工业自动化现状

我国包装机械大部分以单机控制为主，应用PLC和工控机、DCS及现场总线技术不到设备总数的10%。食品和包装生产线的传动以机械传动为主，控制技术和驱动技术的综合应用水平低，系统不能达到最优化设计。由于生产企业技术水平不高，传感和检测技术、定位控制、在线监测等得不到充分应用，与国外先进控制技术有较大的差距。　　
　　食品和包装机械高中低档产品自动化水平差距大。高中档食品和包装机械中自动化产品平均约占销售额的8%～12%，普遍应用PLC、变频器、合资低压电器产品，部分应用人机界面。低档食品和包装机械中，自动化产品平均约占销售额的3%～5%，大部分还是应用继电器控制，不应用变频器，应用国产低压电器产品，基本不应用人机界面。

毋庸质疑,中国各个行业的自动化现状远远落后于发达国家,对于任何一个企业,没有强大、先进的自动化系统的支持，其产品的质量和产量都难以达到国际先进水平。造成中国自动化落后的一个很重要的原因，本人认为是目前从事自动化的工程技术人员的自动化水平太低，大多数人只会用个PID，或者用PLC、DCS做个监控画面，或者用继电器控制几个电路等，这些人对先进的控制算法和控制策略几乎是一无所知，但恰恰是这些人在完成中国的自动化系统，由于他们没有掌握先进的控制算法和策略，所以他们做的工程中根本就没有使用这些先进的东西，所以他们做的系统当然就没有什么先进可言，大部分只是追求系统的稳定性，而忽略了其他的东西。没有先进控制算法的控制系统注定是落后的。反观国外，大多数的自动化工程师掌握着先进的控制技术并使之成为产品应用在实际中，如HONEYWELL的鲁棒控制软件，预测控制软件，这些先进的控制算法已经广泛的应用在华工、冶金等行业。更悲哀的是，国内的自动化工程师动辄说所谓先进算法在实际中根本就好使，其实他们根本就没用过，因为他们不会。

1 定义：
　　工业控制机（工控机）是计算机技术和自动控制技术结合的产物，是实现工业生产自动化、优质、高产、低能耗，以提高经济效益的主要技术手段。
　　2 工控机的种类
　　工控机系统产品一般可分成下列几类：
　　可编程序控制器（PLC）：按功能及规模可分为大型PLC（输入输出点数＞1024），中型PLC（输入输出点数256～1024）及小型PLC（输入输出点数＜256点）。
　　分布式控制系统（DCS）：又称集散控制系统，按功能及规模亦可分为多级分层分布式控制系统、中小型分布式控制系统、两级分布式控制系统。
　　工业PC机：能适合工业恶劣环境的PC机，配有各种过程输入输出接口板组成工控机。近年又出现了PCI总线工控机。
　　嵌入式计算机及OEM产品，包括PID调节器及控制器
　　机电设备数控系统（CNC，FMS，CAM）
　　现场总线控制系统（FCS）
　　3 工控机发展综述
　　1983年工业控制计算机被列入国家计算机系列型谱及发展规划。1989年机电部受国务院电子振兴领导小组办公室委托，完成对全国工业控制计算机机型优选，共选出包括工业控制微机系统、但（多）回路调节器、可编程控制器和工业控制功能模块四个种类21个优选机型。1990年国家计委、机电部、化工部、建材局联合组织完成了首次全国工业炉窑控制系统的优选。共选出工业锅炉、水泥机立窑和小氮肥三种炉窑21套获奖的控制系统。目前我国工业控制计算机（包括工业控制计算机系统、分散型工业控制计算机系统、工业控制功能模块系列、自动测试系统和数控、程控五大系列）技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工控机行业已经形成。
　　我国工控机系统的发展道路，大多是在引进成套设备的同时，也相继引进了各种工控机系统，并开始自己设计控制系统和装置，然后进行消化吸收，进行二次开发和应用。也有一些厂家引进国外技术，与外商合作合资组装生产国外产品，并逐步实现国产化。
　　据电子部微型机信息网估计，目前我国工控机市场规模为95~127亿元，其中PLC的规模是15~17亿元，DCS系统规模15~20亿元，工业PC机及板卡25~30亿元，嵌入式计算机（含控制器）15~20亿元，机电设备数控系统35~45亿元。据报道，工控机生产厂家中，生产PLC的占30.43%，DCS占17.39，FCS占8.7%，工业PC机占21.74%，其他（自动化仪表、模块）占21.74%。
　　4 各种主要产品（PLC\DCS\IPC\FCS\RTU）的市场情况
　　4.1. PLC
　　PLC国内外市场概况
　　由于计算机网络技术和集成电路的迅速发展，PLC向小型化、微型化和高速化发展。在应用中，PLC可与上位机联网，也可下挂PLC，组成分布式控制系统。PLC已广泛应用于冶金、电力、石油、化工、建材、机械、轻工、食品、市政、交通和军工等行业。
　　据美国FROST&SULLIVA公司的报告，全球PLC从1993年的39亿美元上升到2000年的76亿美元，由占工控机市场的46%上升到50%。
　　1995年国内市场销售PLC约为6.6万套，其中国产1.6万套，约为4800万人民币，进口约5万套，约有7000万美元；1996年国内市场销售约为9万套，其中进口8万套，总计约合人民币15亿元。专家估计，2000年PLC的国内市场销售达到15~20万套，约25~35亿元，其中进口占90%左右。上述数据表明：我国PLC市场几乎被国外产品占领，国内PLC产品的市场占有率不足10%。（以上PLC统计数据包括小型PLC）
　　据专家估计，国内PLC产品的年增长率为12%，以满足石油、化工、电力、市政等行业技改的需要，到2005年全国PLC需求量将达到25万套左右，约人民币35~45亿元。
　　PLC产品的主要生产厂家
　　目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多个品种。主要的国外生产厂家包括Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE、富士、日立、光洋等等。据电子部98年调查结果表明，国内应用SIEMENS产品的用户占20.8%，Modicon占14%左右，A-B14%左右，OMRON14%占14左右，三菱8.3%，GE6.25%，富士4.2%；其他（日立、光洋等）4%。
　　目前，我国的PLC生产有一定的发展，小型PLC的有些品种已批量生产，中型PLC已有产品，大型PLC也开始研制，合资企业得到发展，有的产品不仅供应国内市场，而且还有出口。国内PLC形成产品化生产的企业约30多家，年产量超过1000台的不到10家。主要有苏州机床电器厂、上海香岛机电制造有限公司、机械部北京机械工业自动化所、江苏嘉华实业有限公司、苏州电子计算机厂、杭州机床电器厂、辽宁无线电二厂等。国内产品的市场占有率不到10%。
　　从以上数据可知，国内PLC产品仍以国外产品为主，并以Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的产品为主。
　　技术发展趋势
　　开放式的设计和网络成为主流；PLC技术正与PC技术融合；系统控制向分散发展；容错系统；小型化、智能化。
　　4.2 DCS市场
　　DCS国内外市场概况
　　据美国FROST$SULLIVA公司的报告，全球DCS的销售额由93年的26.4亿美元降到2000年的21.3亿美元，由占工控机市场份额的31%降为27%。主要的生产厂家集中在美、日、德等国。
　　1996年国内DCS的市场销售15~20亿元人民币，其中国产（约100套）约占5%，据专家估计，2000年国内DCS系统销售规模达到30~35亿元人民币。
　　DCS国内外主要生产厂家
　　DCS主要生产厂家集中在美、日、德等国。如美国HONEYWELL的TDC3000\MICRO
　　TDC3000,TDC3000X等；FOXBORO的I/AS；WESTING
　　HOUSE的WDPF；WAILEY的NETWORK90、INFI90；日本横河的CENTUM、CS；YEWPACK的MARK
　　II；德国SIEMENS的TELEPERM；ABB公司的MOD300、SIPAOS200等等。
　　国内由于我国传统产业改造和新建工程对DCS的急需，我国八十年代引进了几百套DCS，主要应用于石化、冶金、电力、化肥等企业，我国工业自动化仪表行业同时从国外引进技术，与外商合资组装生产国外DCS，并逐步实现国产化，如上海福克斯波罗、西安横河、北京贝利、四川仪表总厂等。同时，我国机械部重庆和上海自动化仪表所开发的DJK-7500，航空航天部的友力-2000、电子部六所的HS1000和HS2000、北京康拓的KT6000、浙大SUPERCON、杭州万盛公司的FB-2000等。目前，我国的小型DCS系统已投入工业生产，大中型系统已在国家大型石化、冶金、电力等行业的百多个工程中推广应用。
　　据电子部98年的调查表明：我国用户中采用HYNEYWELL的用户占22.5%；北京和利时占17.5%；西安横河占12.5%；北京贝利占10%，SIEMENS占7.55；WESTING
　　HOUSE占5%；三菱、日立等公司各占2.5%。调查表明：采用国产DCS产品占有一定的市场份额，将近50%。

国外主要DCS厂商及DCS性能表
　　BaileyINF90 ABBMOD300 FoxboroIA HoneywellTDC3000 RosemontDETAV YEW1000-XL
　　年生产量 80套 70套 80套 100套 50套 75套
　　年生产能力 150套 100套 150套 200套 150套 150套
　　系统结构 模件 综合系统 分布网 分布网 综合系统 分布网
　　回路数 128－400 块结构 8－120 16－32 8－16
　　模拟I/O点 1224 无限 640 72/站 80
　　数字I/O点 1224 无限 1280 96/站 250
　　系统回路数 128－400 无限16点/块 无限 3840 256
　　冗余系统 是 是 是 是 可选 是
　　操作站数 250 不固定资产 无限 10 不固定 5
　　点数/站 30000 》5000 无限 23000 不限 6000
　　趋势显示点 1500－3000 每区36 所有点 所有点 所有点 32×8
　　报警点 有 有 有 有 有 100
　　组显示 240 有 400/区 200/区 480
　　通讯冗余 有 有 有 有 有 有
　　通讯速度兆波特 10 2 10 5 1 1
　　通讯长度KM 2-4 1.6 2 1 15
　　批量控制 有 有 有 有 有 有
　　算法数 200 25500 80 72 30标准 30
　　用户语言 C. basic 有 Fortran P.B 高级语言 有 有
　　先进控制 有 有 有 有 有 有
　　通用数据库 是 是 是 是 分布式
　　诊断功能 有 有 有 有 有 有
　　模拟图 120-1000 无固定 无限 无限 100/CRT 80
　　与PLC接 可 可 可 可 可 可
　　DCS的主要发展趋势
　　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。
　　向智能化发展：由于数据库系统、推理技能等的发展，尤其是知识库系统和专家系统的应用，人工智能会在DCS各级实现。
　　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。
　　专业化：DCS为更适合各相应领域的应用，就要进一步了解各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等等。
　　4.3 工业PC机市场
　　国内外市场概况
　　据美国FROST&SULLIVA公司的报告，全球工业PC机市场销售额从1997年的10.2亿美元上升到13.7亿美元，由占工控机市场份额的12%降为9%。
　　国内自92年以来，工业PC机市场极为活跃。据电子部微电子于计算机研究中心统计，全国工业PC机的OEM产品海关统计进口95年为21亿元人民币，96年为27亿元，2000年接近40亿元。
　　主要生产厂家
　　国外的生产厂家主要由台湾研华、美国INTEL、IBM、SIEMENS等等。
　　国内的主要生产厂家有北京康拓工业电脑公司、北京四通工控、北京联想工控、北京画院自动化系统公司、北京工控计算机厂、北京宏拓工控、北京长城工控、北工大、北大方正、上海康泰克电子技术公司、华北工控、和利时自动化工程公司、中国航天工业总公司骊山公司等等。
　　据电子部98年调查表明：我国工业PC机市场以海外产品如台湾研华、美国INTEL为主，但国内产品也占有一定的市场份额。
　　现场总线控制系统市场
　　现场总线控制技术给控制系统体系结构带来一场革命，将有FCS代替传统的DCS。国家在“九五”期间为了加快现场总线技术在我国的发展，支持成立了“中国机电一体化技术应用协会现场总线专业委员会”和“中国仪器仪表协会现场总线专业委员会”以推进行业工作，同时在重庆、西安、上海三大生产基地进行技术改造，重点放在智能化仪表和现场总线技术的开发和工程化上，补充和完善工艺设备、开发装置和测试装置、建立智能化仪表和开发自动化系统的生产基地，形成适度规模经济。集中力量联合攻关解决基础产品和基型产品等50个品种和必要的支撑软件的开发。重点开发压力、差压变送器系列、温度变送器系列、流量仪表系列、执行器和阀门定位器系列等100个以上的品种。北京康拓科技开发总公司采用兼有数字－模拟特性的HART协议，研制开发了ITT智能温度变送器。利用ITT智能温度变送器和其他HATT产品组成HART现场总线网络。
　　4.5 RTU产品
　　RTU的应用情况
　　RTU产品主要应用电力行业的电网调度SCADA系统、变电站自动化控制，油田的自动化、输油输气管网监控系统，城市供水、供气管网监控系统。以电力行业的使用量最大。
　　主要的生产厂家
　　国外厂家包括GE
　　Harris的D10/D20/D25/D200；费希尔-罗斯蒙特（F-RSOEMOUNT）的ROC产品系列包括ROC-300系列通用RTU（199l年推出）有ROC306，ROC312，ROC3；另外SIEMENS、ABB、MOTOROLA等公司也开发自己的RTU产品，但他们的产品主要为自己公司的SCADA系统提供服务。
　　国内厂家包括：电力行业的东方电子、南瑞集团、山东积成等等；石油行业的北京安控、江苏华盛等公司。