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    2018-2025年中國工業自動化控制行業概況、發展現狀及發展趨勢

    [2018-10-17]

    一、工業自動化行業概述


    工業自動化是指機器設備或生產過程在不需要人工直接干預的情況下,按預期的目標實現測量、操縱等信息處理和過程控制的統稱。工業自動化控制系統通常集機械執行系統、電氣控制系統、傳感器測量系統等于一體。工業自動化控制系統以自動化控制理論為基礎,涉及機械、信息技術、電子電路、力學設計、光學設計、熱設計、嵌入式軟件和系統可靠性設計等諸多方面的技術,被廣泛應用于醫藥、生物、冶金、石油、化工、有色金屬、機械、汽車、紡織、造紙、航空航天等諸多現代工業。由于工業自動化行業對其他行業具有較強的推動作用,因此自動化技術水平的高低已經成為衡量一個國家國民經濟發展水平和現代化程度的標志。


    二、我國工業自動化的發展歷程


    工業自動化在我國的發展大致可分為三個階段。首先是上世紀 50 至 70 年代末,這一時期可以說是工業自動化在我國的起步階段。當時,我國剛剛完成了“三大改造”,并且實施了第一個“五年計劃”,不過依舊處于社會主義初級探索階段,工業的發展依舊以人力為主,工業化道路發展緩慢,但是一些單機自動化加工設備開始出現,我國的工業自動化萌芽顯現。


    上世紀 80 至 90 年代中期,隨著改革開放的到來,國外資本紛紛涌入中國市場,同時也帶來了全新的技術與設備。在這一時期,我國的工業自動化得到了充分的發展,各種技術也開始不斷成熟。硬件數控系統的數控機床以及用于鉆、鏜、銑等加工的自動生產線的出現標志著我國工業自動化日趨成熟。


    上世紀 90 年代末以來,市場環境的變化,使多品種、中小批量生產中普遍性問題愈發嚴重,要求自動化技術向其廣度和深度發展,使其各相關技術高度綜合,發揮整體最佳效能。CIM 已作為一種哲理、一種方法逐步為人們所接受;CIM也是一種實現集成的相應技術,把分散獨立的單元自動化技術集成為一個優化的整體。同時,并行工程作為一種經營哲理和工作模式開始應用和活躍于自動化技術領域,并將進一步促進單元自動化技術的集成。


    三、我國工業自動化控制的現狀

    我國工業自動化控制發展的歷程比較短,開始的時間較晚,是在 20 世紀 40年代才開始產生并發展的,那時我國的自動化控制設備采用的是單機加工的方式,一直到 20 世紀 70 年代,我國才開始采用流水線作業的方式,比較廣泛地在工業生產中應用自動化技術,這也是工業自動化控制技術發展的標志階段。目前,我國自動化控制技術已經融入了信息技術等高科技技術,并綜合了其他科學技術,以下筆者將主要分析 PLC、工業 PC 以及 DCS 這三種技術。

    PLC 是可編程序邏輯控制器的簡稱,它是一種可以進行編寫的存儲器,依靠數字運算實現電子系統的控制,是計算機技術應用的代表。當前我國工業領域已經廣泛的應用 PLC,主要是由于其具有功能強,性價比高;編程簡單;操作便捷,可靠性強;維修方便等多種優點,PLC 作為計算機實現了生產過程的總監控和控制,可以根據指令進行存儲和邏輯運算,實現模擬輸入輸出,是工業生產控制的關鍵。


    PLC 最早是由美國通用企業公司研發的,在 1969 年誕生了第一臺可編程序邏輯控制器,隨后世界各國也開始研究 PLC 控制器,它的工作步驟主要經過三個階段:第一,輸入采樣階段;第二,程序執行階段;第三,輸出刷新階段,在工業生產中有重大推動作用,我國雖然也在不斷研發和改進控制器的性能,但是較之國外還有很大的差距,很多技術都需要進口,在未來,我國科研單位還要不斷提升 PLC 的性能,提升我國工業自動化控制水平。


    工業 PC 機主要有兩種:一種是 IPC;另一種是 Com-pact PCI。IPC 采用的虛擬化技術,Com-pact PCI 是在 PCI 技術之上改造而來的,工業 PC 機由于能適應更復雜更惡劣的自然環境,因此可以滿足工業生產更多更高的要求,工業 PC機防磁、防塵、抗高溫,具有良好的抗干擾能力,且能長時間運作,具有優良的配置和兼容性,工業 PC 機的兩個控制類型是我國實現現代化工業生產的保障,同時根據區域的不同,PC 機能夠滿足客戶不同的服務要求。隨著互聯網技術的融入,PC 機實現了企業內部生產的各個環節的控制,促進了內部溝通。當前,眾多企業都在采用工業 PC 機控制企業生產,這與我們前面介紹的 PC 機的優點是分不開的,作為具有高級診斷功能,且安裝簡便的自動化控制設備,技術人員對于其操作步驟更加容易掌握,在出現故障后診斷與檢修都比較簡便,且需要的花費合理,性價比高?,F在不管是在我國還是國際社會都十分歡迎工業 PC 機的使用,隨著我國科學技術的不斷發展,我國在這方面的技術研發仍將不斷進步。DCS 是 Distributed Control System 的縮寫,代表的是集散控制系統,它是相對于集中式控制系統的一種新型控制系統。在 20 世紀 70 年代 DCS 才開始開發,我國對于它的研究還要更晚,隨著科技的不斷發展,我國對于 DCS 的投入在不斷增多,當前不論是在質量保障還是安全保障上我國都已經達到了世界頂尖水平,隨著研究成果的逐漸增多,我國現在不少企業都在應用 DCS 控制系統,真正實現了生產環節的改良。


    四、我國工業自動化控制的未來發展趨勢




    據北京普華有策信息咨詢有限公司發布的《2018-2025年中國工業自動化控制行業發展現狀及市場前景預測報告》顯示:


    1、可編程邏輯控制器(PLC)向一體化、網絡化發展


    作為新型的 PLC,OCS(一體化控制器)的開發和應用具有結構簡便緊湊,安裝更加方便的優點,它的出現讓 PLC 的控制線路更加清晰。OCS 不同于傳統的PLC,它的出現有效集合了包括 HMI、FO 在內的多個控制器設備的優點,OCS 有效將它們集成一體,實現了人機交互,使技術人員在操作時更簡單也更便捷。作為可編程的邏輯控制器,它在未來將向著一體化、網絡化的方向發展,在實現人機界面的過程中,采用的是 HORNER 編程平臺,使用起來更加快捷,十分受企業青睞。另外,隨著我國信息技術的不斷發展,借助計算機技術也讓 PLC 的發展之路更加廣闊,當前不論是控制終端還是傳輸速度都有大幅提高,并且在未來還會向更加智能和高效的方向發展。


    2、新型現場總線控制系統的發展


    隨著科學技術的不斷發展,計算機技術的應用讓新型現場總線控制系統得到了發展,由計算機控制的系統經過了這樣幾個發展階段,即基地式氣動儀表控制系統、組合式儀表控制系統、數字計算機集中式控制系統和 DCS,經過了一系列整合發展后,當前控制系統開始向總線控制的方向發展,我們簡稱 FCS,FCS 在未來還會結合互聯網技術不斷發展壯大,讓總線控制系統廣泛應用到工業控制的各個領域,憑借更高的靈活性、更好的準確性、更快的傳輸速度應用到更廣的領域,占據更高的市場地位。


    3、智能化控制的發展


    智能化的提出引領了各個領域的變革,它是信息化技術的應用,它采用了人工智能理論、學習算法、先進技術,使設備能夠模擬人類智能的某些特性和功能。工業智能化控制是在人工智能的基礎上提出的控制方法,主要表現在機械設備自動控制的多功能化方面。通過以太網和 Web 技術實現開放型分布式智能系統,基于網絡通用的 TCP/IP 四層協議族,提供高度模塊化、分布式技術和可反復使用的工業控制方案。比如:新一代的固態傳感器和智能變送器向微型化、高精度、低功能、智能化方向發展,智能閥門定位器由高集成度的微控制器控制,對所有控制參數都可組態,實現線性、分程控制、等百分比、快開等特性修正功能,并能實現智能化。


    總之,當前工業自動化控制技術已經在我國很多行業中都得到了應用,自動化控制大大減輕了人工負擔,有效提升了工作效率,提高了生產質量,同時自動化的應用是科技發展的體現,它促進了我國產業結構的調整和升級優化。在未來,我國工業控制自動化技術仍將結合多個學科,結合多個技術領域,以先進的科學技術不斷向前發展,走向更加智能化、網絡化、便捷化的道路。這對于促進我國經濟繁榮、不斷提高我國綜合國力、提高國際競爭力具有十分積極的作用。


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