我國工業控制技術發展潮流及熱點技術（下）

經過五十年的發展，我國儀器儀表工業已有相當基礎，初步形成了門類比較齊全的生產、科研、營銷體系?，F有各類儀器儀表企業6000余家，年銷售額約1000億元，成為亞洲除日本之外第二大儀器儀表生產國。據海關統計，除去隨成套工程項目配套引進的儀器儀表不計，去年進口各類儀器儀表近60億美元，約占我國儀器儀表工業總產值的50%。但目前我國儀器儀表行業產品大多屬于中低檔水平，隨著國際上數字化、智能化、網絡化、微型化的產品逐漸成為主流，差距還將進一步加大。目前，我國高檔、大型儀器設備大多依賴進口。中檔產品以及許多關鍵零部件，國外產品占有我國市場60%以上的份額，而國產分析儀器占全球市場不到千分之二的份額。
2001年3月，第九屆全國人大四次會議批準的“十五”計劃綱要首次提出“把發展數控機床，儀器儀表和基礎零部件放到重要位置，努力提高質量和技術水平”。2001年8月，國家計委把儀器儀表明確列為國民經濟重要技術裝備，國家經貿委制定并公布的儀器儀表行業“十五”規劃，確立了6項高技術產業化項目：

1.基于現場總線技術的全開放分散控制系統及智能儀表；

2.新型傳感器；

3.智能化工業控制部件與執行機構；

4.環境與污染源監測儀器及自動監測系統；

5.城市污水處理利用成套工藝設備中的儀表自動化控制系統；

6.煉鋼轉爐煤氣凈化回轉成套裝置中的儀表自動化控制系統。

根據儀器儀表行業的預測，“十五”期間我國儀器儀表市場大致是：2002年1628億，2003年1790億，2004年1969億，2005年2165億。五年間，平均年市場容量為1806億（相當于220億美元），其中工業自動化儀表和控制系統占41%、科學測試儀器占25%、醫療儀器占17%、其它占17%，平均年增長率將不會低于10%。

今后儀器儀表技術的主要發展趨勢：儀器儀表向智能化方向發展，產生智能儀器儀表；測控設備的PC化，虛擬儀器技術將迅速發展；儀器儀表網絡化，產生網絡儀器與遠程測控系統。

幾點建議：開發具有自主知識產權的產品，掌握核心技術；加強儀器儀表行業的系統集成能力；進一步拓展儀器儀表的應用領域。

6.數控技術向智能化、開放性、網絡化、信息化發展

從1952年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數控系統，到現在已走過了51年的歷程。近10年來，隨著計算機技術的飛速發展，各種不同層次的開放式數控系統應運而生，發展很快。目前正朝著標準化開放體系結構的方向前進。就結構形式而言，當今世界上的數控系統大致可分為4種類型：1.傳統數控系統；2.“PC嵌入NC”結構的開放式數控系統；3.“NC嵌入PC”結構的開放式數控系統；4.SOFT型開放式數控系統。

我國數控系統的開發與生產，通過“七五”引進、消化、吸收，“八五”攻關和“九五”產業化，取得了很大的進展，基本上掌握了關鍵技術，建立了數控開發、生產基地，培養了一批數控人才，初步形成了自己的數控產業，也帶動了機電控制與傳動控制技術的發展。同時，具有中國特色的經濟型數控系統經過這些年來的發展，產品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶認可。

國外數控系統技術發展的總體發展趨勢是：新一代數控系統向PC化和開放式體系結構方向發展；驅動裝置向交流、數字化方向發展；增強通信功能，向網絡化發展；數控系統在控制性能上向智能化發展。

進入21世紀，人類社會將逐步進入知識經濟時代，知識將成為科技和生產發展的資本與動力，而機床工業，作為機器制造業、工業以至整個國民經濟發展的裝備部門，毫無疑問，其戰略性重要地位、受重視程度，也將更加鮮明突出。

近年來，我國數控機床一直保持兩位數增長。2001年，我國機床工業產值已進入世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元。2002年產值達260億元，產量居世界第4。但與發達國家相比，我國機床數控化率還不高，目前生產產值數控化率還不到30%；消費值數控化率還不到50%，而發達國家大多在70%左右。由于國產數控機床不能滿足市場的需求，高檔次的數控機床及配套部件只能靠進口，使我國機床的進口額呈逐年上升態勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24.06億美元，比上年增長27.3%。

智能化、開放性、網絡化、信息化成為未來數控系統和數控機床發展的主要趨勢：向高速、高效、高精度、高可靠性方向發展；向模塊化、智能化、柔性化、網絡化和集成化方向發展；向PC-based化和開放性方向發展；出現新一代數控加工工藝與裝備，機械加工向虛擬制造的方向發展；信息技術（IT）與機床的結合，機電一體化先進機床將得到發展；納米技術將形成新發展潮流，并將有新的突破；節能環保機床將加速發展，占領廣大市場。

7.工業控制網絡將向有線和無線相結合方向發展

自從1977年第一個民用網系統ARCnet投入運行以來，有線局域網以其廣泛的適用性和技術價格方面的優勢，獲得了成功并得到了迅速發展。然而，在工業現場，一些工業環境禁止、限制使用電纜或很難使用電纜，有線局域網很難發揮作用，因此無線局域網技術得到了發展和應用。隨著微電子技術的不斷發展，無線局域網技術將在工業控制網絡中發揮越來越大的作用。

無線局域網（Wireless LAN）技術可以非常便捷地以無線方式連接網絡設備，人們可隨時、隨地、隨意地訪問網絡資源，是現代數據通信系統發展的重要方向。無線局域網可以在不采用網絡電纜線的情況下，提供以太網互聯功能。在推動網絡技術發展的同時，無線局域網也在改變著人們的生活方式。無線網通信協議通常采用IEEE802.3和802.11。802.3用于點對點方式，802.11用于一點對多點方式。無線局域網可以在普通局域網基礎上通過無線Hub、無線接入站(AP)、無線網橋、無線Modem及無線網卡等來實現，以無線網卡使用最為普遍。無線局域網的未來的研究方向主要集中在安全性、移動漫游、網絡管理以及與3G等其它移動通信系統之間的關系等問題上。

在工業自動化領域，有成千上萬的感應器，檢測器，計算機，PLC，讀卡器等設備，需要互相連接形成一個控制網絡，通常這些設備提供的通信接口是RS-232或RS-485。無線局域網設備使用隔離型信號轉換器，將工業設備的RS-232串口信號與無線局域網及以太網絡信號相互轉換，符合無線局域網IEEE 802.11b和以太網絡IEEE 802.3標準，支持標準的TCP/IP網絡通信協議，有效的擴展了工業設備的聯網通信能力。

計算機網絡技術、無線技術以及智能傳感器技術的結合，產生了“基于無線技術的網絡化智能傳感器”的全新概念。這種基于無線技術的網絡化智能傳感器使得工業現場的數據能夠通過無線鏈路直接在網絡上傳輸、發布和共享。無線局域網技術能夠在工廠環境下，為各種智能現場設備、移動機器人以及各種自動化設備之間的通信提供高帶寬的無線數據鏈路和靈活的網絡拓撲結構，在一些特殊環境下有效地彌補了有線網絡的不足，進一步完善了工業控制網絡的通信性能。

8.工業控制軟件正向先進控制方向發展

自20世紀80年代初期誕生至今，工業控制軟件已有20年的發展歷史。工業控制軟件作為一種應用軟件，是隨著PC機的興起而不斷發展的。工業控制軟件主要包括人機界面軟件（HMI），基于PC的控制軟件以及生產管理軟件等。目前，我國已開發出一批具有自主知識產權的實時監控軟件平臺、先進控制軟件、過程優化控制軟件等成套應用軟件，工程化、產品化有了一定突破，打破了國外同類應用軟件的壟斷格局。通過在化工、石化、造紙等行業的數百個企業（裝置）中應用，促進了企業的技術改造，提高了生產過程控制水平和產品質量，為企業創造了明顯的經濟效益。2000年，“九五”國家科技攻關計劃項目“大型骨干石化生產系統控制及計算機應用技術”通過了驗收。

作為工控軟件的一個重要組成部分，國內人機界面組態軟件研制方面近幾年取得了較大進展，軟件和硬件相結合，為企業測、控、管一體化提供了比較完整的解決方案。在此基礎上，工業控制軟件將從人機界面和基本策略組態向先進控制方向發展。

先進過程控制APC（Advanced Process Control）目前還沒有嚴格而統一的定義。一般將基于數學模型而又必須用計算機來實現的控制算法，統稱為先進過程控制策略。如：自適應控制；預測控制；魯棒控制；智能控制（專家系統、模糊控制、神經網絡）等。

由于先進控制和優化軟件可以創造巨大的經濟效益，因此這些軟件也身價倍增。國際上已經有幾十家公司，推出了上百種先進控制和優化軟件產品，在世界范圍內形成了一個強大的流程工業應用軟件產業。因此，開發我國具有自主知識產權的先進控制和優化軟件，打破外國產品的壟斷，替代進口，具有十分重要的意義。

在未來，工業控制軟件將繼續向標準化、網絡化、智能化和開放性發展方向。

9.結束語

工業信息化是指在工業生產、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、信息的傳輸、信息的處理以及信息的綜合利用等。在“十五”期間，國家用信息化帶動工業化的工作重點有三個方面：一是以電子信息技術應用為重點，提高傳統產業生產過程自動化、控制智能化和管理信息化水平；二是以先進制造技術應用為重點，推進制造業領域的優質高效生產，振興裝備制造業；三是改造提升重點產業的關鍵技術、共性技術及其相關配套技術水平、工藝和裝備水平。國家實施高技術產業化的主要目標有兩個：一是發展高技術，形成新興產業，培育新的增長點；二是利用先進技術改造和優化傳統產業，提高經濟增長的質量。

由于大力發展工業自動化是加快傳統產業改造提升、提高企業整體素質、提高國家整體國力、調整工業結構、迅速搞活大中型企業的有效途徑和手段，國家將繼續通過實施一系列工業過程自動化高技術產業化專項，用信息化帶動工業化，推動工業自動化技術的進一步發展，加強技術創新，實現產業化，解決國民經濟發展面臨的深層問題，進一步提高國民經濟整體素質和綜合國力，實現跨越式發展。