第3章-13 挑戰(zhàn)與展望!!

1、3.13 自動化應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)與自動化應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)與展望展望主要內(nèi)容主要內(nèi)容l 自動化應(yīng)用面臨的問題和挑戰(zhàn)自動化應(yīng)用面臨的問題和挑戰(zhàn)l 自動化應(yīng)用的前沿領(lǐng)域和發(fā)展趨勢自動化應(yīng)用的前沿領(lǐng)域和發(fā)展趨勢 一、自動化應(yīng)用面臨的問題和挑戰(zhàn)一、自動化應(yīng)用面臨的問題和挑戰(zhàn) 自動化的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，早已從主要面向工自動化的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，早已從主要面向工業(yè)和國防擴(kuò)展到了能源、環(huán)境、交通、建筑、經(jīng)濟(jì)、業(yè)和國防擴(kuò)展到了能源、環(huán)境、交通、建筑、經(jīng)濟(jì)、管理、家居等幾乎所有領(lǐng)域。管理、家居等幾乎所有領(lǐng)域。 伴隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，自動化應(yīng)用在深度伴隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，自動化應(yīng)用在深度和廣度上也不斷拓展，新概

2、念、新技術(shù)、新問題不和廣度上也不斷拓展，新概念、新技術(shù)、新問題不斷涌現(xiàn)，一方面給自動化的發(fā)展提供了前所未有的斷涌現(xiàn)，一方面給自動化的發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇，同時也使自動化面臨著眾多的挑戰(zhàn)。機(jī)遇，同時也使自動化面臨著眾多的挑戰(zhàn)。1. 綜合自動化系統(tǒng)的整體水平有待提高綜合自動化系統(tǒng)的整體水平有待提高 很多應(yīng)用領(lǐng)域的自動化系統(tǒng)都在朝綜合自動化方很多應(yīng)用領(lǐng)域的自動化系統(tǒng)都在朝綜合自動化方向發(fā)展，就一個生產(chǎn)企業(yè)而言，綜合自動化涉及了向發(fā)展，就一個生產(chǎn)企業(yè)而言，綜合自動化涉及了產(chǎn)品的全生命周期，各個環(huán)節(jié)和各個子系統(tǒng)相對獨(dú)產(chǎn)品的全生命周期，各個環(huán)節(jié)和各個子系統(tǒng)相對獨(dú)立而又相互關(guān)聯(lián)、相互影響，要真正形成一個

3、平穩(wěn)、立而又相互關(guān)聯(lián)、相互影響，要真正形成一個平穩(wěn)、協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的大系統(tǒng)是相當(dāng)艱巨的任務(wù)，同時也是一協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的大系統(tǒng)是相當(dāng)艱巨的任務(wù)，同時也是一個漸進(jìn)的過程，不可能一蹴而就。個漸進(jìn)的過程，不可能一蹴而就。 現(xiàn)有的工業(yè)綜合自動化成套產(chǎn)品和完整解決方案現(xiàn)有的工業(yè)綜合自動化成套產(chǎn)品和完整解決方案尚不夠完善，離全面和深度融合尚有一定距離。尚不夠完善，離全面和深度融合尚有一定距離。 很多領(lǐng)域，如樓宇自動化、家庭自動化、農(nóng)業(yè)很多領(lǐng)域，如樓宇自動化、家庭自動化、農(nóng)業(yè)自動化等還處于發(fā)展的初級階段，需要加大投入，自動化等還處于發(fā)展的初級階段，需要加大投入，逐步完善和推廣。逐步完善和推廣。 綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建

4、和實(shí)施是一項(xiàng)復(fù)綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建和實(shí)施是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到眾多的技術(shù)領(lǐng)域，需要不雜的系統(tǒng)工程，涉及到眾多的技術(shù)領(lǐng)域，需要不同專業(yè)背景的科技和管理人員共同參與，同時還同專業(yè)背景的科技和管理人員共同參與，同時還必須在很多關(guān)鍵技術(shù)上深入開展研究，如綜合自必須在很多關(guān)鍵技術(shù)上深入開展研究，如綜合自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、信息集成技術(shù)、檢測與識動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、信息集成技術(shù)、檢測與識別技術(shù)、決策支持系統(tǒng)等別技術(shù)、決策支持系統(tǒng)等 。 2. 復(fù)雜系統(tǒng)的研究尚處于探索階段復(fù)雜系統(tǒng)的研究尚處于探索階段 復(fù)雜系統(tǒng)包括電力系統(tǒng)、綜合工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)包括電力系統(tǒng)、綜合工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、社會經(jīng)

5、濟(jì)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等，系統(tǒng)的交通系統(tǒng)、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化加劇了系統(tǒng)的復(fù)雜性。網(wǎng)絡(luò)化加劇了系統(tǒng)的復(fù)雜性。 現(xiàn)有現(xiàn)有“大系統(tǒng)理論大系統(tǒng)理論”的主要成果基本上是線性的主要成果基本上是線性系統(tǒng)理論在復(fù)雜結(jié)構(gòu)下的推廣，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足復(fù)系統(tǒng)理論在復(fù)雜結(jié)構(gòu)下的推廣，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足復(fù)雜系統(tǒng)的研究需要，而雜系統(tǒng)的研究需要，而“復(fù)雜系統(tǒng)理論復(fù)雜系統(tǒng)理論”近年來近年來雖然取得了一些進(jìn)展，但尚處于探索階段，離實(shí)雖然取得了一些進(jìn)展，但尚處于探索階段，離實(shí)際應(yīng)用還有較大距離。較普遍的看法是，復(fù)雜系際應(yīng)用還有較大距離。較普遍的看法是，復(fù)雜系統(tǒng)的研究應(yīng)當(dāng)走智能化和綜合集成的道路。統(tǒng)的研究應(yīng)當(dāng)走智能化和綜合集成的

6、道路。 3. 系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析、控制、決策系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析、控制、決策等的結(jié)合問題等的結(jié)合問題 要實(shí)現(xiàn)有效的管理和控制，離不開系統(tǒng)建模。系要實(shí)現(xiàn)有效的管理和控制，離不開系統(tǒng)建模。系統(tǒng)模型若過于復(fù)雜，會給分析、設(shè)計(jì)和決策帶來很統(tǒng)模型若過于復(fù)雜，會給分析、設(shè)計(jì)和決策帶來很大困難；反之若過于簡單，則無法反應(yīng)真實(shí)特性。大困難；反之若過于簡單，則無法反應(yīng)真實(shí)特性。因此系統(tǒng)建模不是一個獨(dú)立的過程，應(yīng)充分考慮控因此系統(tǒng)建模不是一個獨(dú)立的過程，應(yīng)充分考慮控制和管理上的需要。制和管理上的需要。 目前針對線性系統(tǒng)的建模研究已比較成熟，但時目前針對線性系統(tǒng)的建模研究已比較成熟，但時變、非線性、不確定動態(tài)系統(tǒng)、復(fù)

7、雜系統(tǒng)等的研究變、非線性、不確定動態(tài)系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)等的研究依然不多，且大多屬于定量模型。如何把定量模型依然不多，且大多屬于定量模型。如何把定量模型和定性模型結(jié)合起來，并考慮控制和管理的需要尚和定性模型結(jié)合起來，并考慮控制和管理的需要尚待深入研究。待深入研究。 4. 先進(jìn)控制策略的推廣應(yīng)用先進(jìn)控制策略的推廣應(yīng)用 先進(jìn)控制策略一般指控制性能優(yōu)于先進(jìn)控制策略一般指控制性能優(yōu)于PID控制、而控制、而且必須借助于計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的一類控制算法，如自且必須借助于計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的一類控制算法，如自適應(yīng)控制、預(yù)測控制、最優(yōu)控制、智能控制等。適應(yīng)控制、預(yù)測控制、最優(yōu)控制、智能控制等。 在一個網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)中，往往有

8、在一個網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)中，往往有85%以上以上是簡單的是簡單的PID控制，有控制，有5%10%是包含了多種方式是包含了多種方式的復(fù)合控制，而先進(jìn)控制系統(tǒng)的比例只有的復(fù)合控制，而先進(jìn)控制系統(tǒng)的比例只有5%左右。左右。 隨著控制系統(tǒng)規(guī)模和復(fù)雜程度的不斷增加，很隨著控制系統(tǒng)規(guī)模和復(fù)雜程度的不斷增加，很多情況下簡單的多情況下簡單的PID控制已不能滿足要求，或者即控制已不能滿足要求，或者即使能滿足要求，但并不能獲得很好的效果。使能滿足要求，但并不能獲得很好的效果。 現(xiàn)代的自動化系統(tǒng)絕大部分都已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化現(xiàn)代的自動化系統(tǒng)絕大部分都已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化或計(jì)算機(jī)化，在計(jì)算機(jī)中以軟件的形式實(shí)現(xiàn)先進(jìn)或計(jì)算機(jī)化，在計(jì)算

9、機(jī)中以軟件的形式實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制或?qū)崿F(xiàn)控制或?qū)崿F(xiàn)PID控制并無本質(zhì)差別，但先進(jìn)控制控制并無本質(zhì)差別，但先進(jìn)控制的效果明顯優(yōu)于的效果明顯優(yōu)于PID控制，可以顯著提高生產(chǎn)效控制，可以顯著提高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，從而創(chuàng)造出率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，從而創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 大力推廣和應(yīng)用先進(jìn)控制策略不僅切實(shí)可行，大力推廣和應(yīng)用先進(jìn)控制策略不僅切實(shí)可行，而且對全面改善系統(tǒng)性能、提高自動化水平、實(shí)而且對全面改善系統(tǒng)性能、提高自動化水平、實(shí)現(xiàn)國家倡導(dǎo)的節(jié)能降耗以及提高資源利用率等具現(xiàn)國家倡導(dǎo)的節(jié)能降耗以及提高資源利用率等具有十分重要的意義。有十分重要的意義。5. 自動

10、化在很多領(lǐng)域的應(yīng)用水平急待提高自動化在很多領(lǐng)域的應(yīng)用水平急待提高 自動化在工業(yè)、軍事等很多領(lǐng)域取得了巨大的自動化在工業(yè)、軍事等很多領(lǐng)域取得了巨大的成功，但仍有不少領(lǐng)域需要深入開展研究，拓展成功，但仍有不少領(lǐng)域需要深入開展研究，拓展應(yīng)用范圍，提高應(yīng)用水平。應(yīng)用范圍，提高應(yīng)用水平。 家庭自動化由于實(shí)施成本的問題，基本上還停家庭自動化由于實(shí)施成本的問題，基本上還停留在單機(jī)自動化水平上，雖然已經(jīng)出現(xiàn)了具有網(wǎng)留在單機(jī)自動化水平上，雖然已經(jīng)出現(xiàn)了具有網(wǎng)絡(luò)接口的冰箱、空調(diào)等絡(luò)接口的冰箱、空調(diào)等“信息家電信息家電”產(chǎn)品，但還產(chǎn)品，但還難以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)的互連和組網(wǎng)，很多所謂的難以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)的互連和組網(wǎng)，很多所

11、謂的“智能小區(qū)智能小區(qū)” 離真正的智能自動化還相差甚遠(yuǎn)。離真正的智能自動化還相差甚遠(yuǎn)。 在農(nóng)業(yè)自動化方面，發(fā)達(dá)國家早就提出了在農(nóng)業(yè)自動化方面，發(fā)達(dá)國家早就提出了“精精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的概念，開發(fā)了種類繁多的農(nóng)業(yè)自動化的概念，開發(fā)了種類繁多的農(nóng)業(yè)自動化設(shè)備和系統(tǒng)，包括遙感遙測、環(huán)境監(jiān)測、地理信設(shè)備和系統(tǒng)，包括遙感遙測、環(huán)境監(jiān)測、地理信息、息、GPS定位、農(nóng)業(yè)專家數(shù)據(jù)庫、自動灌溉、自定位、農(nóng)業(yè)專家數(shù)據(jù)庫、自動灌溉、自動化的農(nóng)業(yè)機(jī)械和機(jī)器人、自動化飼養(yǎng)、工廠化動化的農(nóng)業(yè)機(jī)械和機(jī)器人、自動化飼養(yǎng)、工廠化蔬菜生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化管理等。蔬菜生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化管理等。 我國的大部分地區(qū)還停留在機(jī)械化的水平上，我國的大部分

12、地區(qū)還停留在機(jī)械化的水平上，有些地方連有些地方連“機(jī)械化機(jī)械化”也談不上，仍采用較原始也談不上，仍采用較原始的耕作方式。因此要提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)的耕作方式。因此要提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動化還有較長的一段路要走。農(nóng)業(yè)自動化還有較長的一段路要走。 在交通運(yùn)輸自動化方面，對智能交通系統(tǒng)在交通運(yùn)輸自動化方面，對智能交通系統(tǒng)ITS的的研究已有研究已有40年左右的歷史，在歐美等發(fā)達(dá)國家已有年左右的歷史，在歐美等發(fā)達(dá)國家已有較高的應(yīng)用率，如美國的較高的應(yīng)用率，如美國的ITS應(yīng)用率高達(dá)應(yīng)用率高達(dá)80%，而，而我國目前很多城市的信號燈控制還停留在定時切換我國目前很多城市的信號燈控制還停留在定時切換

13、的傳統(tǒng)方式上，交通誘導(dǎo)和疏導(dǎo)還主要靠警察的現(xiàn)的傳統(tǒng)方式上，交通誘導(dǎo)和疏導(dǎo)還主要靠警察的現(xiàn)場指揮，大量公路收費(fèi)站還依靠人工收費(fèi)。場指揮，大量公路收費(fèi)站還依靠人工收費(fèi)。 雖然部分大城市引進(jìn)和開發(fā)了一些交通綜合管理雖然部分大城市引進(jìn)和開發(fā)了一些交通綜合管理與控制系統(tǒng)，安裝了電子收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和信與控制系統(tǒng)，安裝了電子收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和信息服務(wù)系統(tǒng)，很多城市已經(jīng)開始了以智能控制和綜息服務(wù)系統(tǒng)，很多城市已經(jīng)開始了以智能控制和綜合管理為手段、以實(shí)現(xiàn)合管理為手段、以實(shí)現(xiàn)“一路綠波一路綠波”為目標(biāo)的城市為目標(biāo)的城市交通系統(tǒng)的改造和升級，但要全面實(shí)現(xiàn)交通自動化交通系統(tǒng)的改造和升級，但要全面實(shí)現(xiàn)交通自動化尚

14、待時日。尚待時日。 在煤礦自動化方面，由于煤礦的生產(chǎn)環(huán)境惡劣，在煤礦自動化方面，由于煤礦的生產(chǎn)環(huán)境惡劣，瓦斯與煤塵爆炸、水災(zāi)、火災(zāi)、冒頂?shù)仁鹿孰S時瓦斯與煤塵爆炸、水災(zāi)、火災(zāi)、冒頂?shù)仁鹿孰S時可能發(fā)生，對安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅?？赡馨l(fā)生，對安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。 種種原因造成我國煤礦自動化的總體水平一直種種原因造成我國煤礦自動化的總體水平一直不高，落后于發(fā)達(dá)國家十多年，煤礦事故頻繁發(fā)不高，落后于發(fā)達(dá)國家十多年，煤礦事故頻繁發(fā)生，人員死亡率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于美國等發(fā)達(dá)國家。生，人員死亡率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于美國等發(fā)達(dá)國家。 美國的煤礦每百萬噸死亡率在美國的煤礦每百萬噸死亡率在0.04以下，全世以下，全世界的平均水平大約是界

15、的平均水平大約是1.6，而我國則是世界平均水，而我國則是世界平均水平的平的2.3倍左右，這充分說明了煤礦安全生產(chǎn)形勢倍左右，這充分說明了煤礦安全生產(chǎn)形勢的嚴(yán)峻性。的嚴(yán)峻性。 我國的煤礦自動化雖然已逐步開發(fā)和完善了局我國的煤礦自動化雖然已逐步開發(fā)和完善了局部生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動化系統(tǒng)，并向全礦井綜合自動化方部生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動化系統(tǒng)，并向全礦井綜合自動化方向發(fā)展，但主要應(yīng)用于較大型的煤礦，大量中、小向發(fā)展，但主要應(yīng)用于較大型的煤礦，大量中、小型煤礦的自動化水平還非常低，有些甚至完全沒有型煤礦的自動化水平還非常低，有些甚至完全沒有自動化設(shè)備。自動化設(shè)備。 煤礦自動化的首要任務(wù)應(yīng)當(dāng)是保證人員安全，煤礦自動化的首要

16、任務(wù)應(yīng)當(dāng)是保證人員安全，建立和健全安全監(jiān)控系統(tǒng)，并不斷利用新技術(shù)、新建立和健全安全監(jiān)控系統(tǒng)，并不斷利用新技術(shù)、新手段完善和提高煤礦生產(chǎn)的自動化水平，最終實(shí)現(xiàn)手段完善和提高煤礦生產(chǎn)的自動化水平，最終實(shí)現(xiàn)煤礦開采作業(yè)的全自動化、機(jī)器人化以及控制和管煤礦開采作業(yè)的全自動化、機(jī)器人化以及控制和管理的綜合集成化。理的綜合集成化。6. 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化帶來新的挑戰(zhàn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化帶來新的挑戰(zhàn) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)施現(xiàn)成，能以較小的代價實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施現(xiàn)成，能以較小的代價實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和遠(yuǎn)程控制；遠(yuǎn)程控制； 可以利用網(wǎng)上大量的計(jì)算資源，包括各種軟件、可以利用網(wǎng)上大量的計(jì)算資源，包括各種軟件、沒有滿負(fù)荷運(yùn)行的微機(jī)和處理器等

17、；沒有滿負(fù)荷運(yùn)行的微機(jī)和處理器等； 基于網(wǎng)絡(luò)的分布式控制可以突破地域的限制；基于網(wǎng)絡(luò)的分布式控制可以突破地域的限制； 可以實(shí)現(xiàn)從決策管理層、規(guī)劃調(diào)度層到現(xiàn)場設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)從決策管理層、規(guī)劃調(diào)度層到現(xiàn)場設(shè)備層的全系統(tǒng)控制和全過程綜合優(yōu)化。層的全系統(tǒng)控制和全過程綜合優(yōu)化。 基于基于Internet的控制系統(tǒng)已成為近年來的研究和的控制系統(tǒng)已成為近年來的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)主要有：應(yīng)用熱點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)主要有： 網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，會造成較大的傳輸延網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，會造成較大的傳輸延遲，而且延遲時間不確定或不相同；遲，而且延遲時間不確定或不相同； 對信號的等間隔采樣經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸后將變得不再等對信號的等

18、間隔采樣經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸后將變得不再等間隔，而現(xiàn)有成熟的控制理論基于等間隔采樣；間隔，而現(xiàn)有成熟的控制理論基于等間隔采樣； 信號在傳輸過程中可能丟失或被修改；信號在傳輸過程中可能丟失或被修改； 傳輸過程中信號的順序可能發(fā)生變化，即后一時傳輸過程中信號的順序可能發(fā)生變化，即后一時刻的信號先傳到，前一時刻的信號后傳到?？痰男盘栂葌鞯剑耙粫r刻的信號后傳到。 基于基于Internet的控制存在顯而易見的缺點(diǎn)，即的控制存在顯而易見的缺點(diǎn)，即可靠性差，主要體現(xiàn)在以下幾方面：可靠性差，主要體現(xiàn)在以下幾方面： 上述問題給分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)帶來了新問題和上述問題給分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)帶來了新問題和新挑戰(zhàn)，必須對現(xiàn)有的

19、理論體系有所創(chuàng)新和突破。新挑戰(zhàn)，必須對現(xiàn)有的理論體系有所創(chuàng)新和突破。二、自動化應(yīng)用的前沿領(lǐng)域和發(fā)展趨勢二、自動化應(yīng)用的前沿領(lǐng)域和發(fā)展趨勢 1. 基于基于PC和以太網(wǎng)的分布式控制系統(tǒng)將成和以太網(wǎng)的分布式控制系統(tǒng)將成為工業(yè)自動化的主流為工業(yè)自動化的主流 目前目前PLC和和DCS已成為工業(yè)自動化的主流產(chǎn)品，已成為工業(yè)自動化的主流產(chǎn)品，但各個廠家有各自的總線標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)、編程但各個廠家有各自的總線標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)、編程軟件和運(yùn)行支持軟件，開放性較差。軟件和運(yùn)行支持軟件，開放性較差。 在這種形勢下，以在這種形勢下，以PC（個人計(jì)算機(jī)）為基礎(chǔ)（個人計(jì)算機(jī)）為基礎(chǔ)的分布式控制系統(tǒng)開始嶄露頭角，進(jìn)軍工業(yè)自動的

20、分布式控制系統(tǒng)開始嶄露頭角，進(jìn)軍工業(yè)自動化的領(lǐng)域?；念I(lǐng)域?；诨赑C的控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：的控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：l PC具有開放的體系結(jié)構(gòu)和無與倫比的市場具有開放的體系結(jié)構(gòu)和無與倫比的市場占有率，形成了極其強(qiáng)大的市場產(chǎn)品支持占有率，形成了極其強(qiáng)大的市場產(chǎn)品支持和技術(shù)支持；和技術(shù)支持；l 可以像可以像PLC一樣可靠，并具有很多高級功一樣可靠，并具有很多高級功能，易于安裝使用，維護(hù)成本低；能，易于安裝使用，維護(hù)成本低；l 不僅可用作人機(jī)界面裝置，還可以覆蓋從不僅可用作人機(jī)界面裝置，還可以覆蓋從現(xiàn)場設(shè)備的現(xiàn)場設(shè)備的I/O、基礎(chǔ)自動化、過程控制直、基礎(chǔ)自動化、過程控制直至生產(chǎn)管理的全部工廠自動化領(lǐng)

21、域。至生產(chǎn)管理的全部工廠自動化領(lǐng)域。工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)和應(yīng)用趨勢：工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)和應(yīng)用趨勢：l 在局域網(wǎng)市場上處于領(lǐng)先地位，市場份額超過在局域網(wǎng)市場上處于領(lǐng)先地位，市場份額超過80%；l 工業(yè)以太網(wǎng)是一種開放式、多供應(yīng)商、高性能的工業(yè)以太網(wǎng)是一種開放式、多供應(yīng)商、高性能的區(qū)域和單元級網(wǎng)絡(luò)，其實(shí)質(zhì)是在開放的以太網(wǎng)協(xié)區(qū)域和單元級網(wǎng)絡(luò)，其實(shí)質(zhì)是在開放的以太網(wǎng)協(xié)議基礎(chǔ)上再各自定義了用戶層協(xié)議。議基礎(chǔ)上再各自定義了用戶層協(xié)議。l 近年來，由于近年來，由于Internet的通信協(xié)議的通信協(xié)議TCP/IP已成為已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)自動化系統(tǒng)中越來越多事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)自動化系統(tǒng)中越來越多地采用工

22、業(yè)以太網(wǎng)；地采用工業(yè)以太網(wǎng)； 由于以由于以PC和工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的自動化系統(tǒng)具和工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的自動化系統(tǒng)具有一系列優(yōu)點(diǎn)，因此各個有一系列優(yōu)點(diǎn)，因此各個PLC和和DCS生產(chǎn)廠家都在生產(chǎn)廠家都在改造自己生產(chǎn)的改造自己生產(chǎn)的PLC和和DCS，使其越來越，使其越來越PC化，化，并大多配置了以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口。并大多配置了以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口。PLC將不斷向開放將不斷向開放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，基于式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，基于PC的的DCS將朝小型化、將朝小型化、多樣化和開放性方向發(fā)展。多樣化和開放性方向發(fā)展。 以以PC為基礎(chǔ)的分布式控制系統(tǒng)正以每年約為基礎(chǔ)的分布式控制系統(tǒng)正以每年約160%的速度增長，不久就將成為

23、工業(yè)自動化的主流產(chǎn)品，的速度增長，不久就將成為工業(yè)自動化的主流產(chǎn)品，造價將大幅度降低，開放性和互連性、軟件的模塊造價將大幅度降低，開放性和互連性、軟件的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化將大大提高。化和標(biāo)準(zhǔn)化將大大提高。 2. 綜合自動化發(fā)展前景廣闊綜合自動化發(fā)展前景廣闊 綜合自動化系統(tǒng)包括綜合自動化系統(tǒng)包括CIMS、DCS、CIPS等，等，其界限并不明顯，共同的最大特點(diǎn)就是多種技術(shù)的其界限并不明顯，共同的最大特點(diǎn)就是多種技術(shù)的“綜合綜合”與全企業(yè)信息的與全企業(yè)信息的“集成集成”，其次都實(shí)現(xiàn)了，其次都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，都包含了功能豐富完善數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，都包含了功能豐富完善的組態(tài)軟件、各種各樣

24、的管理軟件和先進(jìn)的控制軟的組態(tài)軟件、各種各樣的管理軟件和先進(jìn)的控制軟件包等，體現(xiàn)了信息時代企業(yè)自動化發(fā)展的方向，件包等，體現(xiàn)了信息時代企業(yè)自動化發(fā)展的方向，具有非常廣闊的發(fā)展前景。具有非常廣闊的發(fā)展前景。 不久以后，美國的大部分企業(yè)都將實(shí)現(xiàn)綜合自不久以后，美國的大部分企業(yè)都將實(shí)現(xiàn)綜合自動化，我國已有一大批企業(yè)進(jìn)行了試點(diǎn)，實(shí)施了示動化，我國已有一大批企業(yè)進(jìn)行了試點(diǎn)，實(shí)施了示范工程，并正在向更多的企業(yè)推廣。范工程，并正在向更多的企業(yè)推廣。3. 從追求從追求“無人化無人化”向人機(jī)結(jié)合發(fā)展向人機(jī)結(jié)合發(fā)展 傳統(tǒng)自動化追求傳統(tǒng)自動化追求 “無人化無人化”，而新的自動化，而新的自動化則追求則追求“智能自動化

25、智能自動化”和和“綜合自動化綜合自動化”，希望，希望達(dá)成人和自動化系統(tǒng)的和諧統(tǒng)一。達(dá)成人和自動化系統(tǒng)的和諧統(tǒng)一。 現(xiàn)代自動化系統(tǒng)無論如何高明，其綜合智能現(xiàn)代自動化系統(tǒng)無論如何高明，其綜合智能水平遠(yuǎn)不及人，因此人應(yīng)成為廣義自動化系統(tǒng)的水平遠(yuǎn)不及人，因此人應(yīng)成為廣義自動化系統(tǒng)的重要組成部分。重要組成部分。 追求完全的追求完全的“無人化無人化”不僅意味著很高的成本、不僅意味著很高的成本、很大的代價，而且在技術(shù)上也常常難以實(shí)現(xiàn)，或很大的代價，而且在技術(shù)上也常常難以實(shí)現(xiàn)，或即使能夠?qū)崿F(xiàn)，能達(dá)到的整體智能化水平也不高，即使能夠?qū)崿F(xiàn)，能達(dá)到的整體智能化水平也不高，因此人與自動化系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合將成為自動化應(yīng)因

26、此人與自動化系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合將成為自動化應(yīng)用的發(fā)展方向。用的發(fā)展方向。4. 各種自動化手段相互借鑒，各種自動各種自動化手段相互借鑒，各種自動化系統(tǒng)相互融合并走向開放化系統(tǒng)相互融合并走向開放 單片機(jī)、工控機(jī)、單片機(jī)、工控機(jī)、PLC、DSP、嵌入式系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、機(jī)電一體化、數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)電一體化、數(shù)控系統(tǒng)、CIMS、DCS、現(xiàn)場總、現(xiàn)場總線與線與FCS、工業(yè)以太網(wǎng)與基于、工業(yè)以太網(wǎng)與基于PC的控制系統(tǒng)等都的控制系統(tǒng)等都是目前很活躍、很流行的技術(shù)，各有自己的產(chǎn)生是目前很活躍、很流行的技術(shù)，各有自己的產(chǎn)生背景和發(fā)展歷程、各有特色、各有適宜的應(yīng)用范背景和發(fā)展歷程、各有特色、各有適宜的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。圍和

27、領(lǐng)域。 在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，這些技術(shù)將彼此在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，這些技術(shù)將彼此共存、相互競爭，但同時也會相互學(xué)習(xí)、借鑒、共存、相互競爭，但同時也會相互學(xué)習(xí)、借鑒、和滲透，逐漸走向融合、集成和開放，這是發(fā)展和滲透，逐漸走向融合、集成和開放，這是發(fā)展的大勢所趨，既適應(yīng)了實(shí)際的需要和發(fā)展的需要，的大勢所趨，既適應(yīng)了實(shí)際的需要和發(fā)展的需要，也是技術(shù)發(fā)展的必然。也是技術(shù)發(fā)展的必然。5. 傳感與檢測技術(shù)向微型化、數(shù)字化、傳感與檢測技術(shù)向微型化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 近年來，微電子、微機(jī)械、新材料、新工藝與近年來，微電子、微機(jī)械、新材料、新工藝與計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的結(jié)

28、合創(chuàng)造出新一代的傳感器計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的結(jié)合創(chuàng)造出新一代的傳感器與檢測系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智與檢測系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。能化和網(wǎng)絡(luò)化。 微型化是指敏感元件的體積小，其尺寸可做到微型化是指敏感元件的體積小，其尺寸可做到微米級，由微機(jī)械加工技術(shù)制作而成。微米級，由微機(jī)械加工技術(shù)制作而成。 數(shù)字化和智能化指采用微處理器、具有雙向通數(shù)字化和智能化指采用微處理器、具有雙向通信功能、能對檢測信息進(jìn)行補(bǔ)償和校正，并具有信功能、能對檢測信息進(jìn)行補(bǔ)償和校正，并具有自診斷、遠(yuǎn)程設(shè)定、狀態(tài)組合、信息存儲和記憶自診斷、遠(yuǎn)程設(shè)定、狀態(tài)組合、信息存儲和記憶等功能。等功能。 網(wǎng)絡(luò)化

29、包含兩層意思：網(wǎng)絡(luò)化包含兩層意思：傳感與檢測裝置具有傳感與檢測裝置具有連網(wǎng)和通信功能；連網(wǎng)和通信功能；傳感器之間可以相連，組成傳感器之間可以相連，組成傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)。 傳感與檢測技術(shù)發(fā)展非常迅速，已出現(xiàn)了多種傳感與檢測技術(shù)發(fā)展非常迅速，已出現(xiàn)了多種新型傳感器、新型檢測手段、以及內(nèi)置新型傳感器、新型檢測手段、以及內(nèi)置CPU并具并具有網(wǎng)絡(luò)功能的智能檢測裝置，包括無線傳感網(wǎng)絡(luò)、有網(wǎng)絡(luò)功能的智能檢測裝置，包括無線傳感網(wǎng)絡(luò)、虛擬儀表（用軟件方式實(shí)現(xiàn)儀表的功能）、軟測虛擬儀表（用軟件方式實(shí)現(xiàn)儀表的功能）、軟測量技術(shù)（通過軟件，由可測變量計(jì)算出不可測變量技術(shù)（通過軟件，由可測變量計(jì)算出不可測變量）等

30、，并獲得廣泛應(yīng)用。量）等，并獲得廣泛應(yīng)用。 6. 虛擬技術(shù)的應(yīng)用將越來越普遍虛擬技術(shù)的應(yīng)用將越來越普遍 虛擬技術(shù)主要包括虛擬技術(shù)主要包括“虛擬現(xiàn)實(shí)（虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）” 和和“虛擬儀器（虛擬儀器（Virtual Instruments）” ，已有，已有20多多年的歷史，但應(yīng)用于自動化則是近年來的事情，而年的歷史，但應(yīng)用于自動化則是近年來的事情，而且還處于不斷發(fā)展與完善過程中。且還處于不斷發(fā)展與完善過程中。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基于計(jì)算機(jī)三維圖形及相關(guān)硬件技虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基于計(jì)算機(jī)三維圖形及相關(guān)硬件技術(shù)，讓用戶通過多種知覺方式虛擬地與計(jì)算機(jī)所構(gòu)術(shù)，讓用戶通過多種知覺方式虛擬地與計(jì)算

31、機(jī)所構(gòu)建的仿真環(huán)境進(jìn)行交互。借助帶顯示器的數(shù)字頭盔、建的仿真環(huán)境進(jìn)行交互。借助帶顯示器的數(shù)字頭盔、數(shù)據(jù)手套、定位器、跟蹤器等外部設(shè)備，人們會有數(shù)據(jù)手套、定位器、跟蹤器等外部設(shè)備，人們會有“身臨其境身臨其境”的感覺，做現(xiàn)實(shí)世界中可能或不可能的感覺，做現(xiàn)實(shí)世界中可能或不可能的事情。的事情。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已成功應(yīng)用來進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)、虛虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已成功應(yīng)用來進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)、虛擬實(shí)驗(yàn)、虛擬裝配、虛擬生產(chǎn)等，還可用來構(gòu)建擬實(shí)驗(yàn)、虛擬裝配、虛擬生產(chǎn)等，還可用來構(gòu)建一種有臨場感的、更直觀友好的前臺信息監(jiān)控界一種有臨場感的、更直觀友好的前臺信息監(jiān)控界面，可以面，可以“身臨其景身臨其景”般地考察生產(chǎn)情況，更直般地考

32、察生產(chǎn)情況，更直觀、便捷地監(jiān)視和操作底層的現(xiàn)場設(shè)備。觀、便捷地監(jiān)視和操作底層的現(xiàn)場設(shè)備。 虛擬儀器是以計(jì)算機(jī)為核心，用軟件實(shí)現(xiàn)測量虛擬儀器是以計(jì)算機(jī)為核心，用軟件實(shí)現(xiàn)測量和控制的一種儀器系統(tǒng)，其功能和面板是通過軟和控制的一種儀器系統(tǒng)，其功能和面板是通過軟件實(shí)現(xiàn)的，因此非常靈活方便，一臺虛擬儀器的件實(shí)現(xiàn)的，因此非常靈活方便，一臺虛擬儀器的作用可以相當(dāng)于多臺傳統(tǒng)儀器，將對傳統(tǒng)的工業(yè)作用可以相當(dāng)于多臺傳統(tǒng)儀器，將對傳統(tǒng)的工業(yè)測控系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響。測控系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響。7. 多智能體技術(shù)方興未艾多智能體技術(shù)方興未艾 工程上也常常需要多個具有一定智能的設(shè)備、工程上也常常需要多個具有一定智能的設(shè)備、裝置或程序軟件通過協(xié)調(diào)和協(xié)作來共