关于工业自动化仪表和过程控制概况Word格式.docx
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广义自动化是指实现经营管理、计划调度、成本核算、生产监控、故障诊断、自动控制等更大范围内的自动化，又称之为“综合自动化”或称3层结构的“流程工业CIMS”。
自动化系统结构
目前，工业自动化系统通常分为5级：
企业管理级、生产管理级、过程控制级、设备控制级和检测驱动级。
前两级管理级涉及的高新技术主要是计算机技术、软件技术、网络技术和信息技术；
过程控制级涉及的高新技术主要是智能控制技术和工程方法；
设备控制级和检测驱动级涉及的高新技术主要是三电一体化技术、现场总线技术和新器件交流数字调速技术。
也可将上述5级分层归纳为：
企业管理决策系统层（ERP）、
生产执行系统层（MES）、
过程控制系统层（PCS）三层结构和计算机支撑系统（企业网络、数据库），并实现系统集成，从而实现企业的物流、资金流、信息流的集成，提高企业竞争力。
企业管理决策系统层（ERP）、生产执行系统层（MES）必须建立在设备自动化和过程自动化基础上。
1、企业管理决策系统层（ERP）
90年代以来，MPRII（制造资源计划）经过进一步地发展完善，形成了目前的企业资源计划ERP系统。
ERP除了包括和加强了MRPII各种功能外，更加面向全球市场，所管理的企业资源更多，支持混合式生产方式（分散生产与流程生产），管理覆盖面更宽，进入了企业供应链管理。
从企业全局角度进行经营与生产计划，是制造业企业的综合的集成经营系统，也是集成化的企业管理软件系统。
ERP面向市场，能够对市场快速响应，强调了供应商、制造商、与分销商间的新的伙伴关系。
ERP强调企业流程与工作流，通过工作实现对企业的人员、财务、制造与分销间的集成，支持企业过程重组，支持后勤管理，使得企业的资金流、物流、信息流更加有机地结合，支持多种方式，即分散制造业与流程生产过程。
此外，ERP系统还包括了金融投资管理、质量管理、运输管理、项目管理、法规与标准、过程控制（待链接）等，目的是通过ERP提高企业的经济效益。
由于internet技术迅猛发展，改变了传统的管理和信息传递的单向制，又实现了实时与互动性。
在网络经济中，管理需要考虑的问题更多。
例如：
如何管理和优化企业的外部资源，在全球经济环境中，建立业务网络，拓展企业新的业务增长点，如何在各个业务环节中，密切同客户的关系，在越来越复杂的供求关系中准确、及进地为了现有和潜在的客户提供“个性化”的产品和服务等。
市场和客户需求决定了企业生产。
企业必须更注意市场营销和客户服务、客户关系，其重点发生转移。
销售、服务、经营等客户关系管理（CRM）成为的重点。
企业战略管理（SEM）产品，客户关系管理（CRM）、供应链管理（SCM）都已是ERP的内容。
支持电子商务，将是ERP软件进一步发展的必由之路。
2、过程控制层（PCS）
按费希尔·
罗斯蒙特控管一体化的策略，过程管理能力的过程控制概念，即工厂网络。
更明白地说，过程管理=过程控制+设备管理是开放式结构，是基于FF现场总线的工厂网络，“Web”概念就连接了设备系统和软件的网络。
凡是FF现场总线产品的供应商的设备、系统和软件均可纳入过程控制概念结构里。
这样，给最终用户带来了设备兼容的好处。
工厂管控网结构的各个组成部分有机地联系在一起，提供了三个方面的主要功能，即过程控制，设备管理和业务管理和执行。
（1）过程控制
过程控制系统不仅能有效和可靠地完成各种控制任务，覆盖常规DCS/PLC的所有功能以外，它还能实现“任意地点的控制”，即用户能够把控制功能下装到现场设备或系统中执行。
任意地点的控制是工厂网络结构与FF现场总线技术相结合的产物。
对于一些基本的控制回路来说，把控制功能下装到现场变送器或阀门中执行，既能加快回路信号响应，改善调节品质，又能减轻控制系统负担，使其完成较复杂的优化控制等任务，同时，增加了系统的分散度，提高了系统可靠性。
（2）设备管理
工厂网络另一项重要功能是AMS设备管理能力。
AMS的主要功能是对过程中，运行的现场设备进行在线的监测和诊断。
它不仅包括变送器、阀门、分析仪器和其它现场仪表，还包括一些旋转设备，如泵和电机。
经过管理软件的处理，HART或FF现场总线设备中的大量信息，如标定日期和步骤，组成材质、状态诊断等，能够被用来对设备进行组态和标定；
自动存档；
及时诊断和预测潜在的故障。
所有这些任务都不需到环境恶劣或危险的现场，只需在控制室，维护车间或网络的任意节点上即可轻松完成。
（3）集成的模块软件
在工厂网络结构中，集成的模块软件把过程和设备自身的大量信息转化为有用的知识和判断－－对运行和维护人员来说，不必陷入到繁杂的数据之中，而是得到直观、高效的分析，提示和判断。
这一点在AMS设备管理软件中体现得优为明显，从而极大地提高工作效率。
软件的模块化结构同时意味着用户可以根据需要灵活、方便地应用软件。
而且这些软件都是基于Windows的，具有相同设备的外观和感受，减少了很多使用和掌握所需的时间和费用。
（4）业务管理和执行
对一个企业而言，仅仅具备过程控制和设备管理仍然是不够的，还必须对企业的各个环节，从定单处到生产计划及财务审查进行全方位的管理。
这些都是业务管理的内容。
在过程管理和业务管理的信息集成方面，通过遍及企业内部的工业标准数字通讯网络及OPC服务器，其网络结构涵盖了从设备层到工厂和业务系统的各个层次，包括过程的优化、维护管理、资源分配和其它企业管理任务。
工厂网络运行着智能化、模块化软件，用户通过它可定义过程、设备和商业上的信息，包括了过程的测量，设备的运行和管理，即在系统运行状态下，对全厂的智能现场仪表和设备进行组态、监测、运行诊断和维护记录，从而能更平衡地操作，减少了停工维修的时间，也减少了施工、安装、维护和设备保养的支出。
（5）智能化现场设备
包括智能压力、温度、流量等及多参数变送器、智能分析仪，以及具有预测性维护和诊断能力的阀门等。
工业控制系统是计算机技术与自动控制技术结合的产物，不仅是计算机的重要门类，而且是实现工业生产自动化，优质、高产、低耗，提高工业企业经济效益的重要技术手段。
发展工控机对实现工业现代化、促进产业信息化和振兴经济有重要意义，调查工控机的市场对发展工控机和改造传统产业以及促进两个根本转变都有很大意义。
四、工业自动化系统组成
工业控制系统指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制的自动化技术工具（包括自动测量仪表、控制装置）的总称。
工业自动化系统以构成的软、硬件可分类为：
自动化设备、仪器仪表与测量设备、自动化软件、传动设备、计算机硬件、通信网络等。
（1）自动化设备：
包括可编程序控制器（PLC）、传感器、编码器、人机界面、开关、断路器、按钮、接触器、继电器等工业电器及设备；
（2）仪器仪表与测量设备：
包括压力仪器仪表、温度仪器仪表、流量仪器仪表、物位仪器仪表、阀门等设备；
（3）自动化软件：
包括计算机辅助设计与制造系统（CAD/CAM）、工业控制软件、网络应用软件、数据库软件、数据分析软件等；
（4）传动设备：
包括调速器、伺服系统、运动控制、电源系统、马达等；
（5）计算机硬件：
包括嵌入式计算机、工业计算机、工业控制计算机等；
（6）通信网络：
网络交换机、视频监视设备、通信连接器、网桥等。
五、工业自动化系统产品种类
工业自动化系统产品一般可分成下列几类：
（1）可编程序控制器（PLC）：
按功能及规模可分为大型PLC（输入输出点数＞1024），中型PLC（输入输出点数256～1024）及小型PLC（输入输出点数＜256点＝。
（2）分布式控制系统（DCS）：
又称集散控制系统，按功能及规模亦可分为多级分层分布式控制系统、中小型分布式控制系统、两级分布式控制系统。
（3）工业PC机：
能适合工业恶劣环境的PC机，配有各种过程输入输出接口板组成工控机。
近年又出现了PCI总线工控机。
（4）嵌入式计算机，包括PID调节器及控制器
（5）机电设备数控系统
（6）现场总线控制系统（FCS）
六、工业自动化发展综述
1983年工业控制计算机被列入国家计算机系列型谱及发展规划。
1989年机电部受国务院电子振兴领导小组办公室委托，完成对全国工业控制计算机机型优选，共选出包括工业控制微机系统、但（多）回路调节器、可编程控制器和工业控制功能模块四个种类21个优选机型。
1990年国家计委、机电部、化工部、建材局联合组织完成了首次全国工业炉窑控制系统的优选。
共选出工业锅炉、水泥机立窑和小氮肥三种炉窑21套获奖的控制系统。
目前我国工业控制计算机（包括工业控制计算机系统、分散型工业控制计算机系统、工业控制功能模块系列、自动测试系统和数控、程控五大系列）技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工控机行业已经形成。
我国工业自动化系统的发展道路，大多是在引进成套设备的同时，也相继引进了各种工控机系统，并开始自己设计控制系统和装置，然后进行消化吸收，进行二次开发和应用。
也有一些厂家引进国外技术，与外商合作合资组装生产国外产品，并逐步实现国产化。
一、我国工业自动化市场特点
工控及自动化产业涉及电力、电子、计算机、人工智能、通讯、机电等诸多领域，属综合学科产业。
具备如下特点：
1、产品技术含量高，专业性强，
2、厂商众多：
全球厂商达20万家。
仅变频器的生产商就达2000余家。
3、竞争激烈，国内工业控制系统产品供应商直接面临美、日、欧各国公司的竞争，无论IPC、DCS还是PLC，外国公司占统治地位的状况将长期存在。
4、产品繁多：
至今无法形成统一确切的分类标准。
业内第一门户网站；
中国自动化学会的唯一门户网站及合作网站中国工控网目前分类达16个大项，200余个小项，但仍属提纲挈领。
5、应用广泛：
遍及冶金、石油、化工、纺织、造纸、机械、机床、汽车、航空航天、楼宇、环境工程等所有工业及民用领域。
6、市场巨大：
2000年我国工控机市场规模为170～207亿元人民币，如将传动产品、流体控制产品、传感器、仪器仪表、自动化软件产品及楼宇、环保等市场需求的迅速崛起等统计在内，市场规模将远远超过这一数字，保守的估计应为1000亿元。
从目前中国的工控及自动化市场发展来看，中国拥有世界最大的市场，而中国的工控业发展又相对滞后。
传统工业技术改造、工厂自动化、企业信息化需要大量的工业自动化系统，潜在市场巨大。
7、自动化企业规模太小，有信誉的品牌产品还未形成；
8、自动化企业多数急功近利，没有投入，人员不稳，不能形成积累；
9、多数自动化企业没有明显的核心技术能力，缺乏后劲，国产系统就总体水平与国际著名品牌系统相比还有差距，特别是在应用平台和开放性方面等；
10、国内自动化系统企业综合业务能力差，系统产品系列不全等。
二、工业自动化系统市场主体
三、工业自动化系统市场主体简介
1、自动化硬件、软件制造商
我国工业自动化与仪器仪表产业的发展，虽然取得了一定的进步，然而与国际先进水平和产业规模相比，还有很大差距。
目前基本产品几乎全部由国外的著名品牌产品垄断。
由于在产品开发等环节上还没有得到很好的解决，工业自动化系统市场在近若干年仍将由外国产品占主要地位。
据了解，世界工业500强中的工业自动化跨国公司都已进入国内市场，在提供产品、技术、服务给国内用户的过程中，占据了很大的市场份额。
1-1、跨国公司在国内发展简况
（1）施耐德电气（中国）投资有限公司自1979年在中国建立第一条超高压输电线（500kV），1987年在天津成立第一家合资企业（天津梅兰日兰），至今已成为拥有3个办事处、26个地区办事处、11个合资企业、3800名员工的大型公司；
（2）ABB是电力和自动化技术领域的全球领袖，其中国公司投资额9950万美元，目前，ABB中国在北京拥有一个独资控股公司、拥有10家分公司、12个销售代表处，25家合资/独资企业、5200多名员工。
（3）截止至2002年9月底，西门子在华长期投资总额超过6.1亿欧元。
西门子在全国各地设有40多家公司和26个地区办事处，为2万1千多人提供就业机会。
2002财年，西门子在华公司中财务合并的公司的销售总额为36亿欧元。
（4）罗克韦尔自动化自1987年在中国成立合资公司以来，其麾下的控制系统部（ControlSystems）和动力系统部（PowerSystems）两大业务部门在中国的年销售额以每年30%的速度增长。
罗克韦尔自动化在国内建立了10个销售办事处、5个培训中心、1个研发中心、1个软件中心和2个生产基地。
（5）横河电机株式会社于2002年成立独资的地区性总部----横河中国，注册资本40亿日元，经营计划在2005年实现销售额250亿日元，员工1000人，2010年实现销售额1200亿日元，市场占有率30%。
（6）迄今为止，GE的所有8个工业产品集团已在中国开展业务。
GE在中国拥有9000多名员工，建立了36个包括合资和独自企业的经营实体，总投资15多亿美元。
，2003年2月14日，通用电气（GE）动力系统集团今天宣布收购中国一家领先的水力发电设备制造商－克瓦纳杭州电气设备有限公司（克瓦纳杭发）的大部分股权。
（7）早在1935年，Honeywell在上海设立了第一个经销商，开展中国业务，至今已成为拥有五个注册公司的独资企业，雇员一千多名。
1996年，Honeywell的中国楼宇自控部、天津工业自控部及天津楼宇自控制造工厂取得ISO9000国际品质管理认证，在中国地区（含香港、台湾、澳门和蒙古）总销售额超过一亿六千万美元；
1997年在中国又设立了十一个新办事处。
（8）西屋电气（中国）投资有限公司成立于1995年，投资额9750万美元。
1-2、国内企业发展简况
目前，国内自动化产品制造商主要集中在DCS系统、工业仪器仪表、工业软件等方面。
经过数十年的发展积累，已有一些专业公司产生并具备一定竞争能力。
（1）PLC
由于计算机网络技术和集成电路的迅速发展，PLC向小型化、微型化和高速化发展。
在应用中，PLC可与上位机联网，也可下挂PLC，组成分布式控制系统。
PLC已广泛应用于冶金、电力、石油、化工、建材、机械、轻工、食品、市政、交通和军工等行业。
据美国FROST&
SULLIVA公司的报告，全球PLC从1993年的39亿美元上升到2000年的76亿美元，由占工控机市场的46%上升到50%。
专家估计，2000年PLC的国内市场销售达到15~20万套，约25~35亿元，其中进口占90%左右。
上述数据表明：
我国PLC市场几乎被国外产品占领，国内PLC产品的市场占有率不足10%。
（以上PLC统计数据包括小型PLC）
据专家估计，国内PLC产品的年增长率为12%，以满足石油、化工、电力、市政等行业技改的需要，到2005年全国PLC需求量将达到25万套左右，约人民币35~45亿元。
目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多个品种。
主要的国外生产厂家包括Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE、富士、日立、光洋等等。
据电子部98年调查结果表明，国内应用Siemens产品的用户占20.8%，Modicon占14%左右，A-B14%左右，OMRON14%占14左右，三菱8.3%，GE6.25%，富士4.2%；
其他（日立、光洋等）4%。
国内PLC产品仍以国外产品为主，并以Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的产品为主。
（2）DCS系统
我国国产DCS的攻关工作起步较早，基础的引进和吸收工作从20世纪70年代中期开始。
80年代初期就开始了技术攻关工作。
在80年代末到90年代初世界著名的DCS厂家基本上在中国都成立了合资公司或分支机构，开始了大规模的市场瓜分工作并在90年代初基本完成。
当时，我国主要行业如电力、石化、建材和冶金等合作的DCS基本全部进口。
DCS主要生产厂家集中在美、日、德等国。
如美国HONEYWELL的TDC3000\MICROTDC3000,TDC3000X等；
FOXBORO的I/AS；
WESTINGHOUSE的WDPF；
WAILEY的NETWORK90、INFI90；
日本横河的CENTUM、CS；
YEWPACK的MARKII；
德国SIEMENS的TELEPERM；
ABB公司的MOD300、SIPAOS200等等。
从90年代初我国开始形成了几家以自主研制为主的DCS专业化公司，如北京的和利时公司和航天测控公司，杭州的浙大中控公司和威盛公司以及上海的新华公司等。
这些公司不仅占据了一定的市场份额，积累了发展的资本和技术，同时使得国外引进的系统价格也大幅度下降，为我国自动化推广事业作出了贡献。
例如，上海新华公司和北京和利时公司的产品在大型火电机组控制系统方面基本取代了进口系统，在推广多套20万千瓦火电机组控制系统的基础上，正在努力进入30万千瓦和60万千瓦火电机组控制系统。
（3）工业PC机
SULLIVA公司的报告，全球工业PC机市场销售额从1997年的10.2亿美元上升到13.7亿美元。
国外的生产厂家主要由台湾研华、美国INTEL、IBM、SIEMENS等等。
国内的主要生产厂家有研祥智能、北京康拓工业电脑公司、北京化院自动化系统公司、北京工控计算机厂、北京宏拓工控、北京长城工控、北工大、北大方正、上海康泰克电子技术公司、华北工控、和利时自动化工程公司、中国航天工业总公司骊山公司等等。
据电子部98年调查表明：
我国工业PC机市场以海外产品如台湾研华、美国INTEL为主，但国内产品也占有一定的市场份额。
（4）现场总线控制系统
现场总线控制技术给控制系统体系结构带来一场革命，将有FCS代替传统的DCS。
国家在“九五”期间为了加快现场总线技术在我国的发展，支持成立了“中国机电一体化技术应用协会现场总线专业委员会”和“中国仪器仪表协会现场总线专业委员会”以推进行业工作，同时在重庆、西安、上海三大生产基地进行技术改造，重点放在智能化仪表和现场总线技术的开发和工程化上，补充和完善工艺设备、开发装置和测试装置、建立智能化仪表和开发自动化系统的生产基地，形成适度规模经济。
集中力量联合攻关解决基础产品和基型产品等50个品种和必要的支撑软件的开发。
重点开发压力、差压变送器系列、温度变送器系列、流量仪表系列、执行器和阀门定位器系列等100个以上的品种。
北京康拓科技开发总公司采用兼有数字－模拟特性的HART协议，研制开发了ITT智能温度变送器。
利用ITT智能温度变送器和其他HATT产品组成HART现场总线网络。
（5）工业仪器仪表
仪器仪表广泛应用于装备、改造传统产业的工艺流程的测量和控制，是现代化大型重点成套装备的重要组成部分。
仪器仪表行业三资企业已具有相当的规模。
2001年1-9月，三资企业的销售收入达119.6亿元，占行业销售收入的36.8%，在行业中已处于举足轻重的地位。
目前国内制造企业主要是改制重组后的原国有企业通过及迅速发展的的民营企业。
在行业内比较有影响力的有：
上海自动化仪表股份有限公司,重庆川仪总厂和名列全国民营企业500强第4位和第5位的温州正泰集团和德力西集团。
（6）RTU
RTU产品主要应用电力行业的电网调度SCADA系统、变电站自动化控制，油田的自动化、输油输气管网监控系统，城市供水、供气管网监控系统。
以电力行业的使用量最大。
主要的国外厂家包括GEHarris的D10/D20/D25/D200；
费希尔-罗斯蒙特（F-RSOEMOUNT）的ROC产品系列包括ROC-300系列通用RTU（199l年推出）有ROC306，ROC312，ROC3；
另外SIEMENS、ABB、MOTOROLA等公司也开发自己的RTU产品，但他们的产品主要为自己公司的SCADA系统提供服务。
国内厂家包括：
电力行业的东方电子、南瑞集团、山东积成等等；
石油行业的北京安控、江苏华盛等公司。
（7）工业软件
自动化软件主要包括人机界面软件（HMI）、基于PC的控制软件、生产执行管理软件和相应的服务。
其主要功能及特征：
工业过程动态可视化；
数据采集和管理；
过程监控报警；
报表功能；
为其他企业级程序提供数据；
简单的回路调节；
批次处理；
SPC过程质量控制；
符合IEC1131-3标准
目前全球知名的自动化软件厂商不足20家，但头6家占据了整个市场75%的份额，如INTELLUTION、ROCKWELL、WONDERWARE等。
国内市场可细分为高端和中低端。
高端市场基本上由国外品牌的软件占有如iFIX、INTOUCH、WINCC、CITECT、CIMPLICITY和RSVIEW，像一些国家级的大项目、大型企业的主生产线控制等，高端市场的特点是装机量小，但单机销售额大，目前国外品牌的软件年装机量没有一家能超过1000套。
国内有近10家自动化软件公司主要占有中低端市场，北京亚控科技发展有限公司的组态王年装机量5000套左右，其他如北京昆仑通态自动化软件科技有限公司MCGS、controX2000、世纪星、天工等。
2、自动化方案设计商
由于工业自动化系统通常需在恶劣的现
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