近几十年来,随着ICT技术的飞速发展,工业自动控制系统和仪器仪表技术突飞猛进,呈现出小型化、数字化、智能化、网络化、集成化等特点。
人们普遍认为,工业自动化主要有两个领域:过程(流体运动)控制技术支持的过程自动化(PA)和运动控制技术支持的工厂自动化(FA或离散生产自动化)。 前者从传统的模拟回路仪表起步,融合ICT控制技术,发展成为分布式(或集中式)控制系统DCS。 其高可靠性、便捷的组态软件、丰富的控制算法、开放的组网能力已成为计算机工业控制系统的主流,广泛应用于大型、多设备、复杂过程设备的自动控制,如大型 化工厂、热电厂等
可编程逻辑控制器(PLC):基于继电器技术,集成ICT技术,以程序化的方式实现设备的电气控制。 PLC结构紧凑,响应速度快,现场环境适应性和可靠性好(抗振动、噪声、灰尘、油污等),抗干扰能力强,价格低廉。 是与DCS并驾齐驱的又一主流控制系统。
工业自动控制技术路线呈现相互渗透、相互融合的趋势。 PLC的应用范围已经扩展到中小型过程控制系统、近距离维护服务系统、节能监控等领域,并在部分应用中取代了DCS。 DCS还应用了PLC与工控机的联合组网。 大趋势是更加开放(精细化分工合作)、标准化、产品化、融合化。
20世纪90年代以来,现场总线技术FCS得到迅速发展。 这是一个完全分散、开放的底层控制网络系统,用于生产现场安装的数字化智能仪表和测控设备与自动控制装置或系统之间的多点通信。
世界工控行业经历了几十年的风风雨雨,已经形成了少数跨国公司大规模生产、瓜分全球市场的寡头垄断局面。 原来上百家厂家只有几十家,最著名的有西门子、ABB、霍尼韦尔、三菱、菲尼克斯等,他们的工控产品都声称有DCS/PLC/FCS功能。 方面赢得了市场口碑。
工业信息化是电子通信技术(ICT)与先进制造技术融合的产物,是装备可控性、测控装备适用性、信息优化应用的综合结果。 自动控制系统和仪器仪表是现代工业装备、交通运输、能源、国防和重大公益装备的神经中枢、运行中枢和安全屏障。 它们的作用是对全过程和产品质量进行监测和控制,确保重大工业设备安全可靠运行并实现高效优化。
因此,推进制造环节自动化是提升我国产业竞争力的核心技术之一,是两化融合的基础。 推进工控技术自主创新,把握工控产业发展主导权,扭转当前技术过度依赖国外、受制于人的被动局面,是当前我国振兴产业的核心问题。 装备工业和不可回避的战略任务。
80年代,我国使用的DCS产品全部是国外产品。 当时,国家组织对进口成套重大装备自动控制系统进行技术消化。 目前,自主研发的超临界300~600MW火电机组主控DCS系统已安装数十台,并经受了多年运行考验。 在这个过程中,一些中资企业脱颖而出,如北京和利时、浙大中控、新华中控等。 上海自动化仪表有限公司和国电智神有限公司在300~600MW机组的主控DCS方面也具备同样的能力。 但由于工程应用能力、质量、口碑等原因,这些产品的应用对象,除电力外,仍以中小型工程项目为主,或用于大型非主体工程。 工程项目、消耗较大的大型石化项目主控系统尚未接入。
我国自动控制产业链的两端——位于底部的现场仪表(尤其是变送器和执行器)和位于顶部的综合自动化软件是最薄弱的环节。 我国自行设计制造的智能发射器仅占国内市场的9%。 顶层集成控制软件能力弱。 一方面是因为工控企业对用户的过程特性了解不深,经验积累不够,制约了顶层集成能力和快速进入细分市场的能力(工控企业受制于 国家对设计公司资质门槛的规定也是原因之一)。 用户市场对国内工控技术/产品的认同度不高,制约了自主研发的工控产品实用性提升的机会。
目前PLC技术的应用范围几乎涵盖了除大型化工、电力企业以外的所有工业部门。 然而,目前我国PLC应用市场95%以上被国外产品占据,国内企业处于绝对劣势。 跨国公司的产品享受进口零部件免税等优惠政策,国内厂商面对国内激烈的国际竞争束手无策。
一国内企事业单位规模小、业务分散,不健全。 在这些企业中,有的是由原工业部门承担共性技术的科研院所或大学科研单位改制而成,如和利时、浙江大学中控、北京机械自动化研究院等。
二,迄今为止,中国企业还没有真正掌握FA工控核心技术。 国内PLC厂商的技术都是借鉴国外的控制技术,主要基础硬件几乎全部由国外公司提供,基础软件也依赖进口。 我国PLC厂商的业务仅限于使用进口硬件和基础软件,利用ICT技术进行集成和针对特定过程控制需要的应用软件。 在系统设计诀窍、系统可靠性、产品质量(一致性、可靠性)、市场信誉等方面,与国外先进水平还有较大差距。 是国家引以为豪的数控系统,情况大致相同。
三,作为研究型工控企业,由于规模小、专业分散,缺乏国内统一的硬件和基础软件的支撑。
四,受外资控制和挤压,竞争力差。 我国一些企业自主研发了PLC硬件平台,但产品刚刚成型,跨国公司立即降价。 由于PLC系统属于技术密集型成熟产品,国内产品尚属首次,在性能和价格上缺乏竞争优势。 再加上缺乏国家政策支持,无法在市场上站稳脚跟,陷入“市场美誉度低——缺乏实践和改进机会——市场美誉度进一步降低”的恶性循环。
五、产学研结合的现实:国家产业管理机构多次更迭,一些普通的技术研究所转为企业,原有的研究过程被打断,技术积累流失 或年迈。