1C31129G03自动化技术和机电一体化技术发展趋势

　　    一、 基金会现场总线的大规模应用即将逐步展开：

　　    11年以来，1C31129G03云集全球过程自动化的主要厂商，有组织、有计划地进行了基金会现场总线技术的规划、研究、试制、试用、工程实践及推广应用，这是一项空前的系统工程，它集中了众多人的智慧，获得了众多人的称许，特别是得到了“大客户”的首肯。目前，FF成员有338家，已注册产品为227种，通过HIST互操作测试认证的主控系统有11个。应用方面，有50万台现场仪表、8000套系统已投入应用，其中我国占7%，约80套系统，主要分布在石化和化工、石油和天然气、发电几个行业，上海赛科、中海油/壳牌南海项目两大工程均属世界上可数的大型工程，今年即将投产。这些将为我国大规模应用起到示范作用。在技术上我国也有很大进展。华控、沈阳自动化所（中科博微）等单位均研制出并取得FF注册资格的产品，已有10多种专业书籍出版。特别是如下几项技术得到了初步普及：H1的通信原理；H1的功能块组态和“现场控制”策略；现场设备、辅助设备及主控系统的选择；H1网段设计及施工安装；设备描述语言（DDL）与互操作性等。而且对于增强型EDDL及FISCO防爆等新技术表现了很大的热情，这些都为今后在国内大规模应用打下了良好的基础。

　　    1C31129G03目前中国仪器仪表行业协会现场总线专业委员会（CFFC）与16个外商驻华机构组成的基金会现场总线中国市场委员会（FFCMC）正在联合开展活动。现在FF正处在类似于70年代末DCS所处的时期，作为一项新技术走向市场之路是艰辛的。经过阵痛，新生的事物将像婴儿出世一样，一定会茁壮地成长起来。

　　    二、 检测技术、识别技术及信息融合技术受到重视：

　　    传感器技术这些年来正处于传统型向新型传感器转型的阶段，这将有另文专述。仅由于现场总线技术的助推，检测仪表的数字化、智能化、网络化已前进了一大步，特别是多变量变送器的成功上市，使一个差压变送器（如艾默生的3015S和横河的EJX）可以完成流量测量及温压补偿、流量积累、显示球罐内液体体积和进行导管堵塞、蒸汔拌热诊断等一系列功能，而且还准备增加孔板磨损检测等功能，这样，可使设备管理能得到更多有用信息。数字化和网络化为现场设备丰富的信息提供了畅通的渠道，为单信号向多信息采集转变创造了条件，加之检测技术进步，诸如温度场测量等传感器的出现，逐步使这种转变成为可能。

　　   1C31129G03 现在工业上大量的变速器均为直接取样，而人工取样等形式不被推荐；取样点或取样设备是固定的、连续的，而断续取样、多点取样、移动取样却很少成为控制中有用信号；又检测物理量、电量以外，化学量就较少了，属于图象识别、遥感技术、视觉机器、声音测量，特别是条形码、射频识别（RFID）等属于管理范畴的跟踪、搜寻、捕获等技术，都很少当作控制用；近来发展起来的软测量技术或称为工艺算法等，多把它装在上位机或控制室内，作为“数字模型”高级控制处理。……这些，按信息化的要求，都可以商榷。如近年来提出多传感器信息（数据）融合（Multi-Sensor Data Fusion,MSDF），简称信息融合技术，它对多个传感器的数据进行多级别、多方面、多层次的处理，从而产生新的有意义的信息。这项技术在大型设备监测、矿井瓦斯监测、电力系统故障检测等方面已有应用实例，另外交通管理、军事作战系统等方面也很有用。

　　    检测技术向数字化、智能化、网络化方面发展，信息融合技术属于智能化范畴，它应与虚拟仪表技术、网络仪表技术相结合，实现高速、复杂的数据处理、分析和控制，反过来又推动检测技术本身及现场总线技术的发展，使智能化设备在实际应用中产生效益。

　　    三、 执行仪表、运动控制及主流伺服系统正成为热点：

　　    在过程控制领域，执行仪表是以电-气阀门定位器+气动薄膜调节阀为主，其它有气缸或调节阀、电动执行机构、液动执行机构（电-液调节阀）、电动调节阀等。总之，是在以管理道化为主的工艺装备中，以改变阀门的开度为目的直行程和角行程的执行仪表为主流设备。近年来，以满开/满关为主要形式的电磁阀、阀组等也在大量使用。但是离散控制领域的执行部件就形式多样了，特别是以旋转设备——电机为主的控制，已经得到很大发展。两个领域的执行部件共性是速度反馈和位置反馈的控制技术。

　　  1C31129G03  变频器、软启动器等已得到普及，在节能等方面已取得成效，本文不准备进一步阐述了。在上世纪中叶，伺服机构、直流闭环调整系统、交流闭环调速系统、步进电机开环系统已经问世，从90年代以来，运动控制名词悄然流行，它是相对于电力拖动及电机传动控制而言的一个分支。运动控制是指通过对电机等机电机构的控制，使机电机构产生期望的运动，运动控制为转速、位置、力矩三个参数的组合控制，最终保证运动参数和运动轨迹为予定值。它涵盖于运载工具、数控机床（CNC）、机械加工生产线、包装设备、纺织、印染设备、机器人及多种机电一体化设备和民用设施，所以受到重视。

　　    最近交流伺服系统的性能/价格比已具有竞争力，特别是全数字式交流永磁伺服电机，DSP嵌入式芯片技术的发展，受到青睐，所以前景看好。本文要着重说的，乃是作为主流伺服系统在运动控制中要求实时性很高，如实时响应时间要求小于1ms、同步传送和抖动小于1ms，在要求更高的地方，可能为纳秒（ns）级。分布式交流伺服控制系统已经走向市场、罗克韦尔的SERCOS、伦茨的SystemBus及知名的Profibus、Interbus、DevuceNet等均可以完成分布式交流伺服控制，其上层通信仍采用CIP协议及CIPSync规范，才能获得更好的实时性和可互操作性。

　　    IEEE1588为用于测量和控制网络a的分布时钟定义了一个精确时间同步协议（Preci Sion Time Protocol，PT），它为在以太网上实现时间同步提供了工作原理。CIPSync实现了网络中不同设备的高精度（+100ns）时间同步以及分布式运动控制，即包括多个伺服控制器的协同、伺服控制器及多伺服驱动器的协同。它借助CIPSync/IEEE1588对于网络上的各伺服驱动器的时钟，结合带时间标记位置信号进行伺服同步，它考虑使用基于以及网的网络技术，并且是适合于精度在微秒范围内的复杂系统的同步。

　　    CIPSync以外，还有SynqNet运动控制网络，由Motion Engineering公司开发，支持高性能集中控制，支持它的伺服电机厂商较多，具有自愈容错、精确捕获技术、易于使用等优点，所以分布式和集中式交流伺服控制系统技术应该互相结合。

　　    四、 工业以太网技术发展进入新阶段

　　    上文中基金会现场总线的FFHSE、CIP或EtherNet/IP均为现在俗称的工业以太网，还有这次FA/PA展会上西门子等公司的PROFINET，三种均通过IEC61158及IEC61784标准，又2004年1月IEC/C65C/JWG10-13等4个工作组通过6种以太网技术工作IEC的PAS公共可用规范文件，它们是：中国的EPA、德国Beckhoff公司的EtherCAT、IAONA的EPL（EtherNet PowerLink）、日本横河的V-net、日本东芝的TCnet、法国施耐德的ModbusTCP(RTPS)。当然除这9种以外，采用EtherNet/TCP(UDP)/IP的工业以太网还很多。EPA（EtherNet for Plant Automation）它采用了分段化结构和确定性通信调度控制策略，解决了通信确定性、互操作性、开放性等问题，可直接应用于变送器、执行机构、远程I/O、现场控制器等现场设备间通信，即做到“E网到底”，目前正处于产业化阶段。 

　　    选择以太网，还必须把wet技术等互联网技术在工业上应用搞到位，也就是说，要让相关的人们放心的去浏览现场数据，从而在地域方面使生产方式发生变化，促进生产力发展。