程有明顯的提升作用。
我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化的發(fā)展道路，大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時(shí)進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。目前我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，我國(guó)工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。目前，工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。
一、 以工業(yè)PC為基礎(chǔ)的低成本工業(yè)控制自動(dòng)化將成為主流
眾所周知，從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，西方國(guó)家就依靠技術(shù)進(jìn)步（即新設(shè)備、新工藝以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用）開(kāi)始對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)行改造，使工業(yè)得到飛速發(fā)展。20世紀(jì)末世界上最大的變化就是全球市場(chǎng)的形成。全球市場(chǎng)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)空前激烈，促使企業(yè)必須加快新產(chǎn)品投放市場(chǎng)時(shí)間（Time to Market）、改善質(zhì)量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服務(wù)體系（Service），這就是企業(yè)的T.Q.C.S.。雖然計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)
（CIMS）結(jié)合信息集成和系統(tǒng)集成，追求更完善的T.Q.C.S.，使企業(yè)實(shí)現(xiàn)“在正確的時(shí)間，將正確的信息以正確的方式傳給正確的人，以便作出正確的決策”，即“五個(gè)正確”。然而這種自動(dòng)化需要投入大量的資金，是一種高投資、高效益同時(shí)是高風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展模式，很難為大多數(shù)中小企業(yè)所采用。在我國(guó)，中小型企業(yè)以及準(zhǔn)大型企業(yè)走的還是低成本工業(yè)控制自動(dòng)化的道路。
工業(yè)控制自動(dòng)化主要包含三個(gè)層次，從下往上依次是基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化，其核心是基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化。
傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)，基礎(chǔ)自動(dòng)化部分基本被PLC和DCS所壟斷，過(guò)程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化部分主要是由各種進(jìn)口的過(guò)程計(jì)算機(jī)或小型機(jī)組成，其硬件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的價(jià)格之高令眾多企業(yè)望而卻步。
20世紀(jì)90年代以來(lái)，由于PC-based的工業(yè)計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)工業(yè)PC）的發(fā)展，以工業(yè)PC、I/O裝置、監(jiān)控裝置、控制網(wǎng)絡(luò)組成的PC-based的自動(dòng)化系統(tǒng)得到了迅速普及，成為實(shí)現(xiàn)低成本工業(yè)自動(dòng)化的重要途徑。我國(guó)重慶鋼鐵公司這樣的大企業(yè)的幾乎全部大型加熱爐，也拆除了原來(lái)DCS或單回路數(shù)字式調(diào)節(jié)器，而改用工業(yè)PC來(lái)組成控制系統(tǒng)，并采用模糊控制算法，獲得了良好效果。
由于基于PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠，并且被操作和維護(hù)人員接受，所以，一個(gè)接一個(gè)的制造商至少在部分生產(chǎn)中正在采用PC控制方案。基于PC的控制系統(tǒng)易于安裝和使用，有高級(jí)的診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，PC控制系統(tǒng)維護(hù)成本低。由于可編程控制器（PLC）受PC控制的威脅最大，所以PLC供應(yīng)商對(duì)PC的應(yīng)用感到很不安。事實(shí)上，他們現(xiàn)在也加入到了PC控制“浪潮”中。
近年來(lái)，工業(yè)PC在我國(guó)得到了異常迅速的發(fā)展。從世界范圍來(lái)看，工業(yè)PC主要包含兩種類(lèi)型：IPC工控機(jī)和CompactPCI工控機(jī)以及它們的變形機(jī)，如AT96總線工控機(jī)等。由于基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化對(duì)工業(yè)PC的運(yùn)行穩(wěn)定性、熱插拔和冗余配置要求很高，現(xiàn)有的IPC已經(jīng)不能完全滿(mǎn)足要求，將逐漸退出該領(lǐng)域，取而代之的將是 CompactPCI-based工控機(jī)，而IPC將占據(jù)管理自動(dòng)化層。國(guó)家于2001年設(shè)立了“以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的開(kāi)放式控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化”工業(yè)自動(dòng)化重大專(zhuān)項(xiàng)，目標(biāo)就是發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的PC-based控制系統(tǒng)，在3(5年內(nèi)，占領(lǐng)30%(50%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
幾年前，當(dāng)“軟PLC”出現(xiàn)時(shí)，業(yè)界曾認(rèn)為工業(yè)PC將會(huì)取代PLC。然而，時(shí)至今日工業(yè)PC并沒(méi)有代替PLC，主要有兩個(gè)原因：一個(gè)是系統(tǒng)集成原因；另一個(gè)是軟件操作系統(tǒng)Windows NT的原因。一個(gè)成功的PC-based控制系統(tǒng)要具備兩點(diǎn)：一是所有工作要由一個(gè)平臺(tái)上的軟件完成；二是向客戶(hù)提供所需要的所有東西。可以預(yù)見(jiàn)，工業(yè)PC與PLC的競(jìng)爭(zhēng)將主要在高端應(yīng)用上，其數(shù)據(jù)復(fù)雜且設(shè)備集成度高。工業(yè)PC不可能與低價(jià)的微型PLC競(jìng)爭(zhēng)，這也是PLC市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的一部分。從發(fā)展趨勢(shì)看，控制系統(tǒng)的將來(lái)很可能存在于工業(yè)PC 和 PLC之間，這些融合的跡象已經(jīng)出現(xiàn)。
和PLC一樣，工業(yè)PC市場(chǎng)在過(guò)去的兩年里保持平穩(wěn)。與PLC相比，工業(yè)PC軟件很便宜。據(jù)Frost & Sullivan公司估計(jì)，全世界每年7億美元工業(yè)PC市場(chǎng)里，大約8500萬(wàn)美元為控制軟件，一億美元為操作系統(tǒng)。到2007年會(huì)翻一番，工業(yè)PC市場(chǎng)變得非常可觀。
二、 PLC在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開(kāi)放性方向發(fā)展
長(zhǎng)期以來(lái)，PLC始終處于工業(yè)控制自動(dòng)化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供非常可靠的控制方案，與DCS和工業(yè)PC形成了三足鼎立之勢(shì)。同時(shí)，PLC也承受著來(lái)自其它技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來(lái)的沖擊。
目前，全世界PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)PLC市場(chǎng)仍以國(guó)外產(chǎn)品為主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家約有三十家，但都沒(méi)有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，可以說(shuō)PLC在我國(guó)尚未形成制造產(chǎn)業(yè)化。在PLC應(yīng)用方面，我國(guó)是很活躍的，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。專(zhuān)家估計(jì)，2000年P(guān)LC的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷(xiāo)量為15(20萬(wàn)套（其中進(jìn)口占90%左右），約25(35億元人民幣，年增長(zhǎng)率約為12%。預(yù)計(jì)到2005年全國(guó)PLC需求量將達(dá)到25萬(wàn)套左右，約35(45億元人民幣。
PLC市場(chǎng)也反映了全世界制造業(yè)的狀況，2000后大幅度下滑。但是，按照Automation Research Corp的預(yù)測(cè)，盡管全球經(jīng)濟(jì)下滑，PLC市場(chǎng)將會(huì)復(fù)蘇，估計(jì)全球PLC市場(chǎng)在2000年為76億美元，到2005年底將回到76億美元，并繼續(xù)略微增長(zhǎng)。
微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開(kāi)放性是PLC未來(lái)發(fā)展的主要方向。在基于PLC自動(dòng)化的早期，PLC體積大而且價(jià)格昂貴。但在最近幾年，微型PLC（小于32 I/O）已經(jīng)出現(xiàn)，價(jià)格只有幾百歐元。隨著軟PLC（Soft PLC）控制組態(tài)軟件的進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有軟PLC組態(tài)軟件和PC-based控制的市場(chǎng)份額將逐步得到增長(zhǎng)。
當(dāng)前，過(guò)程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢(shì)之一就是Ethernet技術(shù)的擴(kuò)展，PLC也不例外。現(xiàn)在越來(lái)越多的PLC供應(yīng)商開(kāi)始提供Ethernet接口。可以相信，PLC將繼續(xù)向開(kāi)放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)。
三、 面向測(cè)控管一體化設(shè)計(jì)的DCS系統(tǒng)
集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）問(wèn)世于1975年，生產(chǎn)廠家主要集中在美、日、德等國(guó)。我國(guó)從70年代中后期起，首先由大型進(jìn)口設(shè)備成套中引入國(guó)外的DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進(jìn)口項(xiàng)目。當(dāng)時(shí)，我國(guó)主要行業(yè)（如電力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部進(jìn)口。80年代初期在引進(jìn)、消化和吸收的同時(shí)，開(kāi)始了研制國(guó)產(chǎn)化DCS的技術(shù)攻關(guān)。
近10年，特別是“九五”以來(lái)，我國(guó)DCS系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)發(fā)展很快，崛起了一批優(yōu)秀企業(yè)，如北京和利時(shí)公司、上海新華公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天測(cè)控公司、電科院以及北京康拓集團(tuán)等。這批企業(yè)研制生產(chǎn)的DCS系統(tǒng)，不僅品種數(shù)量大幅度增加，而且產(chǎn)品技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。在2001年全國(guó)應(yīng)用的4426套DCS系統(tǒng)中，國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)為1486套，占35%。短短幾年，國(guó)外DCS系統(tǒng)在我國(guó)一統(tǒng)天下的局面從此不再出現(xiàn)。這些專(zhuān)業(yè)化公司不僅占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額，積累了發(fā)展的資本和技術(shù)，同時(shí)使得國(guó)外引進(jìn)的DCS系統(tǒng)價(jià)格也大幅度下降，為我國(guó)自動(dòng)化推廣事業(yè)做出了貢獻(xiàn)。與此同時(shí)，國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)的出口也在逐年增長(zhǎng)。
雖然國(guó)產(chǎn)DCS的發(fā)展取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但國(guó)外DCS產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中占有率還較高，其中主要是Honeywell和橫河公司的產(chǎn)品。我國(guó)DCS的市場(chǎng)年增長(zhǎng)率約為20%，年市場(chǎng)額約為30(35億元。由于近5年內(nèi)DCS在石化行業(yè)大型自控裝置中沒(méi)有可替代產(chǎn)品，所以其市場(chǎng)增長(zhǎng)率不會(huì)下降。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2005年，我國(guó)石化行業(yè)有1000多套裝置需要應(yīng)用DCS控制；電力系統(tǒng)每年新裝1000多萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組，需要DCS實(shí)現(xiàn)監(jiān)控；不少企業(yè)已使用DCS近15(20年，需要更新和改造。所以，今后5年內(nèi)DCS作為自動(dòng)化儀表行業(yè)主要產(chǎn)品的地位不會(huì)動(dòng)搖。
根據(jù)中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)公布的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2002年我國(guó)DCS市場(chǎng)狀況如下：
小型化、多樣化、PC化和開(kāi)放性是未來(lái)DCS發(fā)展的主要方向。目前小型DCS所占有的市場(chǎng)，已逐步與PLC、工業(yè)PC、FCS共享。今后小型DCS可能首先與這三種系統(tǒng)融合，而且“軟DCS”技術(shù)將首先在小型DCS中得到發(fā)展。PC-based控制將更加廣泛地應(yīng)用于中小規(guī)模的過(guò)程控制，各DCS廠商也將紛紛推出基于工業(yè)PC的小型DCS系統(tǒng)。開(kāi)放性的DCS系統(tǒng)將同時(shí)向上和向下雙向延伸，使來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)在整個(gè)企業(yè)內(nèi)部自由流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與控制技術(shù)的無(wú)縫連接，向測(cè)控管一體化方向發(fā)展。
四、 控制系統(tǒng)正在向現(xiàn)場(chǎng)總線（FCS）方向發(fā)展
由于3C（Computer、Control、Communication）技術(shù)的發(fā)展，過(guò)程控制系統(tǒng)將由DCS發(fā)展到FCS（Fieldbus Control System）。FCS可以將PID控制徹底分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（Field Device）中。基于現(xiàn)場(chǎng)總線的FCS又是全分散、全數(shù)字化、全開(kāi)放和可互操作的新一代生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)，它將取代現(xiàn)場(chǎng)一對(duì)一的4(20mA模擬信號(hào)線，給傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)帶來(lái)革命性的變化。
根據(jù)IEC61158的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)總線使測(cè)控設(shè)備具備了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，提高了信號(hào)的測(cè)量、傳輸和控制精度，提高了系統(tǒng)與設(shè)備的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作組于1984年開(kāi)始致力于推出世界上單一的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)工作，走過(guò)了16年的艱難歷程，于1993年推出了IEC61158-2，之后的標(biāo)準(zhǔn)制定就陷于混亂。2000年初公布的IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)子集有八種，分別為：
類(lèi)型1 IEC技術(shù)報(bào)告（FFH1）；
類(lèi)型2 Control-NET（美國(guó)Rockwell公司支持）；
類(lèi)型3 Profibus（德國(guó)Siemens公司支持）；
類(lèi)型4 P-NET（丹麥Process Data公司支持）；
類(lèi)型5 FFHSE（原FFH2）高速以太網(wǎng)（美國(guó)Fisher Rosemount公司支持）；
類(lèi)型6 Swift-Net（美國(guó)波音公司支持）；
類(lèi)型7 WorldFIP（法國(guó)Alsto公司支持）；
類(lèi)型8 Interbus（美國(guó)Phoenix Contact公司支持）。
除了IEC61158的8種現(xiàn)場(chǎng)總線外，IEC TC17B通過(guò)了三種總線標(biāo)準(zhǔn)：SDS（Smart Distributed System）；ASI（Actuator Sensor Interface）；Device NET。另外，ISO公布了ISO 11898 CAN標(biāo)準(zhǔn)。其中Device NET于2002年10月8日被中國(guó)批準(zhǔn)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并于2003年4月1日開(kāi)始實(shí)施。
目前在各種現(xiàn)場(chǎng)總線的競(jìng)爭(zhēng)中，以Ethernet為代表的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)通信技術(shù)正成為現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展中新的亮點(diǎn)。其關(guān)注的焦點(diǎn)主要集中在兩個(gè)方面：
(1) 能否出現(xiàn)全世界統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)；
(2) 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)能否全面取代現(xiàn)時(shí)風(fēng)靡世界的DCS系統(tǒng)。
采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)構(gòu)造低成本的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)儀表的智能化、控制功能分散化、控制系統(tǒng)開(kāi)放化，符合工業(yè)控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)家在“九五”期間為了加快現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展，重點(diǎn)放在智能化儀表和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的開(kāi)發(fā)和工程化上，補(bǔ)充和完善工藝設(shè)備、開(kāi)發(fā)裝置和測(cè)試裝置，建立智能化儀表和開(kāi)發(fā)自動(dòng)化系統(tǒng)的生產(chǎn)基地，形成適度規(guī)模經(jīng)濟(jì)。2000年，“九五”國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃“新一代全分布式控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)”和“現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表研究開(kāi)發(fā)”兩個(gè)項(xiàng)目相繼完成。這兩個(gè)項(xiàng)目以及先期完成的“現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目，針對(duì)國(guó)際上已經(jīng)出現(xiàn)的多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議并存的局面，重點(diǎn)選擇了HART協(xié)議和FF協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)攻關(guān)。
總之，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)以及集散控制系統(tǒng)（DCS）后，將朝著現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的方向發(fā)展。雖然以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的FCS發(fā)展很快，但FCS發(fā)展還有很多工作要做，如統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、儀表智能化等。另外，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護(hù)和改造還需要DCS，因此FCS完全取代傳統(tǒng)的DCS還需要一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程，同時(shí)DCS本身也在不斷的發(fā)展與完善。可以肯定的是，結(jié)合DCS、工業(yè)以太網(wǎng)、先進(jìn)控制等新技術(shù)的FCS將具有強(qiáng)大的生命力。工業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)作為一種靈活、方便、可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，并將在控制領(lǐng)域中占有更加重要的地位。
五、儀器儀表技術(shù)在向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化方向發(fā)展
經(jīng)過(guò)五十年的發(fā)展，我國(guó)儀器儀表工業(yè)已有相當(dāng)基礎(chǔ)，初步形成了門(mén)類(lèi)比較齊全的生產(chǎn)、科研、營(yíng)銷(xiāo)體系。現(xiàn)有各類(lèi)儀器儀表企業(yè)6000余家，年銷(xiāo)售額約1000億元，成為亞洲除日本之外第二大儀器儀表生產(chǎn)國(guó)。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，除去隨成套工程項(xiàng)目配套引進(jìn)的儀器儀表不計(jì)，去年進(jìn)口各類(lèi)儀器儀表近60億美元，約占我國(guó)儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值的50%。但目前我國(guó)儀器儀表行業(yè)產(chǎn)品大多屬于中低檔水平，隨著國(guó)際上數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化的產(chǎn)品逐漸成為主流，差距還將進(jìn)一步加大。目前，我國(guó)高檔、大型儀器設(shè)備大多依賴(lài)進(jìn)口。中檔產(chǎn)品以及許多關(guān)鍵零部件，國(guó)外產(chǎn)品占有我國(guó)市場(chǎng)60%以上的份額，而國(guó)產(chǎn)分析儀器占全球市場(chǎng)不到千分之二的份額。
2001年3月，第九屆全國(guó)人大四次會(huì)議批準(zhǔn)的“十五”計(jì)劃綱要首次提出“把發(fā)展數(shù)控機(jī)床，儀器儀表和基礎(chǔ)零部件放到重要位置，努力提高質(zhì)量和技術(shù)水平”。2001年8月，國(guó)家計(jì)委把儀器儀表明確列為國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要技術(shù)裝備，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委制定并公布的
儀器儀表行業(yè) “十五”規(guī)劃，確立了6項(xiàng)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目：
1. 基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的全開(kāi)放分散控制系統(tǒng)及智能儀表；
2. 新型傳感器；
3. 智能化工業(yè)控制部件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)；
4. 環(huán)境與污染源監(jiān)測(cè)儀器及自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；
5. 城市污水處理利用成套工藝設(shè)備中的儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)；
6. 煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回轉(zhuǎn)成套裝置中的儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
根據(jù)儀器儀表行業(yè)的預(yù)測(cè)，“十五”期間我國(guó)儀器儀表市場(chǎng)大致是：2002年1628億，2003年1790億，2004年1969億，2005年2165億。五年間，平均年市場(chǎng)容量為1806億（相當(dāng)于220億美元），其中工業(yè)自動(dòng)化儀表和控制系統(tǒng)占41%、科學(xué)測(cè)試儀器占25%、醫(yī)療儀器占17%、其它占17%，平均年增長(zhǎng)率將不會(huì)低于10%。
今后儀器儀表技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)：
* 儀器儀表向智能化方向發(fā)展，產(chǎn)生智能儀器儀表；
* 測(cè)控設(shè)備的PC化，虛擬儀器技術(shù)將迅速發(fā)展；
* 儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)儀器與遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)。
幾點(diǎn)建議：
* 開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，掌握核心技術(shù)。
* 加強(qiáng)儀器儀表行業(yè)的系統(tǒng)集成能力。
* 進(jìn)一步拓展儀器儀表的應(yīng)用領(lǐng)域。
六、 數(shù)控技術(shù)向智能化、開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展
從1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第一臺(tái)試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過(guò)了51年的歷程。近10年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種不同層次的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，發(fā)展很快。目前正朝著標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的方向前進(jìn)。就結(jié)構(gòu)形式而言，當(dāng)今世界上的數(shù)控系統(tǒng)大致可分為4種類(lèi)型：
1. 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)；
2. “PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)；
3. “NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)；
4. SOFT型開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。
我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)，通過(guò)“七五”引進(jìn)、消化、吸收，“八五”攻關(guān)和“九五”產(chǎn)業(yè)化，取得了很大的進(jìn)展，基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù)，建立了數(shù)控開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)，也帶動(dòng)了機(jī)電控制與傳動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，具有中國(guó)特色的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)這些年來(lái)的發(fā)展，產(chǎn)品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶(hù)認(rèn)可。
國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總體發(fā)展趨勢(shì)是：
* 新一代數(shù)控系統(tǒng)向PC化和開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展；
* 驅(qū)動(dòng)裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展；
* 增強(qiáng)通信功能，向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；
* 數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展。
進(jìn)入21世紀(jì)，人類(lèi)社會(huì)將逐步進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，知識(shí)將成為科技和生產(chǎn)發(fā)展的資本與動(dòng)力，而機(jī)床工業(yè)，作為機(jī)器制造業(yè)、工業(yè)以至整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的裝備部門(mén)，毫無(wú)疑問(wèn)，其戰(zhàn)略性重要地位、受重視程度，也將更加鮮明突出。
近年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床一直保持兩位數(shù)增長(zhǎng)。2001年，我國(guó)機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位，達(dá)47.39億美元，僅次于美國(guó)的53.67億美元。2002年產(chǎn)值達(dá)260億元，產(chǎn)量居世界第4。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率還不高，目前生產(chǎn)產(chǎn)值數(shù)控化率還不到30%；消費(fèi)值數(shù)控化率還不到50%，而發(fā)達(dá)國(guó)家大多在70%左右。由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，高檔次的數(shù)控機(jī)床及配套部件只能靠進(jìn)口，使我國(guó)機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì)，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)24.06億美元，比上年增長(zhǎng)27.3%。
智能化、開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化成為未來(lái)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主要趨勢(shì)：
* 向高速、高效、高精度、高可靠性方向發(fā)展；
* 向模塊化、智能化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展；
* 向PC-based化和開(kāi)放性方向發(fā)展；
* 出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備，機(jī)械加工向虛擬制造的方向發(fā)展。
* 信息技術(shù)（IT）與機(jī)床的結(jié)合，機(jī)電一體化先進(jìn)機(jī)床將得到發(fā)展。
* 納米技術(shù)將形成新發(fā)展潮流，并將有新的突破。
* 節(jié)能環(huán)保機(jī)床將加速發(fā)展，占領(lǐng)廣大市場(chǎng)。
七、 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將向有線和無(wú)線相結(jié)合方向發(fā)展
自從1977年第一個(gè)民用網(wǎng)系統(tǒng)ARCnet投入運(yùn)行以來(lái)，有線局域網(wǎng)以其廣泛的適用性和技術(shù)價(jià)格方面的優(yōu)勢(shì)，獲得了成功并得到了迅速發(fā)展。然而，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，一些工業(yè)環(huán)境禁止、限制使用電纜或很難使用電纜，有線局域網(wǎng)很難發(fā)揮作用，因此無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)將在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
無(wú)線局域網(wǎng)（Wireless LAN）技術(shù)可以非常便捷地以無(wú)線方式連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，人們可隨時(shí)、隨地、隨意地訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。無(wú)線局域網(wǎng)可以在不采用網(wǎng)絡(luò)電纜線的情況下，提供以太網(wǎng)互聯(lián)功能。在推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，無(wú)線局域網(wǎng)也在改變著人們的生活方式。無(wú)線網(wǎng)通信協(xié)議通常采用IEEE802.3和802.11。802.3用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，802.11用于一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式。無(wú)線局域網(wǎng)可以在普通局域網(wǎng)基礎(chǔ)上通過(guò)無(wú)線Hub、無(wú)線接入站(AP)、無(wú)線網(wǎng)橋、無(wú)線Modem及無(wú)線網(wǎng)卡等來(lái)實(shí)現(xiàn)，以無(wú)線網(wǎng)卡使用最為普遍。無(wú)線局域網(wǎng)的未來(lái)的研究方向主要集中在安全性、移動(dòng)漫游、網(wǎng)絡(luò)管理以及與3G等其它移動(dòng)通信系統(tǒng)之間的關(guān)系等問(wèn)題上。
在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，有成千上萬(wàn)的感應(yīng)器，檢測(cè)器，計(jì)算機(jī)，PLC，讀卡器等設(shè)備，需要互相連接形成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)，通常這些設(shè)備提供的通信接口是RS-232或RS-485。無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備使用隔離型信號(hào)轉(zhuǎn)換器，將工業(yè)設(shè)備的RS-232串口信號(hào)與無(wú)線局域網(wǎng)及以太網(wǎng)絡(luò)信號(hào)相互轉(zhuǎn)換，符合無(wú)線局域網(wǎng)IEEE 802.11b和以太網(wǎng)絡(luò)IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，支持標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，有效的擴(kuò)展了工業(yè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通信能力。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了“基于無(wú)線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器”的全新概念。這種基于無(wú)線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器使得工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)能夠通過(guò)無(wú)線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)能夠在工廠環(huán)境下，為各種智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、移動(dòng)機(jī)器人以及各種自動(dòng)化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補(bǔ)了有線網(wǎng)絡(luò)的不足，進(jìn)一步完善了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信性能。
八、 工業(yè)控制軟件正向先進(jìn)控制方向發(fā)展
自20世紀(jì)80年代初期誕生至今，工業(yè)控制軟件已有20年的發(fā)展歷史。工業(yè)控制軟件作為一種應(yīng)用軟件，是隨著PC機(jī)的興起而不斷發(fā)展的。工業(yè)控制軟件主要包括人機(jī)界面軟件（HMI），基于PC的控制軟件以及生產(chǎn)管理軟件等。目前，我國(guó)已開(kāi)發(fā)出一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)、先進(jìn)控制軟件、過(guò)程優(yōu)化控制軟件等成套應(yīng)用軟件，工程化、產(chǎn)品化有了一定突破，打破了國(guó)外同類(lèi)應(yīng)用軟件的壟斷格局。通過(guò)在化工、石化、造紙等行業(yè)的數(shù)百個(gè)企業(yè)（裝置）中應(yīng)用，促進(jìn)了企業(yè)的技術(shù)改造，提高了生產(chǎn)過(guò)程控制水平和產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。2000年，“九五”國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“大型骨干石化生產(chǎn)系統(tǒng)控制及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)”通過(guò)了驗(yàn)收。
作為工控軟件的一個(gè)重要組成部分，國(guó)內(nèi)人機(jī)界面組態(tài)軟件研制方面近幾年取得了較大進(jìn)展，軟件和硬件相結(jié)合，為企業(yè)測(cè)、控、管一體化提供了比較完整的解決方案。在此基礎(chǔ)上，工業(yè)控制軟件將從人機(jī)界面和基本策略組態(tài)向先進(jìn)控制方向發(fā)展。
先進(jìn)過(guò)程控制APC（Advanced Process Control）目前還沒(méi)有嚴(yán)格而統(tǒng)一的定義。一般將基于數(shù)學(xué)模型而又必須用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的控制算法，統(tǒng)稱(chēng)為先進(jìn)過(guò)程控制策略。如：
* 自適應(yīng)控制；
* 預(yù)測(cè)控制；
* 魯棒控制；
* 智能控制（專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）等。
由于先進(jìn)控制和優(yōu)化軟件可以創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此這些軟件也身價(jià)倍增。國(guó)際上已經(jīng)有幾十家公司，推出了上百種先進(jìn)控制和優(yōu)化軟件產(chǎn)品，在世界范圍內(nèi)形成了一個(gè)強(qiáng)大的流程工業(yè)應(yīng)用軟件產(chǎn)業(yè)。因此，開(kāi)發(fā)我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)控制和優(yōu)化軟件，打破外國(guó)產(chǎn)品的壟斷，替代進(jìn)口，具有十分重要的意義。
在未來(lái)，工業(yè)控制軟件將繼續(xù)向標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和開(kāi)放性發(fā)展方向。
結(jié)束語(yǔ)
工業(yè)信息化是指在工業(yè)生產(chǎn)、管理、經(jīng)營(yíng)過(guò)程中，通過(guò)信息基礎(chǔ)設(shè)施，在集成平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)信息的采集、信息的傳輸、信息的處理以及信息的綜合利用等。在“十五”期間，國(guó)家用信息化帶動(dòng)工業(yè)化的工作重點(diǎn)有三個(gè)方面：一是以電子信息技術(shù)應(yīng)用為重點(diǎn)，提高傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、控制智能化和管理信息化水平；二是以先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用為重點(diǎn)，推進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)，振興裝備制造業(yè)；三是改造提升重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)、共性技術(shù)及其相關(guān)配套技術(shù)水平、工藝和裝備水平。國(guó)家實(shí)施高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的主要目標(biāo)有兩個(gè)：一是發(fā)展高技術(shù)，形成新興產(chǎn)業(yè)，培育新的增長(zhǎng)點(diǎn)；二是利用先進(jìn)技術(shù)改造和優(yōu)化傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的質(zhì)量。
由于大力發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化是加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造提升、提高企業(yè)整體素質(zhì)、提高國(guó)家整體國(guó)力、調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)、迅速搞活大中型企業(yè)的有效途徑和手段，國(guó)家將繼續(xù)通過(guò)實(shí)施一系列工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專(zhuān)項(xiàng)，用信息化帶動(dòng)工業(yè)化，推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，解決國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的深層問(wèn)題，進(jìn)一步提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體素質(zhì)和綜合國(guó)力，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號(hào)
