即是工业控制,或者是工厂自动化控制。主要是指使用计算机技术,微电子技术,电气手段,使工厂的生产和制造过程更加自动化、效率化、精确化,并具有可控性及可视性。
工控技术的出现和推广带来了第三次工业革命,使工厂的生产速度和效率提高了300%以上。20世纪80年代初,随着改革开放的春风,国外先进的工控技术进入中国大陆,比较广泛使用的工业控制产品有“PLC,变频器,伺服电机,工控机”等。这些产品和技术大力推动了中国的制造业自动化进程,为中国现代化的建设作出了巨大的贡献。
工控主要核心领域是在大型电站,航空航天,水坝建造,工业温控加热,陶瓷领域等且在这些领域有着不可替代的优势。
例如:电站电网的实时监控需要采集大量的数据值,并进行综合处理,工控技术的介入方便了大量信息的处理。
工控出现完善了制造业和建造业的安全和精准,解决原本需要的温度、压力、气体流量、液体流量等工业需要。将原本需要半自动化与手动化工作演变为自动化进行,包括常见的空气开关、压力变送器、流量表等。
工控工作原理:比如空气开关的功率控制,当使用电器其功率过大,内部机械原理开始运行导致开关自动断开,以此保障工业或建筑安全用电和准确寻找短路源。
工控,即工业自动化控制,在现代工业生产中发挥着至关重要的作用。具体来说,工控的作用可以归纳为以下几个方面:
自动化控制:工控系统通过预设的程序和算法,实现对生产设备的精确控制,使生产过程高度自动化。这不仅减少了人工干预,还提高了生产效率和产品质量。例如,在汽车制造、电子制造等行业中,工控机作为生产线的大脑,精确监控和控制各个工序的运行,确保生产线的流畅和高效。
实时数据采集与监控:工控系统能够连接各种传感器和检测设备,实时采集生产现场的温度、压力、流量、速度等参数数据,并通过监控软件以图形化界面展示生产状况,使操作人员能够直观了解生产情况并及时作出调整。
数据处理与分析:工控系统具备强大的数据处理能力,可以对采集到的大量数据进行实时分析、处理和存储。通过数据挖掘和算法分析,可以发现数据背后的规律和趋势,为生产优化和决策提供支持。例如,企业可以利用工控系统分析生产数据,发现生产过程中的瓶颈问题,从而采取针对性措施加以解决。
生产报表与统计:工控系统能够生成各种生产报表和统计数据,帮助企业全面了解生产情况,优化生产计划和资源配置。
安全防护功能:工控系统具备强大的安全防护功能,能够抵御来自外部的网络攻击和恶意软件的侵扰。通过采用加密技术、防火墙技术、入侵检测技术等手段,确保生产数据的机密性、完整性和可用性。同时,工控系统还支持权限管理和访问控制功能,防止未经授权的访问和操作。
远程监控与故障诊断:工控系统支持远程操作和控制功能,操作人员可以在远程终端上监控和控制生产现场的设备,实现远程维护和故障诊断。这大大提高了故障处理的效率和准确性,降低了生产中断的风险。
促进智能制造:随着工业4.0时代的到来,智能制造成为工业发展的新趋势。工控系统作为智能制造的核心设备之一,通过集成AI算法和机器学习技术,实现了对生产过程的智能化控制和管理。例如,利用图像识别技术对产品进行质量检测;利用预测性维护算法预测设备故障并提前进行维护等。这些智能化应用不仅提高了生产线的自动化水平,还降低了人工干预的成本和风险。
跨行业应用:工控系统的应用范围极为广泛,几乎涵盖了现代工业的所有领域。从基础的自动化控制到复杂的数据处理与通讯,工控系统以其强大的计算能力和稳定的性能在工业自动化、制造业、能源、交通运输、医疗设备、安防、军工以及航空航天等领域发挥着不可替代的作用。
综上所述,工控在现代工业生产中发挥着至关重要的作用。它不仅是连接生产现场与上层管理系统的桥梁,更是实现智能制造、提高生产效率、保障生产安全的关键要素。随着技术的不断发展和创新,工控系统的应用前景将更加广阔。
工业控制一向是制约中国装备行业乃至产品升级的瓶颈。装备制造业是工业的核心和基础,决定了国家工业和科技的水平,以及其在全球分工所占据的地位。
对于机床一类的工业母机,作为国内的制造商,需要西门子或者三菱提供整体的运动控制解决方案,核心的运动控制产品如直线电机、交流伺服电机和系统等进行精确运动控制的核心部件或是应用解决方案就是由国外的跨国公司整体提供,从产品到技术都是由外企来设计。国内从事机床制造的厂商,更多的是从应用角度来理解这些关键部件的功能,怎么使用,最终把它们整合成一套机械设备。这就是在制造业方面的差距和追赶的方向。
工控,即工业自动化控制,是工业自动化技术的重要组成部分。它利用电子电气、机械、软件等技术手段,实现工厂的生产和制造过程的自动化、效率化、精确化,并具有可控性和可视性。工控技术的发展对工业生产产生了深远的影响,以下是对工控发展的简要概述:
硬件革新时期(1935年以前):这一时期,继电器开始广泛应用,但远距离通信还未普及。工控系统面临的主要问题是如何保证其可靠性和物理安全性。
理论革新时期(1935-1950):此时期奠定了工业控制理论及相关标准基础,工业控制系统由分散电路控制过渡到集中电路控制。
数字化时期(1950-1980):工业控制系统正式与通信系统及电子计算机结合,开启了数字化的新篇章。例如,全球第一个数字化工业控制系统建设完成,使用单一计算机控制整个系统。
工控技术的应用领域非常广泛,包括但不限于大型电站、航空航天、水坝建造、工业温控加热、陶瓷领域等。在这些领域中,工控技术发挥着不可替代的作用,提高了生产效率和产品质量。
工控系统及装备市场的规模在过去几年内持续增长。据市场研究公司统计,该市场在近五年内每年的复合增长率超过10%。预计到2025年,全球工控系统及装备市场规模将达到一个新的高度。这一增长主要得益于自动化需求的增加、工业产业升级换代以及人工智能技术在工控领域的应用扩大。
智能化:随着人工智能、大数据等技术的快速发展,工控系统及装备市场将呈现智能化趋势。智能制造、智能工厂等概念逐渐成为现实,提高了工业生产的效率和灵活性。
定制化和专用化:工控机行业正朝着多元化方向发展,满足各个领域对工控机产品的个性化和专用化的需求。越来越多的工控机生产厂家为客户提供定制化、个性化的服务和产品。
嵌入式工控机受欢迎:由于嵌入式工控机的性能可靠、稳定性好等特点,在行业应用日趋广泛,尤其是对功能、适配度、稳定性和体积、功耗等都有严格要求的工业系统应用领域。
服务模式及销售策略的转变:客户更倾向于以工控机为核心的整体解决方案。工控机行业传统服务内容正在从只注重硬件转向软硬兼顾,传统服务模式也开始由单一产品扩大到整体系统的解决方案。
综上所述,工控技术在工业自动化领域发挥着越来越重要的作用。随着技术的不断进步和应用领域的拓展,工控技术将继续推动工业生产的自动化、智能化和高效化进程。
工业控制计算机,是一种采用总线结构,对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。它具有重要的计算机属性和特征,如:具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口、并有实时的操作系统、控制网络和协议、计算能力,友好的人机界面等.工控机的主要类别有:IPC(PC总线工业电脑)、PLC(可编程控制系统)、DCS(分散型控制系统)、FCS(现场总线系统)及CNC(数控系统)五种。
IPC的全钢机箱是按标准设计的,抗冲击、抗振动、抗电磁干扰,内部可安装同PC-bus兼容的无源底板。
无源底板的插槽由总线扩展槽组成。总线扩展槽可依据用户的实际应用选用扩展ISA总线、PCI总线和PCI-E总线、PCIMG总线的多个插槽组成,扩展插槽的数量和位置根据需要有一定选择,但依据不同PCIMG总线规范版本各种总线在组合搭配上有要求,如PCIMG1.3版本总线不提供ISA总线支持,该板为四层结构,中间两层分别为地层和电源层,这种结构方式可以减弱板上逻辑信号的相互干扰和降低电源阻抗。底板可插接各种板卡,包括CPU卡、显示卡、控制卡、I/O卡等。
早期在以Intel 奔腾处理器为主的之前的工控机主要使用为AT开关电源,与PC机一样主要采用的是ATX电源,平均无故障运行时间达到 250 000 小时。
IPC的CPU卡有多种,根据尺寸可分为长卡和半长卡,多采用的是桌面式系统处理器,如早期的有386\486\586\PIII,现主流为P4、酷睿双核等处理器,主板用户可视自己的需要任意选配。其主要特点是:工作温度0-60℃;带有硬件“看门狗”计时器; 也要部份要求低功耗的CPU卡采用的嵌入式系列的CPU。
IPC的其他配件基本上都与PC机兼容,主要有CPU、内存、显卡、硬盘、软驱、键盘、鼠标、光驱、显示器等。工控机箱标准长度为19英寸,高度为4U。
IPC已被广泛应用于工业及人们生活的方方面面。 例如:控制现场、路桥控制收费系统、医疗仪器、环境保护监测、通讯保障、智能交通管控系统、楼宇监控安防、语音呼叫中心、排队机、POS柜台收银机、数控机床、加油机、金融信息处理、石化数据采集处理、物探、野外便携作业、环保、军工、电力、铁路、高速公路、航天、地铁、智能楼宇、户外广告等等。
工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机,而工业现场一般具有强烈的震动,灰尘特别多,另有很高的电磁场力干扰等特点,且一般工厂均是连续作业即一年中一般没有休息。因此,工控机与普通计算机相比必须具有以下特点:
(1) 机箱采用钢结构,有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。
(2)机箱内有专用底板,底板上有PCI和ISA插槽。
(3) 机箱内有专门电源,电源有较强的抗干扰能力。
(4) 要求具有连续长时间工作能力。
(5) 一般采用便于安装的标准机箱(4U标准机箱较为常见) 注:除了以上的特点外,其余基本相同。另外,由于以上的专业特点,同层次的工控机在价格上要比普通计算机偏贵,但一般不会相差太多。
工控机的劣势 尽管工控机与普通的商用计算机机相比,具有得天独厚的优势,但其劣势也是非常明显的--数据处理能力差,具体如下:
(1)配置硬盘容量小;
(2)数据安全性低;
(3)存储选择性小。
(4)价格较高。
众所周知,从20世纪60年代开始,西方国家就依靠技术进步(即新设备、新工艺以及计算机应用)开始对传统工业进行改造,使工业得到飞速发展。20世纪末世界上最大的变化就是全球市场的形成。全球市场导致竞争空前激烈,促使企业必须加快新产品投放市场时间(TimetoMarket)、改善质量(Quality)、降低成本(Cost)以及完善服务体系(Service),这就是企业的T.Q.C.S.。
虽然计算机集成制造系统(CIMS)结合信息集成和系统集成,追求更完善的T.Q.C.S.,使企业实现“在正确的时间,将正确的信息以正确的方式传给正确的人,以便作出正确的决策”,即“五个正确”。然而这种自动化需要投入大量的资金,是一种高投资、高效益同时是高风险的发展模式,很难为大多数中小企业所采用。在我国,中小型企业以及准大型企业走的还是低成本工业控制自动化的道路。
工业控制自动化主要包含三个层次,从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化,其核心是基础自动化和过程自动化。
传统的自动化系统,基础自动化部分基本被PLC和DCS所垄断,过程自动化和管理自动化部分主要是由各种进口的过程计算机或小型机组成,其硬件、系统软件和应用软件的价格之高令众多企业望而却步。
20世纪90年代以来,由于PC-based的工业计算机(简称工业PC)的发展,以工业PC、I/O装置、监控装置、控制网络组成的PC-based的自动化系统得到了迅速普及,成为实现低成本工业自动化的重要途径。我国重庆钢铁公司这样的大企业的几乎全部大型加热炉,也拆除了原来DCS或单回路数字式调节器,而改用工业PC来组成控制系统,并采用模糊控制算法,获得了良好效果。
由于基于PC的控制器被证明可以像PLC一样可*,并且被操作和维护人员接受,所以,一个接一个的制造商至少在部分生产中正在采用PC控制方案。基于PC的控制系统易于安装和使用,有高级的诊断功能,为系统集成商提供了更灵活的选择,从长远角度看,PC控制系统维护成本低。
由于可编程控制器(PLC)受PC控制的威胁最大,所以PLC供应商对PC的应用感到很不安。事实上,可编程控制器(PLC)也加入到了PC控制“浪潮”中。
工业PC在我国得到了异常迅速的发展。从世界范围来看,工业PC主要包含两种类型:IPC工控机和CompactPCI工控机以及它们的变形机,如AT96总线工控机等。由于基础自动化和过程自动化对工业PC的运行稳定性、热插拔和冗余配置要求很高,现有的IPC已经不能完全满足要求,将逐渐退出该领域,取而代之的将是CompactPCI-based工控机,而IPC将占据管理自动化层。国家于2001年设立了“以工业控制计算机为基础的开放式控制系统产业化”工业自动化重大专项,目标就是发展具有自主知识产权的PC-based控制系统,在3(5)年内,占领30%(50%)的国内市场,并实现产业化。
几年前,当“软PLC”出现时,业界曾认为工业PC将会取代PLC。然而,时至 今日工业PC并没有代替PLC,主要有两个原因:一个是系统集成原因;另一个是软件操作系统WindowsNT的原因。一个成功的PC-based控制系统要具备两点:一是所有工作要由一个平台上的软件完成;二是向客户提供所需要的所有东西。可以预见,工业PC与PLC的竞争将主要在高端应用上,其数据复杂且设备集成度高。工业PC不可能与低价的微型PLC竞争,这也是PLC市场增长最快的一部分。从发展趋势看,控制系统的将来很可能存在于工业PC和PLC之间,这些融合的迹象已经出现。
和PLC一样,工业PC市场在过去的两年里保持平稳。与PLC相比,工业PC软件很便宜。据Frost&Sullivan公司估计,全世界每年7亿美元工业PC市场里,大约8500万美元为控制软件,一亿美元为操作系统。到2007年会翻一番,工业PC市场变得非常可观。
可编程序控制器的英文为Programmable Logic Controller,在二十世纪70-80年代一直简称为PC。由于到90年代,个人计算机发展起来,也简称为PC;加之可编程序的概念所涵盖的范围太大,所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器(PLC-Programmable Logic Controller),为了方便,仍简称PLC为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统,强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。
2.1 PLC的发展历史
1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求,第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器,满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展,已有第五代PLC产品了。
在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中,除了以连续量为主的反馈控制外,特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的—离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求,所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。在多年的生产实践中,逐渐形成了PLC、DCS与IPC三足鼎立之势,如表1,还有其它的单回路智能式调节器等在市场上占一定的百分比。
在80年代至90年代中期,是PLC发展最快的时期,年增长率一直保持为30~40%。由于PLC机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步,挤占了一部分DCS的市场(过程控制)并逐渐垄断了污水处理等行业,但是由于工业PC(IPC)的出现,特别是现场总线技术的发展,IPC和FCS也挤占了一部分PLC市场,所以PLC增长速度,总的说是渐缓。全世界有200多厂家生产300多品种PLC产品,主要应用在汽车(23%)、粮食加工(16.4%)、化学/制药(14.6%)、金属/矿山(11.5%)、纸浆/造纸(11.3%)等行业。
2.2 PLC的市场情况
国内PLC生产厂约30家,但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品,还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产,因此可以说PLC在我国未形成制造产业。作为原理、技术和工艺均无尖端技术难度的产品,只要努力,是能形成制造产业的。
在PLC应用方面,我国是很活跃的,每年约新投入10万台套PLC产品,年销售额30亿元人民币,应用的行业也很广。但是与其它国家相比,在机械加工及生产线方面的应用,还需要加大投入。
PLC的市场的潜力是巨大的,不仅在我国,即使在工业发达的日本也有调查表明,PLC配套的机电一体化产品的比例占42%,采用继电器、接触器控制尚有24%。所以说,需要应用PLC的场合还很多,在我国就更是如此了。
从技术创新的角度看,我国大中型企业还要大力发展CIMS(计算机集成制造系统),在机械制造厂要形成FMS柔性制造系统,PLC是基础,所以PLC市场是广阔的。
PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点,这是它能持久的占有市场的根本原因,我们下面重点阐述几个问题,并研究其发展趋势。
3.1 PLC的分类
PLC在90年代已经形成微、小、中、大、巨型多种PLC。按I/O点数分,可分为:
l 微型PLC: 32 I/O
l 小型PLC: 256 I/O
l 中型PLC: 1024 I/O
l 大型PLC: 4096 I/O
l 巨型PLC: 8195 I/O
有单机支持300回路和65000点I/O的大型系统对应中型PLC以上,均采用16位~32位CPU,微、小型PLC原采用8位CPU,根据通讯等方面要求,有的也改用16位~32位CPU。由于I/O64点以下PLC销售额占整个PLC的47%,64点~256点的占31%,合计位整个PLC销售额的78%,所以对微、小型PLC应多加研究。
3.2 PLC的硬件
PLC控制器本身的硬件采用积木式结构,各厂家产品结构大同小异。以日本欧姆龙C200HE为例,为总线模板框式结构,基本框架(CPU母板)上装有CPU模板,其它槽位装有I/O模板;如果I/O模板多时,可由CPU母板经I/O扩展电缆连接I/O扩展母板,在其上装I/O模板;另一种方法是配备远程I/O从站等。这些都说明了PLC厂家将硬件各部件均向用户开发,便于用户选用,配置成规模不等的PLC,而且这种硬件配置的开放性,为制造商、分销商(代理商)、系统集成商、最终用户带来很多方便,为营销供应链带来很大便利,这是一大成功经验。
PLC内的I/O模板,除一般的DI/DO、AD/DA模板外,还发展了一系列特殊功能的I/O模板,这为PLC用于各行各业打开了出路,如用于条形码识别的ASCII/BASIC模板,用于反馈控制的PID模板,用于运行控制、机械加工的高速计数模板、单轴位置控制模板、双轴位置控制模板、凸轮定位器模板、射频识别接口模板等,这在以后还会有很大发展。另外在输入、输出的相关元件、强干扰场合的输入、输出电隔离、地隔离等方面也会更加完善。
PLC中的CPU与存储器配合,完成控制功能。它与DCS系统处理温度、压力、流量等参数的系统不同,采用快速的巡回扫描周期,一般为0.1~0.2s,更快的则选用50ms或更小的扫描周期。它是一个数字采样控制系统。
3.3 PLC的软件
为了完成控制策略,为了替代继电器,使用户等完成类似继电器线路的控制系统梯形图,而编制了一套控制算法功能块(或子程序),称为指令系统,固化在存贮器ROM中,用户在编制应用程序时可以调用。指令系统大致可以分为两类,即基本指令和扩展指令。细分一般PLC的指令系统有:基本指令、定时器/计数器指令、移位指令、传送指令、比较指令、转换指令、BCD运算指令、二进制运算指令、增量/减量指令、逻辑运算指令、特殊运算指令等,这些指令多是类似汇编语言。另外PLC还提高了充足的计时器、计数器、内部继电器、寄存器及存贮区等内部资源,为编程带来极大方便。
IEC61131-3
由于各PLC厂家产品在指令系统上的差异及编程方法上用户要求不同,IEC制订了基于Windows的编程语言标准IEC61131-3(1993年IEC颁布可编程序控制器的国际标准IEC1131),它规定了指令表(IL)、梯形图(LD)、顺序功能图(SFC)、功能块图(FBD)、结构化文本(ST)五种编程语言。这包括了文本化编程(IL、ST)和图形编程(LD、FBD)两个方面,而SFC则在两类编程语言中均可使用。IEC技术委员会(TC65)进来开展了
IEC61499项目,将IEC61131-3进行了扩展,它是针对通过通信网络互联的模块化分布系统的体系结构的标准,将对IEC61131-3有所改善。这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件,是PLC发展的一大趋势。
一个或若干PLC与PC机联出系统,PC机起到原编程器及人机界面操作站的作用,这20世纪90年代的新潮流,这样为系统集成带来了商机,同时编程软件和人机界面软件(监控软件或称组态软件)及软件接口(或称驱动软件)也得到了发展。
PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础,逐渐增加了各种通讯接口,而且提供完整的通讯网络。由于数据通讯技术发展很快,用户对开放性要求很强烈,现场总线技术及以太网技术也同步发展,所以PLC构成的PCS系统比DCS的开放性所处的现状稍好一些。罗克韦尔AB公司已形成了多层结构体系,即Ether Net、Control Net、Device Net及Asi等现场总线(原DH+网也可兼容)。西门子公司在Profibus-DP通讯网络及Profibus-FMS网络以外,提出了S7 Routing网络,即Profibus-DP和Industrial Enternet两层结构。网络还在发展,我国应已积极的姿态投入其中。
2001年我国机械工业成为工业发展新亮点,总产值比上年增长17.15%,汽车产量为世界前10位,机床产量为世界第5位。机械工业利润增长33.35%,占整个工业新增利润六成多。出口同样出现可喜的增长。机械工业提出要实施网络化,对这一点,PLC从业人员应有清醒的认识,应对网络化的开放性、网络构成的性能/价格比和网络的可靠性、安全性、先进性上特别下功夫。
网络向上连是互联网问题,向下连是现场总线问题,另外现有网络能否用以太网“e网到底”方式、网络采用客户器/服务器方式、浏览器/服务器方式、生产者/消费者方式、接口软件采用OPC方式等问题都有待进一步落实。PLC与智能MCC马达控制中心、与数控机床配套的NC/CNC数控设备,以及与其它运行控制系统、电控设备、变频器和软起动器等连成系统;PLC要与DCS分工合作,充当DCS的远程I/O站等;PLC要与IPC分工合作,除用IPC作人机界面外,作软件PLC的I/O部件也是可行的;此外还有PLC与紧急停车安全系统(ESD,Emergency Shut Down Systems)的关系、与立体仓库、机器人、CAD/CAM等等都要处理好关系。总之,PLC要兼容各种新技术,使PLC成为真正意义上的“电脑”。
PLC的应用领域是宽阔的,还有许多领域急待开拓,如用于海关过境车辆认证、自动售药(若干中药店)在我国已有实例。另外,在离散事件系统中,如公路网交通流(车辆计数、乘客计数及停留时间计量)、物流系统、柔行制造系统(敏捷制造系统)及一切非标准随服务系统中,均可以采用PLC,进而建模和采取对策并优化。PLC的前途一片美好,一切悲观的论点是站不住脚的。至于技术进步,PLC与其它技术融合以至消失,那还需要一定的时间!
工控行业的产品和技术非常特殊。为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。随着社会信息化的不时深入,属于中间产品。关键性行业的关键任务将越来越多地依靠工控机,而以IPC为基础的低利息工业控制自动化正在成为主流,外乡工控机厂商所受到重视水平也越来越高。随着电力、冶金、石化、环保、交通、建筑等行业的迅速发展,从数字家庭用的机顶盒、数字电视,银行柜员机、高速公路收费系统、加油站管理、制造业生产线控制,金融、政府、国防等行业信息化需求不时增加,对工控机的需求很大,工控机市场发展前景十分广阔,让我们看一下工控机行业未来会是什么样子的。
由于标准化数据通信线路和通信网络的发展,将各种单(多)回路调节器、PLC、工业比、NC等工控设备构成大系统,以满足工厂自动化要求,并适应开放化的大趋势。
由于数据库系统、推理机能等的发展,尤其是知识库系统(KBS)和专家系统(ES)的应用,如自学习控制、远距离诊断和自寻优等,人工智能会在DCS各级实现。和FF现场总线类似,以微处理器为基础的智能设备,如智能I/O智能PID控制、智能传感器、变送器、执行器、智能人接口及可编程调节器相继出现。
对于工控机,能够简单操作是最好的,这也将成为未来的发展方向,简易操作可以改善人机接口,简化编程、操作面板使用符号键,尽量采用对话方式等,以方便用户使用。
工控仪表重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表;全面扩大服务领域,推进仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化,完成 自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变,5年内数字仪表比例达到60%以上;推进具有自主版权自动化软件的商品化。
电工仪器仪表重点发展长寿命电能表、电子式电度表、特种专用电测仪表和电网计量自动管理系统。2005年,中低档电工仪器仪表国内市场占有率要达到95%;到2010年,高中档电工仪器仪表国内市场占有率达到80%。
科学测试仪器重点发展过程分析仪器、环保监测仪器仪表、工业炉窑节能分析仪器以及围绕基础产业所需的汽车零部件动平衡、动力测试及整车性能检测仪、大地测量仪器、电子速测仪、测量型全球定位系统以及其他试验机、实验室仪器等新产品。产品以技术含量较高的中档产品为主,到2005年在总产值中占50%~60%。
环保仪器仪表重点发展大气环境、水环境的环保监测仪器仪表、取样系统和环境监测自动化控制系统产品,2005年技术水平达到20世纪90年代后期国际先进水平,国内市场占有率达到50%~60%,到2010年国内市场占有率达到70%以上。
仪器仪表元器件“十五”及2010年前,尽快开发出一批适销对路、市场效果好的产品,品种占有率达到70%~80%,高档产品市场占有率达60%以上;通过科技攻关、新品开发,使产品质量水平达到国际20世纪90年代末水平,部分产品接近国外同类产品先进水平。
信息技术电测仪器主要发展电测仪器软件化、智能化技术,总线式自动测试技术,综合自动化测试系统,新型元器件测量技术及测试仪器,在线测试技术,信息产业产品测试技术,多媒体测量技术以及相应测试仪器,用电监控管理技术等。
工控系统是指由工控电脑与工业过程控制部件组成的自动控制系统,在没有人为因素干涉的情况下,利用相关设备来控制机器按照预定的规律运行,以保证生产出合格的产品。
工控系统有哪些类型?
工控系统主要包括DCS(分布式控制系统)、PLC(可编程逻辑控制器)、RTU(远程终端)以及SCADA(数据采集与监控系统)等。但它们各自的特点、应用范围、使用场合、规模大小和通信技术都是有区别的。
工控电脑是指基于嵌入式系统的操作平台,可实现当前广泛使用的工控机、平板电脑、HMI(人机界面)等产品的功能,直接支持彩色触摸屏操作,更带有模拟量输入、开关量输出接口,支持音视频编解码、网络化传输,可直接搭建小型控制系统或作为安防、工控相关操作终端。
工控系统,全称为工业控制系统(Industrial Control Systems, ICS),是指由各种自动化控制组件以及对实时数据进行采集、监测的过程控制组件共同构成的,确保工业基础设施自动化运行、过程控制与监控的业务流程管控系统。以下是对工控系统的详细解析:
定义:工控系统是由计算机设备与工业过程控制部件组成的自动控制系统,通过电子电气、机械、软件组合实现工业自动化控制,使工厂的生产和制造过程更加自动化、效率化、精确化,并具有可控性及可视性。
核心组件:包括数据采集与监控系统(SCADA)、分布式控制系统(DCS)、可编程逻辑控制器(PLC)、远程终端(RTU)、人机交互界面设备(HMI)等,以及确保各组件通信的接口技术。
工控系统的主要目标是实现工业自动化生产线的物流控制、设备信息监控及诊断处理,其主要功能包括:
设备管理:对工业设备进行全面管理,包括设备的状态监测、故障诊断和预防性维护。
任务管理:根据生产计划,对生产任务进行分配、调度和执行监控。
日志管理:记录系统运行过程中的关键事件和操作日志,便于后续分析和审计。
调度管理:对生产资源进行合理调度,确保生产任务的顺利完成。
诊断管理:对系统故障进行快速诊断和定位,减少停机时间,提高生产效率。
系统仿真:通过仿真技术,对生产过程进行模拟和优化,提高生产效率和产品质量。
工控系统广泛应用于各行各业,如电力、能源、化工行业、运输、制造(汽车、航空航天和耐用品)、制药、造纸、食品加工等。随着国家及政策对工控安全的不断重视和支持,工控系统将在更多领域发挥重要作用。
在典型的工控系统中,一般包括四个层级:
现场设备层:包括各种传感器、执行器等现场设备,负责采集生产过程中的各种数据。
现场控制层:主要由PLC等控制设备组成,负责对现场设备进行直接控制。
过程监控层:通过SCADA等系统对生产过程进行实时监控和数据分析。
生产管理层:负责生产计划制定、任务调度和资源分配等高级管理功能,与企业资源层中的ERP软件对接。
随着工控系统的广泛应用,其面临的安全挑战也日益严峻。工控系统的信息安全隐患分布于其架构的所有层级,包括网络攻击、病毒传播、数据泄露等风险。因此,加强工控系统的安全防护,确保其稳定运行和数据安全,是当前亟待解决的问题。
未来,工控系统将朝着更加智能化、网络化、集成化的方向发展。随着物联网、大数据、人工智能等技术的不断融入,工控系统将具备更强的自学习能力、自适应能力和自组织能力,为工业生产带来更大的便利和效益。同时,随着国家对工控安全的重视程度不断提高,工控系统的安全防护能力也将得到进一步加强。
工控主板,即工业控制主板,是专为工业控制环境设计的计算机主板。这些主板通常具有更高的稳定性、可靠性和耐用性,以适应工业现场的复杂环境。以下是一些知名的工控主板厂家:
Advantech(研华)
简介:研华科技是全球领先的工业自动化和嵌入式计算机解决方案提供商。其工控主板产品系列丰富,广泛应用于各种工业领域。
特点:研华工控主板以其高稳定性、高可靠性和强大的扩展能力而著称。
ASRock(华擎)
简介:华擎科技是一家专注于主板和桌上型迷你计算机产品的公司,其工控主板在市场上也有一定的影响力。
特点:华擎工控主板以性价比高、性能稳定而受到用户的喜爱。
DFI
简介:DFI是一家专业的工业计算机和嵌入式系统制造商,其工控主板产品在全球市场上享有较高的声誉。
特点:DFI工控主板以其出色的稳定性和可靠性而闻名,广泛应用于各种恶劣的工业环境。
AAEON
简介:AAEON是凌华科技旗下的品牌,专注于工业计算机和嵌入式系统的研发和生产。
特点:AAEON工控主板以其高性能、低功耗和紧凑的设计而受到用户的青睐。
简介:研祥智能科技股份有限公司是中国最大的特种计算机研究、开发、制造、销售和系统集成的高科技企业。其工控主板产品在国内市场上占据领先地位。
特点:研祥工控主板以高稳定性、高可靠性和强大的定制化能力而著称,广泛应用于各种工业领域。
研华AIMB系列
简介:研华AIMB系列工控主板是研华科技推出的高端工业主板产品,专为工业自动化和嵌入式应用而设计。
特点:该系列主板具有出色的性能、稳定性和可靠性,同时提供了丰富的扩展接口和定制化选项。
其他国内品牌
此外,国内还有许多其他知名的工控主板品牌,如西门子、达林塔驰、素朴物联、伟恒、凌壹、飞腾、鸣创科技、联想、触想、凌华等。这些品牌都在工控主板领域有着丰富的经验和强大的技术实力。
在选择工控主板厂家时,建议考虑以下几个方面:
品牌知名度:选择知名品牌可以保障产品的质量和售后服务的可靠性。
产品性能:根据具体的应用需求选择合适的产品性能,包括处理能力、扩展接口、稳定性等。
定制化能力:如果项目有特殊需求,可以考虑选择具有强大定制化能力的厂家。
售后服务:良好的售后服务能够保障产品的长期使用和维护。
综上所述,工控主板厂家众多,各有特色。在选择时,应根据具体的应用需求和预算进行综合考虑。
定义:工控电脑是一种专为工业控制领域设计的计算机系统,它集成了高性能、高可靠性和高扩展性等特点,是工业自动化和智能化不可或缺的关键设备。
特性:
高性能:工控电脑通常采用高性能的处理器,以确保在复杂的工业环境中能够快速、准确地处理数据。
高可靠性:其硬件和软件设计都具有很高的可靠性,能够在恶劣的工业环境中长时间稳定运行。
高扩展性:工控电脑具有很强的输入输出功能,可以根据实际需求进行扩展,以满足不同工业现场的需求。
工控电脑的硬件部分是基于嵌入式处理器的电脑平台,主要包括:
彩色触摸屏显示:尺寸范围通常在5.7-12.1英寸之间,便于直观操作和监控。
网络接口及串行通信接口:如以太网络接口和两个串行通信接口,用于与其他设备进行通信和数据传输。
模拟量输入与开关量输出接口:支持多种信号的输入输出,满足工业现场的各种控制需求。
其他外围设备:如内置MIC和小型扬声器等,提供音频输入输出功能。
工控电脑的软件系统通常采用嵌入式操作系统,如Linux或Windows Embedded等,这些操作系统具有稳定性好、占用硬件资源低、可裁减等特点。此外,工控电脑还配备了自主产权的嵌入式组态软件,支持用户根据实际需求进行定制开发,大大减少了应用系统的开发周期和成本。
工控电脑在工业自动化、制造业、能源、交通、安防等多个领域有着广泛的应用。例如:
工业自动化:工控电脑可以用于实时监测和控制生产过程中的各种参数,如温度、压力、速度等,确保生产过程的稳定进行。
制造业:在汽车制造、电子装配线、机械加工等行业,工控电脑用于控制机器人、数控机床、自动化流水线等,实现精准高效的生产流程控制。
能源与电力:工控电脑在电力行业中负责监控设备状态、调节电力输出、预防故障等,确保电网的安全稳定运行。
安防监控:在大型公共场所或重要设施的安全监控系统中,工控电脑处理视频流数据,进行人脸识别、行为分析等高级应用,增强安全防护能力。
随着工业4.0和智能制造的兴起,工控电脑正朝着更加智能化、网络化、模块化和定制化的方向发展。未来的工控电脑将更加注重与其他智能设备的互联互通,实现生产过程的全面数字化和智能化控制。同时,随着嵌入式技术和云计算技术的不断发展,工控电脑的性能和功能将得到进一步提升和拓展。
综上所述,工控电脑作为工业自动化和智能化的核心设备之一,在现代工业生产中发挥着至关重要的作用。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展,工控电脑的市场前景将更加广阔。