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我國工業自動化市場現狀分析報告(第一章工業自動化)
發布時間：修改時間：2009/6/18 15:55:29 瀏覽次數：2538

　　本章目錄
　　一、工業自動化技術簡介
　　二、工業自動化與工業信息化的關系
　　三、自動化系統結構
　　1、企業管理決策系統層（ERP）
　　2、過程控制層（PCS）
　　（1）過程控制
　　（2）設備管理
　　（3）集成的模塊軟件
　　（4）業務管理和執行
　　（5）智能化現場設備
　　四、工業自動化系統組成
　　五、工業自動化系統產品種類
　　六、工業自動化發展綜述
　　第一章工業自動化
　　一、工業自動化技術簡介
　　工業自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的綜合性高技術，包括工業自動化軟件、硬件和系統三大部分。
　　工業自動化技術作為20世紀現代制造領域中最重要的技術之一，主要解決生產效率與一致性問題。無論高速大批量制造企業還是追求靈活、柔性和定制化企業，都必須依靠自動化技術的應用。
　　自動化系統本身并不直接創造效益，但它對企業生產過程起著明顯的提升作用：
　　（1）提高生產過程的安全性；
　　（2）提高生產效率；
　　（3）提高產品質量；
　　（4）減少生產過程的原材料、能源損耗。
　　據國際權威咨詢機構統計，對自動化系統投入和企業效益方面提升產出比約1：4至1：6之間。
　　特別在資金密集型企業中，自動化系統占設備總投資10%以下，起到“四兩撥千金”的作用。
　　傳統的工業自動化系統即機電一體化系統主要是對設備和生產過程的控制，即由機械本體、動力部分、測試傳感部分、執行機構、驅動部分、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，相互協調、有機融合和集成，形成物質和能量的有序規則運動，從而組成工業自動化系統或產品。
　　在工業自動化領域，傳統的控制系統經歷了繼基地式氣動儀表控制系統、電動單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統和集散式控制系統DCS的發展歷程。
　　近年來，隨著控制技術、計算機、通信、網絡等技術的發展，信息交互溝通的領域正迅速覆蓋從工廠的現場設備層到控制、管理各個層次。工業控制機系統一般是指對工業生產過程及其機電設備、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變為：用廣義的機器（包括計算機）來部分代替或完全取代或超越人的體力。
　　二、工業自動化與工業信息化的關系
　　根據清華大學自動化系金以慧教授的定義，工業信息化是指在工業的生產、管理、經營過程中，通過信息基礎設施，在集成平臺上，實現信息的采集（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、經營等功能）等都是信息化的內容。
　　將信息技術用于企業產品設計、制造、管理和銷售的全過程，以提高企業的市場應變能力和競爭能力，這是企業信息化的主要內容和目標。
　　自動化往往是指包括檢測、控制和繼電保護等常規自動化的概念。廣義自動化是指實現經營管理、計劃調度、成本核算、生產監控、故障診斷、自動控制等更大范圍內的自動化，又稱之為“綜合自動化”或稱3層結構的“流程工業CIMS”。
　　自動化與信息化的關系如下圖：

　　三、自動化系統結構
　　目前，工業自動化系統通常分為5級：企業管理級、生產管理級、過程控制級、設備控制級和檢測驅動級。前兩級管理級涉及的高新技術主要是計算機技術、軟件技術、網絡技術和信息技術；過程控制級涉及的高新技術主要是智能控制技術和工程方法；設備控制級和檢測驅動級涉及的高新技術主要是三電一體化技術、現場總線技術和新器件交流數字調速技術。工業自動化系統
　　5級結構如下：

　　也可將上述5級分層歸納為：企業管理決策系統層（ERP）、生產執行系統層（MES）、過程控制系統層（PCS）三層結構和計算機支撐系統（企業網絡、數據庫），并實現系統集成，從而實現企業的物流、資金流、信息流的集成，提高企業競爭力。企業管理決策系統層（ERP）、生產執行系統層（MES）必須建立在設備自動化和過程自動化基礎上。企業管理決策系統層和過程控制系統層結構簡介如下：

　　1、企業管理決策系統層（ERP）
　　90年代以來，MPRII（制造資源計劃）經過進一步地發展完善，形成了目前的企業資源計劃ERP
　　系統。ERP除了包括和加強了MRPII各種功能外，更加面向全球市場，所管理的企業資源更多，支持混合式生產方式（分散生產與流程生產），管理覆蓋面更寬，進入了企業供應鏈管理。從企業全局角度進行經營與生產計劃，是制造業企業的綜合的集成經營系統，也是集成化的企業管理軟件系統。
　　ERP面向市場，能夠對市場快速響應，強調了供應商、制造商、與分銷商間的新的伙伴關系。ERP強調企業流程與工作流，通過工作實現對企業的人員、財務、制造與分銷間的集成，支持企業過程重組，支持后勤管理，使得企業的資金流、物流、信息流更加有機地結合，支持多種方式，即分散制造業與流程生產過程。此外，ERP系統還包括了金融投資管理、質量管理、運輸管理、項目管理、法規與標準、過程控制（待鏈接）等，目的是通過ERP提高企業的經濟效益。
　　由于internet技術迅猛發展，改變了傳統的管理和信息傳遞的單向制，又實現了實時與互動性。在網絡經濟中，管理需要考慮的問題更多。例如：如何管理和優化企業的外部資源，在全球經濟環境中，建立業務網絡，拓展企業新的業務增長點，如何在各個業務環節中，密切同客戶的關系，在越來越復雜的供求關系中準確、及進地為了現有和潛在的客戶提供“個性化”的產品和服務等。
　　市場和客戶需求決定了企業生產。企業必須更注意市場營銷和客戶服務、客戶關系，其重點發生轉移。銷售、服務、經營等客戶關系管理（CRM）成為的重點。企業戰略管理（SEM）產品，客戶關系管理（CRM）、供應鏈管理（SCM）都已是ERP的內容。支持電子商務，將是ERP軟件進一步發展的必由之路。
　　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，即工廠網絡。更明白地說，過程管理=過程控制+設備管理是開放式結構，是基于FF現場總線的工廠網絡，“Web”概念就連接了設備系統和軟件的網絡。凡是FF現場總線產品的供應商的設備、系統和軟件均可納入過程控制概念結構里。這樣，給最終用戶帶來了設備兼容的好處。
　　工廠管控網結構的各個組成部分有機地聯系在一起，提供了三個方面的主要功能，即過程控制，設備管理和業務管理和執行。
　　（1）過程控制
　　過程控制系統不僅能有效和可靠地完成各種控制任務，覆蓋常規DCS /
　　PLC的所有功能以外，它還能實現“任意地點的控制”，即用戶能夠把控制功能下裝到現場設備或系統中執行。

　　任意地點的控制是工廠網絡結構與FF現場總線技術相結合的產物。對于一些基本的控制回路來說，把控制功能下裝到現場變送器或閥門中執行，既能加快回路信號響應，改善調節品質，又能減輕控制系統負擔，使其完成較復雜的優化控制等任務，同時，增加了系統的分散度，提高了系統可靠性。
　　（2）設備管理
　　工廠網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，運行的現場設備進行在線的監測和診斷。它不僅包括變送器、閥門、分析儀器和其它現場儀表，還包括一些旋轉設備，如泵和電機。
　　經過管理軟件的處理，HART或FF現場總線設備中的大量信息，如標定日期和步驟，組成材質、狀態診斷等，能夠被用來對設備進行組態和標定；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境惡劣或危險的現場，只需在控制室，維護車間或網絡的任意節點上即可輕松完成。
　　（3）集成的模塊軟件
　　在工廠網絡結構中，集成的模塊軟件把過程和設備自身的大量信息轉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據之中，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得優為明顯，從而極大地提高工作效率。
　　軟件的模塊化結構同時意味著用戶可以根據需要靈活、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）業務管理和執行
　　對一個企業而言，僅僅具備過程控制和設備管理仍然是不夠的，還必須對企業的各個環節，從定單處到生產計劃及財務審查進行全方位的管理。這些都是業務管理的內容。
　　在過程管理和業務管理的信息集成方面，通過遍及企業內部的工業標準數字通訊網絡及OPC服務器，其網絡結構涵蓋了從設備層到工廠和業務系統的各個層次，包括過程的優化、維護管理、資源分配和其它企業管理任務。
　　工廠網絡運行著智能化、模塊化軟件，用戶通過它可定義過程、設備和商業上的信息，包括了過程的測量，設備的運行和管理，即在系統運行狀態下，對全廠的智能現場儀表和設備進行組態、監測、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、維護和設備保養的支出。
　　（5）智能化現場設備
　　包括智能壓力、溫度、流量等及多參數變送器、智能分析儀，以及具有預測性維護和診斷能力的閥門等。
　　工業控制系統是計算機技術與自動控制技術結合的產物，不僅是計算機的重要門類，而且是實現工業生產自動化，優質、高產、低耗，提高工業企業經濟效益的重要技術手段。發展工控機對實現工業現代化、促進產業信息化和振興經濟有重要意義，調查工控機的市場對發展工控機和改造傳統產業以及促進兩個根本轉變都有很大意義。
　　四、工業自動化系統組成
　　工業控制系統指對工業生產過程及其機電設備、工藝裝備進行測量與控制的自動化技術工具(包括自動測量儀表、控制裝置)的總稱。工業自動化系統以構成的軟、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、通信網絡等。
　　（1）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、斷路器、按鈕、接觸器、繼電器等工業電器及設備；
　　（2）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（CAD/CAM）、工業控制軟件、網絡應用軟件、數據庫軟件、數據分析軟件等；
　　（4）傳動設備：包括調速器、伺服系統、運動控制、電源系統、馬達等；
　　（5）計算機硬件：包括嵌入式計算機、工業計算機、工業控制計算機等；
　　（6）通信網絡：網絡交換機、視頻監視設備、通信連接器、網橋等。
　　五、工業自動化系統產品種類
　　工業自動化系統產品一般可分成下列幾類：
　　（1）可編程序控制器（PLC）：按功能及規模可分為大型PLC（輸入輸出點數＞1024），中型PLC（輸入輸出點數256～1024）及小型PLC（輸入輸出點數＜256點）。
　　（2）分布式控制系統（DCS）：又稱集散控制系統，按功能及規模亦可分為多級分層分布式控制系統、中小型分布式控制系統、兩級分布式控制系統。
　　（3）工業PC機：能適合工業惡劣環境的PC機，配有各種過程輸入輸出接口板組成工控機。近年又出現了PCI總線工控機。
　　（4）嵌入式計算機及OEM產品，包括PID調節器及控制器
　　（5）機電設備數控系統（CNC，FMS，CAM）
　　（6）現場總線控制系統（FCS）
　　六、工業自動化發展綜述
　　1983年工業控制計算機被列入國家計算機系列型譜及發展規劃。1989年機電部受國務院電子振興領導小組辦公室委托，完成對全國工業控制計算機機型優選，共選出包括工業控制微機系統、但（多）回路調節器、可編程控制器和工業控制功能模塊四個種類21個優選機型。1990年國家計委、機電部、化工部、建材局聯合組織完成了首次全國工業爐窯控制系統的優選。共選出工業鍋爐、水泥機立窯和小氮肥三種爐窯21套獲獎的控制系統。目前我國工業控制計算機（包括工業控制計算機系統、分散型工業控制計算機系統、工業控制功能模塊系列、自動測試系統和數控、程控五大系列）技術、產業和應用都有了很大的發展，我國工控機行業已經形成。
　　我國工業自動化系統的發展道路，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，并開始自己設計控制系統和裝置，然后進行消化吸收，進行二次開發和應用。也有一些廠家引進國外技術，與外商合作合資組裝生產國外產品，并逐步實現國產化。

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