全球工业控制发展趋势
时间:2019-01-11 12:58:41 来源:斗牛牛下载 作者:匿名


段明祥

2000年,全球工业计算机市场估计为30至40亿美元,其中DCS为60亿美元,嵌入式系统为60至70亿美元,FCS为20至30亿美元,IPC为70至80亿美元美元,PLC 70至80亿美元,CNC 70至80亿美元。它每年以10%至15%的速度增长。

1. DCS(分布式控制系统)的发展趋势尽管基于现场总线的FCS发展迅速并最终将取代传统的DCS,但在统一标准和仪器智能等Fcs的开发中还有许多工作要做。此外,传统控制系统的维护和修改也需要DCS,因此FCS完全取代了传统的DCS,需要更长的过程。

目前,工业计算机仍然以大系统,分散对象,连续生产过程(如冶金,石化,电力)为主,分布式系统结构的分布式控制系统仍在发展中。由于开放式架构和集成技术的发展,大型分散控制系统的销售额有所增加。 DCSl997的销售额为45亿美元。在工业计算机中,DCS是受影响最大,响应最快的计算机技术。 DCS的主要发展趋势是:

(1)全面发展。由于标准化数据通信线路和通信网络的发展,各种单(多)回路调节器,PLC,工业比率,NC和其他工业控制设备形成一个大系统,以满足工厂自动化的要求,并适应大多数的趋势开放性。

(2)发展智力。由于数据库系统,推理功能的发展,特别是知识库系统(KBS)和专家系统(ES)的应用,如自学习控制,远程诊断和自我优化,人工智能将全部实施DCS水平。与FF现场总线类似,基于微处理器的智能设备,如智能I/O智能PID控制,智能传感器,变送器,执行器,智能人体接口和可编程调节器已经出现。

(3)工业PC。由于该S的组成成为主流趋势,因此PC已成为DCS的通用操作站或节点机。 PC-PLC,PC-S,19,Pc-Nc等是Pc-Dcs的先驱。(4)专业化。 DCS更适合每个相应领域的应用,有必要进一步了解专业工艺和应用要求,以逐步形成这样的S,核电站DGS,玻璃DCS和水泥DCS。

2.数控装置的发展趋势

自20世纪80年代以来,为了满足FMC,FMS,CAM和CIMS的发展需要,数控装置采用了大规模,超大规模的集成电路,具有更高的灵活性,功能和效率。

(1件。由于大规模集成电路制造技术的高度发展,PC硬件结构变得更小,CPU运行速度更快,存储容量大。 PC的批量生产大大减少,可靠性不断提高。 PC的开放性,Windows的应用,更多技术人员的应用以及软件的开发使PC的软件极为丰富。 PC功能已经非常强大,CAD/CAM软件已经被小型机器大量使用。

将工作站移植到PC,并在PC上建立3D图形显示过程数据。因此,PC已成为开发数控系统的重要资源和途径。

(2)通信伺服。交流伺服系统的恒功率范围为1:4,速度范围为1:1000,基本相当于直流伺服。交流伺服系统体积小,价格低,可靠性高,应用越来越多。

(3)高性能数控系统正朝着全面自动化的方向发展。为了满足FMS,CIMS和无人工厂的要求,开发与机器人,自动化汽车,自动诊断跟踪和监控系统的集成,以及集成控制和管理系统的开发已成为数控系统的国际方向。

(4)易于使用。改进人机界面,简化编程,使用操作面板上的符号键,并尽可能使用对话模式,方便用户使用。

(5)灵活性和系统性。目前,数控系统采用模块化结构,功能覆盖范围广,从三轴双连杆机床到24轴以上的柔性加工单元。(6)小型化。由于半导体电路的高集成度,三维封装和电路板的三维插入,NC装置进一步小型化。 NC装置的操作单元用TFT(薄膜晶体管)彩色液晶显示器和触摸屏代替CRT,厚度仅为CRT的1/4。

(7)高速。为了实现高速加工,必须加速主轴,主轴电机的最大速度为18000或/min。最大进料速度为120m/min或更高。

(8)高效。实现高效加工和缩短非切削时间和加工周期的关键是增加PMC(可编程机器控制器)的处理器。由于处理内容复杂,PMC编程语言成为一个问题,尽管C语言和PASCAL已经实用。然而,为了替换梯形图语言,还需要诸如帧控制流程图(Src)的视图语言。

(9)精度高。提高加工精度,高分1分辨率旋转编码器至关重要。为了在超精密加工领域实现0.O01um的精度,有必要开发一种超高分辨率编码器,即NC设备的最小设定单位。为了在加工过程中的负载变化期间保持伺服系统的特性,还需要控制和鲁棒控制。在伺服系统的控制中,使用高速微处理器,其基于现代控制论前馈控制,二自由度控制和学习控制。其数字控制系统的跟踪误差不超过2um。

(10)机械智能。它是NC领域的一项新技术。所谓机械智能功能是指机械本身的功能,以补偿由温度和机械负荷引起的机械变形。这需要传感器检测主轴负载,主轴和框架变形,以及处理传感器输出信号的电路。

(11)智能诊断和维护。故障诊断和维护是数控的重要技术。基于AI专家系统的故障诊断已经存在,现在主要建立一个诊断故障的数据库。 NC设备通过互联网和互联网连接到中央计算机,因此具有远程诊断功能。进一步的发展是预修复系统,它取代了即将发生故障之前失效的部件,需要使用智能传感器,高速PMC和大型数据库来实现。

3. PLC的发展趋势

目前,全球约有200家PLC制造商,生产300多个品种。 1998年全球PLC出货量为1456万台,1999年为1620万台,2000年为1778万台。在1995年出货的PLC中,根据最终用户分:汽车占23%;粮食加工占16.4%:化学药品占14.6%;金属,矿山占11.5%;纸浆,纸张占11.3%;另占23.2%。

由于CIMS,工程自动化和过程控制等大型系统以及复杂的应用需求,PLC人员的主要发展趋势是:

(1)发展方向是高功能,高速,大容量,形成与DCS竞争的大型系统。

(2)网络和增强的通信能力是PLC的重要发展方向。网络动态化非常成功,并注意到现场总线的发展。

(3)编程语言的多样化:

1)SFC因其诸多优点已成为编程语言的重要发展方向。

2)大型PLC越来越多地使用C和BASIC等高级编程。

3)多种语言的联合编程。

(4)PLC与其他工业计算机接头,PLC与其他控制系统之间的界限越来越模糊,在应用方向上也出现了类似的情况。最受欢迎的与PC技术的融合,PLC正日益加速进入DCS,PLC CNC领域。 PLC自身的控制也是分散的。相对于基于PC的控制器,优势在于小型PLC。

4. IPC(工业PC)的发展趋势

因此,该机具有丰富的硬件和软件资源,产量大,价格低,质量高,深受广大技术人员的熟悉和认可。家用电脑逐渐变得流行。目前,PC占通用计算机的95%以上。这是工业PC散热的基础。从事工业控制的专家和技术人员自然希望赋予PC总线更高的使命,并且它将在过程控制,制造自动化和楼宇自动化中发挥重要作用。作为具有DCS和PLC的IPC市场,IPC市场正在扩大,特别是在中国。将各种高性能CPU卡,BAM,ROMFLASH电子盘,各种外围卡和工业I/O卡插入DC机箱构成工业过程控制硬件系统。(1)在结构上,使用平板显示器和触摸屏。除了适用于垂直插入卡板的19底盘结构外,通常还引入前插头和后插头的底盘结构。适用于中小型系统的整体结构(整个系统在一个机箱内)内部)。

(2)在应用中,与通用PC一样,应用领域也越来越广泛。除了传统的过程控制和制造自动化,它还将应用程序扩展到楼宇自动化和道路收费的控制和管理。

(3)嵌入式PC和嵌入式计算机,嵌入在设备中,提供用户界面,管理数据输入,输出和设备操作指令的计算机。目前,中国仍然是嵌入式设计中使用最多的是80386和80486.这种CPU具有高性价比,并得到着名的CPU制造商如InTrl,IBM,Cyixs和AMDT TI的支持。丰富的软件支持,包括操作系统,开发工具和应用软件。 Iron Man PC可在恶劣环境(高温,潮湿和振动)下长时间可靠工作。平均PC间故障时间(MBTF)为1000~150,000h,而桌面仅为10000~15000h。硬件,软件和工业PC都很相似。

5.传感器发展趋势

传感,通信和计算机技术构成了现代信息的三个基础。在20世纪80年代,它是一台个人电脑。在20世纪90年代,它是一个计算机网络。预计21世纪头10年的热点可能是传感,执行和测试。传感器的作用主要是获取信息并成为信息技术的来源。在信息时代,各种系统的自动化程度和复杂性都有所提高。需要获得越来越多的信息,不仅仅是传感器的准确性,可靠性和声音

要求越来越高,传感器需要具有标准输出形式以连接到系统。显然,传统传感器由于功能差而难以满足要求。开发基于硅材料的高性能,先进传感器是不可避免的。如谐振,电容,光电和场效应化学传感器。虽然它们的敏感机制不同,但它们的共同特征是小型化和智能化的发展。近年来,微电子,微机械,新材料和新工艺的发展与计算机和通信技术相结合,创造了新一代的传感器和检测系统。传感器的发展方向:

(1)微传感器

微传感器的一个特征是其尺寸小,其敏感元件的尺寸通常为微米级。它由微机械加工技术制成,包括光刻,蚀刻,沉积,粘合和包装。使用各向异性蚀刻和牺牲层技术LIGA工艺,可以产生层间差异大的三维微结构。包括可移动隔膜,悬臂梁,桥和槽,孔,锥等。这些微结构与专用薄膜和高性能集成电路相结合,已成功用于制造各种微传感器甚至多功能阵列敏感元件(如光电探测器)可以实现应力,力和加速度。 ,角速率,应力,应变,温度,流量,成像,磁场,湿度,pH,气体成分,离子和分子浓度,以及生物传感器。

(2)智能传感器

所谓的智能传感器是指具有由专用微处理器控制的双向通信功能的先进传感器系统。微处理器可以根据给定的程序对传感器进行软件控制,并将传感器从单一功能改为多功能。包括自我补偿,自我校准,自我诊断,远程设置,状态组合,信息存储和内存。

(3)传感器的发展趋势

1)改善微传感器的性能。改善和改善微传感器的性能是未来的主要努力之一。

2)微传感器的集成。硅微传感器和微电子系统以及微致动器可能在单个芯片上制造,以形成形成闭环系统的单片集成。

3)排队。对于相同类型的传感器阵列,最初用单个传感器测量的不可靠的功能装置可以制成可靠的功能装置。不同类型的微传感器用于形成功能控制单元阵列。例如,在发动机中,气体压力,温度和湿度传感器可以制成阵列单元,以控制和获得理想的空气流量和空气/燃料。比实现最佳燃烧过程。4)分布式单元和智能结构具有预期的自我监控功能的组件称为智能结构(或材料)。

如MEMS(微机械电子系统);阵列单元(微传感器,微致动器专业集成电路)嵌入在飞机机器中,可以连续监测机翼的振动,应力和结构完整性等条件并加工。