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外文翻译资料 - 1 - 工业 特点与 趋势 目前，广泛应用于工业自动化系统的 3 大件是工业 此，对于他们 的经济技术水平和发展趋势进行叙述。 一、 可编程序控制器的特点及应用 1. 应用 早期的可编程序控制器 (主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，可编程序控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体，具有 可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点，以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工业生产中得到了广泛的应用。 1969 年，美国数字设备公司 (制出世界上第一台可编程控制器。早期的可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。 70 年代初期，体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于 得 功能大大增强。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 I/O 模块和各种特殊功能模块。在软件方面， 用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言，除了保持原有的逻辑运算等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。进入 80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得 采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高 处理速度，各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片，大大提高了 、硬件功能。 2. 特点 在发达工业国家， 经广泛的应用在所有的工业部门。据 “ 美国市场信息 ” 的世界 及软件市场报告称， 1995 年全球 其软件的市场经济规模约 50 亿美元 5。随着电子技术和计算机技术的发展， 功能得到大大的增强，具有以下特点 ： (1)可靠性高。 高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它特殊的周期循环扫描工作方式。 (2)具有丰富的 I/O 接口模块。 对不同的工业现场信号，有相应的 I/- 2 - 模块与工业现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。 (3)采用模块化结构。为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型 ，绝大多数 采用模块化结构。 各个部件，包括 源、 I/机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 (4)编程简单易学。 编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 (5)安装简单，维修方便。 需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块 发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。 二、 工业 1. 工业 工业控制应用 工业 有广泛软硬件支持特性，品种丰富多样，能充分利用优良图形用户界面功能，对工业用户有巨大吸引力。但早期 适合工业自动化过程控制应用，通过加固改装如增加保护机壳、采取减振降温等措施，满足工业环境应用的一些要求是其初期发展的特点。近年来，随着芯片集成度的进一步提高，功能增加，制板工艺、元器件封装和表面安装技术的改进，及标准工业总线、标准操作系统和图形用户界面软件的发展，工业 发展和应用进入鼎盛 时期，整机硬件可靠性提高，系统软件不断完善，应用软件极大丰富，深入工业自动化控制行业各个领域。据不完全统计，工业 工业自动化中的使用率占全部工业控制计算机的 65%，且每年以 21%的增长速度继续扩大。制造业购买的工业 金额计算占整个 场 10%左右。在工业自动化过程控制系统行业应用于工业管理的占 应用于操作员控制台的占 应用于质量管理的占 应用于监视和控制、工程师控制台、数据采集系统的分别占总数的 工业 一个显著特点是可独立组态， 也可与 其他计算机连成网络。目前，几乎所有 产制造商都采用工业 制控制系统程序，越来越多控制系统公司采用工业 为操作员界面工作站。由工业 外文翻译资料 - 3 - 组成的计算机控制系统在工业自动化过程控制领域发挥了十分重要的作用，已出色地用于工厂和车间级过程控制、数据采集、批量处理、质量管理、机床自动化以及优化和专家控制等任务。 2. 工业 主要特点 (1)工业标准的应用 为了使不同厂家生产的计算机能相互连接，也为充分利用市场上多种多样件和模块所提供的功能，工业 用了 标准接口，它不仅需采用 标准，还需采用 等总线标准。现在工业 广泛采用了 线标准，这两种标准总线对于提高工业 能和速度有极大推动作用。 (2)采取必要的保护措施 必须根据控制应用的环境条件对工业 取各种保护性措施，使之适合于从工程管理部门到现场操作控制的应用。工业 须要能耐受条件恶劣的现场生产环境，必须具备良好的散热、通风、防水、防尘、抗干扰、抗腐蚀、防冲击、抗振动等一系列保护性特点。 (3)采用工业操作系统 内存不足，无法支持多任务，缺乏实时性功能，连网能力差等缺点，目前已基本不采用了。随着计算机主芯片的飞速发展，更高性能和更高速度的工业 出不穷。另外，现在几乎所有软件开发公司都已将开放重点转移到、 操作系统上。尤其是适合于工业自动化过程控制系统实时多任务操作应用的 T/2000已经普遍成为工业 (4)与自动化设备和系统的通信 工业 能与各种自动化设备和系统进行有效通信，如与 据采 集系统以及上一级管理计算机的通信。随着新技术的不断发展，由于系统开放和系统集成技术的发展需要，工业 这些通信功能将会越来越显示出其重要作用。 标准通信网络的发展使工业 应用更开放，并能使它对小型计算机构成更大威胁。以 议为基础的 信网络允许各种计算机系统间直接相互通信。在不同级别自动化网络系统间相互通信时，则需单独处理各通信信道。监控级工业 需从下级系统采集数据信息，并传送到上一级计算机。 (5)安全操作特性 外文翻译资料 - 4 - 除了对工业 取各种保护性措施以外，还需要对工业 操作状 态进行监视，监视计算机的运行及其软件系统，检查具体程序在预定周期内的执行情况。计算机应能监视电源电压，并在故障或偏差过大时发出报警信号。 3. 工业 现状及发展趋势 工业 档工业 档工业 与工作站相当。因此，高档工业 低档工作站的价格和性能重叠，差别正在消失，工业 工作站之间的界限越来越模糊。 工业 作站是工业自动化过程控制系统应用的优良选择，标准通信网络和图形化操作系统的采用使得工业 其他设备能有效地进行通信。随着 32 位和 64位计算机芯片的出现和使用，将会进一步提高工业 后还会向更高方向发展。 软件是工业 工业自动化过程控制系统中应用的关键。硬件性能的提高和价格的下降，以及标准化和功效更强、更好图形化操作系统的采用是促进工业件发展的重要因素。当前，工业 件发展迅速，市场上已有数千家独立软件开发公司能供应在工业 运行的工业过程控制组态软件包，以满足急速增长的工业用户需要。工业 应用的工业过程控制组态软件包大多运行在、 标准操作系统上。工业过程控制 应用软件大批量涌现，软件开发公司提供了大量可在工业 上运行，用于 工业自动化控制系统的组态工具和图形化人机界面软件。许多 产制造商开发的组态工具软件已成为其自动化控制系统的重要组成部分。他们采用工业 替专用工作站，用于建立实时数据库、控制回路、图形画面显示、报警记录、实时和历史数据趋势记录以及过程控制仿真等任务。现在，各种用于过程监视与控制、单元控制、工厂数据采集、过程优化控制、过程控制仿真、统计式质量控制 (统计式过程控制 (及专家系统控制的专用工业自动 化控制软件包都有了巨大发展。 司 应用平台软件的出现和应用，为应用软件开发提供了统一工具。应用平台功能可从工业 间的数据交换到工厂范围内多个系统的协调，其标准数据接口允许计算机、控制设备和网络间互换数据信息，这些为集成信息管理与控制系统提供了极大方便。 随着标准图形化操作系统的不断完善和发展，以及工业自动化过程控制软件包的极大丰富，工业 应用必将日益旺盛。 三 、 文翻译资料 - 5 - 诞生以来，经过几十年的不断改进、发展和更新换代，已相当成熟。与初期相比，其系统规模、控制功能等各方面都有了巨 大发展变化，在可靠性、灵活性、适应性、扩展性、性价比等综合技术指标方面都有了很大提高和改善。目前已广泛应用于石化、制药、能源、化工、造纸、炼油、冶金及食品饮料等工业，并已取得极为显著的经济和社会效益。据统计，生产装置由模拟控制仪表改为 取得的经济效益可占整体效益的 60%。 资回收期平均为一两年，采用高级控制策略后可使投资回收期缩短 1 年。当今 在融入各种先进控制技术与设备，并全面向集成化信息管理与自动化过程控制系统，即 从 1975 年以来， 致经历 了 1975 1980 年的第一代， 1980 1985 年的第二代，以及 1985 年以后的第三代 3 个发展阶段。许多生产厂家的 取阶段性发展策略，通过对早期系统不断发展和改进，进而推出具有各种新特点的新系统，新系统与原设备均相兼容。 早期 储容量小，功能较简单。系统主要包括过程控制单元、过程接口单元、 作站、监控计算机和数据公路等 5 部分。其特点是采用微处理器实现分散控制， 作站与过程控制单元分离，进行集中显示操作和远程控制组态。 司 第一代 代表性产品。 第二代 要由局部网络、多功能控制器、主计算机、增强型操作站、多功能操作站、网间连接器、系统管理模件等组成。其特点是实现了更彻底的分散控制，接线数量减少，抗干扰性能增强，硬件标准化程度提高，通用性强，功能更全面。不仅增强了控制功能，且加强了全系统信息管理，引入了局部网络和光纤通信技术。这一时期的代表性产品包括 司 西屋公司系统。 新一代 重要的特点是把过程控制、监视、管理调度有机结合起来，通过采用开放系统和标准通信网络如 现场总 线等，解决了不同生产厂家设备间的互连问题。其间的系统具有若干新的发展特点，采用了 32 或 64位微处理器和功能强大的工作站，增强了顺序控制、批量控制能力，系统能容纳工业 件极大丰富，采用了标准图形化操作系统平台，统一了用户界面；引入了专家系统、自适应过程控制等高级控制功能。其代表性产品包括司 I/A 系列智能化控制系统、 0、 司 文翻译资料 - 6 - 2000、 司 000/2200 合型控制系统 )、横河 及西门子 等系统。 2. 新特点和新发展 (1)全开放系统使 向发展 随着标准通信网络和现场总线技术的发展，采用多级通信网络的 逐步实 现全面开放。新系统都采用 放系统互连模型，通信协议满足 准要求。在主干网络一层，广泛采用 议或 型；中间层多采用 低层现场设备则采用现场总线或变送器总线进行连接。开放系统改 变了以往 产厂家自成一体的封闭局面，并使得自动化工业用户在应用软硬件方面有更大选择余地。 新一代 在向多级多区域化方向发展。它以多级通信网络为工具，把整个工厂或企业的生产信息管理和控制相互结合起来，在工厂最低层采用数字方式把现场设备集成到 中，在高层解决局部网络及各类管理计算机的互连，从而实现最优调度、决策，以及生产过程总体优化。这就符合利用计算机对生产计划、产品开发、生产过程及有关物质流和信息流进行综合管理 统的发展要求。利用 放系统逐步向 向推进，是综合自动化控制 系统实现集成的一种基本方法。 (2)工作站和图形用户界面强化了操作站功能 工作站 (包括工业 作站 )和图形用户界面的采用，使得 作站面貌一新。许多 产厂家更多地将 阿波罗等公司的 作站用于操作员界面任务及其某些控制任务，并相应采用了 X 窗口、 、图形用户界面。工作站价格合算、效率高，并提供了对用户友好的操作员界面设备。高功能工作站和高分辨率图形设备的采用，使得操作站处理的信息量更大，信息处理质量更高，并能利用鼠标器、触摸屏 、转球式光标以及其他一些人机工程技术。 (3)采用 32 或 64 位处理器提高硬件性能 32 或 64 位微机的发展和使用，是计算机技术发展的里程碑，对 件性能的提高具有重大影响。目前，大多数 经用 32 或 64 位微机取代了原 16位机，因此，相应的过程控制站和操作员站功能升级。采用 6 系列处理器的扩展型 产厂家现在主要采用 理器处理操作员界面任务；而采用 列的生产厂家则越来越多地采用了 68020、 68030 以上的处理器。大外文翻译资料 - 7 - 多数工作站处理器的性能达到了 5 50M 指令 /s。 程控制器采用 32 位以上处理器后，各项性能均比以前提高 2 倍以上，总线内通信速度提高了 3 倍以上，网络数据信息传输速度达到 10、 100、 1000Mb/s，通信距离可达 20I/O 点数可达 20000 以上，而同等规模系统却比以前便宜了 30 40%。 (4)增强批处理能力 早期 要用于连续过程控制，现在 量处理功能不断增强，并越来越显示出其重要性。 用菜单操作和填空方式进行系统组态及其图形显示等特点都适合批量处理应用。绝大多数 产品都能用同一控制器实现连续和批量过程控制。 件库中 逻辑运算、布尔函数等功能的增加，增强了系统顺序控制和批量控制能力。如 0 系统采用的批量处理语言 0具有文件自动处理和内部查错能力，可与功能码、梯形图混合使用，可直接读写功能码和梯形图，允许从联锁逻辑中所断开的顺序控制逻辑连续执行，简化了批量处理逻辑的执行。 (5)软件极大丰富，增加了高级控制功能 在操作系统方面， T 和 为开放系统的代表，具有广阔发展前景，其特点包括多用户、多任务、优良的可移植特性和网络功能。目前，实时工业自动化过程控制系 统结构的开放性方面发挥了重要作用，除 产厂家自行开发的专用操作系统外， T 是在各种 使用最为广泛的标准操作系统。 态软件多采用功能模块语言和面向对象的语言，有些系统采用高级程序设计语言和图形化软件。组态过程通常利用输入、输出、选择、计算、逻辑、报警、限幅、顺序和控制等模块的软连接，构成各种不同控制回路。菜单和填空式操作使得控制组态非常方便。 制算法正不断完善和发展。除可实现 线性、前馈、串级、前馈加反馈外，还可实施顺序控制和梯形图逻辑控制，及 数的自整定、自适应控制。 家提供的各种专用软件模块，如 计式过程控制 /统计式质量控制 )、 工智能和专家系统等，极大丰富了 件程序库，增加了系统高级控制功能，现在市场上的高级控制软件包已达数千种。专家系统、多变量预测控制、模糊逻辑控制及人工神经网络等技术已逐步实用化和商品化。 今后的 件设计和开发仍将继续突出以下几个方面的特点：模块化程序设计；面向对象程序设计；将专用程序设计方法用于实现 X 窗口、声音识别等方外文翻译资料 - 8 - 面，以便为工业自动化用户提供更加灵活适用的操作员界面。 (6)智能化传感器等数字化现场设备进入 前，各工业自动化过程控制公司已推出大量采用微处理器、具备模拟和数字两种信号输出，并具有数字通信功能的智能化现场仪表。 产厂家正在利用各种方法把数字化现场设备集成到自己的系统中。如 向通信系统用于智能变送器与 程控制器等部件的连接； 600 移键控物理层传输方式，其硬件包括现场总线输入模件和现场总线终端单元，软件包括变送器管理程序和变送器功能块； 司接器可支持 256 个点对点连接或 480 个多点连接的智能变送器；司除采用数字方式把自己的现场设备集成到智能化 I/O 系统外，还提供了 60 多种连接其他生产厂家的门接器。 采用标准现场总线，从底向上实现不同生产厂家设备互连，符合当前技术发展潮流。目前，现场总线标准的发展已受到国际高度重视，是综合工业自动化主控系统不可缺少的组成部分。随着标准化现场总线通信技术的发展， 更 多的智能和控制功能将向下转移，下放到现场级控制设备。它们将为 诊断和处理提供更好的平台，使 向更加高级的开 放形式。 (7)一步容纳工业 业 为 的设备现在已经非常普遍。绝大多数生产厂家的提供了把工业 入到 络系统的硬件接口和应用软件。 工业 利用触摸屏和 口技术，可采用菜单驱动方式建立起控制策略，还可利用母板上的插件实现与外部的通信。通过适当软件和硬件接口，工业与 的过程回路控制器相连接，用于回路控制的图形显示。 用工业 为操作站、编程终端、监视台、工作站等，如 歇尔等公司的 年前就已把 C 及其兼容机，以及 00 等个人计算机用于系统组态、监控、编程等任务。还有一些生产厂家除自己开发一系列接口部件和软件，将工业 为 作员站及其他任务以外，还可采用第三方生产厂家的如 过程控制软件包。 关系是既相结合、又相竞争。现在大多 结合梯形逻辑程序设计技术，所有 增加了模拟模件，以便处理连续生产过程。 过结构改进，通信和连网能力增强，控制功能增加，并采用了类似 作站、带监控计算机的操作员界面。而 在不断 增强批量处理能力，向小型、高功能、外文翻译资料 - 9 - 模块化方向发展。因此 逐渐靠拢，两者界线变得越来越模糊。它们在功能和应用方面正互相渗透，相互融合。因而，在许多应用场合下，很难分清哪些是 些是 般都有对 接口，可把 接到 。目前，以 基础的 展很快，离散制造业和过程工业都倾向于采用混合控制策略的 的系统则利用同一机箱将连续控制和 辑功能结合在一起，不必采用单独 统，如美国 000/2200 采用了该方式，该系统完整 地将 能特性集成在一起，应用同一套控制策略组态软件能完成所有控制功能的设计和组态。 (8)采用光纤通信等新技术 其发展过程中不断吸取了各种先进技术。光纤通信、高密度大容量磁盘、表面安装工艺、声音合成与识别、多媒体等新技术，以及低功耗 件和 理机等已在一些新的 得到了充分应用。光纤通信技术在 的应用越来越广泛。由于光纤具有体积小、信息容量大、信号衰减小、频带宽、抗干扰能力强、传输速度快、可靠性高等一系列优点， 速通道所采用的双绞线和同 轴电缆将逐渐被光纤电缆所代替，使得系统通信效能进一步提高。为进一步提高系统可靠性， 信总线、网络以及各级人机接口、控制器和现场接口等均已普遍采用冗余、容错以及故障隔离等保护性措施。 3. 未来是向 向发展 未来是什么？一个国外过程控制专家曾形象地描绘认为： 在消失，但 提供的功能将永远不会消失，它们适应高效、安全、实时工业自动化过程控制的需要；控制机箱还将继续存在，但是未来控制室的面貌将发生巨大变化，将来的控制室更像是一个数据处理中心，常规大型 作员控制台 必将成为过时的设备；在 上级管理计算机 “ 无缝 ” 连接的多级信息管理系统结构体系中， 为独立实体的现象将会消失。也就是说， 会发展到它的更高形式。 外文翻译资料 - 10 - C At in of C, 1. to to of LC be to a of as as of of in in a of 1969, s by is as 970s, LC In of in to / O In of to in in to In 980s, as is a LC by in in to 文翻译资料 - 11 - a LC 2. n in LC 995 LC of of S 5. As of LC (1) on a of of of (2) / O / O or at of a In to it a of to of it (3) To of in to a LC LC I / O, is in s in of of (4) to of LC to do it is to (5) is in a of be of so of a to of C 外文翻译资料 - 12 - 1. C C of a of an C as by of as to is of of of of In of in a C to in to in C in 5%, an 1 to PC by of C as a 0 In in to to of to of C A is of At C C as a by C in of a 外文翻译资料 - 13 - 2. of C (1) an In to be to as as of C by C by SO to T ( , C of a PC (2) to be on of on C a to C be of at we a of (3) of of to of of of C In be to S / 2, T/2000 PC (4) C be to a of as as on a of to 文翻译资料 - 14 - of C be in to of C a to of in of C to a (5) In to C of C of in of be to or 2. C C a of C a a C
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