自動化調(diào)研報告

自動化調(diào)研報告—-自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用摘要自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，覆蓋了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、科技、環(huán)保、國防、教育、生活等各方面，在國民經(jīng)濟運行過程中發(fā)揮著不可替代的作用?，F(xiàn)在，自動化控制系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展水平，已成為一種國家科技水平和綜合國力的重要體現(xiàn)。核心詞：自動化技術(shù)；自動控制系統(tǒng)；自動化控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展綜述（一）世界自動化控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步增加據(jù)權(quán)威研究機構(gòu)Datamonitor統(tǒng)計數(shù)據(jù),世界自動化控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（涉及集散控制系統(tǒng)和可編程控制器兩大部分,不涉及基于PC的工業(yè)控制系統(tǒng)和軟件)規(guī)模約為125億美元。美洲、歐洲和亞太地區(qū)市場規(guī)模分別為37億美元、41億美元和47億美元?！珡?fù)合增加率分別為5.8％、2.3%和5.3％。此后幾年，世界自動化控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)仍將保持快速增加態(tài)勢，預(yù)計到，世界自動化控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達成214億美元，其中,美洲、歐洲和亞太地區(qū)市場規(guī)模分別達成5l億美元、50億美元和63億美元,～復(fù)合增加率將分別為6.7%、3。8％和6.0%.（二)發(fā)達國家高度重視自動化控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展縱觀世界，經(jīng)濟發(fā)達國家都高度重視本國自動化控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將其視為國家的戰(zhàn)略重點之一.歐洲地區(qū)工業(yè)自動化控制產(chǎn)業(yè)很發(fā)達，特別是德國大面積推廣應(yīng)用自動化測控儀器系統(tǒng)，20世紀90年代就增加了350%的市場，帶動勞動生產(chǎn)率增率增加了1.9％?，F(xiàn)在，自動化和控制是維持德國乃至全歐洲汽車和機械制造高品質(zhì)的核心技術(shù).在德國汽車生產(chǎn)車間里，大量使用了現(xiàn)現(xiàn)場總線、可編程控制器（PLC）、運動控制、機器視覺、離散傳感器、HMI軟件等最新最先進的自動化產(chǎn)品。美國將儀器儀表(自動化控制系統(tǒng)是儀器儀表大類產(chǎn)業(yè)中很重要的一大部分）納入信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)并采用優(yōu)先發(fā)展的政策，加大戰(zhàn)略性投資。日本科學技術(shù)廳把自控測量傳感器技術(shù)列為21世紀首位發(fā)展的技術(shù)，已成為亞洲測量傳感器生產(chǎn)第一大國。（三）自動化控制產(chǎn)品在節(jié)能環(huán)保和節(jié)省資源領(lǐng)域發(fā)揮重大作用自動化控制產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保等各行各業(yè),在節(jié)能環(huán)保和節(jié)省資源領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用.集散控制系統(tǒng)(DCS）是一種分布式控制系統(tǒng)，從傳統(tǒng)的儀表盤監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展而來,面對大型工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。它合用于電力、化工等行業(yè)持續(xù)性生產(chǎn)過程的監(jiān)視與控制，強調(diào)持續(xù)過程控制精度，可實現(xiàn)PID、前饋、串級、多級、含糊、自適應(yīng)等復(fù)雜控制，合用于工藝過程復(fù)雜、被控設(shè)備多、控制點數(shù)龐大的系統(tǒng)。如在火電廠脫硫裝置中采用DCS控制產(chǎn)品對火電廠排放超標的煙氣進行脫硫解決，可實現(xiàn)煙氣達標排放、保護生態(tài)環(huán)境以及避免人體受到有害氣體直接或間接的損害?？删幊炭刂破?PLC）是一種控制裝置，從傳統(tǒng)的繼電器回路發(fā)展而來,面對普通工業(yè)控領(lǐng)域。它的發(fā)展基于制造業(yè)的現(xiàn)場設(shè)備控制需求，強調(diào)開關(guān)量邏輯控制，合用于小型自控場合。如在筑物自動化中采用PLC系統(tǒng)控制照明、供暖、空調(diào),可實現(xiàn)節(jié)省能源的目的;在電站、化工、印染和造紙等行業(yè)的污水解決過濾系統(tǒng)中采用PLC產(chǎn)品，不僅可提高污水解決自動化程度和安全可靠性，并且清污效果好、排污耗水量少，達成節(jié)能環(huán)保的效果。二、核心產(chǎn)品市場及技術(shù)發(fā)展動向(一)集散控制系統(tǒng)（DCS)：信息化、集成化⒈市場快速增加據(jù)美國AutomationResearchCorp(ARC）公布的報告預(yù)測，世界集散控制系統(tǒng)(DCS）市場以每年7％的增加率快速增加，并將從的約125億美元發(fā)展到的210億美元。特別是亞洲D(zhuǎn)CS市場需求將高速增加，亞洲D(zhuǎn)CS市場銷售額約為38億美元,到將達成60億美元。增加的因素重要得益于以上這些國家基礎(chǔ)設(shè)施工業(yè)如煉油、化工、電力、油氣、能源等行業(yè)投資項目的增加增進該國自動化工業(yè)的發(fā)展,從而造成對集散控制系統(tǒng)的需求大增?，F(xiàn)在，DCS重要集中在美國、日本、德國等發(fā)達國家，如美國霍尼韋爾(Honeywell）、?？怂共_(Foxboro）、西屋（Westinghouse);日本橫河電機（YOKOGAWA）、日立；德國西門子等。國內(nèi)出名的DCS生產(chǎn)商重要有：北京和利時、浙大中控和上海新華控制技術(shù)集團等。通過近30年的發(fā)展，集散控制系統(tǒng)已經(jīng)進入第四代.Honeywell公司推出的ExperionPKS系統(tǒng)、Emerson公司的PlantWeb（EmersonProcessManagement)、橫河電機公司的R3（PRM——工廠資源管理系統(tǒng))、ABB公司的IndustrialIT系統(tǒng)等都是新一代DCS的代表，國內(nèi)的和利時公司也推出了自己的第四代DCS—MACS—Smartpro系統(tǒng)。⒉向信息化、集成化和開放化方向發(fā)展⑴信息化計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展推動了DCS的信息化進程，信息化已經(jīng)不是以控制功效為主的控制系統(tǒng)，而是一種充足發(fā)揮信息管理功效的綜合平臺系統(tǒng)。DCS實現(xiàn)的信息化功效重要涉及下列幾方面：①SCADA功效SCADA（SupervisorvControlAndDataAcquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）功效涉及通過多個通信合同實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，對多個實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警信息、事故統(tǒng)計等進行存儲，分類、綜合和顯示；多個方式的信息顯示和傳送，如屏幕顯示、遠程瀏覽顯示及無線終端顯示等.幾乎全部的第四代DCS都提供了比較全方面的SCADA功效。如ExperionPKS中,通過DigitalVideoManager實現(xiàn)圖像的傳輸和顯示；通過DSA（DistributedSystemArchitecture）顧客可實現(xiàn)全球聯(lián)網(wǎng)；通過HMIWebTechnology顧客可實現(xiàn)任何位置的人機界面的組態(tài);通過eSenrer顧客能夠安全地訪問過程信息，尚有遠程監(jiān)控，支持無線終端等功效。②設(shè)備管理和智能維修功效第四代DCS通過智能化現(xiàn)場信號解決模塊的自診療功效實時對DCS系統(tǒng)本身的部件自動診療，并且普通都提供冗余方法，在核心部件發(fā)生故障時報警并自動切換到冗余備件上，確保設(shè)備正常工作，還能通過現(xiàn)場總線技術(shù)對現(xiàn)場儀表的運行狀態(tài)自動診療，并可實現(xiàn)自動校正，確保各變送器和執(zhí)行器正常工作。例如，Emerson公司的PIantWeb系統(tǒng)，Honevwell公司的AssetManPKS系統(tǒng)等都提供了這樣的功效。③還涉及能源管理、批解決和配方管理、支持開放的數(shù)據(jù)庫接口和多個流行原則網(wǎng)絡(luò)接口等功效。(2)集成化DCS的集成化重要體現(xiàn)在功效的集成和產(chǎn)品的集成。過去的DCS廠商基本是以自主開發(fā)為主，提供的系統(tǒng)也是自己的，如今的DCS廠商更強調(diào)系統(tǒng)的集成性，DCS中除保存?zhèn)鹘y(tǒng)DCS所實現(xiàn)的過程控制功效之外,還集成了PLC（可編程控制器)、RTU（遠程終端設(shè)備）、FCS（現(xiàn)場總線）、多個回路調(diào)節(jié)器、多個智能采集或控制單元等。另外DCS廠商不再把開發(fā)組態(tài)軟件或制造多個硬件單元視為核心技術(shù)，而是對DCS的各個構(gòu)成部分采用第三方集成方式或OEM方式.（3)開放化隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，為DCS系統(tǒng)的開放發(fā)明了條件。各DCS廠家競爭的加劇,增進了細化分工與合作，各廠家放棄了原來由自己獨立開發(fā)的模式，變成集成與合作的開發(fā)模式,有力地推動了系統(tǒng)的開放。DCS的開放性體現(xiàn)在與第三方產(chǎn)品的互連上,重要體現(xiàn)在:在公司管理層支持多個管理軟件平臺連接;在工廠車間層支持第三方先進控制產(chǎn)品、SCADA平臺、MES產(chǎn)品、BATCH解決軟件，同時支持多個網(wǎng)絡(luò)合同(重要是以太網(wǎng))；在裝置控制層能夠支持多個DCS單元、PLC、RTU、多個智能控制單元等，以及多個原則的現(xiàn)場總線儀表與執(zhí)行機構(gòu)。3．融入現(xiàn)場總線技術(shù),打造更完善的綜合系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS)作為一種雙向串行多節(jié)點的數(shù)字通信系統(tǒng)，有諸多DCS無法比擬的優(yōu)點。有許多專家、學者甚至預(yù)言現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)將取代DCS，但是由于技術(shù)上、原則上以及經(jīng)濟性等多方面的因素，F(xiàn)CS不可能在短時間內(nèi)完全取代DCS，因此既要運用現(xiàn)場總線技術(shù)的先進性，又要考慮客觀實際，現(xiàn)在過程控制系統(tǒng)大多采用了將現(xiàn)場總線集成于DCS的思想傳統(tǒng)意義上的DCS實現(xiàn)分散控制、集中管理,但事實上，DCS的控制功效并沒有真正的分散化，管理功效重要是監(jiān)控和協(xié)調(diào)。因此，在將來的發(fā)展中，DCS將與FCS集成，充足發(fā)揮DCS的監(jiān)控、管理和決策功效以及FCS的現(xiàn)場智能儀表的控制和通信功效，實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制的徹底分散化、網(wǎng)絡(luò)化，使系統(tǒng)配備達成最優(yōu),實現(xiàn)完整的控制、管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。4．中小型DCS需求日益擴大以前DCS重要應(yīng)用于石油、化工、鋼鐵等行業(yè)的大型公司，而眾多的中小型公司相對而言資金比較緊張,也沒有必要上很大規(guī)模的DCS，但卻迫切需要進行技術(shù)改造,提高控制系統(tǒng)的自動化程度,同樣需要適合的中小型DCS系統(tǒng).因此，中小型DCS市場含有很大的開拓空間.中小型DCS同大型DCS相比,可靠性規(guī)定沒有那么高,甚至可不要冗余；靈活性也較大，完全沒有必要像大型DCS那樣占用專門的監(jiān)控室.為了占據(jù)中小型系統(tǒng)市場，現(xiàn)在，國內(nèi)外不少出名的DCS公司都推出了自己的中小型DCS，如Honeywell公司的PlantScapeSCADA,國內(nèi)和利時公司的FOCS等.(二）可編程控制器(PLC)：高速度、大容量⒈市場規(guī)模不停擴大由于全球經(jīng)濟快速發(fā)展特別是各個領(lǐng)域的制造公司的快速發(fā)展,帶來了可編程控制器(PLC)以及多個自動化產(chǎn)品和服務(wù)的健康增加。據(jù)ARC公布的報告,全球可編程控制器（PLC）市場約為83億美元，此后五年預(yù)計還將以7。3％的年復(fù)合增加率增加,到將達成120億美元.,PLC的最大市場仍在歐洲、中東和北美,但亞太地區(qū)近年來受到了更多的關(guān)注，快速增加的市場需求為PLC產(chǎn)品帶來了更多的機會和巨大的潛力。特別是中國由于良好的商業(yè)環(huán)境，為全球制造業(yè)提供了投資建廠的難得機會?？焖倥噬耐馍淘谌A直接投資，以及快速增加的中國市場需求也帶動了中國PLC市場的飛速發(fā)展。據(jù)ARC預(yù)測,將來5年，中國的PLC市場將以12.4％的年均增加率強勁發(fā)展，中國PLC市場規(guī)模將由的約7。5億美元增加到的13億美元。⒉制造業(yè)集中在歐美日現(xiàn)在，PLC制造公司重要集中在歐美日等發(fā)達國家。歐美以大中型PLC聞名，日本以小型PLC著稱。美國是PLC生產(chǎn)大國,有100多家PLC廠商，出名的有A—B公司、通用電氣(GE）公司、莫迪康(MODICON)公司、德州（TI）公司和西屋公司等.其中A-B公司是美國最大的PLC制造商，其產(chǎn)品約占美國PLC市場的二分之一。A—B公司產(chǎn)品規(guī)格齊全、種類豐富，其主推的大中型PLC產(chǎn)品是PLC—5系列。該系列為模塊式構(gòu)造.德州儀器(TI）公司的小型PLC新產(chǎn)品有510、520和TI100等，中型PLC新產(chǎn)品有TI300、5TI等,大型PLC有PM550、530、560、565等系列。德國的西門子（SIEMENS）公司、AEG公司、法國的TE公司是歐洲出名的PLC制造商。德國西門子的電子產(chǎn)品以性能精良而久負盛名。在中、大型PLC產(chǎn)品領(lǐng)域與美國的A—B公司齊名。西門子PLC重要產(chǎn)品是S5、S7系列。S7系列是西門子公司在S5系列PLC基礎(chǔ)上近年推出的新產(chǎn)品，其性能價格比高，其中S7-200系列屬于微型PLC；S7—300系列屬于中小型PLC;S7-400屬于中高性能的大型PLC.日本的小型PLC最具特色，在小型機領(lǐng)域中頗具盛名。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等，在世界小型PLC市場上，日本產(chǎn)品約占有70％的份額。三菱公司較早的PLC產(chǎn)品是小型機F系列及其升級產(chǎn)品F1／F2系列。繼F1／F2系列之后,三菱公司又推出FX系列和FX2系列，在容量、速度、特殊功效、網(wǎng)絡(luò)功效等方面都有了全方面的加強.FX2N是近幾年推出的高功效整體式小型機,它是FX2的換代產(chǎn)品，多個功效都有了全方面的提高.近年來還不停推出滿足不同規(guī)定的微型PLC，如FXOS、FXlS、FXON、FXIN及α系列等產(chǎn)品。歐姆龍(OMRON)公司的PLC產(chǎn)品，大、中、小、微型規(guī)格齊全。微型機以SP系列為代表，其體主動小,速度極快；小型機有P型、H型、CPM1A系列、CPM2A系列等；中型機有C200H、C200HS、C200HX、C200HG系列；大型機有C1000H、CH、CV等。松下公司的PLC產(chǎn)品中，F(xiàn)P0為微型機，F(xiàn)Pl為整體式小型機，F(xiàn)P3為中型機，F(xiàn)P5／FP1O、FPl0S、FP20為大型機。3．應(yīng)用領(lǐng)域不停擴大現(xiàn)在，PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、文化娛樂等各行各業(yè)。隨著PLC性價比不停提高,其應(yīng)用領(lǐng)域不停擴大。如在日本，PLC的應(yīng)用范疇已從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備和機械的自動控制，擴展到下列應(yīng)用領(lǐng)域:中小型過程控制系統(tǒng)、遠程維護服務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng)，以及與生活有關(guān)聯(lián)的機器、與環(huán)境關(guān)聯(lián)的機器，并且都有急速上升趨勢。值得注意的是，隨著PLC和DCS互相滲入，兩者界限日趨含糊，PLC從傳統(tǒng)的應(yīng)用于離散的制造業(yè)向應(yīng)用到持續(xù)的流程工業(yè)擴展的趨勢更加明顯。4．向高速度、大容量、多品種方向發(fā)展為了提高PLC的解決能力，規(guī)定PLC含有更加好的響應(yīng)速度和更大的存儲容量。因此,向高速度、大容量發(fā)展是大勢所趨?，F(xiàn)在，PLC的掃描速度已成為很重要的一種性能指標，有的PLC的掃描速度可達O．1ms／k步左右.在存儲容量方面，有的PLC最高可達幾十兆字節(jié)。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤?，F(xiàn)在中小型PLC比較多，為了適應(yīng)市場的多個需要，此后PLC要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展.現(xiàn)已有I／O點數(shù)達14336點的超大型PLC，其使用32位微解決器,多CPU并行工作和大容量存儲器，功效強。同時，小型PLC由整體構(gòu)造向小型模塊化構(gòu)造發(fā)展，使配備更加靈活。為了市場需要已開發(fā)了多個簡易、經(jīng)濟的超小型和微型PLC,最小配備的I／O點數(shù)為8～16點，以適應(yīng)單機及小型自動控制的需要，如三菱公司α系列PLC。（三)現(xiàn)場總線(Fieldbus）:協(xié)調(diào)共存性、開放性1．新興市場增幅最大近年來,現(xiàn)場總線方案呈現(xiàn)快速增加趨勢，現(xiàn)場總線現(xiàn)在正越來越被更多的工業(yè)領(lǐng)域中的顧客所接受.根據(jù)ARC公布的報告，全球現(xiàn)場總線市場約為8。317億美元,預(yù)計在將來的5年內(nèi)，其年復(fù)合增加率將達成22.3％，預(yù)計至，此市場將達成22。79億美元.其中，巴西、俄羅斯、印度和中國等發(fā)展中國家現(xiàn)場總線的增加幅度最大.ARC的研究報告中將亞洲/大洋州地區(qū)稱之為“現(xiàn)場總線增加發(fā)動機”,年復(fù)合增加率靠近32％；報告預(yù)測,拉丁美洲現(xiàn)場總線增加率，涉及IEC的多個現(xiàn)場總線合同在內(nèi)，靠近34%。根據(jù)ARC的觀點，現(xiàn)場總線需求全球增加大部分要歸功于它的強有力功效,它們既能實現(xiàn)設(shè)備管理用上現(xiàn)場數(shù)據(jù)，又能通過德國技術(shù)監(jiān)督協(xié)會認證的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與安全系統(tǒng)的連接和借助于OPC等技術(shù)實現(xiàn)其應(yīng)用.ARC預(yù)期，隨著廠商投資力度的加大,現(xiàn)場總線解決方案的功效將會擴大，從而使其應(yīng)用范疇更大，既能用于規(guī)模最大的公司,又能作為在功效性上發(fā)展的有針對性的解決方案。⒉現(xiàn)場總線種類和原則繁多由于在現(xiàn)場總線技術(shù)的開始階段沒有一種統(tǒng)一的國際原則,各公司和公司集團相繼開發(fā)自己的總線產(chǎn)品,制訂現(xiàn)場總線原則，形成了百花齊放的局面?，F(xiàn)在，世界上存在著大概四十余種現(xiàn)場總線，如法國的FIP和德國西門子公司的ProfiBus總線，挪威的FINT、美國埃施朗（Echelon）公司的LONWorks現(xiàn)場總線,德國菲尼克斯電氣（PhenixContact)公司的InterBus現(xiàn)場總線，德國博世(Bosch)公司的現(xiàn)場CAN總線，德國羅斯蒙特(Rosemount）公司的HART現(xiàn)場總線,瑞士卡羅(CarloGavazzi)公司的Dupline現(xiàn)場總線，丹麥ProcessData公司的P—net現(xiàn)場總線，PeterHans公司的F-Mux現(xiàn)場總線,以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus,SDS，Arcnet等，尚有國際原則組織一基金會現(xiàn)場總線FE：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國的DeviceNet與VontrolNet等等。這些現(xiàn)場總線大多用于過程自動化、醫(yī)藥領(lǐng)域、加工制造、交通運輸、國防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域，大概不到十種的總線占有80％左右的市場。并且,多個總線都有其應(yīng)用的領(lǐng)域.例如FF、PROFIBUS-PA合用于石油、化工、醫(yī)藥、冶金等行業(yè)的過程控制領(lǐng)域；LonWorks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet合用于樓宇、交通運輸、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域；DevieceNet、PROFIBUS-DP合用于加工制造業(yè),而每種現(xiàn)場總線都力圖將其應(yīng)用領(lǐng)域擴大，彼此滲入。3．向協(xié)調(diào)共存性和開放性方向發(fā)展由于行業(yè)、地區(qū)、經(jīng)濟利益等多個因素,現(xiàn)在在不同領(lǐng)域形成多個頗具影響力的總線原則，造成在眾多領(lǐng)域總線原則各異?，F(xiàn)在各重要制造商，除力推自己的總線產(chǎn)品之外，也都力圖開發(fā)總線兼容接口技術(shù)，將自己的總線產(chǎn)品與其它總線連接，在國際原則中出現(xiàn)各類總線原則協(xié)調(diào)共存的局面。同時，現(xiàn)場總線尚有向著開放統(tǒng)一方向發(fā)展的趨勢.即使這種趨勢現(xiàn)在看來為潮流早，但從顧客角度看，多個總線并立決不是一件好事。由于現(xiàn)場總線采用完全不同的通信合同，要解決這些不同原則之間的互相兼容和互操作性問題，就必然會增加顧客的投資和使用維護的復(fù)雜性.統(tǒng)一的TCP／IP合同使得Internet網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的經(jīng)驗和以太網(wǎng)原則的許多進步,使始終為現(xiàn)場總線不同合同的兼容問題所困擾的工業(yè)界看到一線但愿。許多現(xiàn)場總線組織正致力于發(fā)展Ethernet/IP技術(shù)，以太網(wǎng)以其便宜高速方便的特性被引入底層網(wǎng)絡(luò),不僅方便現(xiàn)場層、控制層和管理層在垂直面的集成，更能減少在水平層面的集成成本。固然，要使工業(yè)以太網(wǎng)最后成為統(tǒng)一的總線原則尚有許多技術(shù)問題有待解決（如總線供電、本征安全等).4．高速現(xiàn)場總線的設(shè)計和開發(fā)成為競爭焦點現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展體現(xiàn)在兩方面：一是低速現(xiàn)場總線領(lǐng)域的發(fā)展和完善；二是高速現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展.現(xiàn)在，現(xiàn)場總線產(chǎn)品重要是低速總線產(chǎn)品，應(yīng)用于運行速率較低的領(lǐng)域，對網(wǎng)絡(luò)的性能規(guī)定不是很高。高速現(xiàn)場總線重要應(yīng)用于控制網(wǎng)內(nèi)的互連，連接控制計算機、PLC等智能程度較高、解決速度快的設(shè)備以及實現(xiàn)低速現(xiàn)場總線網(wǎng)橋間的連接，它是充足實現(xiàn)系統(tǒng)的全分散控制構(gòu)造所必需的。到現(xiàn)在為止,這一領(lǐng)域還比較單薄.因此，高速現(xiàn)場總線的設(shè)計、開發(fā)將是競爭十分激烈的領(lǐng)域，這也將是現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)統(tǒng)一的重要機會.而選擇什么樣的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為高速現(xiàn)場總線的整體框架將是其首要內(nèi)容。三、自動化控制在工業(yè)中的應(yīng)用石油化工自動化技術(shù)的應(yīng)用石油化工工業(yè)自動化技術(shù)隨著工藝和裝備技術(shù)的不停發(fā)展而發(fā)展,從早期簡樸的手工操作到持續(xù)工藝及負荷不停加大，對生產(chǎn)穩(wěn)定性規(guī)定越來越高，對控制的規(guī)定及自動化水平也越來越高，儀表使用越來越普遍,從簡樸回路的閉環(huán)控制到單元裝置的全方面自動化,使用的控制工具也從氣動單元組合儀表、電動單元組合儀表到DCS的廣泛應(yīng)用;控制水平也從單參數(shù)簡樸控制回路到多變量復(fù)雜控制回路,先進控制系統(tǒng)、優(yōu)化控制系統(tǒng)在多個場合都有成功應(yīng)用的典范.

（1）現(xiàn)場總線(fieldbus）是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場儀表（涉及變送器、執(zhí)行器、統(tǒng)計儀，單回路調(diào)節(jié)器、可編程序控制器等）之間、現(xiàn)場儀表和控制設(shè)備之間實現(xiàn)全數(shù)字化、串行、雙向、多變量數(shù)字通信的網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù).它的出現(xiàn)，給工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生了非常大的影響.

即使現(xiàn)場總線國際原則IEC61158包含了FF、Profibus、ControlNet、WorldFIP、P—NET等在內(nèi)的八種類型（現(xiàn)已增加到十種類型)的現(xiàn)場總線,沒有實現(xiàn)它最初的“制訂單一現(xiàn)場總線"的目的，同時也宣布了多個現(xiàn)場總線并存的局面已經(jīng)形成。但與現(xiàn)有的DCS、PLC等相比，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS由于含有的全數(shù)字多點通信、現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)可控、開放性、互可操作并能實現(xiàn)分散控制等特點，仍然是石油化工行業(yè)基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

（2）現(xiàn)場總線與DCS相結(jié)合

將現(xiàn)場總線技術(shù)集成到現(xiàn)有控制系統(tǒng)中,將現(xiàn)場總線智能儀表連接到DCS上，運用DCS豐富而成熟的控制功效和軟、硬件產(chǎn)品帶動現(xiàn)場總線的推廣應(yīng)用.普通來講，現(xiàn)場總線與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)之間的集成重要有三種途徑:一是現(xiàn)場總線在DCS、PLC的I/O層次上的集成，現(xiàn)場總線設(shè)備作為I/O卡件集成在DCS、PLC中；第二是現(xiàn)場總線集成在DCS、PLC網(wǎng)絡(luò)上,現(xiàn)場總線設(shè)備通過網(wǎng)關(guān)集成到DCS、PLC上，統(tǒng)一組態(tài)、監(jiān)控與管理；第三則是獨立FCS與DCS、PLC之間的信息集成，即FCS與DCS、PLC都獨立工作,兩者之間通過網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)信息的映射與互訪.在現(xiàn)在傳統(tǒng)控制系統(tǒng)仍在大量使用的狀況下,以上幾個辦法不僅能夠運用DCS、PLC成熟的技術(shù)與經(jīng)驗，也能夠發(fā)揮現(xiàn)場總線的優(yōu)勢。

同時,在現(xiàn)場總線推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)上，逐步完善管控一體化功效。運用現(xiàn)場總線的全數(shù)字通信功效，收集現(xiàn)場智能設(shè)備所提供的大量非控制信息，建立現(xiàn)場智能設(shè)備數(shù)據(jù)庫,建立和完善現(xiàn)場智能設(shè)備的遠程狀態(tài)監(jiān)控、故障診療、防止維護、在線調(diào)校等遠程管理功效，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的一體化管理與控制。

（二）鋼鐵過程自動化技術(shù)隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展及激烈的市場競爭,我國正經(jīng)歷從一種高速增加期到以科學發(fā)展觀統(tǒng)領(lǐng)鋼鐵工業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)軌過程.轉(zhuǎn)變增加方式、構(gòu)造優(yōu)化調(diào)節(jié)成為了行業(yè)中心,任務(wù)特別是在面臨世界金融危機的形勢下，加速裁減落后生產(chǎn)能力，加緊提高科技開發(fā)與創(chuàng)新能力，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，減少消耗,減少成本，生產(chǎn)適銷對路、市場急需的產(chǎn)品已成為發(fā)展的重要特性。正是基于這種特定變化的市場環(huán)境的壓力，以及發(fā)展的技術(shù)環(huán)境驅(qū)使,近年來，作為鋼鐵業(yè)發(fā)展重要技術(shù)支柱的自動化系統(tǒng)，也有許多變化與提高.在鋼鐵過程自動化系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成中，包含的內(nèi)容諸多，這里就檢測技術(shù)、控制技術(shù)、系統(tǒng)化技術(shù)等方面展開，它們是鋼鐵過程自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，從而也映射了系統(tǒng)總體的現(xiàn)狀與發(fā)展動向。2。1檢測技術(shù)1、應(yīng)用現(xiàn)狀生產(chǎn)過程的檢測傳感技術(shù)的發(fā)展，源于生產(chǎn)過程質(zhì)量、能耗、環(huán)境和安全等的需求推動,而應(yīng)用的檢測技術(shù)也給鋼鐵生產(chǎn)過程的控制和產(chǎn)品質(zhì)量提供了堅實的技術(shù)保障。毋用置疑,予以檢測技術(shù)推動的發(fā)展有很大影響的是市場對生產(chǎn)過程需求的變化。近年來，除了原來用于過程控制的檢測外，很明顯地加強了對產(chǎn)品（涉及中間產(chǎn)品）的缺點等質(zhì)量的檢測、原材料的檢測、環(huán)境安全檢測，其中大部分以信息反饋的方式進入了自動化系統(tǒng)。鋼鐵生產(chǎn)過程中過程檢測技術(shù)在系統(tǒng)中所起的作用與地位示意如圖1所示。粗線箭頭代體現(xiàn)在重要的信息流向,細線箭頭為輔助流向而虛線箭頭為此后傳感信息。圖1鋼鐵生產(chǎn)過程中過程檢測技術(shù)作用與地位過程控制檢測鋼鐵過程檢測有許多對象，其絕對量檢測有：溫度、尺寸等以下表所示：表一：鋼鐵過程檢測過程檢測以基本狀態(tài)量的檢測為基礎(chǔ).它體現(xiàn)了系統(tǒng)對象的能觀性,也對應(yīng)了系統(tǒng)的能控性.因此，檢測技術(shù)對控制系統(tǒng)有很強的制約，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的自動化水平。系統(tǒng)對象的檢測,考慮了兩個部分，即被控對象及其環(huán)境。如：軋制過程在線持續(xù)測量軋件尺寸的能力和水準，決定了軋制可控程度和質(zhì)量.熱軋過程測量是在相對高的振動和高溫、水流、氧化層粉層等干擾下實現(xiàn)的。鋼材軋制過程中紅外溫度掃描和成像，CCD鋼板寬度測量和板頭尾形狀測量技術(shù)的開發(fā)極大提高了軋制過程的自動化水平。而軋制過程熱軋板形控制和控軋控冷技術(shù)將溫度測量規(guī)定在惡劣的環(huán)境下擴展到多點、動態(tài)、高速和高精度水準。（2）有關(guān)表面、內(nèi)部缺點檢測鋼鐵生產(chǎn)過程涉及到產(chǎn)品質(zhì)量方面。從表面缺點、甚至是表面微細缺點的檢測到內(nèi)部缺點的檢測。如:鑄坯表面缺點檢測識別、板材的平直度、凸度檢測，涂鍍產(chǎn)品覆層檢測到管、線、型材等產(chǎn)品表面缺點的在線檢測和多個新型的高分辨率的表面缺點檢測和針孔檢測，進而到以δ值測量儀為代表的鋼材內(nèi)部質(zhì)量檢測技術(shù)的應(yīng)用過程，充足反映了對產(chǎn)品質(zhì)量檢測規(guī)定的深化.(3)有關(guān)在線的原材料質(zhì)量檢測鋼鐵生產(chǎn)的過程控制，既要考慮原材料是正常質(zhì)量的狀況，又要避免不能應(yīng)對或無法預(yù)期的原材料變化和缺點的發(fā)生。因此，除含有了燒結(jié)礦、煤、焦水份的紅外、微波、中子射線檢測、煤灰份檢測、鐵水硅、硫成分分析檢測外,作為在線的原材料質(zhì)量檢測，重要的是硅鋼板的硅素含有率的檢測等。(4）有關(guān)環(huán)境安全的檢測鋼鐵生產(chǎn)過程，嚴格控制有礙于環(huán)境安全的有害物質(zhì)的泄漏與排放。避免造成不良甚至于嚴重后果。因此,有關(guān)環(huán)境安全的檢測是必須的?，F(xiàn)在有:燒結(jié)過程粉塵排放量、成分檢測、高爐GAS回收量和成分檢測、焦爐GAS回收量和成分檢測、冶煉過程粉塵排放量和GAS成分檢測、加熱爐排放廢氣成分檢測、酸洗涂鍍等廢液排放檢測、水循環(huán)和排放的水質(zhì)檢測等。2、發(fā)展動向（1）從使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定化發(fā)展到使產(chǎn)品高質(zhì)量化這是持續(xù)性開展的方向。隨著IT技術(shù)的進展、傳感器的高性能化、數(shù)據(jù)解決的高速化，對應(yīng)于檢測需求的高層次化，使以往不能達成的檢測水準現(xiàn)在則有可能達成。其中，引人注目的是廣泛應(yīng)用圖象化解決辦法。2.2控制技術(shù)1、應(yīng)用現(xiàn)狀在鋼鐵過程自動化中，除了次序控制外，最廣泛采用的基礎(chǔ)控制是作為典型控制的前饋（FF）/反饋（FB）（以下圖所示）或其組合方式的實用控制和以模型為基礎(chǔ)的高級控制術(shù)在鋼鐵過程的控制中起著極其重要的作用。圖2轉(zhuǎn)爐煉鋼廠鍋爐汽包水位的自動控制（前饋/反饋控制）為確保煉鋼生產(chǎn)的需要，在生產(chǎn)中常采用前饋/反饋調(diào)節(jié)自動給水系統(tǒng)，通過無多次的調(diào)改調(diào)節(jié)參數(shù)，系統(tǒng)中配上某些報警連鎖裝置，最后確保安全生產(chǎn)的需要!（1）前工序過程由于能控性受制于能觀性的因素,現(xiàn)在，高爐、轉(zhuǎn)爐的模型均多為操作指導(dǎo)模型，特別是高爐為大規(guī)模非線性系統(tǒng),應(yīng)用控制理論的建模工作極其困難。大致經(jīng)歷了兩個階段：首先，通過從過程機收集的數(shù)據(jù),借助于數(shù)學模型,計算出反映高爐爐況的指標，從而為高爐爐長提供高爐運行狀態(tài)指導(dǎo)高爐操作的Go—Stop系統(tǒng)；另首先，綜合了專家的實踐經(jīng)驗和有關(guān)理論研究,通過AI技術(shù)與信息解決來對爐況的現(xiàn)狀、將來趨勢作出預(yù)報、給出最佳操作方針以達成指導(dǎo)高爐爐長對高爐冶煉過程的控制。如今，已普遍采用專家系統(tǒng)進行高爐的生產(chǎn)支持系統(tǒng)和借助于經(jīng)驗的智能型爐況診療系統(tǒng)。煉鋼過程以轉(zhuǎn)爐吹煉為中心,通過吹煉模型的高級化控制工程網(wǎng)版權(quán)全部，提高了鋼水溫度、成分命中率和縮短解決時間。(2）軋鋼工序過程線性近似的軋制壓力與軋機剛度靜態(tài)模型與近似電氣、液壓系統(tǒng)及張力發(fā)生機構(gòu)動特性的動態(tài)模型的組合來描述。板厚及張力控制可通過應(yīng)用最優(yōu)控制、魯棒控制等技術(shù)來實現(xiàn).多變量控制技術(shù)應(yīng)用于熱軋活套器存在的板張力與活套量(活套高度)的變量耦合狀況以及應(yīng)用于冷軋板形的軋制力變化賠償、軋輥溫度凸度賠償及輥磨損賠償?shù)臓顩r。另外，模型預(yù)測控制也應(yīng)用于熱軋薄板的蛇行控制而基于混合系統(tǒng)(HBS）模型技術(shù)用來改善熱軋板的寬度控制等。（3)持續(xù)解決線工序除持續(xù)涂鍍線實現(xiàn)了全線的速度與張力控制外，還進行把控制技術(shù)與操作訣竅結(jié)合的涂層智能（AI）的應(yīng)用等。即由于實際生產(chǎn)中，存在爐內(nèi)輻射熱使帶鋼溫度測量困難且又無法測定合金狀態(tài)的狀況下，建立并應(yīng)用融合以操作人員的訣竅（Know–how)為準則的智能控制提高了成品收得率.2、發(fā)展動向（1）以實現(xiàn)高質(zhì)量、多品種、短交貨期、穩(wěn)定化生產(chǎn)為目的需求的控制技術(shù)開發(fā)仍是根本。重要特點為:通過控制與操作經(jīng)驗結(jié)合來克服過程非線性問題。為克服非線性，考慮與操作經(jīng)驗訣竅的結(jié)合問題.即以控制理論為核心的控制技術(shù)不僅通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性獲得提高質(zhì)量和收得率的實效，并且還把操作技能納入技術(shù)體系，這給新產(chǎn)品的量產(chǎn)化帶來了但愿。與有關(guān)領(lǐng)域的合作，不僅要有系統(tǒng)控制技術(shù)與檢測領(lǐng)域的合作，并且要在計算機能力不停提高的背景下,通過與智能技術(shù)、過程解析技術(shù)、材料科學等多領(lǐng)域的合作控制工程網(wǎng)版權(quán)全部，來開創(chuàng)自動化的新局面。（2）以“在線最優(yōu)化"為核心的過程控制鑒于大量數(shù)據(jù)的在線實時解決已成為現(xiàn)實,鋼鐵業(yè)正著力研究基于大規(guī)模數(shù)據(jù)的高水準建模技術(shù)及控制技術(shù)來實現(xiàn)在線最優(yōu)化。由于IT技術(shù)的高速發(fā)展，不僅使原來高速響應(yīng)困難的模型預(yù)測控制等最新控制理論在鋼鐵業(yè)的應(yīng)用出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機。經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)挖掘的知識發(fā)現(xiàn)，為構(gòu)造優(yōu)化發(fā)明了條件。以過程穩(wěn)定、技術(shù)經(jīng)濟指標為目的，對核心工藝參數(shù)在線持續(xù)檢測基礎(chǔ)上,綜合運用預(yù)測技術(shù)及在線仿真來進行多變量最優(yōu)化及實現(xiàn)工序間最優(yōu)化，而基于可視化技術(shù)與基于大量數(shù)據(jù)的信息趨勢引導(dǎo)技術(shù)支持穩(wěn)定化生產(chǎn)。（3）期盼突破高爐過程自動化的難點高爐是鋼鐵過程自動化的最難點,國內(nèi)外正著力沿著從操作指導(dǎo)→半自動化→全自動的途徑緩緩邁進。即使爐頂裝入物控制及熱風爐燃燒控制等也能部分自動化，但把握高爐整體的生產(chǎn)控制核心是高爐整體過程模型及基于檢測高爐底部反映狀況及現(xiàn)象解析的傳感器與模型的開發(fā)。而通過智能控制與實用控制結(jié)合等手段，來實現(xiàn)廣義的鋼鐵生產(chǎn)過程的高性能閉環(huán)控制則也是可實施途徑。即基于顧客知識庫的閉環(huán)控制系統(tǒng),以實現(xiàn)配料、焦比、堿度、噴吹等目的的在線控制。它將進一步減少人為因素對高爐操作的負面影響，使高爐運行更加科學合理。(4）節(jié)能降排對控制技術(shù)的需求高爐進行高效率生產(chǎn)（包含環(huán)境對策）、余壓發(fā)電控制技術(shù)的開發(fā)；轉(zhuǎn)爐進行面對節(jié)能、再循環(huán)的控制技術(shù)開發(fā)。通過吹煉模型的高級化削減合金鐵、副原料成本，減少渣量；通過轉(zhuǎn)爐爐壓的適正化，提高工廠內(nèi)再循環(huán)轉(zhuǎn)爐CO煤氣的回收量.諸如:根據(jù)外擾推定觀察器的應(yīng)用來減少爐壓變動量，或從生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析建立最佳爐壓設(shè)定值模式辦法等。（5）軋鋼控制重心轉(zhuǎn)移向材質(zhì)性能控制軋鋼控制重心，從以往的外部尺寸規(guī)格控制逐步轉(zhuǎn)移到關(guān)心生產(chǎn)好材質(zhì)的控制系統(tǒng)來。固然,有關(guān)尺寸規(guī)格控制也會規(guī)定愈來愈嚴,仍需要持續(xù)性不停改善。另首先，更要關(guān)注材質(zhì)的生產(chǎn)問題。試用基于模型的最優(yōu)化和數(shù)據(jù)庫等直接控制材料的耐力與強度等機械特性。例如:涉及在線冶金模型、與基于材質(zhì)性能預(yù)測的鋼板材質(zhì)控制系統(tǒng)等，而以熱軋帶鋼力學性能預(yù)報模型及其在線應(yīng)用技術(shù)廣受關(guān)注。它不僅對有效余材充當滿足客戶需求，縮短交貨期，減少庫存、加緊資金周轉(zhuǎn)有主動意義,并且為更靈活地組織生產(chǎn)提供了嶄新的手段，被認為是實現(xiàn)動態(tài)生產(chǎn)控制的核心技術(shù)之一。2.3系統(tǒng)化技術(shù)如何選擇系統(tǒng)構(gòu)成要素：計算機、控制器、網(wǎng)絡(luò)、傳感器、執(zhí)行器、信息軟件/控制軟件、人機界面等,集成構(gòu)建成自動化系統(tǒng)才干達成所