機械專業外文文獻翻譯-外文翻譯--PLC工業PC與DCS的特點與趨勢

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外文翻譯資料 - 1 - 工業 特點與 趨勢 目前，廣泛應用于工業自動化系統的 3 大件是工業 此，對于他們 的經濟技術水平和發展趨勢進行敘述。 一、 可編程序控制器的特點及應用 1. 應用 早期的可編程序控制器 (主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著計算機技術、通信技術和自動控制技術的迅速發展，可編程序控制器將傳統的繼電器控制技術與新興的計算機技術和通信技術融為一體，具有 可靠性高、功能強、應用靈活、編程簡單、使用方便等一系列優點，以及良好的工業環境工作性能和自動控制目標實現性能，在工業生產中得到了廣泛的應用。 1969 年，美國數字設備公司 (制出世界上第一臺可編程控制器。早期的可編程控制器由分離元件和中小規模集成電路組成，主要功能是執行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。 70 年代初期，體積小、功能強和價格便宜的微處理器被用于 得 功能大大增強。在硬件方面，除了保持其原有的開關模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程 I/O 模塊和各種特殊功能模塊。在軟件方面， 用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語言，除了保持原有的邏輯運算等功能以外，還增加了算術運算、數據處理和傳送、通訊、自診斷等功能。進入 80 年代中、后期，由于超大規模集成電路技術的迅速發展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得 采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提高 處理速度，各制造廠商還研制開發了專用邏輯處理芯片，大大提高了 、硬件功能。 2. 特點 在發達工業國家， 經廣泛的應用在所有的工業部門。據 “ 美國市場信息 ” 的世界 及軟件市場報告稱， 1995 年全球 其軟件的市場經濟規模約 50 億美元 [5]。隨著電子技術和計算機技術的發展， 功能得到大大的增強，具有以下特點 ： (1)可靠性高。 高可靠性得益于軟、硬件上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環掃描工作方式。 (2)具有豐富的 I/O 接口模塊。 對不同的工業現場信號，有相應的 I/- 2 - 模塊與工業現場的器件或設備直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人機對話的接口模塊；為了組成工業局部網絡，它還有多種通訊聯網的接口模塊。 (3)采用模塊化結構。為了適應各種工業控制需要，除了單元式的小型 ，絕大多數 采用模塊化結構。 各個部件，包括 源、 I/機架及電纜將各模塊連接起來，系統的規模和功能可根據用戶的需要自行組合。 (4)編程簡單易學。 編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。 (5)安裝簡單，維修方便。 需要專門的機房，可以在各種工業環境下直接運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊 發生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統迅速恢復運行。 二、 工業 1. 工業 工業控制應用 工業 有廣泛軟硬件支持特性，品種豐富多樣，能充分利用優良圖形用戶界面功能，對工業用戶有巨大吸引力。但早期 適合工業自動化過程控制應用，通過加固改裝如增加保護機殼、采取減振降溫等措施，滿足工業環境應用的一些要求是其初期發展的特點。近年來，隨著芯片集成度的進一步提高，功能增加，制板工藝、元器件封裝和表面安裝技術的改進，及標準工業總線、標準操作系統和圖形用戶界面軟件的發展，工業 發展和應用進入鼎盛 時期，整機硬件可靠性提高，系統軟件不斷完善，應用軟件極大豐富，深入工業自動化控制行業各個領域。據不完全統計，工業 工業自動化中的使用率占全部工業控制計算機的 65%，且每年以 21%的增長速度繼續擴大。制造業購買的工業 金額計算占整個 場 10%左右。在工業自動化過程控制系統行業應用于工業管理的占 應用于操作員控制臺的占 應用于質量管理的占 應用于監視和控制、工程師控制臺、數據采集系統的分別占總數的 工業 一個顯著特點是可獨立組態， 也可與 其他計算機連成網絡。目前，幾乎所有 產制造商都采用工業 制控制系統程序，越來越多控制系統公司采用工業 為操作員界面工作站。由工業 外文翻譯資料 - 3 - 組成的計算機控制系統在工業自動化過程控制領域發揮了十分重要的作用，已出色地用于工廠和車間級過程控制、數據采集、批量處理、質量管理、機床自動化以及優化和專家控制等任務。 2. 工業 主要特點 (1)工業標準的應用 為了使不同廠家生產的計算機能相互連接，也為充分利用市場上多種多樣件和模塊所提供的功能，工業 用了 標準接口，它不僅需采用 標準，還需采用 等總線標準?，F在工業 廣泛采用了 線標準，這兩種標準總線對于提高工業 能和速度有極大推動作用。 (2)采取必要的保護措施 必須根據控制應用的環境條件對工業 取各種保護性措施，使之適合于從工程管理部門到現場操作控制的應用。工業 須要能耐受條件惡劣的現場生產環境，必須具備良好的散熱、通風、防水、防塵、抗干擾、抗腐蝕、防沖擊、抗振動等一系列保護性特點。 (3)采用工業操作系統 內存不足，無法支持多任務，缺乏實時性功能，連網能力差等缺點，目前已基本不采用了。隨著計算機主芯片的飛速發展，更高性能和更高速度的工業 出不窮。另外，現在幾乎所有軟件開發公司都已將開放重點轉移到、 操作系統上。尤其是適合于工業自動化過程控制系統實時多任務操作應用的 T/2000已經普遍成為工業 (4)與自動化設備和系統的通信 工業 能與各種自動化設備和系統進行有效通信，如與 據采 集系統以及上一級管理計算機的通信。隨著新技術的不斷發展，由于系統開放和系統集成技術的發展需要，工業 這些通信功能將會越來越顯示出其重要作用。 標準通信網絡的發展使工業 應用更開放，并能使它對小型計算機構成更大威脅。以 議為基礎的 信網絡允許各種計算機系統間直接相互通信。在不同級別自動化網絡系統間相互通信時，則需單獨處理各通信信道。監控級工業 需從下級系統采集數據信息，并傳送到上一級計算機。 (5)安全操作特性 外文翻譯資料 - 4 - 除了對工業 取各種保護性措施以外，還需要對工業 操作狀 態進行監視，監視計算機的運行及其軟件系統，檢查具體程序在預定周期內的執行情況。計算機應能監視電源電壓，并在故障或偏差過大時發出報警信號。 3. 工業 現狀及發展趨勢 工業 檔工業 檔工業 與工作站相當。因此，高檔工業 低檔工作站的價格和性能重疊，差別正在消失，工業 工作站之間的界限越來越模糊。 工業 作站是工業自動化過程控制系統應用的優良選擇，標準通信網絡和圖形化操作系統的采用使得工業 其他設備能有效地進行通信。隨著 32 位和 64位計算機芯片的出現和使用，將會進一步提高工業 后還會向更高方向發展。 軟件是工業 工業自動化過程控制系統中應用的關鍵。硬件性能的提高和價格的下降，以及標準化和功效更強、更好圖形化操作系統的采用是促進工業件發展的重要因素。當前，工業 件發展迅速，市場上已有數千家獨立軟件開發公司能供應在工業 運行的工業過程控制組態軟件包，以滿足急速增長的工業用戶需要。工業 應用的工業過程控制組態軟件包大多運行在、 標準操作系統上。工業過程控制 應用軟件大批量涌現，軟件開發公司提供了大量可在工業 上運行，用于 工業自動化控制系統的組態工具和圖形化人機界面軟件。許多 產制造商開發的組態工具軟件已成為其自動化控制系統的重要組成部分。他們采用工業 替專用工作站，用于建立實時數據庫、控制回路、圖形畫面顯示、報警記錄、實時和歷史數據趨勢記錄以及過程控制仿真等任務?，F在，各種用于過程監視與控制、單元控制、工廠數據采集、過程優化控制、過程控制仿真、統計式質量控制 (統計式過程控制 (及專家系統控制的專用工業自動 化控制軟件包都有了巨大發展。 司 應用平臺軟件的出現和應用，為應用軟件開發提供了統一工具。應用平臺功能可從工業 間的數據交換到工廠范圍內多個系統的協調，其標準數據接口允許計算機、控制設備和網絡間互換數據信息，這些為集成信息管理與控制系統提供了極大方便。 隨著標準圖形化操作系統的不斷完善和發展，以及工業自動化過程控制軟件包的極大豐富，工業 應用必將日益旺盛。 三 、 文翻譯資料 - 5 - 誕生以來，經過幾十年的不斷改進、發展和更新換代，已相當成熟。與初期相比，其系統規模、控制功能等各方面都有了巨 大發展變化，在可靠性、靈活性、適應性、擴展性、性價比等綜合技術指標方面都有了很大提高和改善。目前已廣泛應用于石化、制藥、能源、化工、造紙、煉油、冶金及食品飲料等工業，并已取得極為顯著的經濟和社會效益。據統計，生產裝置由模擬控制儀表改為 取得的經濟效益可占整體效益的 60%。 資回收期平均為一兩年，采用高級控制策略后可使投資回收期縮短 1 年。當今 在融入各種先進控制技術與設備，并全面向集成化信息管理與自動化過程控制系統，即 從 1975 年以來， 致經歷 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 個發展階段。許多生產廠家的 取階段性發展策略，通過對早期系統不斷發展和改進，進而推出具有各種新特點的新系統，新系統與原設備均相兼容。 早期 儲容量小，功能較簡單。系統主要包括過程控制單元、過程接口單元、 作站、監控計算機和數據公路等 5 部分。其特點是采用微處理器實現分散控制， 作站與過程控制單元分離，進行集中顯示操作和遠程控制組態。 司 第一代 代表性產品。 第二代 要由局部網絡、多功能控制器、主計算機、增強型操作站、多功能操作站、網間連接器、系統管理模件等組成。其特點是實現了更徹底的分散控制，接線數量減少，抗干擾性能增強，硬件標準化程度提高，通用性強，功能更全面。不僅增強了控制功能，且加強了全系統信息管理，引入了局部網絡和光纖通信技術。這一時期的代表性產品包括 司 西屋公司系統。 新一代 重要的特點是把過程控制、監視、管理調度有機結合起來，通過采用開放系統和標準通信網絡如 現場總 線等，解決了不同生產廠家設備間的互連問題。其間的系統具有若干新的發展特點，采用了 32 或 64位微處理器和功能強大的工作站，增強了順序控制、批量控制能力，系統能容納工業 件極大豐富，采用了標準圖形化操作系統平臺，統一了用戶界面；引入了專家系統、自適應過程控制等高級控制功能。其代表性產品包括司 I/A 系列智能化控制系統、 0、 司 文翻譯資料 - 6 - 2000、 司 000/2200 合型控制系統 )、橫河 及西門子 等系統。 2. 新特點和新發展 (1)全開放系統使 向發展 隨著標準通信網絡和現場總線技術的發展，采用多級通信網絡的 逐步實 現全面開放。新系統都采用 放系統互連模型，通信協議滿足 準要求。在主干網絡一層，廣泛采用 議或 型；中間層多采用 低層現場設備則采用現場總線或變送器總線進行連接。開放系統改 變了以往 產廠家自成一體的封閉局面，并使得自動化工業用戶在應用軟硬件方面有更大選擇余地。 新一代 在向多級多區域化方向發展。它以多級通信網絡為工具，把整個工廠或企業的生產信息管理和控制相互結合起來，在工廠最低層采用數字方式把現場設備集成到 中，在高層解決局部網絡及各類管理計算機的互連，從而實現最優調度、決策，以及生產過程總體優化。這就符合利用計算機對生產計劃、產品開發、生產過程及有關物質流和信息流進行綜合管理 統的發展要求。利用 放系統逐步向 向推進，是綜合自動化控制 系統實現集成的一種基本方法。 (2)工作站和圖形用戶界面強化了操作站功能 工作站 (包括工業 作站 )和圖形用戶界面的采用，使得 作站面貌一新。許多 產廠家更多地將 阿波羅等公司的 作站用于操作員界面任務及其某些控制任務，并相應采用了 X 窗口、 、圖形用戶界面。工作站價格合算、效率高，并提供了對用戶友好的操作員界面設備。高功能工作站和高分辨率圖形設備的采用，使得操作站處理的信息量更大，信息處理質量更高，并能利用鼠標器、觸摸屏 、轉球式光標以及其他一些人機工程技術。 (3)采用 32 或 64 位處理器提高硬件性能 32 或 64 位微機的發展和使用，是計算機技術發展的里程碑，對 件性能的提高具有重大影響。目前，大多數 經用 32 或 64 位微機取代了原 16位機，因此，相應的過程控制站和操作員站功能升級。采用 6 系列處理器的擴展型 產廠家現在主要采用 理器處理操作員界面任務；而采用 列的生產廠家則越來越多地采用了 68020、 68030 以上的處理器。大外文翻譯資料 - 7 - 多數工作站處理器的性能達到了 5～ 50M 指令 /s。 程控制器采用 32 位以上處理器后，各項性能均比以前提高 2 倍以上，總線內通信速度提高了 3 倍以上，網絡數據信息傳輸速度達到 10、 100、 1000Mb/s，通信距離可達 20I/O 點數可達 20000 以上，而同等規模系統卻比以前便宜了 30～ 40%。 (4)增強批處理能力 早期 要用于連續過程控制，現在 量處理功能不斷增強，并越來越顯示出其重要性。 用菜單操作和填空方式進行系統組態及其圖形顯示等特點都適合批量處理應用。絕大多數 產品都能用同一控制器實現連續和批量過程控制。 件庫中 邏輯運算、布爾函數等功能的增加，增強了系統順序控制和批量控制能力。如 0 系統采用的批量處理語言 0具有文件自動處理和內部查錯能力，可與功能碼、梯形圖混合使用，可直接讀寫功能碼和梯形圖，允許從聯鎖邏輯中所斷開的順序控制邏輯連續執行，簡化了批量處理邏輯的執行。 (5)軟件極大豐富，增加了高級控制功能 在操作系統方面， T 和 為開放系統的代表，具有廣闊發展前景，其特點包括多用戶、多任務、優良的可移植特性和網絡功能。目前，實時工業自動化過程控制系 統結構的開放性方面發揮了重要作用，除 產廠家自行開發的專用操作系統外， T 是在各種 使用最為廣泛的標準操作系統。 態軟件多采用功能模塊語言和面向對象的語言，有些系統采用高級程序設計語言和圖形化軟件。組態過程通常利用輸入、輸出、選擇、計算、邏輯、報警、限幅、順序和控制等模塊的軟連接，構成各種不同控制回路。菜單和填空式操作使得控制組態非常方便。 制算法正不斷完善和發展。除可實現 線性、前饋、串級、前饋加反饋外，還可實施順序控制和梯形圖邏輯控制，及 數的自整定、自適應控制。 家提供的各種專用軟件模塊，如 計式過程控制 /統計式質量控制 )、 工智能和專家系統等，極大豐富了 件程序庫，增加了系統高級控制功能，現在市場上的高級控制軟件包已達數千種。專家系統、多變量預測控制、模糊邏輯控制及人工神經網絡等技術已逐步實用化和商品化。 今后的 件設計和開發仍將繼續突出以下幾個方面的特點：模塊化程序設計；面向對象程序設計；將專用程序設計方法用于實現 X 窗口、聲音識別等方外文翻譯資料 - 8 - 面，以便為工業自動化用戶提供更加靈活適用的操作員界面。 (6)智能化傳感器等數字化現場設備進入 前，各工業自動化過程控制公司已推出大量采用微處理器、具備模擬和數字兩種信號輸出，并具有數字通信功能的智能化現場儀表。 產廠家正在利用各種方法把數字化現場設備集成到自己的系統中。如 向通信系統用于智能變送器與 程控制器等部件的連接； 600 移鍵控物理層傳輸方式，其硬件包括現場總線輸入模件和現場總線終端單元，軟件包括變送器管理程序和變送器功能塊； 司接器可支持 256 個點對點連接或 480 個多點連接的智能變送器；司除采用數字方式把自己的現場設備集成到智能化 I/O 系統外，還提供了 60 多種連接其他生產廠家的門接器。 采用標準現場總線，從底向上實現不同生產廠家設備互連，符合當前技術發展潮流。目前，現場總線標準的發展已受到國際高度重視，是綜合工業自動化主控系統不可缺少的組成部分。隨著標準化現場總線通信技術的發展， 更 多的智能和控制功能將向下轉移，下放到現場級控制設備。它們將為 診斷和處理提供更好的平臺，使 向更加高級的開 放形式。 (7)一步容納工業 業 為 的設備現在已經非常普遍。絕大多數生產廠家的提供了把工業 入到 絡系統的硬件接口和應用軟件。 工業 利用觸摸屏和 口技術，可采用菜單驅動方式建立起控制策略，還可利用母板上的插件實現與外部的通信。通過適當軟件和硬件接口，工業與 的過程回路控制器相連接，用于回路控制的圖形顯示。 用工業 為操作站、編程終端、監視臺、工作站等，如 歇爾等公司的 年前就已把 C 及其兼容機，以及 00 等個人計算機用于系統組態、監控、編程等任務。還有一些生產廠家除自己開發一系列接口部件和軟件，將工業 為 作員站及其他任務以外，還可采用第三方生產廠家的如 過程控制軟件包。 關系是既相結合、又相競爭?，F在大多 結合梯形邏輯程序設計技術，所有 增加了模擬模件，以便處理連續生產過程。 過結構改進，通信和連網能力增強，控制功能增加，并采用了類似 作站、帶監控計算機的操作員界面。而 在不斷 增強批量處理能力，向小型、高功能、外文翻譯資料 - 9 - 模塊化方向發展。因此 逐漸靠攏，兩者界線變得越來越模糊。它們在功能和應用方面正互相滲透，相互融合。因而，在許多應用場合下，很難分清哪些是 些是 般都有對 接口，可把 接到 。目前，以 基礎的 展很快，離散制造業和過程工業都傾向于采用混合控制策略的 的系統則利用同一機箱將連續控制和 輯功能結合在一起，不必采用單獨 統，如美國 000/2200 采用了該方式，該系統完整 地將 能特性集成在一起，應用同一套控制策略組態軟件能完成所有控制功能的設計和組態。 (8)采用光纖通信等新技術 其發展過程中不斷吸取了各種先進技術。光纖通信、高密度大容量磁盤、表面安裝工藝、聲音合成與識別、多媒體等新技術，以及低功耗 件和 理機等已在一些新的 得到了充分應用。光纖通信技術在 的應用越來越廣泛。由于光纖具有體積小、信息容量大、信號衰減小、頻帶寬、抗干擾能力強、傳輸速度快、可靠性高等一系列優點， 速通道所采用的雙絞線和同 軸電纜將逐漸被光纖電纜所代替，使得系統通信效能進一步提高。為進一步提高系統可靠性， 信總線、網絡以及各級人機接口、控制器和現場接口等均已普遍采用冗余、容錯以及故障隔離等保護性措施。 3. 未來是向 向發展 未來是什么？一個國外過程控制專家曾形象地描繪認為： 在消失，但 提供的功能將永遠不會消失，它們適應高效、安全、實時工業自動化過程控制的需要；控制機箱還將繼續存在，但是未來控制室的面貌將發生巨大變化，將來的控制室更像是一個數據處理中心，常規大型 作員控制臺 必將成為過時的設備；在 上級管理計算機 “ 無縫 ” 連接的多級信息管理系統結構體系中， 為獨立實體的現象將會消失。也就是說， 會發展到它的更高形式。 外文翻譯資料 - 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 980's, as is a LC by in in to 文翻譯資料 - 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 外文翻譯資料 - 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 外文翻譯資料 - 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 文翻譯資料 - 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