自动化调研报告

自动化调研报告--自动化控制系统的应用摘要自动化控制系统应用领域广泛，覆盖了工业、农业、交通、科技、环保、国防、教育、生活等各方面，在国民经济运行过程中发挥着不可替代的作用。目前，自动化控制系统行业的发展水平，已成为一个国家科技水平和综合国力的重要体现。关键词：自动化技术；自动控制系统；一、自动化控制系统产业总体发展综述（一)世界自动化控制系统产业稳步增长据权威研究机构Datamonitor统计数据，2006年世界自动化控制系统产业(包括集散控制系统和可编程控制器两大部分，不包括基于PC的工业控制系统和软件)规模约为125亿美元。美洲、欧洲和亚太地区市场规模分别为37亿美元、41亿美元和47亿美元。2002～2006年复合增长率分别为5.8％、2.3％和5.3％。今后几年，世界自动化控制系统产业仍将保持快速增长态势，预计到2011年，世界自动化控制系统产业规模将达到214亿美元，其中，美洲、欧洲和亚太地区市场规模分别达到5l亿美元、50亿美元和63亿美元，2006～2011年复合增长率将分别为6.7％、3.8％和6.0%。(二)发达国家高度重视自动化控制系统产业发展纵观世界，经济发达国家都高度重视本国自动化控制系统产业的发展，将其视为国家的战略重点之一。欧洲地区工业自动化控制产业很发达，特别是德国大面积推广应用自动化测控仪器系统，20世纪90年代就增加了350％的市场，带动劳动生产率增率增长了1.9％。目前，自动化和控制是维持德国乃至全欧洲汽车和机械制造高品质的关键技术。在德国汽车生产车间里，大量使用了现现场总线、可编程控制器(PLC)、运动控制、机器视觉、离散传感器、HMI软件等最新最先进的自动化产品。美国将仪器仪表(自动化控制系统是仪器仪表大类产业中很重要的一大部分)纳入信息技术产业并采取优先发展的政策，加大战略性投资。日本科学技术厅把自控测量传感器技术列为21世纪首位发展的技术，已成为亚洲测量传感器生产第一大国。（三）自动化控制产品在节能环保和节约资源领域发挥重大作用自动化控制产品广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保等各行各业，在节能环保和节约资源领域发挥着重要作用。集散控制系统(DCS)是一种分布式控制系统，从传统的仪表盘监控系统发展而来，面向大型工业生产领域。它适用于电力、化工等行业连续性生产过程的监视与控制，强调连续过程控制精度，可实现PID、前馈、串级、多级、模糊、自适应等复杂控制，适用于工艺过程复杂、被控设备多、控制点数庞大的系统。如在火电厂脱硫装置中采用DCS控制产品对火电厂排放超标的烟气进行脱硫处理，可实现烟气达标排放、保护生态环境以及避免人体受到有害气体直接或间接的损害。可编程控制器(PLC)是一种控制装置，从传统的继电器回路发展而来，面向一般工业控领域。它的发展基于制造业的现场设备控制需求，强调开关量逻辑控制，适用于小型自控场所。如在筑物自动化中采用PLC系统控制照明、供暖、空调，可实现节省能源的目的；在电站、化工、印染和造纸等行业的污水处理过滤系统中采用PLC产品，不仅可提高污水处理自动化程度和安全可靠性，而且清污效果好、排污耗水量少，达到节能环保的效果。二、关键产品市场及技术发展动向(一)集散控制系统(DCS)：信息化、集成化⒈市场快速增长据美国AutomationResearchCorp(ARC)发布的报告预测，世界集散控制系统(DCS)市场以每年7％的增长率快速增长，并将从2006年的约125亿美元发展到2011年的210亿美元。尤其是亚洲DCS市场需求将高速增长，2006年亚洲DCS市场销售额约为38亿美元，到2010年将达到60亿美元。增长的原因主要得益于以上这些国家基础设施工业如炼油、化工、电力、油气、能源等行业投资项目的增加促进该国自动化工业的发展，从而导致对集散控制系统的需求大增。目前，DCS主要集中在美国、日本、德国等发达国家，如美国霍尼韦尔(Honeywell)、福克斯波罗(Foxboro)、西屋(Westinghouse)；日本横河电机(YOKOGAWA)、日立；德国西门子等。国内知名的DCS生产商主要有：北京和利时、浙大中控和上海新华控制技术集团等。经过近30年的发展，集散控制系统已经进入第四代。Honeywell公司推出的ExperionPKS系统、Emerson公司的PlantWeb(EmersonProcessManagement)、横河电机公司的R3(PRM——工厂资源管理系统)、ABB公司的IndustrialIT系统等都是新一代DCS的代表，国内的和利时公司也推出了自己的第四代DCS-MACS—Smartpro系统。⒉向信息化、集成化和开放化方向发展⑴信息化计算机技术、网络技术、通信技术的发展推进了DCS的信息化进程，信息化已经不是以控制功能为主的控制系统，而是一个充分发挥信息管理功能的综合平台系统。DCS实现的信息化功能主要包括以下几方面：①SCADA功能SCADA(SupervisorvControlAndDataAcquisition，数据采集与监视控制)功能包括通过各种通信协议实现数据采集，对各种实时数据、历史数据、报警信息、事故记录等进行存储，分类、综合和显示；各种方式的信息显示和传送，如屏幕显示、远程浏览显示及无线终端显示等。几乎所有的第四代DCS都提供了比较全面的SCADA功能。如ExperionPKS中，通过DigitalVideoManager实现图像的传输和显示；通过DSA（DistributedSystemArchitecture）用户可实现全球联网；通过HMIWebTechnology用户可实现任何位置的人机界面的组态；通过eSenrer用户可以安全地访问过程信息，还有远程监控，支持无线终端等功能。②设备管理和智能维修功能第四代DCS通过智能化现场信号处理模块的自诊断功能实时对DCS系统本身的部件自动诊断，而且一般都提供冗余措施，在关键部件发生故障时报警并自动切换到冗余备件上，保证设备正常工作，还能通过现场总线技术对现场仪表的运行状态自动诊断，并可实现自动校正，确保各变送器和执行器正常工作。例如，Emerson公司的PIantWeb系统，Honevwell公司的AssetManPKS系统等都提供了这样的功能。③还包括能源管理、批处理和配方管理、支持开放的数据库接口和多种流行标准网络接口等功能。(2)集成化DCS的集成化主要体现在功能的集成和产品的集成。过去的DCS厂商基本是以自主开发为主，提供的系统也是自己的，如今的DCS厂商更强调系统的集成性，DCS中除保留传统DCS所实现的过程控制功能之外，还集成了PLC(可编程控制器)、RTU(远程终端设备)、FCS(现场总线)、各种回路调节器、各种智能采集或控制单元等。此外DCS厂商不再把开发组态软件或制造各种硬件单元视为核心技术，而是对DCS的各个组成部分采用第三方集成方式或OEM方式。(3)开放化随着网络技术、数据库技术以及现场总线技术的发展，为DCS系统的开放创造了条件。各DCS厂家竞争的加剧，促进了细化分工与合作，各厂家放弃了原来由自己独立开发的模式，变成集成与合作的开发模式，有力地推动了系统的开放。DCS的开放性体现在与第三方产品的互连上，主要体现在：在企业管理层支持各种管理软件平台连接；在工厂车间层支持第三方先进控制产品、SCADA平台、MES产品、BATCH处理软件，同时支持多种网络协议(主要是以太网)；在装置控制层可以支持多种DCS单元、PLC、RTU、各种智能控制单元等，以及各种标准的现场总线仪表与执行机构。3．融入现场总线技术，打造更完善的综合系统现场总线控制系统(FCS)作为一种双向串行多节点的数字通信系统，有很多DCS无法比拟的优点。有许多专家、学者甚至预言现场总线控制系统将取代DCS，但是由于技术上、标准上以及经济性等多方面的原因，FCS不可能在短时间内完全取代DCS，所以既要利用现场总线技术的先进性，又要考虑客观实际，目前过程控制系统大多采用了将现场总线集成于DCS的思想传统意义上的DCS实现分散控制、集中管理，但实际上，DCS的控制功能并没有真正的分散化，管理功能主要是监控和协调。因此，在未来的发展中，DCS将与FCS集成，充分发挥DCS的监控、管理和决策功能以及FCS的现场智能仪表的控制和通信功能，实现生产过程控制的彻底分散化、网络化，使系统配置达到最优，实现完整的控制、管理网络架构。4．中小型DCS需求日益扩大以前DCS主要应用于石油、化工、钢铁等行业的大型企业，而众多的中小型企业相对而言资金比较紧张，也没有必要上很大规模的DCS，但却迫切需要进行技术改造，提高控制系统的自动化程度,同样需要适合的中小型DCS系统。因此，中小型DCS市场具有很大的开拓空间。中小型DCS同大型DCS相比，可靠性要求没有那么高，甚至可不要冗余；灵活性也较大，完全没有必要像大型DCS那样占用专门的监控室。为了占据中小型系统市场，目前，国内外不少著名的DCS公司都推出了自己的中小型DCS，如Honeywell公司的PlantScapeSCADA,国内和利时公司的FOCS等。(二)可编程控制器(PLC)：高速度、大容量⒈市场规模不断扩大由于全球经济快速发展特别是各个领域的制造企业的快速发展，带来了可编程控制器(PLC)以及各种自动化产品和服务的健康增长。据ARC发布的报告，2006年全球可编程控制器(PLC)市场约为83亿美元，今后五年预计还将以7.3％的年复合增长率增长，到2011年将达到120亿美元。2006年，PLC的最大市场仍在欧洲、中东和北美，但亚太地区近年来受到了更多的关注，快速增长的市场需求为PLC产品带来了更多的机会和巨大的潜力。尤其是中国由于良好的商业环境，为全球制造业提供了投资建厂的难得机会。迅速攀升的外商在华直接投资，以及快速增长的中国市场需求也带动了中国PLC市场的飞速发展。据ARC预测，未来5年，中国的PLC市场将以12.4％的年均增长率强劲发展，中国PLC市场规模将由2006年的约7.5亿美元增长到2011年的13亿美元。⒉制造业集中在欧美日目前，PLC制造企业主要集中在欧美日等发达国家。欧美以大中型PLC闻名，日本以小型PLC著称。美国是PLC生产大国，有100多家PLC厂商，著名的有A-B公司、通用电气(GE)公司、莫迪康（MODICON）公司、德州（TI）公司和西屋公司等。其中A-B公司是美国最大的PLC制造商，其产品约占美国PLC市场的一半。A-B公司产品规格齐全、种类丰富，其主推的大中型PLC产品是PLC-5系列。该系列为模块式结构。德州仪器（TI）公司的小型PLC新产品有510、520和TI100等，中型PLC新产品有TI300、5TI等，大型PLC有PM550、530、560、565等系列。德国的西门子(SIEMENS)公司、AEG公司、法国的TE公司是欧洲著名的PLC制造商。德国西门子的电子产品以性能精良而久负盛名。在中、大型PLC产品领域与美国的A-B公司齐名。西门子PLC主要产品是S5、S7系列。S7系列是西门子公司在S5系列PLC基础上近年推出的新产品，其性能价格比高，其中S7-200系列属于微型PLC；S7-300系列属于中小型PLC；S7-400属于中高性能的大型PLC。日本的小型PLC最具特色，在小型机领域中颇具盛名。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70％的份额。三菱公司较早的PLC产品是小型机F系列及其升级产品F1／F2系列。继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、特殊功能、网络功能等方面都有了全面的加强。FX2N是近几年推出的高功能整体式小型机，它是FX2的换代产品，各种功能都有了全面的提升。近年来还不断推出满足不同要求的微型PLC，如FXOS、FXlS、FXON、FXIN及α系列等产品。欧姆龙(OMRON)公司的PLC产品，大、中、小、微型规格齐全。微型机以SP系列为代表，其体积极小，