工控机发展趋势

2000年世界上工控机市场估计为300~400亿美元，其中DCS60亿美元，嵌入式系统60~70亿美元， FCS20~30亿美元，IPC70~80亿美元，PLC70~80亿美元，数控70~80亿美元。并且每年以10％~15％的速度增长。 

    1、DCS(集散控制系统)的发展趋势 
    虽然以现场总线为基础的FCS发展很快，并将最终取代传统的DCS，但Fcs发展有很多工作要做，如统一标准，仪表智能化等。另外传统控制系统的维护和改造还需要DCS，因此FCS完全取代传统的DCS还需要一个较长的过程。 

    当前工控机仍以大系统、分散对象、连续生产过程(如：冶金、石化、电力)为主，采用分布式系统结构的分散型控制系统仍在发展。由于开放结构和集成技术的发展，促使大型分散型控制系统销售增加。 DCSl997年销售为45亿美元。在工控机中DCS是受计算机技术影响最大、反应最快的一种

。 DCS主要发展趋势为： 

    (1) 向综合方向发展 
    由于标准化数据通信线路和通信网络的发展，将各种单(多)回路调节器、PLC、工业比、 NC等工控设备构成大系统，以满足工厂自动化要求，并适应开放化的大趋势。 

    (2) 向智能化方向发展 
    由于数据库系统、推理机能等的发展，尤其是知识库系统(KBS)和专家系统(ES)的应用，如自学习控制、远距离诊断和自寻优等，人工智能会在DCS各级实现。和FF现场总线类似，以微处理器为基础的智能设备，如智能I／O智能PID控制、智能传感器、变送器、执行器、智能人接口及可编程调节器相继出现。 

    (3) 工业PC化 
    由于巩组成此S成为一大趋势， PC作为DCS的操作站或节点机已经很普遍．PC—PLC、PC—S，19、 Pc—Nc等就是Pc—Dcs先驱。 

    (4) 专业化 
    DCS为更适合各相应领域的应用，就要进一步了解这个专业的工艺和应用要求，以逐步形成如核电站此S，变电钻DGS、玻璃DCS及水泥DCS等。 

    2、数控装置的发展趋势 
    80年代以来，为适应FMC、FMS、CAM、CIMS的发展需要，数控装置采用大规模、超大规模集成电路，提高了柔性，功能和效率。 

    (1) PC化 
    由于大规模集成电路制造技术的高度发展， PC硬件结构做得更小， CPU的运行速度越来越高，存储容量很大。 PC机大批量生产，成本大大降低，可靠性不断提高。 PC机的开放性， Windows的应用，更多的技术人员的应用和软件开发，使PC机的软件极为丰富。 PC机功能已经很强，CAD／CAM的软件已大量由小型机，工作站向PC机移植，三维图形显示工艺数据已经在PC机上建立。因此， PC机已成为开发CNC系统的重要资源与途径。 

    (2) 交流伺服化 
    交流伺服系统恒功率范围已做到1：4，速度范围可达到1：1000，基本与直流伺服相当。交流伺服体积小，价格低，可靠性高，应用越来越广泛。 

    (3) 高功能的数控系统向综合自动化方向发展 
    为适应FMS、 CIMS、无人工厂的要求，发展与机器人、自动化小车、自动诊断跟踪监视系统等的相互联合，发展控制与管理集成系统，已成为国际上数控系统的方向。 

    (4) 方便使用 
    改善人机接口，简化编程、操作面板使用符号键，尽量采用对话方式等，以方便用户使用。 

    (5) 柔性化和系统化 
    目前数控系统均采用模块结构，其功能覆盖面大，从三轴两联动的机床到多达24轴以上的柔性加工单元。 

    (6) 小型化 
    由于半导体电路高度集成化、封装三维化和电路板插三维化，使NC装置进一步小型化。在NC装置的操作单元用TFT(薄膜晶体管)彩色液品显示器、触模屏取代CRT，厚度仅为CRT的1／4等。 

    (7) 高速化 
    为实现高速加工，主轴必须高速化，从主轴电动机最高速为18000Or／min。最高进给速度120m/min以上。 

    (8) 高效化 
    实现高效加工，缩短非切削时间和加工周期的关键是提高PMC(可编程机床控制器)的处理器，随着处理内容复杂化， PMC的编程语言成了问题，虽然C语言和PASCAL从已经实用化，但为置换梯形图语言，还需要使用帧控流程图(Src)那样的视图用语言。 

    (9) 高精度 
    提高加工精度，高分1辨率旋转编码器必不可少。为在超精密加工领域能实现0.O01um的精度，必须开发超高分辨率的编码器， O．0001um最小设定单位的NC装置。为在加工中即使负荷变动伺服系统的特性也保持不变，还需采用控制和鲁棒(Robust)控制。在伺服系统的控制中，用高速微处理器，采用基于现代控制论前馈控制、二自由度控制、学习控制等。其数字控制系统的跟踪误差不超过2um。 

    (10) 机械智能化 
    它在NC领域内是一种新技术，所谓机械智能化功能，是指机械自身可补偿温度、机械负荷等引起的机械变形的功能。这就需要检测主轴负荷、主轴及机座变形的传感器和处理传感器输出信号的电路。 

    (11) 诊断维修智能化 
    故障的诊断与维修是NC的重要技术。基于AI专家系统的故障诊断已存在，现在主要是建立用于诊断故障的数据库。把NC装置通过internet和Internet与中央计算机相连接，使其具有远距离诊断的功能。 

    进一步的发展是预维修系统，即在故障将要发生前把将要发生故障的部件更换下来的系统，它需要通过智能传感器、高速PMC及大型数据库来实现。