工業控制是指工業自動化控制，主要通過電子、機械和軟件的結合來實現。 那就是工業控制，或者說工廠自動化控制。 主要是指利用計算機技術、微電子技術、電氣手段，使工廠的生產制造過程更加自動化、高效、精確、可控和可視化。

工業控制的作用

工業控制技術的出現和推廣帶來了第三次工業革命，使工廠的生產速度和效率提高了300%以上。 20世紀80年代初，伴隨著改革開放的春風，國外先進的工控技術進入中國大陸，廣泛應用的工控產品有“PLC、變頻器、伺服電機、工控機”等。 這些產品和技術有力地推動了中國制造業的自動化進程，為中國的現代化建設做出了巨大貢獻。

工業控制的主要核心領域在大型電廠、航空航天、大壩建設、工業溫控加熱、陶瓷等方面具有不可替代的優勢。

例如，電網的實時監控需要采集大量的數據值并進行綜合處理。 工控技術的介入，為大量信息的處理提供了便利。

工業控制的出現，提高了制造業和建筑業的安全和精度，解決了原有的溫度、壓力、氣體流量、液體流量等工業需求。 原來需要半自動化、人工的工作，已經演變成自動化，包括常見的空氣開關、壓力變送器、流量計等。

工控工作原理：例如空氣開關的功率控制，當電器功率過大時，內部機械原理開始運行，開關自動斷開，從而保證使用安全 工業或建筑物中的電力，并準確找到短路源。

工控機

工業控制計算機是采用總線結構對生產過程及其機電設備、工藝設備進行檢測和控制的工具的總稱。 它具有重要的計算機屬性和特性，如：計算機CPU、硬盤、內存、外圍設備和接口、實時操作系統、控制網絡和協議、計算能力、友好的人機界面等。工業的主要組成部分 計算機有五類：IPC（PC總線工業計算機）、PLC（可編程控制系統）、DCS（分布式控制系統）、FCS（現場總線系統）和CNC（數控系統）。

開發

工業控制一直是制約我國裝備工業乃至產品升級的瓶頸。 裝備制造業是工業的核心和基礎，決定著一個國家的工業水平和技術水平，也決定著在全球分工格局中的地位。

對于機床等工業主機，作為國內廠商，需要西門子或三菱提供整體運動控制解決方案。 直線電機、交流伺服電機及系統等核心運動控制產品是國外跨國公司整體提供精密運動控制的核心部件或應用解決方案，從產品到技術均由國外公司設計。 國內從事機床制造的廠商從應用的角度了解這些關鍵部件的作用以及如何更多地使用它們，最后將它們集成到一套機械設備中。 這是制造業的差距，也是追趕的方向。

全鋼底盤

IPC全鋼機箱按標準設計，抗沖擊、抗振動、抗電磁干擾，內部可安裝兼容PC-bus的無源背板。

無源背板

無源背板的插槽由總線擴展槽組成。 總線擴展槽可根據用戶實際應用由多個插槽組成，用于擴展ISA總線、PCI總線、PCI-E總線、PCIMG總線。 各種總線的版本都有組合和搭配的要求。 例如，PCIMG1.3版本總線不提供ISA總線支持。 電路板為四層結構，中間兩層為接地層和電源層。 這種結構可以削弱電路板上的邏輯信號。 相互干擾和較低的源阻抗。 背板可插接各種板卡，包括CPU卡、顯示卡、控制卡、I/O卡等。

工業電源

早期基于英特爾奔騰處理器的工控機主要采用AT開關電源，像PC一樣主要采用ATX電源，平均無故障運行時間達到25萬小時。

CPU 處理器

工控機CPU卡的種類很多，按大小可分為長卡和半長卡。 大多采用桌面系統處理器，早期如386\486\586\PIII，現在主流是P4、酷睿等處理器，主板用戶可以根據自己的需要自由選擇。 其主要特點是：工作溫度0-60℃； 帶有硬件“看門狗”定時器； 也有部分要求低功耗的CPU卡采用嵌入式系列CPU。

其他配件

工控機其他配件基本兼容PC，主要包括CPU、內存、顯卡、硬盤、軟驅、鍵盤、鼠標、光驅、顯示器等。工控機箱標準長度為19英寸， 高度為4U。

適用領域

IPC已經廣泛應用于工業和人們生活的方方面面。 例如：控制站點、路橋控制收費系統、醫療設備、環保監控、通信保障、智能交通控制系統、樓宇監控與安防、語音呼叫中心、排隊機、POS柜臺收銀機、數控機床、燃油 點膠機、金融信息處理、石油化工數據采集與處理、物探、野外便攜作業、環保、軍工、電力、鐵路、公路、航天、地鐵、智能樓宇、戶外廣告等。

特征

通俗地說，工控機就是專門為工業現場設計的計算機，而工業現場一般振動強，粉塵多，電磁場干擾大，一般工廠都是連續運轉，也就是一年一般沒有休息。 因此，與普通電腦相比，工控機必須具備以下特點：

① 機箱采用鋼結構，具有較高的防磁、防塵、抗沖擊能力。

②機箱內有專用背板，背板上有PCI和ISA插槽。

③機箱內有專用電源，電源抗干擾能力強。

④ 要求具有長期連續工作的能力。

⑤ 一般采用安裝方便的標準機箱（4U標準機箱比較常見） 注：除以上特點外，其余基本相同。 另外，由于以上的專業特點，同級別工控機的價格要比普通電腦貴一些，但一般相差不大。

工控機的劣勢雖然工控機與普通商用電腦相比有著得天獨厚的優勢，但其劣勢也非常明顯——數據處理能力差，具體如下：

①配置的硬盤容量小；

② 數據安全性低；

③ 貯存選擇性小。

④價格較高。

可編程控制器

詳細介紹

可編程邏輯控制器的英文名稱是Programmable LogIC Controller，在1970年代和1980年代一直被稱為PC。 自20世紀90年代個人電腦發展以來，也簡稱為PLC； 而可編程編程的概念涵蓋范圍太大，因此美國AB公司首次將可編程控制器命名為可編程邏輯控制器（PLC-PLC）。 （Programmable Logic Controller），為方便起見，PLC仍簡稱為可編程控制器。 有人把由可編程控制器組成的系統稱為PCS可編程控制系統，強調可編程控制器制造商為人們提供的是一個完整的系統。

市場展望

PLC的發展歷史

1968年，美國通用汽車公司（General Motors）提出取代繼電器控制裝置。 第二年，美國數字公司研制出第一代可編程控制器，滿足了通用汽車裝配線的要求。 隨著集成電路技術和計算機技術的發展，已經出現了第五代PLC產品。

在以幾何形狀和機械性能變化為特征的制造業和以物理和化學變化為特征的將原材料轉化為產品的過程工業中，除了基于連續數量的反饋控制外，特別是在制造業中還有開環 基于大量開關的順序控制，根據邏輯條件執行順序動作； 此外，還有根據邏輯關系對與順序、時序無關的連鎖保護動作進行控制； 以及大量開關量、脈沖量、定時、計數器、模擬量超限報警等基于狀態量的離散量數據采集與監控。 由于這些控制和監視的要求，PLC發展成為一種替代繼電器電路并進行順序控制的產品。 在多年的生產實踐中，PLC、DCS、IPC逐漸形成三足鼎立的局面，如表1所示，其他單回路智能調節器占據了一定的市場份額。

80年代至90年代中期是PLC增長最快的時期，年增長率達30-40%。 由于PLC機觸點處理仿真能力和網絡功能的提高，擠占了一部分DCS市場（過程控制），逐步壟斷了污水處理等行業。 但由于工業PC（IPC）的出現，特別是現場總線技術的發展，IPC和FCS也擠占了一部分PLC市場，因此PLC的增速普遍放緩。 全球有200多家制造商生產300多個品種的PLC產品，主要用于汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學/制藥（14.6%）、金屬/采礦（11.5%）、 紙漿/造紙 (11.3%) %) 等行業。

PLC的市場情況

國內PLC制造商約有30家，但尚未形成規模化生產能力和名牌產品，部分產品采用仿制、來料組裝或“貼牌”生產。 因此，可以說PLC在我國還沒有形成制造業。 作為一個在原理、技術、工藝上都沒有尖端技術難度的產品，只要我們努力，就可以形成制造業。

在PLC應用方面，我國非常活躍。 每年新投入PLC產品約10萬套，年銷售額30億元，應用行業也非常廣泛。 但是，與其他國家相比，在機械加工和生產線的應用方面需要更多的投資。

PLC的市場潛力巨大，不僅在我國，即使在工業發達的日本，調查顯示，支持PLC的機電一體化產品比例也達到42%，其中24%由繼電器和接觸器控制。 所以，還有很多場合需要應用PLC，尤其是在我國。

從技術創新的角度看，我國大中型企業要大力發展CIMS（計算機集成制造系統），在機械制造廠形成FMS柔性制造系統。 PLC是基礎，所以PLC市場廣闊。

PLC具有穩定可靠、價格便宜、功能齊全、應用靈活方便、操作維護方便等優點。 這是它能夠長期占據市場的根本原因。 下面我們將重點關注幾個問題，研究其發展趨勢。

硬件軟件

PLC的分類

PLC在1990年代形成了微型、小型、中型、大型和巨型PLC。 按I/O點數可分為：

l 微型PLC：32個I/O

l 小型PLC：256個I/O

l 中型PLC：1024 I/O

l 大型PLC：4096個I/O

l 巨型PLC：8195 I/O

單機支持300個回路、65000個I/O點的大型系統對應中型及以上的PLC，均采用16-32位CPU。 微型和小型 PLC 最初使用 8 位 CPU。 根據通信要求，有的還采用16位CPU。 位 ~ 32 位 CPU。 由于I/O點數在64點以下的PLC銷量占整個PLC的47%，64點到256點的占31%，加起來占整個PLC銷量的78%，所以應該多研究 在微型和小型 PLC 上完成。

PLC硬件

PLC控制器本身的硬件采用積木式結構，各廠家的產品結構大同小異。 以日本歐姆龍C200HE為例，它是總線模板框架結構，CPU模板安裝在基本框架（CPU主板）上，I/O模板安裝在其他插槽上； 如果I/O模板較多，可將CPU主板通過I/O擴展線連接到I/O擴展主板，I/O模板安裝在上面； 另一種方法是配備遠程I/O從站等。這些都表明PLC制造商將所有硬件組件開發給用戶，方便用戶選擇和配置成不同規模的PLC。 此外，這種硬件配置的開放性為制造商、分銷商（代理商）和系統集成商提供了巨大的利益。 ，給終端用戶帶來了很多便利，也給營銷供應鏈帶來了很大的便利。 這是一個很好的成功經驗。

PLC中的I/O模板，除了通用的DI/DO、AD/DA模板外，還開發了一系列具有特殊功能的I/O模板，為PLC在各行業的應用開辟了道路 ，如用于識別的條碼ASCII/BASIC模板，用于反饋控制的PID模板，用于操作控制和加工的高速計數模板，單軸位置控制模板，雙軸位置控制模板，凸輪定位器模板，射頻識別接口 模板等等，這個以后會得到很大的發展。 另外在輸入輸出相關元器件、輸入輸出電氣隔離、強干擾情況下的地隔離等方面也會更加完善。

PLC中的CPU配合存儲器完成控制功能。 它不同于處理溫度、壓力和流量等參數的DCS系統。 采用較快的巡回掃描周期，一般為0.1~0.2s，較快的掃描周期為50ms以下。 它是一個數字采樣控制系統。

PLC軟件

為了完成控制策略，為了代替繼電器，使用戶可以完成類似于繼電器電路的控制系統梯形圖，有一組控制算法功能塊（或子程序），稱為指令系統。 編譯在內存ROM中。 用戶可以在編譯應用程序時調用它。 指令系統大致可以分為兩類，即基本指令和擴展指令。 細分通用PLC指令系統包括：基本指令、定時/計數器指令、移位指令、傳送指令、比較指令、轉換指令、BCD運算指令、二進制運算指令、遞增/遞減指令、邏輯運算指令、特殊運算指令等 ., 這些指令大多類似于匯編語言。 此外，PLC還完善了充足的定時器、計數器、內部繼電器、寄存器和存儲區等內部資源，給編程帶來了極大的便利。

編程語言

IEC61131-3

由于各PLC廠商產品指令系統的差異，以及用戶對編程方式的要求不同，IEC制定了基于Windows的編程語言標準IEC61131-3（IEC于2007年頒布了可編程控制器國際標準IEC1131 1993），規定了五種編程語言：指令表（IL）、梯形圖（LD）、順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）和結構化文本（ST）。 這包括文本編程（IL、ST）和圖形編程（LD、FBD），而 SFC 可用于兩種類型的編程語言。

IEC技術委員會（TC65）進來開展

IEC61499項目擴展了IEC61131-3，這是一個通過通信網絡互連的模塊化分布式系統架構的標準，并將改進IEC61131-3。 這是基于數字技術的可編程邏輯控制設備開放性的高層次標準化文件，是PLC發展的大趨勢。

發展趨勢

一臺或幾臺PLC和PC機連接到系統中，PC機起到原編程器和人機界面操作站的作用。 這是20世紀90年代的新趨勢，為系統集成帶來商機。 同時，還開發了編程軟件和人機界面軟件（監控軟件或組態軟件）和軟件界面（或驅動軟件）。

PLC廠商在原有CPU模板上提供物理層RS232/422/485接口的基礎上，逐步增加各種通訊接口，提供完整的通訊網絡。 由于數據通信技術的快速發展，用戶對開放性的要求強烈，而現場總線技術和以太網技術也同步發展，因此由PLC組成的PCS系統的開放性略優于DCS。 Rockwell AB已形成多層結構體系，即Ether Net、Control Net、Device Net和Asi等現場總線（原DH+網絡也兼容）。 除了Profibus-DP通訊網絡和Profibus-FMS網絡外，西門子還提出了S7路由網絡，即Profibus-DP和Industrial Enternet的二層結構。 網絡還在發展，國家應該積極投入。

2001年，我國機械工業成為工業發展的新亮點。 總產值比上年增長17.15%。 汽車產量居世界前十位，機床產量居世界第五位。 機械工業利潤增長33.35%，占全行業新增利潤的60%以上。 出口也呈現令人鼓舞的增長。 機械行業提出要實行聯網。 對于這一點，PLC從業者應該有清醒的認識，尤其要注意組網的開放性，組網的性能價格比，組網的可靠性、安全性和先進性。 .

網絡向上連接是Internet問題，向下連接是現場總線問題。 此外，現有網絡能否采用以太網“電子網絡到底”方式，網絡采用客戶端/服務器方式，瀏覽器/服務器方式，生產者/消費者方式，接口軟件采用OPC方式等問題需要解決 進一步落實。 PLC與智能MCC電機控制中心、數控機床配套的NC/CNC數控設備及其他運行控制系統、電控設備、變頻器、軟啟動器等連接成系統； PLC必須配合DCS作為DCS遠程I/O站等； PLC要和IPC分工合作。 除了使用工控機作為人機界面外，使用軟件PLC的I/O組件也是可行的； 此外，PLC和緊急停車安全系統（ESD，Emergency Shut Down Systems），與立體倉庫、機器人、CAD/CAM等的關系也要處理好。 總之，PLC必須兼容各種新技術，才能使PLC成為真正的“計算機”。

PLC的應用領域廣泛，還有很多領域亟待探索，如用于海關過境車輛認證（深圳鹽田），我國的藥品自動售貨（多家中藥店）等。 此外，PLC還可用于離散事件系統，如高速公路網絡交通流量（車輛計數、乘客計數、停留時間測量）、物流系統、柔性制造系統（敏捷制造系統）和所有非標跟進 服務系統。 ，然后建模并采取對策和優化。 PLC的未來是光明的，一切悲觀的論調都是站不住腳的。 至于技術進步，PLC與其他技術融合并消失還需要一定的時間！

智能

概述

眾所周知，自20世紀60年代以來，西方國家依靠技術進步（即新設備、新技術和計算機應用）改造傳統產業，導致產業快速發展。 20世紀末世界最大的變化是全球市場的形成。 全球市場導致前所未有的激烈競爭，促使企業加快新產品上市時間、提高品質、降低成本和完善服務體系。 這就是 T.Q.C.S. 企業的。

計算機集成制造系統（CIMS）雖然結合了信息集成和系統集成，追求更完善的T.Q.C.S，使企業能夠實現“在正確的時間，以正確的方式將正確的信息傳遞給正確的人，從而 能做出正確的決定”，即“五個正確”。 然而，這種自動化需要投入大量資金。 這是一種高投入、高效率、高風險的發展模式，是大多數中小企業難以接受的。 我國中小企業、準大型企業仍在走低成本工控自動化之路

自動化

工控自動化主要包括三個層次，從下到上依次為基礎自動化、過程自動化和管理自動化，其中核心是基礎自動化和過程自動化。

在傳統的自動化系統中，基礎自動化部分基本由PLC和DCS壟斷，過程自動化和管理自動化部分主要由各種進口過程計算機或小型機組成。 其硬件、系統軟件和應用軟件的高昂價格讓很多商家敬而遠之。

20世紀90年代以來，由于基于PC的工業計算機（簡稱工業PC）的發展，由工業PC、I/O設備、監控設備、控制網絡等組成的基于PC的自動化系統得到迅速普及，成為 現實。 低成本工業自動化的重要途徑。 我國重鋼等大型企業的大型加熱爐幾乎也全部拆除了原有的DCS或單回路數字調節器，代之以工控機組成控制系統，并采用模糊控制算法， 取得了很好的效果。

市場

由于基于 PC 的控制器已被證明與 PLC 一樣可靠，并被操作和維護人員所接受，因此一家又一家制造商正在采用基于 PC 的控制解決方案，至少在他們的部分生產中。 基于PC的控制系統易于安裝和使用，并具有先進的診斷功能，為系統集成商提供了更靈活的選擇。 從長遠來看，基于PC的控制系統維護成本低。

       由于可編程邏輯控制器（PLC）受到PC控制的威脅最大，因此PLC供應商對PC的使用感到不安。 事實上，可編程邏輯控制器（PLC）也加入了PC控制的“浪潮”。

       工業PC在我國發展極為迅速。 從全球范圍來看，工控機主要包括IPC工控機和緊湊型PCI工控機及其變形機兩大類，如AT96總線工控機。 由于基礎自動化和過程自動化對工控機的運行穩定性、熱插拔和冗余配置要求較高，現有工控機已不能完全滿足要求，將逐步退出該領域，取而代之的是基于CompactPCI的 工控機，而工控機則占據管理自動化層。 2001年，國家設立了“基于工業控制計算機的開放式控制系統產業化”的工業自動化重大專項。 目標是開發具有自主知識產權的基于PC的控制系統，占據國內30%（50%）的市場份額并實現產業化。

       幾年前，當“軟PLC”出現時，業界認為工業PC將取代PLC。 但是，今天的工業PC并沒有取代PLC，主要有兩個原因：一是系統集成的原因； 二是軟件操作系統WindowsNT的原因。 一個成功的基于PC的控制系統必須具備兩點：一是所有的工作都必須在一個平臺上由軟件來完成； 另一種是為客戶提供他們需要的一切。 可以預見，工業PC與PLC的競爭將主要集中在高端應用，數據復雜，設備集成度高。 工業 PC 不可能與低成本微型 PLC 競爭，后者是 PLC 市場增長最快的部分。 從發展趨勢來看，未來的控制系統很可能存在于工業PC和PLC之間，而且這些融合的跡象已經出現。

      與 PLC 一樣，工業 PC 市場在過去兩年中保持平穩。 與 PLC 相比，工業 PC 軟件便宜。 據Frost & Sullivan估計，全球每年7億美元的工業PC市場中，約有8500萬美元為控制軟件，1億美元為操作系統。 到2007年將翻番，工業PC市場變得十分可觀。

工控行業

工控行業的產品和技術非常特殊。 為其他行業提供可靠、嵌入式、智能化的工控機。 隨著社會信息化的不斷深入，它是一種中間產物。 重點行業的關鍵任務將越來越依賴工控機，基于IPC的低息工控自動化正成為主流，本土工控機廠商越來越受到關注。 隨著電力、冶金、石化、環保、交通、建筑等行業的快速發展，從數字家庭機頂盒、數字電視、銀行柜員機、高速公路收費系統、加油站管理、制造生產線控制、 金融、政府、國防等行業對信息化的需求不時增加，對工控機的需求量很大。 工業計算機市場前景廣闊。 讓我們看看工控機行業的未來會是什么樣子。

向綜合方向發展

由于標準化的數據通信線路和通信網絡的發展，各種單（多）環調節器、PLC、工控比、NC等工控設備構成一個大系統，以滿足工廠自動化的要求，適應工業自動化的大趨勢。 開放性。

向智能化發展

由于數據庫系統和推理功能的發展，特別是知識庫系統（KBS）和專家系統（ES）的應用，如自學習控制、遠程診斷和自優化等，人工智能將在各個層面實現 的DCS。 與FF現場總線類似，基于微處理器的智能設備，如智能I/O智能PID控制、智能傳感器、變送器、執行器、智能人機界面和可編程調節器等相繼出現。

簡單的操作方向

對于工控機來說，最好能操作簡單，這也將成為未來的發展方向。 操作簡單可改進人機界面，簡化編程，在操作面板上使用符號鍵，盡量采用對話方式，以方便用戶。

儀器開發

概述

工控儀表重點開發基于現場總線技術的主控系統裝置、智能儀表、專用及特種自動化儀表； 全面拓展服務領域，推進儀表系統數字化、智能化、網絡化，完成自動化儀表從模擬技術向數字技術轉型，5年內儀表數字化比例達到60%以上 ; 推動具有自主著作權的自動化軟件商品化。

儀器儀表

電工儀器儀表方面，重點發展長壽命電能表、電子式電能表、專用電能計量儀表和電網計量自動管理系統。 2005年中低端電工儀器儀表國內市場占有率達到95%； 到2010年，中高端電工儀器儀表國內市場占有率要達到80%。

測試儀器

       科學檢測儀器重點發展過程分析儀器、環境監測儀器儀表、工業爐窯節能分析儀器，以及汽車零部件動平衡、動試驗和車輛性能檢測儀器、大地測量儀器、 基礎工業所需的電子測速儀器、測量全球定位系統等試驗機、實驗室儀器等新產品。 產品以技術含量高的中檔產品為主，到2005年占總產值的50%～60%。

環境儀器

環保儀器儀表重點開發大氣環境和水環境環保監測儀器儀表、采樣系統和環境監測自動化控制系統產品。 2005年技術水平達到國際90年代后期先進水平，國內市場占有率達到50%～60%。 ，到2010年國內市場占有率將達到70%以上。

儀器儀表

儀器儀表元器件“十五”期間和2010年前，盡快開發出一批適銷對路、市場效果好的產品，品種占有率達到70%～80%，市場占有率高 - 60%以上的成品； 攻關和開發新產品，使產品質量水平在90年代后期達到了國際水平，部分產品接近國外同類產品的先進水平。

電測儀器

信息技術電測儀器主要發展電測儀器軟件、智能化技術、總線式自動測試技術、綜合自動化測試系統、新型元器件測量技術與測試設備、在線測試技術、信息產業產品測試技術、多媒體測量技術等。 相應的檢測設備、用電監控管理技術等。

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