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2013年自动化与控制技术趋势2013-3-26 9:43:11 Bill Lydon 这篇文章是对我在2012年所撰写的趋势文章的更新。这一年中，我通过与诸多用户、供应商和工业市场咨询师交流，并参加行业会议、论坛和展会，总结出我对于自动化与控制技术发展趋势的一些观点，将在此文中与大家分享。作为自动化与控制产品设计工程师及用户的多年经历，也将折射到此篇观点性文章中。欢迎读者对此文进行指正，或就自动化与控制技术的趋势进行探讨。 企业自动化系统 无论多大规模的工厂都将不再希望安装单一的控制系统，而是希望拥有一个包含统一的操作系统和信息流的软件平台，来改善其生产决策、提升生产灵活度、降低风险并提升生产效率。选择由单一供应商提供的统一软件平台将变得越来越复杂。这些平台要基于一个开放式的软件架构，这一架构要可以实现高速实时的数据交换，还能够支持包括OPC、OPCUA、B2MML、本土协议、ERP、IT数据库等在内的多种工业标准。成功的解决之道是这一平台由第三方采用开放的标准开发，并要非常容易被用户所组态。企业自动化系统就因为诸多供应商对于整合的这种需求而名声大噪起来了。而事实却是，依然是由主要的供应商提供一种松耦合的软件平台，而这一平台并不足以开发粘性的企业自动化系统。因此，用户在选择一种合适的集成企业软件方案时还是需要特别谨慎。 点评 由第三方利用开放式标准来开发统一的工厂软件平台，目前来看实现的机会不大。不过我们可以寄期望于已具备这样实力的大企业所采用的标准，能在未来逐步融合或统一。这将非常有利于工业用户在原有系统以上拓展或升级，以统一的信息系统来替代如今的孤岛式管理。 架构重组 新技术的应用，已经使构建可以提升系统表现及降低软件维护成本的23层的流线型自动化系统成为可能。而未来趋势却是5层的工业自动化系统。它的模型如下： 第5层-资产管理层 第4层-工厂层（ERP、MRPandMES) 第3层-操作单元层 第2层-机器/过程自动化层 第1层-控制层 第0层-传感/执行层 现有的自动化系统通常反映出在2、3、4、5层运行的软件架构。第2、3、4层的设备利用统一的数据库，并负责层与层数据的缓冲与同步等交换，包括与HMI和其他接口的数据交换。从历史经验看，有限的计算成本和网络带宽将决定这一系统配置。但这种多层次、多计算机计算模型很复杂，而且在初始配置和全生命周期内都会产生大量的成本。在新的模型里，通过使用适当的协议，信息可以直接从0和1层传递到4和5层，特别是Web服务数据。 自动化计算引擎 一种能力更强的控制器自动化计算引擎已经面市，它将进行加速自动化架构的重组。它具有双核或四核的CPU，可以对企业系统的工厂级进行拓展，使其包含历史记录、分析、报警管理、设备分析、升级与优化和规则引擎等功能。高性能新型控制器的应用，将使得2、3、4层不再需要计算机，同时还可以提升系统表现、消除瓶颈、避免数据重复、简化配置，以及降低软件维护成本。 点评 自动化与信息化的融合使得自动化系统的重构成为大趋势。大数据的出现和节能减排的需求又在促使企业信息化系统不断“瘦身”既表现在系统的层级设置上，也表现在控制器的优化上。计算机技术的发展又将成为加速这一趋势的催化剂。 OPCUA OPCUA带来了一个开放的工业标准，使数字工厂的概念得以实现，并能提升产品生产效率。OPCUA技术为生产系统、SCADA和过程控制的传感层向企业资产管理层的信息传递，提供了高效、安全的基础。被接收为国际计算机标准之后，OPCUA将自动化系统置于一个与通用的计算机系统公平竞争的环境之中。OPCUA终于可以使用标准的Web服务了，这也是所有网络设备进行通讯时最乐于使用的一种方式。W3C将Web服务定义为“一个用以支持网络间不同机器互动操作的软件系统”，这也恰恰是自动化系统的使命。OPCUV将被纳入控制器的架构中。例如，PLCopen的OPCUV功能模块已经成为IEC61131-3的标准延伸。这为OPCUA将来被用于控制器、HMI、MES、LIMA、ERP和其他系统创造了一条通路。 点评 工业通信标准与通用互联网标准的统一，同信息化与自动化的融合之间是相互推进的作用。它们会互为对方创造通路。这也为工业控制产品的设计者们提出了一个要求你的产品不但要为工业现场考虑，还要方便工程师在通用互联网的环境下进行操控和运维。 无面板安装 无控制柜、少线缆已经成为控制系统的目标。IP67、IP20I/O设备的出现开启了减少控制柜内设备的设计思路。将符合IEC61131-3标准的控制器与IP67和IP20I/O模块相集成，是减少控制柜内设备的另一个案例。未来新的趋势是，控制器、驱动器、伺服、阀门、人机界面等，都不需要安装在一个面板之上，这将减少成本、简化安装，并降低维护工作量。 点评 自动化产品嵌入式、集成的大趋势已经显现。未来对于产品的定义将更加模糊，一种产品会集成多种功能，这也将从根本上改变原有自动化产品的安装方式。 大数据信息应用 大量实时数据的出现使得自动化系统中需处理的数据量激增，用户迫切盼望着处理大数据工具的出现，来提高自动化系统的效率及创新性。越来越多大功率、低功耗的处理器、无线元件及分析软件的出现，也将加速这一需求。低功耗的计算机已经被开发出来，它可以应用复杂的分析软件并提高产能。预维护就是一个很好的分析软件的应用案例，它能在问题发生之前进行预防，以避免对生产造成影响。除降低当机时间外，它也可以最大化地发挥维护人员的作用。越来越多的用户和供应商都开始用计算机来实现先进控制和自动化。此外，精密的分析还能够显著改善决策，提高和改进制造工艺。 点评 软件将在未来的自动化系统中发挥越来越大的作用。而数据分析是软件的核心功能之一。数据分析可以帮助企业管理者做决策，在工厂运营中发挥越来越大的作用。所以数据中心及支持大数据处理的各种工具，都将在未来拥有可观的市场空间。 改造和升级 在今后的数十年里，改造和升级带来的市场机会都将是巨大的。ARC预测，在过程控制系统的后生命周期市场，蕴含着约650亿美元的市场机会。有大约价值220亿美元的系统安装在北美，它们中的大多数已运行超过20年。在美国和欧洲，制造商们为节约成本，更乐于继续使用原有系统，通过增加元件或功能的方式来进行升级。几乎每个供应商都有一套保存现有原件、通过布线和提供软件转换程序的方案，帮助用户将旧系统升级为新系统。许多用户看重旧系统是因为他们可以在此之上增加新功能。在旧系统上增加软件插件，可以拓展资产管理、先进控制和其他功能。因为要在原有系统平台上增加新的控制器、传感器和无线元件，网关将变得非常受欢迎。原有系统中的I/O硬件、控制器和传感器将比之前预想的10年生命周期工作得更长。在许多情况下，将原有设备替换为更高效的设备的投资，会比替换整个自动化系统的投资更加有效。 点评 当中国的新建工程高峰期过去，存量市场也将像其在发达国家发挥的作用一样，成为自动化供应商们关注的重要目标市场。工业转型升级也成为了这一市场的政策驱动力。关注你的既有客户，他们会是你的下一个金矿。 远程控制 随着软硬件的不断完善，远程控制的应用空间将继续增长。远程控制将使越来越多的自动化和控制专家在无需到现场的情况下，帮助工厂解决各种运行问题。他们可以通过内部的系统实现对工厂生产的改善。在发达国家的专家可以通过远程帮助发展中国家解决由于人们的技术、经验和能力的匮乏所出现的问题。手机将会被继续完善，更多地应用于远程控制中。在这一趋势的推动下，手机与SMS技术也将被加入到控制器中。这一领域的发展将继续依赖于互联网、云计算、软件协议、IP电话和音频通讯技术的进展。 点评 通过远程技术对于已售出的产品进行实时跟踪、定期体检、预维护，可以帮助客户减少当机风险。远程控制技术将在企业的服务业务中发挥巨大的作用。信息安全 为保证自动化、控制和SCADA系统的网络安全，越来越多的方案、软件和硬件将被开发出来。就像2012年8月沙特阿拉伯国家石油公司的3万多台计算机被攻击事件一样，网络安全事件被认为是不可预见的，但一旦发生就是空前的灾难。为避免再次发生这样的攻击事件，工业自动化系统的网络安全问题在未来将被愈发重视。我认为，所谓的“BigGame”（大游戏）还没有开始，黑客们还正在学习、收集数据。回顾历史上所有经典战役中的胜利者们，都是在敌人发动主要的袭击之前就做好了防御。工业以太网可能要升级到IPV6以强化系统，因为该系统的互联网安全协议是每个IP数据包在每次网络连接时都会加密。 点评 自2011年起，工信部就开始重视工业网络信息安全问题，并曾专门发文调查全国重要工业控制系统的基本情况。未来，很可能会出台相关政策对于工业控制系统的安全性进行强制性规定。 集成的机器设计 用一个完整的系统来设计产品、机器和生产线，这一趋势已经显现并正在加速。软件设计和模型工具可以优化、调试、增加产量、提高质量或减少每一条生产线或单一产品生产出来的时间。在一个集成的软件环境中用模型或计算设计机器和实现自动化，将事半功倍。在这一过程中，工程师可以优化设计，使其耗能最低，并生成机器自动化中的控制代码。采用开放的标准，就可以使软件模型与真正的机器人控制器、机床、PLC和其他工业控制器相联。例如，软件供应商们就可以用PLCopen组织的XML标准自动创建控制程序。这些技术的采用可以帮助制造商们降低成本和风险，超越他们的竞争者。但要充分利用这种方法，传统的工厂不同的车间与部门必须协同工作。 点评 虚拟设计技术在我国的应用才刚刚开始启动，主要集中在汽车、航空航天等高精领域。但它缩短开发时间、减少生产风险等优势，将为其逐步打开其他领域的应用空间。 机器人 机器人在工业领域的大范围应用将降低成本，使生产更灵活。具有视觉系统和识别软件的“智能”机器人已经面世。此外，机器人编程也将变得更加容易。去年早些时候，国际机器人联盟的报告数据显示，2011年全球机器人销量增长了38%，打破了单年增长最高纪录。中国、美国和德国是机器人市场增长最迅速的国家，增长率在39%到51%之间。而全球机器人应用的两大市场则是日