工控機(jī)的現(xiàn)狀與未來

    工業(yè)控制機(jī)是指對工業(yè)生產(chǎn)過程及其機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行測量與控制用的計(jì)算機(jī)，簡稱工控機(jī)。工業(yè)控制機(jī)由計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)和過程I/O系統(tǒng)組成，計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)由系統(tǒng)總線、主機(jī)模板、存儲器板、人機(jī)接口板與CRT、磁盤機(jī)、打印機(jī)等通用外設(shè)組成。過程I/O系統(tǒng)由輸入信號調(diào)理板和A/D轉(zhuǎn)換器，將現(xiàn)場傳感器測量的物理信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺M量經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換器），變成數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)輸出信號經(jīng)數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換和輸出調(diào)理（隔離放大）成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率驅(qū)動(dòng)信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

    硬件系統(tǒng)一般有運(yùn)行操作臺，可放計(jì)算機(jī)、CRT、外設(shè)、主機(jī)柜、I/O機(jī)柜（機(jī)箱、電源、接線端子板、接地保護(hù)裝置等）等。

    軟件系統(tǒng)由實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)采集與處理軟件、各類控制軟件（PID）直接數(shù)字控制、先進(jìn)控制軟件組成。

    與商用及個(gè)人機(jī)比較，工業(yè)控制機(jī)的特點(diǎn)是強(qiáng)大的過程輸入輸出能力，高可靠性與實(shí)時(shí)性。

    1、主要產(chǎn)品

    (1) 工業(yè)控制機(jī)及其OEM產(chǎn)品

    包括單片機(jī)智能部件，模糊控制器8位、16位、32位CISC、RISC嵌入式計(jì)算機(jī)及其板級產(chǎn)品。

    有一定市場規(guī)模和發(fā)展前景的產(chǎn)品主要有：IPC、PC/104或PC/104-plus、VME/VXI、AT96、CompactPCI以及其它專用單板計(jì)算機(jī)（包括基于RISC、DSP和單片機(jī)的嵌入式專用計(jì)算機(jī)）等。

    PC/104憑借小尺寸優(yōu)勢，在小型**和醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域還有進(jìn)一步擴(kuò)大市場的可能。PC/104通過PC/104-plus兼容PCI總線，向高性能應(yīng)用拓展。

    VME/VXI總線，繼續(xù)在**設(shè)備和大型測試系統(tǒng)方面占有很大的市場份額，但已經(jīng)受到CompactPCI/PXI產(chǎn)品強(qiáng)有力的沖擊。目前還不會(huì)在大范圍內(nèi)被CompactPCI/PXI產(chǎn)品所取代。標(biāo)準(zhǔn)AT96總線工控機(jī)在**裝備和工業(yè)現(xiàn)場得到進(jìn)一步應(yīng)用。

    CompactPCI總線工控機(jī)，隨著CompactPCI總線冗余設(shè)計(jì)技術(shù)、熱插拔技術(shù)、自診斷技術(shù)的成熟，構(gòu)造高可用性系統(tǒng)的簡化，CompactPCI總線工控機(jī)技術(shù)將得到迅速普及和廣泛應(yīng)用，成為國內(nèi)繼STD總線工控機(jī)、IPC工控機(jī)之后*具普及前景的新一代高性能工控機(jī)。

    (2) 分布式控制系統(tǒng)DCS，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS

    (3) 可編程控制器 PLC

    (4) 數(shù)控系統(tǒng)CNC

    2、功能簡介

    (1) 對工業(yè)生產(chǎn)過程工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制（直接數(shù)字控制DDC、監(jiān)督控制SPC及先進(jìn)控制）；

    (2) 對工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行測量與控制（如冷軋機(jī)、熱連軋機(jī)分布式控制系統(tǒng)DCS）；

    (3) 單片機(jī)、單板機(jī)、微控制器等嵌入到家用電器、機(jī)電設(shè)備內(nèi)部，提高機(jī)電設(shè)備數(shù)字化及智能化，如數(shù)控機(jī)床配套的數(shù)控、 微電子控制電冰箱、洗衣機(jī)等。

    3、關(guān)鍵技術(shù)

    (1) 軟件技術(shù)：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)、動(dòng)態(tài)圖形顯示技術(shù)、平臺技術(shù)。

    (2) 先進(jìn)控制技術(shù)：是以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)的各種**控制技術(shù)，包括預(yù)測控制、魯棒控制、模糊控制、智能控制、專家控制等。

    (3) 過程優(yōu)化技術(shù)：根據(jù)優(yōu)化工藝模型，進(jìn)行以效益*大為目標(biāo)的在線和離線計(jì)算，然后給出整個(gè)過程優(yōu)化條件，使整個(gè)過程在*優(yōu)化的狀態(tài)下運(yùn)行。

    (4) 系統(tǒng)集成技術(shù)：控制軟件、優(yōu)化軟件和軟測量技術(shù)的集成；檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理、決策、經(jīng)營等功能的集成；

    (5) 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：現(xiàn)場總線技術(shù)。

    ① 并行總線

Compact PCI Compact PCI總線是PCI總線的加固和擴(kuò)展， Compact PCI還規(guī)范了熱切換，即帶電插拔。

PXI總線 PXI總線是測試儀器PCI總線的擴(kuò)展。

VXI總線 VXI總線是在VME總線基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的儀器系統(tǒng)總線。

    ② 現(xiàn)場總線

    現(xiàn)場總線目前有FF（現(xiàn)場總線基金會(huì)）、Profibus（過程現(xiàn)場總線）等10種。

    ③ 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)

    二、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

    1、技術(shù)發(fā)展趨勢

    國外自上世紀(jì)60年代出現(xiàn)**臺工業(yè)過程控制系統(tǒng)以來已經(jīng)過三代產(chǎn)品的發(fā)展變化，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)亦相應(yīng)地不斷發(fā)展。

    (1) 半導(dǎo)體技術(shù)集成電路技術(shù)推動(dòng)微處理器、微控制器的發(fā)展，1位、4位、8位、16位、32位微處理器，微控制器及單片機(jī)性能價(jià)格比不斷提高，Intel、Motorola 等公司的微處理器占統(tǒng)治地位，各種控制器、控制裝置、PLC更新?lián)Q代加快，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)芯片已問世，模擬控制器、智能控制器已初步商品化及推廣應(yīng)用。

    (2) 分布式控制系統(tǒng)已推出第四代產(chǎn)品，如Honeywell 公司新推出的Experion PKS（過程知識系統(tǒng)），Emerson公司的PlantWeb，F(xiàn)oxboro公司的A2，橫河公司的R3（PRM－工廠資源管理系統(tǒng)），ABB公司的Industrial IT系統(tǒng)。

    (3) 計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，使控制系統(tǒng)向全數(shù)字化、全分散式、全開放可互操作和開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的新一代現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）發(fā)展。

    現(xiàn)場總線技術(shù)近年迅速發(fā)展，目前有FF（現(xiàn)場總線基金會(huì)）、Profibus（過程現(xiàn)場總線）、LonWorks（局部操作網(wǎng)絡(luò)）、CAN（控制局域網(wǎng)絡(luò)）、HART（可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路）等，LonWorks 已經(jīng)廣泛的應(yīng)用， 得到包括IBM 、Honeywell 、ABB等大公司在內(nèi)的2 500家生產(chǎn)廠家的支持，占領(lǐng)了約1/3的樓宇自動(dòng)化市場，已成為美國空調(diào)暖通工程師協(xié)會(huì)ASHRAE的樓宇自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)。

    (4) PLC技術(shù)20世紀(jì)80年代走向成熟，目前已有新的突破，無論是處理速度，功能強(qiáng)化、通訊能力都提高到一個(gè)新水平，小型PLC向小型化、低成本、簡單、多用方向發(fā)展，大中型PLC向多功能、高速度、大容量、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

    (5) 自動(dòng)控制理論及技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)控制、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)已在工業(yè)自動(dòng)化中實(shí)際應(yīng)用：多變量預(yù)測控制、先進(jìn)控制軟件產(chǎn)品在國外石油、化工等流程工業(yè)已廣泛使用；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已制成專用芯片及自動(dòng)裝置，模糊控制器亦已商品化，廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制和電冰箱洗衣機(jī)等家用電器控制中，專家系統(tǒng)已在電站控制、冶金過程及石化裝置自動(dòng)控制中應(yīng)用，國外制造自動(dòng)化向CIMS精良生產(chǎn)、敏捷制造方向發(fā)展，流程工業(yè)亦向集成生產(chǎn)系統(tǒng)CIPS發(fā)展。

    2、前景展望

    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用的發(fā)展，工業(yè)控制機(jī)不斷向數(shù)字化、微型化、分散化、個(gè)性化、專用化發(fā)展，工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、集成化、綜合化、智能化方向發(fā)展，隨著信息化帶動(dòng)工業(yè)化，工業(yè)化促進(jìn)信息化的進(jìn)展，企業(yè)信息化、社區(qū)信息化、家庭信息化的發(fā)展，工業(yè)控制機(jī)的市場不斷擴(kuò)大，前景寬廣。