由中国机电一体化技术应用协会主办的第九届国际现代工厂/过程自动化技术与装备展览会(2005 FA/PA)于2005年6月17日在北京国际展览中心胜利落下帷幕,历时4天。本届展览会以“引进、吸收、合作、创新”为主题,聚集了世界上工业自动化领域的著名厂商和优质品牌。来自德国、法国、英国、美国、瑞典、瑞士、奥地利、荷兰、芬兰、日本、韩国及国内(含港、台)等十几个国家和地区的近200家自动化领域的一流企业以及现场总线PROFIBUS国际、PLCopen等国际组织,都在本届展览会中展示他们的最新产品和高新技术成果。
透视本届展览会,从中可管窥自动化领域的最新发展趋势,简述如下:
1. e制造或现代集成制造,将信息技术、网络技术和现代制造技术相结合并应用于企业产品生命周期的各个阶段(从市场需求分析到最终产品报废),通过信息的无缝集成、过程优化和资源优化,实现物流、信息流、价值流的集成,以缩短企业新产品的开发周期(T),提高质量(Q),降低成本(C),改进服务(S),改
2. 计算机技术和先进的控制技术相结合(例如模型预测、神经元和神经网络、模糊控制、自适应和自寻优等先进控制算法已由理论进入实践并在DCS,PLC等控制器中体现),而且这种趋势在加快。此外组件(包括中间件、固件、可编程部件),公共数据库、局域网、互联网、以太网和现场总线、无线技术等渗透到控制系统,使控制系统扁平化和实现了跨平台、跨地区的控制。
3. ARC提出的PAC概念是近年来自动化产业最为重要的发展趋势之一,并受到自动化业界及终端用户的广泛关注。PAC被认为是PLC概念的延伸,亦有认为是PLC和IPC,DCS相融的混合控制系统,PAC的主要特点是:一个通用的多专业控制领域的开发平台、共用标签和单一的数据库;一个集中的控制引擎;可以在同一个平台上运行多个不同功能的应用程序,允许在程序间进行系统资源分配;采用开放的可自由组合的模块化硬件结构;支持IEC61158现场总线国际标准,以实现高度分散的自动化环境;支持事实上的以太网标准,可以方便地和企业级的ERP,MRP,MIS,MES等集成;使用既定的网络协议和标准化 的编程语言等以保障用户的投资及实现多供应商网络的数据交换。可以预言,PAC今后会有较大的发展。
4. 安全生产越来越引起人们的关注,已成为衡量现代工业的重要指标,对于安全事故多发的我国,意义尤其重大。相继推出的有关安全的国际和地区标准有:IEC61508(定义安全等级SIL1到SIL3,对应SIL1的数据错误率为10-6~10-5,对应SIL2的数据错误率为10-7~10-6,对应SIL3的数据错误率为10-8~10-7);DIN V19250/DIN V VDE0801的AK1到AK6;EN954-1的类别2到类别4和EN50159等。相应于这些标准有Rockwell Automation公司开发的符合SIL2的ControlLogix控制器和GuardPLC控制器;Siemens开发的故障安全容错S7 F/FH系统等,并从被动维护、诊断发展到预防性安全措施。Siemens成立集成安全技术中心来帮助客户满足有关的工业标准及不断增长的安全需求。对现场总线,Siemens近年发布故障安全通信协议PROFIsafe,Rockwell Automation亦在其Ethernet/IP的CIP通信协议中引入ODVA开发的Safety。对现场总线应用于易燃易爆的本质安全区域,FISCO(Fieldbus Intrinsically Safe Concept)模型已进入PROFIBUS-PA技术的范畴。它适用于EEx iaIIC和Eex ibIIC/IIB。最近推出的FNICO模型,它允许在Class1,Division2易爆区域安装非防爆型现场总线节点。PNICO规范草案已提交欧洲及美国的国家认证机构进行正式审查。
5. 控制系统由集中向分散化和分布化发展,分布式智能I/O显然是一个热点。智能分布式I/O是一个有自治能力的节点,如美国OPTO22公司的SNAP Ultimate I/O,它将I/O控制,SCADA,企业资源信息管理系统(ERP/MRP系统,企业资源库)接口,Web服务器等组合在一个框架内,并可链接到中央计算机,从而将控制系统从传统的三层简化为二层结构。这种控制器可直接安装在现场,甚至空间十分有限的地方。
6. PLC将继续发展。PLC有30多年的历史,如今仍焕发青春 ,继续向前大步迈进,并保持为自动控制领域中的核心地位。根据ARC 2004年6月份的报告,中国的PLC市场将从2004年的36亿RMB增长到2008年的60亿RMB,复合年增长率高达14.6%。PLC的应用领域亦在不断扩大,已延伸到过程控制、批处理、运动控制和电气传动、遥控、遥测,以至实现全厂的综合自动化。PLC的技术发展除进一步走向开放和加强通信联网能力外,还有提高运行速度(采用32位RISC微处理器或专用微处理器,如横河电机的FA-M3系列的F3SP59-7S,基本指令的执行时间只有17.5ns;数以百计的不断丰富的I/O模块,包括多种多样特殊功能的工艺模块;与外部设备进行高速的数据交换;大容量存储器、多CPU、多任务并行运行(经由背板总线);渗透IT技术,例如集成Web服务器,大力发展模块化、集成化软件;推广IEC6113-3编程语言等。最近的一个动态是面向不同行业量身度体地开发成套的一揽子交货的PLC系统,例如Allen-Bradley公司,已开发出专用于水处理、食品加工、建材、电力、化工等成套PLC系统。
值得提起的是由于嵌入式操作系统,专用大规模集成电路并采用球栅阵列(
7. 工业PC。工业PC顾名思义是用于工业的PC机,虽起步较晚,但发展势头强劲,甚至有人预言会替代PLC,但这并未成为事实。实际上IPC和PLC是又竞争又相互补充的关系,工控机从I/O板卡和单板主机起步,发展到一体化工业站,带电子盘的工控机,平板式、盒式、机箱式工控机,远程RTU,适用于视频和多媒体行业的工控机等。工控机的发展方向是:①由于采用嵌入式操作系统如Windows NT Embedded,Windows CE5.0,Linux 2.4 Kennel和PC DOS 2000及嵌入式微处理器芯片等和实现无硬盘(采用Compact Flash)、无风扇运行,嵌入式IPC发展很快。据2002年中国计算机学会举行的“嵌入式系统产业化在中国的发展前景”预计,其年增长率将高达30%。②插入PLC硬件的IPC。③具有Soft PLC功能的IPC。④加强通信联网和IT功能,如配置以太网接口和Web服务器等。应着重指出的是与PLC不同,国产IPC(含台湾)已占有工控机市场的50%以上,而且这个比例还在上升。
8. 人机界面。人机界面已系列化,包括手持式、面板式和PC机式。今日的人机界面已不仅仅限于SCADA以及编程、监控、诊断等功能。在工业自动化领域,人机界面能为操作和管理人员提供越来越多的信息。功能强大的模块化软件和多客户机/服务器结构使人机界面发展为企业实时生产信息和IT以及商务垂直集成的统一的软件平台。
人机界面还可以作为控制引擎,通过驱动器或OPC界面来驱动各种I/O模块,此次展出的国产人机界面,产品丰富,有些已接近国际水平。
9. 现场总线和工业以太网。据CONTROL ENGINEERING / Reed Research Group于2003年11月~12月所做的一项调查表示:由于市场的竞争机制,当年的现场总线的战国时代已成为过去,较多的现场总线,其增长率呈下降趋势,而其余的现场总线如FF,PROFIBUS,AS-i等则继续保持上升的势头,应该指出的是工业以太网或实时以太网发展迅速。最近几年,由于快速以太网、切换式以太网、全双工通信、环网冗余等技术的发展,工业加固的以太网器件如导轨式收发器、切换器、集线器和DB-9插件的开发,使工业以太网面临的关键问题:通信确定性、实时性以及稳定性、可靠性正在逐步得到解决。以太网已从管理层、控制层向现场层渗透。根据ARC于2004年所做的关于全球以太网市场的调研,2004年已有84万个节点,今后5年内将以51.4%的复合年增长率增长,预期2009年达到670万个节点。这个调研报告还包括以太网切换器等设备,其年复合增长率为49.9%。有鉴于此,IEC正在着手制定实时以太网的工业标准IEC 61784,在此,我们高兴地看到,由浙大中控组织开发的有自主知识产权的实时以太网EPA技术规范已向IEC提交,最近EPA已作为IEC的PAS文件发布,并将纳入为IEC 61784-2中,子集的编号为CPF-14。
在工业以太网欣欣向荣的同时,有识之士亦不无担忧地认为:由于 工业以太网与现场总线有着千丝万缕的联系,大都是各现场总线组织,为保护其已有的市场利益,应用以太网和TCP/IP技术与其原有低速现场总线包装在应用层而形成的。实现确实性控制的途径亦各不相同。例如PowerLink和EtherCAT实质上并不真正地彼此兼容,并没有出现用户所期望的一个统一的工业以太网标准,因此不可避免的现场总线之争会延续到工业以太网,也就是说硝烟并未散尽。
10. 变频器。变频器为本届展览会中的大项,产品琳琅满目。有高压、中压、电网电压和各种容量的变频器;既有专用的,也有通用的;国产的变频器亦大量涌现,其性能、指标与国外同类产品已足可以比拟。变频器的迅速发展与我国能源紧缺、能源消费日益增加(已成为继美国后的世界第二能源消费国),但能耗严重(例如每吨钢的能耗比国际平均水平高出20%)等诸多因素有关。节能、降耗,已成为我国经济建设中的重点。据中国工控网调研,目前国内带变动负载,具有节能潜力的电机至少有1.8亿千瓦,由此为变频器的应用提供了极为广大的市场。
变频器的发展方向,一方面是全数字化,功能齐全,特别是分布式或具有通信、联网功能的高端变频器;另一方面是简易或专用的变频