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我國工業(yè)自動化市場現(xiàn)狀分析報告(第一章工業(yè)自動化)
發(fā)布時間：修改時間：2009/6/18 15:55:29 瀏覽次數(shù)：2562

　　本章目錄
　　一、工業(yè)自動化技術(shù)簡介
　　二、工業(yè)自動化與工業(yè)信息化的關(guān)系
　　三、自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　1、企業(yè)管理決策系統(tǒng)層（ERP）
　　2、過程控制層（PCS）
　　（1）過程控制
　?。?）設備管理
　?。?）集成的模塊軟件
　　（4）業(yè)務管理和執(zhí)行
　?。?）智能化現(xiàn)場設備
　　四、工業(yè)自動化系統(tǒng)組成
　　五、工業(yè)自動化系統(tǒng)產(chǎn)品種類
　　六、工業(yè)自動化發(fā)展綜述
　　第一章工業(yè)自動化
　　一、工業(yè)自動化技術(shù)簡介
　　工業(yè)自動化技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的綜合性高技術(shù)，包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。
　　工業(yè)自動化技術(shù)作為20世紀現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。無論高速大批量制造企業(yè)還是追求靈活、柔性和定制化企業(yè)，都必須依靠自動化技術(shù)的應用。
　　自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程起著明顯的提升作用：
　　（1）提高生產(chǎn)過程的安全性；
　　（2）提高生產(chǎn)效率；
　?。?）提高產(chǎn)品質(zhì)量；
　?。?）減少生產(chǎn)過程的原材料、能源損耗。
　　據(jù)國際權(quán)威咨詢機構(gòu)統(tǒng)計，對自動化系統(tǒng)投入和企業(yè)效益方面提升產(chǎn)出比約1：4至1：6之間。
　　特別在資金密集型企業(yè)中，自動化系統(tǒng)占設備總投資10%以下，起到“四兩撥千金”的作用。
　　傳統(tǒng)的工業(yè)自動化系統(tǒng)即機電一體化系統(tǒng)主要是對設備和生產(chǎn)過程的控制，即由機械本體、動力部分、測試傳感部分、執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動部分、控制及信號處理單元、接口等硬件元素，在軟件程序和電子電路邏輯的有目的的信息流引導下，相互協(xié)調(diào)、有機融合和集成，形成物質(zhì)和能量的有序規(guī)則運動，從而組成工業(yè)自動化系統(tǒng)或產(chǎn)品。
　　在工業(yè)自動化領(lǐng)域，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了繼基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動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)和集散式控制系統(tǒng)DCS的發(fā)展歷程。
　　近年來，隨著控制技術(shù)、計算機、通信、網(wǎng)絡等技術(shù)的發(fā)展，信息交互溝通的領(lǐng)域正迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設備層到控制、管理各個層次。工業(yè)控制機系統(tǒng)一般是指對工業(yè)生產(chǎn)過程及其機電設備、工藝裝備進行測量與控制的自動化技術(shù)工具(包括自動測量儀表、控制裝置)的總稱。今天，對自動化最簡單的理解也轉(zhuǎn)變?yōu)椋河脧V義的機器（包括計算機）來部分代替或完全取代或超越人的體力。
　　二、工業(yè)自動化與工業(yè)信息化的關(guān)系
　　根據(jù)清華大學自動化系金以慧教授的定義，工業(yè)信息化是指在工業(yè)的生產(chǎn)、管理、經(jīng)營過程中，通過信息基礎(chǔ)設施，在集成平臺上，實現(xiàn)信息的采集（傳感器及儀器儀表）、信息的傳輸（通信）、信息的處理（計算機）以及信息的綜合應用（自動化、管理、經(jīng)營等功能）等都是信息化的內(nèi)容。
　　將信息技術(shù)用于企業(yè)產(chǎn)品設計、制造、管理和銷售的全過程，以提高企業(yè)的市場應變能力和競爭能力，這是企業(yè)信息化的主要內(nèi)容和目標。
　　自動化往往是指包括檢測、控制和繼電保護等常規(guī)自動化的概念。廣義自動化是指實現(xiàn)經(jīng)營管理、計劃調(diào)度、成本核算、生產(chǎn)監(jiān)控、故障診斷、自動控制等更大范圍內(nèi)的自動化，又稱之為“綜合自動化”或稱3層結(jié)構(gòu)的“流程工業(yè)CIMS”。
　　自動化與信息化的關(guān)系如下圖：

　　三、自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　目前，工業(yè)自動化系統(tǒng)通常分為5級：企業(yè)管理級、生產(chǎn)管理級、過程控制級、設備控制級和檢測驅(qū)動級。前兩級管理級涉及的高新技術(shù)主要是計算機技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)和信息技術(shù)；過程控制級涉及的高新技術(shù)主要是智能控制技術(shù)和工程方法；設備控制級和檢測驅(qū)動級涉及的高新技術(shù)主要是三電一體化技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)和新器件交流數(shù)字調(diào)速技術(shù)。工業(yè)自動化系統(tǒng)
　　5級結(jié)構(gòu)如下：

　　也可將上述5級分層歸納為：企業(yè)管理決策系統(tǒng)層（ERP）、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)層（MES）、過程控制系統(tǒng)層（PCS）三層結(jié)構(gòu)和計算機支撐系統(tǒng)（企業(yè)網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫），并實現(xiàn)系統(tǒng)集成，從而實現(xiàn)企業(yè)的物流、資金流、信息流的集成，提高企業(yè)競爭力。企業(yè)管理決策系統(tǒng)層（ERP）、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)層（MES）必須建立在設備自動化和過程自動化基礎(chǔ)上。企業(yè)管理決策系統(tǒng)層和過程控制系統(tǒng)層結(jié)構(gòu)簡介如下：

　　1、企業(yè)管理決策系統(tǒng)層（ERP）
　　90年代以來，MPRII（制造資源計劃）經(jīng)過進一步地發(fā)展完善，形成了目前的企業(yè)資源計劃ERP
　　系統(tǒng)。ERP除了包括和加強了MRPII各種功能外，更加面向全球市場，所管理的企業(yè)資源更多，支持混合式生產(chǎn)方式（分散生產(chǎn)與流程生產(chǎn)），管理覆蓋面更寬，進入了企業(yè)供應鏈管理。從企業(yè)全局角度進行經(jīng)營與生產(chǎn)計劃，是制造業(yè)企業(yè)的綜合的集成經(jīng)營系統(tǒng)，也是集成化的企業(yè)管理軟件系統(tǒng)。
　　ERP面向市場，能夠?qū)κ袌隹焖夙憫?，強調(diào)了供應商、制造商、與分銷商間的新的伙伴關(guān)系。ERP強調(diào)企業(yè)流程與工作流，通過工作實現(xiàn)對企業(yè)的人員、財務、制造與分銷間的集成，支持企業(yè)過程重組，支持后勤管理，使得企業(yè)的資金流、物流、信息流更加有機地結(jié)合，支持多種方式，即分散制造業(yè)與流程生產(chǎn)過程。此外，ERP系統(tǒng)還包括了金融投資管理、質(zhì)量管理、運輸管理、項目管理、法規(guī)與標準、過程控制（待鏈接）等，目的是通過ERP提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。
　　由于internet技術(shù)迅猛發(fā)展，改變了傳統(tǒng)的管理和信息傳遞的單向制，又實現(xiàn)了實時與互動性。在網(wǎng)絡經(jīng)濟中，管理需要考慮的問題更多。例如：如何管理和優(yōu)化企業(yè)的外部資源，在全球經(jīng)濟環(huán)境中，建立業(yè)務網(wǎng)絡，拓展企業(yè)新的業(yè)務增長點，如何在各個業(yè)務環(huán)節(jié)中，密切同客戶的關(guān)系，在越來越復雜的供求關(guān)系中準確、及進地為了現(xiàn)有和潛在的客戶提供“個性化”的產(chǎn)品和服務等。
　　市場和客戶需求決定了企業(yè)生產(chǎn)。企業(yè)必須更注意市場營銷和客戶服務、客戶關(guān)系，其重點發(fā)生轉(zhuǎn)移。銷售、服務、經(jīng)營等客戶關(guān)系管理（CRM）成為的重點。企業(yè)戰(zhàn)略管理（SEM）產(chǎn)品，客戶關(guān)系管理（CRM）、供應鏈管理（SCM）都已是ERP的內(nèi)容。支持電子商務，將是ERP軟件進一步發(fā)展的必由之路。
　　2、過程控制層（PCS）
　　按費希爾·羅斯蒙特控管一體化的策略，過程管理能力的過程控制概念，即工廠網(wǎng)絡。更明白地說，過程管理=過程控制+設備管理是開放式結(jié)構(gòu)，是基于FF現(xiàn)場總線的工廠網(wǎng)絡，“Web”概念就連接了設備系統(tǒng)和軟件的網(wǎng)絡。凡是FF現(xiàn)場總線產(chǎn)品的供應商的設備、系統(tǒng)和軟件均可納入過程控制概念結(jié)構(gòu)里。這樣，給最終用戶帶來了設備兼容的好處。
　　工廠管控網(wǎng)結(jié)構(gòu)的各個組成部分有機地聯(lián)系在一起，提供了三個方面的主要功能，即過程控制，設備管理和業(yè)務管理和執(zhí)行。
　?。?）過程控制
　　過程控制系統(tǒng)不僅能有效和可靠地完成各種控制任務，覆蓋常規(guī)DCS /
　　PLC的所有功能以外，它還能實現(xiàn)“任意地點的控制”，即用戶能夠把控制功能下裝到現(xiàn)場設備或系統(tǒng)中執(zhí)行。

　　任意地點的控制是工廠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)與FF現(xiàn)場總線技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。對于一些基本的控制回路來說，把控制功能下裝到現(xiàn)場變送器或閥門中執(zhí)行，既能加快回路信號響應，改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，又能減輕控制系統(tǒng)負擔，使其完成較復雜的優(yōu)化控制等任務，同時，增加了系統(tǒng)的分散度，提高了系統(tǒng)可靠性。
　?。?）設備管理
　　工廠網(wǎng)絡另一項重要功能是AMS設備管理能力。AMS的主要功能是對過程中，運行的現(xiàn)場設備進行在線的監(jiān)測和診斷。它不僅包括變送器、閥門、分析儀器和其它現(xiàn)場儀表，還包括一些旋轉(zhuǎn)設備，如泵和電機。
　　經(jīng)過管理軟件的處理，HART或FF現(xiàn)場總線設備中的大量信息，如標定日期和步驟，組成材質(zhì)、狀態(tài)診斷等，能夠被用來對設備進行組態(tài)和標定；自動存檔；及時診斷和預測潛在的故障。所有這些任務都不需到環(huán)境惡劣或危險的現(xiàn)場，只需在控制室，維護車間或網(wǎng)絡的任意節(jié)點上即可輕松完成。
　?。?）集成的模塊軟件
　　在工廠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，集成的模塊軟件把過程和設備自身的大量信息轉(zhuǎn)化為有用的知識和判斷－－對運行和維護人員來說，不必陷入到繁雜的數(shù)據(jù)之中，而是得到直觀、高效的分析，提示和判斷。這一點在AMS設備管理軟件中體現(xiàn)得優(yōu)為明顯，從而極大地提高工作效率。
　　軟件的模塊化結(jié)構(gòu)同時意味著用戶可以根據(jù)需要靈活、方便地應用軟件。而且這些軟件都是基于Windows的，具有相同設備的外觀和感受，減少了很多使用和掌握所需的時間和費用。
　　（4）業(yè)務管理和執(zhí)行
　　對一個企業(yè)而言，僅僅具備過程控制和設備管理仍然是不夠的，還必須對企業(yè)的各個環(huán)節(jié)，從定單處到生產(chǎn)計劃及財務審查進行全方位的管理。這些都是業(yè)務管理的內(nèi)容。
　　在過程管理和業(yè)務管理的信息集成方面，通過遍及企業(yè)內(nèi)部的工業(yè)標準數(shù)字通訊網(wǎng)絡及OPC服務器，其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)涵蓋了從設備層到工廠和業(yè)務系統(tǒng)的各個層次，包括過程的優(yōu)化、維護管理、資源分配和其它企業(yè)管理任務。
　　工廠網(wǎng)絡運行著智能化、模塊化軟件，用戶通過它可定義過程、設備和商業(yè)上的信息，包括了過程的測量，設備的運行和管理，即在系統(tǒng)運行狀態(tài)下，對全廠的智能現(xiàn)場儀表和設備進行組態(tài)、監(jiān)測、運行診斷和維護記錄，從而能更平衡地操作，減少了停工維修的時間，也減少了施工、安裝、維護和設備保養(yǎng)的支出。
　　（5）智能化現(xiàn)場設備
　　包括智能壓力、溫度、流量等及多參數(shù)變送器、智能分析儀，以及具有預測性維護和診斷能力的閥門等。
　　工業(yè)控制系統(tǒng)是計算機技術(shù)與自動控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，不僅是計算機的重要門類，而且是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗，提高工業(yè)企業(yè)經(jīng)濟效益的重要技術(shù)手段。發(fā)展工控機對實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化、促進產(chǎn)業(yè)信息化和振興經(jīng)濟有重要意義，調(diào)查工控機的市場對發(fā)展工控機和改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)以及促進兩個根本轉(zhuǎn)變都有很大意義。
　　四、工業(yè)自動化系統(tǒng)組成
　　工業(yè)控制系統(tǒng)指對工業(yè)生產(chǎn)過程及其機電設備、工藝裝備進行測量與控制的自動化技術(shù)工具(包括自動測量儀表、控制裝置)的總稱。工業(yè)自動化系統(tǒng)以構(gòu)成的軟、硬件可分類為：自動化設備、儀器儀表與測量設備、自動化軟件、傳動設備、計算機硬件、通信網(wǎng)絡等。
　?。?）自動化設備：包括可編程序控制器（PLC）、傳感器、編碼器、人機界面、開關(guān)、斷路器、按鈕、接觸器、繼電器等工業(yè)電器及設備；
　?。?）儀器儀表與測量設備：包括壓力儀器儀表、溫度儀器儀表、流量儀器儀表、物位儀器儀表、閥門等設備；
　　（3）自動化軟件：包括計算機輔助設計與制造系統(tǒng)（CAD/CAM）、工業(yè)控制軟件、網(wǎng)絡應用軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、數(shù)據(jù)分析軟件等；
　?。?）傳動設備：包括調(diào)速器、伺服系統(tǒng)、運動控制、電源系統(tǒng)、馬達等；
　?。?）計算機硬件：包括嵌入式計算機、工業(yè)計算機、工業(yè)控制計算機等；
　?。?）通信網(wǎng)絡：網(wǎng)絡交換機、視頻監(jiān)視設備、通信連接器、網(wǎng)橋等。
　　五、工業(yè)自動化系統(tǒng)產(chǎn)品種類
　　工業(yè)自動化系統(tǒng)產(chǎn)品一般可分成下列幾類：
　　（1）可編程序控制器（PLC）：按功能及規(guī)?？煞譃榇笮蚉LC（輸入輸出點數(shù)＞1024），中型PLC（輸入輸出點數(shù)256～1024）及小型PLC（輸入輸出點數(shù)＜256點）。
　?。?）分布式控制系統(tǒng)（DCS）：又稱集散控制系統(tǒng)，按功能及規(guī)模亦可分為多級分層分布式控制系統(tǒng)、中小型分布式控制系統(tǒng)、兩級分布式控制系統(tǒng)。
　?。?）工業(yè)PC機：能適合工業(yè)惡劣環(huán)境的PC機，配有各種過程輸入輸出接口板組成工控機。近年又出現(xiàn)了PCI總線工控機。
　　（4）嵌入式計算機及OEM產(chǎn)品，包括PID調(diào)節(jié)器及控制器
　?。?）機電設備數(shù)控系統(tǒng)（CNC，F(xiàn)MS，CAM）
　?。?）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）
　　六、工業(yè)自動化發(fā)展綜述
　　1983年工業(yè)控制計算機被列入國家計算機系列型譜及發(fā)展規(guī)劃。1989年機電部受國務院電子振興領(lǐng)導小組辦公室委托，完成對全國工業(yè)控制計算機機型優(yōu)選，共選出包括工業(yè)控制微機系統(tǒng)、但（多）回路調(diào)節(jié)器、可編程控制器和工業(yè)控制功能模塊四個種類21個優(yōu)選機型。1990年國家計委、機電部、化工部、建材局聯(lián)合組織完成了首次全國工業(yè)爐窯控制系統(tǒng)的優(yōu)選。共選出工業(yè)鍋爐、水泥機立窯和小氮肥三種爐窯21套獲獎的控制系統(tǒng)。目前我國工業(yè)控制計算機（包括工業(yè)控制計算機系統(tǒng)、分散型工業(yè)控制計算機系統(tǒng)、工業(yè)控制功能模塊系列、自動測試系統(tǒng)和數(shù)控、程控五大系列）技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應用都有了很大的發(fā)展，我國工控機行業(yè)已經(jīng)形成。
　　我國工業(yè)自動化系統(tǒng)的發(fā)展道路，大多是在引進成套設備的同時，也相繼引進了各種工控機系統(tǒng)，并開始自己設計控制系統(tǒng)和裝置，然后進行消化吸收，進行二次開發(fā)和應用。也有一些廠家引進國外技術(shù)，與外商合作合資組裝生產(chǎn)國外產(chǎn)品，并逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化。

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