工控機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
世界上工業(yè)控制計(jì)算機(jī)市場(chǎng)估計(jì)為*$$ 78$$億美元，其中/-09 :$億美元，嵌入式系統(tǒng)9 :$ 7;$億美元，1-09 ’$
7*$億美元，6,-9 ;$ 7<$億美元，,.-9 ;$ 7<$億美元，數(shù)控9 $ 7<$億美元。并以每年!$ 7!#+的速度增長(zhǎng)。’" !
/-0
%集散控制系統(tǒng)&雖然現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)1-0發(fā)展很快=并將最終取代傳統(tǒng)的/-0，但1-0發(fā)展有很多工作要做，如統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，儀表智能化等。而傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護(hù)和改革還需要/-0等，因此1-0完全取代傳統(tǒng)的/-0有個(gè)較長(zhǎng)的過程。當(dāng)前工業(yè)控制計(jì)算機(jī)仍以大系統(tǒng)、分散對(duì)象、連續(xù)生產(chǎn)過程
%如：冶金、石化、電力&為主，采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分散型控制系統(tǒng)仍在發(fā)展。由于開放結(jié)構(gòu)和集成技術(shù)的發(fā)展，促使大型分散型控制系統(tǒng)銷售增加。/-0!>>;年銷售為8#億美元。世界上主要/-0供應(yīng)商為：?@ABCDBEE、FGHEBC、IBJKHAL?@MJB、5FF、1@NO@P@、0HBQBAJ、4R3S、橫河、日本山武霍納威爾等。在工控機(jī)中/-0是受計(jì)算機(jī)技術(shù)影響最大、反應(yīng)最快的一種。/-0主要發(fā)展趨勢(shì)為：%!
& /-0向綜合方向發(fā)展，由于標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)通信鏈路和通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，將各種單 %多&
回路調(diào)節(jié)器、,.-、工業(yè),-、T-等工控設(shè)備構(gòu)成大系統(tǒng)，以滿足工廠自動(dòng)要求，并適應(yīng)開放化的大趨勢(shì)。%’ &
/-0向智能化方向發(fā)展，由于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、推理機(jī)能等的發(fā)展，尤其是知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)%UF0 &和專家系統(tǒng) %40
&的應(yīng)用，如自學(xué)習(xí)控制、遠(yuǎn)距離診斷、自尋優(yōu)等，人工智能會(huì)在/-0各級(jí)實(shí)現(xiàn)。和11現(xiàn)場(chǎng)總線類似，以微處理器為基礎(chǔ)的智能設(shè)備，如智能6 ) S、
智能,6/控制、智能傳感器、變送器、執(zhí)行器、智能人機(jī)接口、可編程調(diào)節(jié)器相繼出現(xiàn)。%* &
/-0工業(yè),-化，由6,-組成/-0成為一大趨勢(shì)，,-作為/-0的操作站或節(jié)點(diǎn)機(jī)已經(jīng)很普遍，,- 7,.-、,- 70V/、,- 7T-等就是,-
7/-0的先驅(qū)。%8 &
/-0專業(yè)化，/-0為更適合各相應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用，就要進(jìn)一步了解這個(gè)專業(yè)的工藝和應(yīng)用要求，以逐步形成如核電/-0、變電站/-0、玻璃/-0、水泥/-0等。’"
’數(shù)控裝置<$年代以來，為適應(yīng)12-、120、-52、-620的發(fā)展需要，數(shù)控裝置采用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路，提高柔性，功能和效率。%! &
,-化：由于大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的高速發(fā)展，,-硬件結(jié)構(gòu)做得很小，-,R的運(yùn)行速度越來越高，存儲(chǔ)容量很大。,-機(jī)大批量生產(chǎn)，成本大大降低，可靠性不斷提高。,-機(jī)的開放性，IHAW@DJ的應(yīng)用，更多的技術(shù)人員的應(yīng)用和軟件開發(fā)，使,-機(jī)的軟件極為豐富。,-機(jī)功能已經(jīng)很強(qiáng)，-5/
) -52的軟件已大量由小型機(jī)，工作站向,-機(jī)移植，三維圖形顯示及工藝數(shù)據(jù)已經(jīng)在,-機(jī)上建立。因此，,-機(jī)已成為開發(fā)-T-系統(tǒng)的重要的資源與途徑。%’
&交流伺服化：交流伺服系統(tǒng)恒功率范圍已做到!：8，速度范圍可達(dá)成!：!$$$，基本與直流伺服相當(dāng)。交流伺服體積小，價(jià)格低，可靠性高，應(yīng)用越來越廣泛。%*
&高功能的數(shù)控系統(tǒng)向綜合自動(dòng)化方向發(fā)展：為適應(yīng)120、-620、無人化工廠的要求，發(fā)展與機(jī)器人、自動(dòng)化小車、自動(dòng)診斷跟蹤監(jiān)視系統(tǒng)等的聯(lián)合;發(fā)展控制與管理集成系統(tǒng)，已成為國(guó)際上數(shù)控系統(tǒng)的方向。!"
#方便使用：改善人機(jī)接口，簡(jiǎn)化編程、操作面板使用符號(hào)鍵，盡量采用對(duì)話方式等，以方便用戶使用。!$
#柔性化和系統(tǒng)化：目前數(shù)控系統(tǒng)均采用模塊結(jié)構(gòu)，其功能覆蓋面大，從三軸兩聯(lián)動(dòng)的機(jī)床到多達(dá)到%"軸以上的柔性加工單元。自&’年代以來，以數(shù)控機(jī)床為主的各類柔性生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。按其規(guī)格、自動(dòng)化程度和控制方式的不同，可分為柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)，柔性流水線、獨(dú)立制造島、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和智能制造系統(tǒng)等。!(
#小型化：由于半導(dǎo)體電路高度集成化、封裝三維化、電路板插三維化，使)*裝置進(jìn)一步小型化，在)*
裝置的操作單元用+,+!薄膜晶體管# 彩色液晶顯示器、觸摸屏取代*-+，厚度僅為*-+的. / "。!0
#高速化：為實(shí)現(xiàn)高速加工，主軸必須高速化，1*主軸馬達(dá)最高速為.&’’’’轉(zhuǎn)/分。最高進(jìn)給速度.%’米/分以上。!&
#高效化：實(shí)現(xiàn)高效加工，縮短非切削時(shí)間和加工周期的關(guān)鍵是提高23*!可編程機(jī)床控制器#的處理器，隨著處理內(nèi)容復(fù)雜化，23*的編程語言成了問題，雖然*語言和214*15已經(jīng)實(shí)用化，但為置換梯形圖語言，還需要使用順控流程圖!4,*#那樣的視圖用語言。!6
#高精度：提高加工精度，高分辨率旋轉(zhuǎn)編碼器必不可少。為在超精密加工領(lǐng)域能實(shí)現(xiàn)’7 ’’.微米的精度，必須開發(fā)超高分辨率的編碼器，’7
’’’.微米最小設(shè)定單位的)*裝置。為在加工中即使負(fù)荷變動(dòng)，伺服系統(tǒng)的特性也保持不變，還需采用控制和魯棒!-89:;<
#控制。在伺服系統(tǒng)的控制中，用高速微處理器，采用基于現(xiàn)代控制論前饋控制、二自由度控制、學(xué)習(xí)控制等。其數(shù)字控制系統(tǒng)的跟蹤誤差不超過%微米。!.’
#機(jī)械智能化：在)*領(lǐng)域內(nèi)是一種新技術(shù)。所謂機(jī)械智能化功能，是指機(jī)械自身可補(bǔ)償因溫度、機(jī)械負(fù)荷等引起的機(jī)械變形的功能。這就需要檢測(cè)主軸負(fù)荷、主軸及機(jī)座變形的傳感器和處理傳感器輸出信號(hào)的電路。這種傳感器自身具有信號(hào)處理功能，所以叫智能傳感器。人工智能將實(shí)用于處理信號(hào)的23*中。
診斷維修智能化：故障的診斷與維修是)*的重要技術(shù)。基于1=專家系統(tǒng)的故障診斷已存在，現(xiàn)在主要是建立用于診斷故障的數(shù)據(jù)庫(kù)。把)*裝置通過=>A<和=>A<與中央計(jì)算機(jī)相連接，使其具有遠(yuǎn)距離診斷的功能。進(jìn)一步的發(fā)展是預(yù)維修系統(tǒng)，即在故障將要發(fā)生前把將要發(fā)生故障的部件更換下來的系統(tǒng)，它需要通過智能傳感器、高速23*及大型數(shù)據(jù)庫(kù)來實(shí)現(xiàn)。%7
B
25*!可編程序控制器#目前，全世界約有25*生產(chǎn)廠家約%’’家，生產(chǎn)B’’多個(gè)品種。全球25*發(fā)運(yùn)件數(shù).6&&年為."$(萬件，.666年為.(%’萬件，%’’’年達(dá)到.00&萬件。在.66$年發(fā)運(yùn)的25*中，按最終用戶分：汽車占%BC;糧食加工占.(7
"C;化學(xué)/制藥占."7 (C;金屬/礦山占..7 $C;紙漿/造紙占..7 BC;其它占%B7
(C。由于*=34、工程自動(dòng)化和過程控制等大系統(tǒng)和復(fù)雜的應(yīng)用要求，25*主要發(fā)展趨勢(shì)為：!.
#高功能、高速度、大容量的發(fā)展方向，形成與D*4相抗?fàn)幍拇笙到y(tǒng)。!%
#網(wǎng)絡(luò)化和通信強(qiáng)化通信能力是25*重要發(fā)展方向。網(wǎng)絡(luò)以態(tài)化已經(jīng)很成功，并注意到現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展。!B #編程語言多樣化. #
4,*因有不少優(yōu)點(diǎn)而成為編程語言的一個(gè)重要發(fā)展方向;% #大型25*正越來越多地使用*、E14=*等高級(jí)語言編程;B #采用多種語言聯(lián)合編程。!" #
25*和其他工控機(jī)聯(lián)合，25*和其他控制系統(tǒng)之間界限越來越模糊，在應(yīng)用方面也出現(xiàn)了類似的情況。最流行的向2*技術(shù)融合，25*日益加速滲入到D*4中，25*走進(jìn)*)*的領(lǐng)地。25*自身控制也分散化。相對(duì)2*為基礎(chǔ)的控制器，優(yōu)勢(shì)在小型25*上。
國(guó) 外 著 名25*生 產(chǎn) 廠 家 有 ：1 F E公 司 、4GAHA>;、IJ F
,1)K*、38LGM@>電子公司、法國(guó)+J公司、三菱電子公司、N3-N)電子公司等。%7 "
=2*!工業(yè)2*#因2*機(jī)硬、軟件資源豐富、產(chǎn)量大、價(jià)格低、質(zhì)量高，為廣大技術(shù)人員所熟悉和認(rèn)可。目前，2*機(jī)占通用計(jì)算機(jī)6$C以上。這是工業(yè)2*熱的基礎(chǔ)。搞工控的專家和技術(shù)人員自然想賦予2*總線更高的使命，擬讓它在過程控制、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等面扮演重要角色。作為與!"#、$%"成鼎足之熱的&$"市場(chǎng)在擴(kuò)大，尤其是在我國(guó)。&$"機(jī)箱中插入各種高性能的"$’卡、()*、(+*
, -./01電子盤、各類外設(shè)卡及工業(yè)& , +卡，便構(gòu)成了一個(gè)工業(yè)過程控制&$"硬件系統(tǒng)。23
4結(jié)構(gòu)上，采用平板式顯示器與觸摸屏：除適合卡板豎插的356機(jī)箱結(jié)構(gòu)，還普遍推出前后插的機(jī)箱結(jié)構(gòu);適用于中小系統(tǒng)的一體化結(jié)構(gòu) 2整個(gè)系統(tǒng)都在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)4。27
4應(yīng)用上，和通用$"機(jī)一樣，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，除傳統(tǒng)的過程控制、制造自動(dòng)化外，還向樓宇自動(dòng)化、公路收費(fèi)等控制、管理方面擴(kuò)展應(yīng)用。28
4嵌入式$"嵌入式計(jì)算機(jī)：“嵌入”29:;<=<=
4到設(shè)備內(nèi)部，提供用戶接口，管理數(shù)據(jù)輸入、輸出、指導(dǎo)設(shè)備工作的計(jì)算機(jī)。目前國(guó)內(nèi)在嵌入式設(shè)計(jì)中使用最多的還是>?8>@和>?A>@，這種"$’性能價(jià)格比高，有&BC<.、&D*、"EFGH、)*!和I&等著名"$’制造商支持，以及豐富的軟件2包括操作系統(tǒng)、開發(fā)工具和應(yīng)用軟件4支撐。嵌入式$"能在惡劣環(huán)境下
2如高溫、潮濕和震動(dòng)等4 長(zhǎng)期可靠工作。嵌入式$"平均無故障時(shí)間2*DI- 4為3????? J3K????小時(shí)，而臺(tái)式機(jī)僅為3????
J3K???小時(shí)。硬件、軟件和工業(yè)$"差不多。
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