工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問(wèn)題。雖然自動(dòng)化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程有明顯的提升作用。

　　我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化的發(fā)展道路，大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時(shí)進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。目前我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，我國(guó)工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。

一、以工業(yè)PC為基礎(chǔ)的低成本工業(yè)控制自動(dòng)化將成為主流

　　眾所周知，從20世紀(jì)60年代開始，西方國(guó)家就依靠技術(shù)進(jìn)步（即新設(shè)備、新工藝以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用）開始對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)行改造，使工業(yè)得到飛速發(fā)展。20世紀(jì)末世界上最大的變化就是全球市場(chǎng)的形成。全球市場(chǎng)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)空前激烈，促使企業(yè)必須加快新產(chǎn)品投放市場(chǎng)時(shí)間（TimetoMarket）、改善質(zhì)量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服務(wù)體系（Service），這就是企業(yè)的T.Q.C.S.。雖然計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）結(jié)合信息集成和系統(tǒng)集成，追求更完善的T.Q.C.S.，使企業(yè)實(shí)現(xiàn)“在正確的時(shí)間，將正確的信息以正確的方式傳給正確的人，以便作出正確的決策”，即“五個(gè)正確”。然而這種自動(dòng)化需要投入大量的資金，是一種高投資、高效益同時(shí)是高風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展模式，很難為大多數(shù)中小企業(yè)所采用。在我國(guó)，中小型企業(yè)以及準(zhǔn)大型企業(yè)走的還是低成本工業(yè)控制自動(dòng)化的道路。

　　工業(yè)控制自動(dòng)化主要包含三個(gè)層次，從下往上依次是基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化，其核心是基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化。傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)，基礎(chǔ)自動(dòng)化部分基本被PLC和DCS所壟斷，過(guò)程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化部分主要是由各種進(jìn)口的過(guò)程計(jì)算機(jī)或小型機(jī)組成，其硬件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的價(jià)格之高令眾多企業(yè)望而卻步。

　　20世紀(jì)90年代以來(lái)，由于PC-based的工業(yè)計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱工業(yè)PC）的發(fā)展，以工業(yè)PC、I/O裝置、監(jiān)控裝置、控制網(wǎng)絡(luò)組成的PC-based的自動(dòng)化系統(tǒng)得到了迅速普及，成為實(shí)現(xiàn)低成本工業(yè)自動(dòng)化的重要途徑。我國(guó)重慶鋼鐵公司這樣的大企業(yè)的幾乎全部大型加熱爐，也拆除了原來(lái)DCS或單回路數(shù)字式調(diào)節(jié)器，而改用工業(yè)PC來(lái)組成控制系統(tǒng)，并采用模糊控制算法，獲得了良好效果。

　　由于基于PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠，并且被操作和維護(hù)人員接受，所以，一個(gè)接一個(gè)的制造商至少在部分生產(chǎn)中正在采用PC控制方案?；赑C的控制系統(tǒng)易于安裝和使用，有高級(jí)的診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，PC控制系統(tǒng)維護(hù)成本低。

　　由于可編程控制器（PLC）受PC控制的威脅最大，所以PLC供應(yīng)商對(duì)PC的應(yīng)用感到很不安。事實(shí)上，他們現(xiàn)在也加入到了PC控制“浪潮”中。

　　近年來(lái)，工業(yè)PC在我國(guó)得到了異常迅速的發(fā)展。從世界范圍來(lái)看，工業(yè)PC主要包含兩種類型：IPC工控機(jī)和CompactPCI工控機(jī)以及它們的變形機(jī)，如AT96總線工控機(jī)等。由于基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化對(duì)工業(yè)PC的運(yùn)行穩(wěn)定性、熱插拔和冗余配置要求很高，現(xiàn)有的IPC已經(jīng)不能完全滿足要求，將逐漸退出該領(lǐng)域，取而代之的將是CompactPCI-based工控機(jī)，而IPC將占據(jù)管理自動(dòng)化層。國(guó)家于2001年設(shè)立了“以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的開放式控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化”工業(yè)自動(dòng)化重大專項(xiàng)，目標(biāo)就是發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的PC-based控制系統(tǒng)，在3(5年內(nèi)，占領(lǐng)30%(50%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

　　幾年前，當(dāng)“軟PLC”出現(xiàn)時(shí)，業(yè)界曾認(rèn)為工業(yè)PC將會(huì)取代PLC。然而，時(shí)至今日工業(yè)PC并沒有代替PLC，主要有兩個(gè)原因：一個(gè)是系統(tǒng)集成原因；另一個(gè)是軟件操作系統(tǒng)WindowsNT的原因。一個(gè)成功的PC-based控制系統(tǒng)要具備兩點(diǎn)：一是所有工作要由一個(gè)平臺(tái)上的軟件完成；二是向客戶提供所需要的所有東西?？梢灶A(yù)見，工業(yè)PC與PLC的競(jìng)爭(zhēng)將主要在高端應(yīng)用上，其數(shù)據(jù)復(fù)雜且設(shè)備集成度高。工業(yè)PC不可能與低價(jià)的微型PLC競(jìng)爭(zhēng)，這也是PLC市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的一部分。從發(fā)展趨勢(shì)看，控制系統(tǒng)的將來(lái)很可能存在于工業(yè)PC和PLC之間，這些融合的跡象已經(jīng)出現(xiàn)。

　　和PLC一樣，工業(yè)PC市場(chǎng)在過(guò)去的兩年里保持平穩(wěn)。與PLC相比，工業(yè)PC軟件很便宜。據(jù)Frost&Sullivan公司估計(jì)，全世界每年7億美元工業(yè)PC市場(chǎng)里，大約8500萬(wàn)美元為控制軟件，一億美元為操作系統(tǒng)。到2007年會(huì)翻一番，工業(yè)PC市場(chǎng)變得非?？捎^。

二、PLC在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性方向發(fā)展

　　長(zhǎng)期以來(lái)，PLC始終處于工業(yè)控制自動(dòng)化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供非?？煽康目刂品桨?，與DCS和工業(yè)PC形成了三足鼎立之勢(shì)。同時(shí)，PLC也承受著來(lái)自其它技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來(lái)的沖擊。

　　目前，全世界PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)PLC市場(chǎng)仍以國(guó)外產(chǎn)品為主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家約有三十家，但都沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，可以說(shuō)PLC在我國(guó)尚未形成制造產(chǎn)業(yè)化。在PLC應(yīng)用方面，我國(guó)是很活躍的，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。專家估計(jì)，2000年P(guān)LC的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷量為15(20萬(wàn)套（其中進(jìn)口占90%左右），約25(35億元人民幣，年增長(zhǎng)率約為12%。預(yù)計(jì)到2005年全國(guó)PLC需求量將達(dá)到25萬(wàn)套左右，約35(45億元人民幣。

　　PLC市場(chǎng)也反映了全世界制造業(yè)的狀況，2000后大幅度下滑。但是，按照AutomationResearchCorp的預(yù)測(cè)，盡管全球經(jīng)濟(jì)下滑，PLC市場(chǎng)將會(huì)復(fù)蘇，估計(jì)全球PLC市場(chǎng)在2000年為76億美元，到2005年底將回到76億美元，并繼續(xù)略微增長(zhǎng)。

三、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性是PLC未來(lái)發(fā)展的主要方向

　　在基于PLC自動(dòng)化的早期，PLC體積大而且價(jià)格昂貴。但在最近幾年，微型PLC（小于32I/O）已經(jīng)出現(xiàn)，價(jià)格只有幾百歐元。

　　隨著軟PLC（SoftPLC）控制組態(tài)軟件的進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有軟PLC組態(tài)軟件和PC-based控制的市場(chǎng)份額將逐步得到增長(zhǎng)。當(dāng)前，過(guò)程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢(shì)之一就是Ethernet技術(shù)的擴(kuò)展，PLC也不例外?，F(xiàn)在越來(lái)越多的PLC供應(yīng)商開始提供Ethernet接口。可以相信，PLC將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）問(wèn)世于1975年，生產(chǎn)廠家主要集中在美、日、德等國(guó)。我國(guó)從70年代中后期起，首先由大型進(jìn)口設(shè)備成套中引入國(guó)外的DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進(jìn)口項(xiàng)目。當(dāng)時(shí)，我國(guó)主要行業(yè)（如電力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部進(jìn)口。80年代初期在引進(jìn)、消化和吸收的同時(shí)，開始了研制國(guó)產(chǎn)化DCS的技術(shù)攻關(guān)。

　　近10年，特別是“九五”以來(lái)，我國(guó)DCS系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)發(fā)展很快，崛起了一批優(yōu)秀企業(yè)，如北京和利時(shí)公司、上海新華公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天測(cè)控公司、電科院以及北京康拓集團(tuán)等。這批企業(yè)研制生產(chǎn)的DCS系統(tǒng)，不僅品種數(shù)量大幅度增加，而且產(chǎn)品技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。在2001年全國(guó)應(yīng)用的4426套DCS系統(tǒng)中，國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)為1486套，占35%。短短幾年，國(guó)外DCS系統(tǒng)在我國(guó)一統(tǒng)天下的局面從此不再出現(xiàn)。這些專業(yè)化公司不僅占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額，積累了發(fā)展的資本和技術(shù)，同時(shí)使得國(guó)外引進(jìn)的DCS系統(tǒng)價(jià)格也大幅度下降，為我國(guó)自動(dòng)化推廣事業(yè)做出了貢獻(xiàn)。與此同時(shí)，國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)的出口也在逐年增長(zhǎng)。

　　雖然國(guó)產(chǎn)DCS的發(fā)展取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但國(guó)外DCS產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中占有率還較高，其中主要是Honeywell和橫河公司的產(chǎn)品。我國(guó)DCS的市場(chǎng)年增長(zhǎng)率約為20%，年市場(chǎng)額約為30(35億元。由于近5年內(nèi)DCS在石化行業(yè)大型自控裝置中沒有可替代產(chǎn)品，所以其市場(chǎng)增長(zhǎng)率不會(huì)下降。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2005年，我國(guó)石化行業(yè)有1000多套裝置需要應(yīng)用DCS控制；電力系統(tǒng)每年新裝1000多萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組，需要DCS實(shí)現(xiàn)監(jiān)控；不少企業(yè)已使用DCS近15(20年，需要更新和改造。所以，今后5年內(nèi)DCS作為自動(dòng)化儀表行業(yè)主要產(chǎn)品的地位不會(huì)動(dòng)搖。 

　　根據(jù)中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)公布的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2002年我國(guó)DCS市場(chǎng)狀況如下：小型化、多樣化、PC化和開放性是未來(lái)DCS發(fā)展的主要方向。目前小型DCS所占有的市場(chǎng)，已逐步與PLC、工業(yè)PC、FCS共享。今后小型DCS可能首先與這三種系統(tǒng)融合，而且“軟DCS”技術(shù)將首先在小型DCS中得到發(fā)展。PC-based控制將更加廣泛地應(yīng)用于中小規(guī)模的過(guò)程控制，各DCS廠商也將紛紛推出基于工業(yè)PC的小型DCS系統(tǒng)。開放性的DCS系統(tǒng)將同時(shí)向上和向下雙向延伸，使來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)在整個(gè)企業(yè)內(nèi)部自由流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與控制技術(shù)的無(wú)縫連接，向測(cè)控管一體化方向發(fā)展。

四、控制系統(tǒng)正在向現(xiàn)場(chǎng)總線（FCS）方向發(fā)展

　　由于3C（Computer、Control、Communication）技術(shù)的發(fā)展，過(guò)程控制系統(tǒng)將由DCS發(fā)展到FCS（FieldbusControlSystem）。FCS可以將PID控制徹底分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（FieldDevice）中。

　　基于現(xiàn)場(chǎng)總線的FCS又是全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的新一代生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)，它將取代現(xiàn)場(chǎng)一對(duì)一的4(20mA模擬信號(hào)線，給傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)帶來(lái)革命性的變化。

 　　根據(jù)IEC61158的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線使測(cè)控設(shè)備具備了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，提高了信號(hào)的測(cè)量、傳輸和控制精度