《工业智能自动化系统体系架构》

ICS25.040

CCSN10

团体标准

T/CAMS007—2025

工业智能自动化系统体系架构

Intelligentindustrialautomationsystem—Architecture

（征求意见稿）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国机械工业标准化技术协会发布

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工业智能自动化系统体系架构

1范围

本文件规定了工业智能自动化系统的系统概念、体系架构。

本文件适用于制造商、集成商、用户等对工业智能自动化系统的研发、生产及应用。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T16855.1机械安全控制系统安全相关部件第1部分：设计通则

GB/T20438.1电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全第1部分：一般要求

GB/T20438.2电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全第2部分：电气/电子/可编程电子

安全相关系统的要求

GB/T21109.1过程工业领域安全仪表系统的功能安全第1部分：框架、定义、系统、硬件和应用

编程要求

GB/T22239信息安全技术网络安全等级保护基本要求

GB28526机械电气安全安全相关电气、电子和可编程电子控制系统的功能安全

GB/T30976.1-2014工业控制系统信息安全第1部分：评估规范

GB/T33007-2016工业通信网络网络和系统安全建立工业自动化和控制系统安全程序

GB/T35673工业通信网络网络和系统安全系统安全要求和安全等级

GB/T42456工业自动化和控制系统信息安全IACS组件的安全技术要求

GB/T42457工业自动化和控制系统信息安全产品安全开发生命周期要求

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

工业自动化系统industrialautomationsystem

应用于工业领域范围内，在指定条件下无需人工干预即可运行的过程或系统。

注1：[来源：ISO/IEC22989-20223.1.7,修改]

注2：工业自动化系统包括现场仪表、控制系统、生产管理系统，以及配套的控制器、传感器、执行器、通讯网络和

控制算法等软件和硬件的集合。

注3：工业自动化系统的物理界限可以是工业生产中单台设备或装置，也可以是比较复杂的自动化系统，如自动化产

线、车间、工厂、园区等的工业自动化系统。

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工业智能自动化系统intelligentindustrialautomationsystem

采用信息化和智能化等技术，具有自适应、自优化、自决策能力的工业自动化系统。

注1：工业智能自动化系统的自适应、自优化、自决策能力与等级有关，不同的等级有不同的能力。

注2：工业智能自动化的核心在于实现生产过程的自动化和智能化，其基本目标是提高生产效率、产品质量和安全

性，降低成本，实现生产过程的优化和精细化管理。

安全一体化safetyandsecurityintegration

基于风险评估，协同设计和综合使用各种风险降低措施，将风险控制在可容忍范围之内的过程。

4缩略语

下列缩略语适用于本文件。

PLC：可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)

DCS：分布式控制系统(DistributedControlSystem)

MES：制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem)

MOM：制造运行管理（ManufacturingOperationsManagement）

APS：高级计划与排程（AdvancedPlanningandScheduling）

5工业智能自动化系统概述

工业智能自动化系统是工业自动化系统从传统自动化向智能化的演进，主要体现在智能感知与执

行、自动控制与优化、自主运行与管理三个方面，支撑工业过程的自主优化、自主诊断、自主决策、自

主运维等功能。

工业智能自动化系统通常具有泛在感知、开放互联、融合共享、智能分析、辅助决策或自主决策、

自主学习、安全一体化等特征。

应用在无人或少人值守、预测性维护、生产决策、智能控制、性能预测等工业场景。

6工业智能自动化系统体系架构

概述

ISA-95将工业企业中的通信、计算和控制元素分为五个层级，从0级到4级，分别对应第0层

物理设备、第1层现场控制、第2层监控层、第3层制造运行管理(MOM/MES)和第4层业务计划和物流

管理(ERP)。工业智能自动化系统架构在不改变现有层级的情况下，通过定义新的监测和优化域来扩展

自动化架构。

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图1.系统总体架构覆盖范围

本标准的范围涵盖上图中的“业务计划和物流管理”、“制造运行管理（MOM）”、“连续控制”、

“离散控制”四部分，对应ISA-95的第1层、第2层、第3层和第4层；同时，也给出与第0层的关联关系。

在现有系统架构的基础上，定义“智能自动化”系统所需要涵盖的要素、对架构的修改或补充。下面针

对流程行业和离散行业分别给出工业智能自动化的体系架构。

流程工业智能自动化系统体系架构

流程行业的工业智能自动化系统一般包括智能运行管理层及其网络、智能控制与监视层及其网络、

智能设备层及其网络，其总体架构如图2所示。

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图2.流程行业工业智能自动化系统总体架构

1）智能运行管理层及其网络

工业智能自动化系统的智能运行层，主要提供运行与管理、分析与决策等方面的智能功能，实现车

间级或工厂级的智能管控一体化。

一方面，运行工厂级运行管理系统（MOM）或制造执行系统（MES），实现生产信息与管理信息的数

据共享和业务联动，提高精细化管理水平；同时，应具备智能计算所需的资源与环境，支持复杂且实时

性要求较低的基于机理模型或数据驱动的分析与决策方面的高级应用，例如，典型的火力发电可实现机

组调峰调频性能在线监测与优化指导、机组模拟量控制回路性能在线监测与优化指导、机组经济运行性

能计算与优化指导等，实现机组性能的全方位在线监测和优化指导；另外，还可以在设备健康管理技术

的支持下，实现流程工厂重大装备的故障诊断与预警，甚至实现基于预测性维护的运维管理。

工业智能自动化系统的运行管理层网络，是实现分析与决策、运行与管理等高级应用服务器与数据

服务器之间互连的通信网络，是实现分析与决策、运行与管理的重要保障，宜采用具有工业以太网技术，

并通过适宜的互联互通技术，实现对控制层网络安全可靠的访问，同时为企业信息网的安全访问提供支

撑。

智能运行管理层网络的技术选择宜考虑以下要求：

•通信速率或带宽要求；

•通信距离要求；

•网络拓扑结构要求；

•信息安全要求等。

2）智能控制与监视层及其网络

工业智能自动化系统的智能控制层与监视层，应实现基于生产数据的广泛采集、高效存储与访问，

并具有数据挖掘与分析等各类数据处理算法，实现工厂数据信息的全面共享与融合应用，主要提供控制

与协同、监视与诊断、智能运维等方面的智能功能。

一方面，在实现流程工厂各分系统的基础控制、联锁保护、自启停控制等功能外，还应能实现实时

性要求较高的基于机理模型或数据驱动的智能控制或优化算法，例如，典型的发电过程可实现基于能量

平衡的智能协调控制，锅炉燃烧系统、主汽温和再热汽温系统、脱硫脱硝系统的智能优化控制等，实现

机组级全程自动控制和联锁保护、网源协调、闭环优化和最优运行。

工业智能自动化系统的控制层网络，是实现工程师和操作员站、控制中心，以及控制与监视、优化

与协同的应用服务器和数据服务器等，与DCS、PLC、专用控制器和安全相关系统等控制器之间互连的通

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信网络，是实现智能控制与监视、优化与协同、诊断与运维的重要保障，宜采用具有冗余功能的工业以

太网技术，并通过适宜的互联互通技术，实现对现场层网络便捷高效的访问，同时为上层网络安全可靠

的访问提供支撑。

控制层网络的技术选择宜考虑以下要求：

•实时性与确定性要求；

•通信速率或带宽要求；

•通信距离要求；

•网络拓扑结构及冗余要求；

•信息安全要求等。

3）智能设备层及其网络

工业智能自动化系统的智能设备层，不但存在大量用于过程控制与监测目的的传感器、变送器与仪

表、执行器与阀门等现场设备，还存在大量设备安全和现场管理目的的传感器与监视设备，如振动检测、

泄露检测和视频监视设备等，主要提供智能感知与执行、诊断与监测等方面的智能功能。

智能现场设备应具备数字化和网络化的特征，并具有多变量高精度检测、功能可重构、故障自诊断

等功能，甚至具有协同进行过程故障诊断的功能，提高单台设备的适用性和可靠性等性能。

工业智能自动化系统的现场层网络，是实现DCS、PLC、专用控制器和安全相关系统等控制器与现场

设备之间互连的通信网络，也是实现基础控制和安全保护功能最重要的保障，应具备兼容现场总线、工

业以太网、工业无线等不同通信技术的能力，并采用适宜的互联互通技术，为上层网络无障碍访问现场

设备数据提供支撑。

现场层网络的技术选择宜考虑以下要求：

•实时性与确定性要求；

•通信速率或带宽要求；

•通信距离要求；

•网络拓扑结构及冗余要求；

•总线供电或数据线供电要求；

•本质安全或防爆要求；

•功能安全通信要求等。

离散工业智能自动化系统体系架构

离散控制是指在具有明确边界和独立操作单元的系统中，对各个离散事件、任务或设施在时间和状

态维度上进行协调、管理与控制的技术和方法体系。离散工业智能自动化系统是一种专门用于控制和管

理离散控制的工业智能自动化系统。这种系统可以涉及到各种设备和软件，包括传感器、执行器、PLC

（可编程逻辑控制器）以及监控软件等。离散自动化的目标是提高生产效率、质量和灵活性，减少人为

错误，并提供实时监控和数据分析。

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图3.离散行业工业智能自动化系统总体架构

1）智能设备层

作为智能自动化系统的神经末梢和执行单元，负责为上层系统提供物理世界的实时数据和上层系

统的控制输出的执行。

2）智能控制层

作为智能自动化系统最关键的控制单元，该控制层的控制程序利用智能感知和执行层的感知单元

提供的物理世界的实时数据计算出控制输出结果给到智能感知和执行层的执行单元实现制造过程。

3）智能监控层

提供实时监测与诊断，数据汇总和有限智能控制等功能。

4）智能执行层

负责管理生产计划、工单、质量控制,制造过程追溯以及制造业务的整体协调及实现。

5）智能决策管理层

负责运营管理的宏观决策管理，收集数据并智能分析信息，供应链物流信息等数据，自动生成决

策方案给智能执行管理层执行，同时，应具备智能计算所需的资源与环境，支持复杂且实时性要求较

低的基于机理模型或数据驱动的分析与决策方面的高级应用。该层是提供精细化管理精益化管理的关

键，也是实现绿色智能的关键。包括但不限于APS智能排产系统，设备智能预测性维护系统，智能能耗

管理系统等。

7信息安全与功能安全

工业智能自动化系统信息安全

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（1）边界安全防护

流程工业智能自动化系统的开发、测试和生产环境需执行不同的安全控制措施，采用物理隔离、

网络逻辑隔离等方式进行隔离。通过网络边界防护设备对工厂网络与企业网或互联网之间的边界进行

安全防护，禁止没有防护的车间网络与互联网连接。通过工业防火墙、网闸等防护设备对系统网络安

全区域之间进行逻辑隔离安全防护。

（2）网络安全

对网络数据流进行控制，提供例外允许网络数据流（也称为拒绝所有，允许例外）的能力。在网

络边界处的旁路介入入侵检测系统，能够在监视到网络攻击行为时记录并提供报警；应该能够监视和

控制经由不可信网络对系统的访问；流量审计对网络系统中的网络设备运行状况、网络流量、用户行

为等进行日志记录；对审计记录进行保护，避免受到未预期的删除、修改或覆盖等。

（3）数据安全

对静态存储和动态传输过程中的重要工业数据进行保护，根据风险评估结果对数据信息进行分级

分类管理。应对关键业务数据，如工艺参数、配置文件、设备运行数据、生产数据、控制指令等进行

定期备份。应对测试数据，包括安全评估数据、现场组态开发数据、系统联调数据、现场变更测试数

据、应急演练数据等进行保护，如签订保密协议、回收测试数据等。

工业智能自动化系统功能安全

（1）功能安全生命周期

工业智能自动化系统安全应贯穿于整个生命周期，以确保所有可合理预见的攻击和误用都得到识

别和控制，达到所有降低风险的要求，在整个生命周期中需要考虑5个阶段，主要包括：概念阶段、

风险评估、开发和实施、操作维护、退役和处置。

（2）风险评估

工业智能自动化系统风险评估是将自动化系统运行风险控制在可容忍范围。工业智能自动化系

统风险评估应综合考虑传统生产安全危险源、设备失效等因素。工业智能自动化系统风险评估，可在

系统生命周期的风险评估阶段、操作维护阶段阶段开展，按照流程风险评估可分为风险识别、初始风

险分析和残余风险分析。

（3）工业智能自动化系统安全设计

对功能安全相关系统有不可接受的负面影响的信息安全防护措施应进行修改或增加必要的诊断和

报警。应定义出每一项安全机制预期的安全状态，也就是在安全功能执行或出现故障/攻击时应将生

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产过程导向安全的状态。

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附录A

（资料性）

基于工业智能自动化系统的再生水厂应用

A.1概述

工业智能自动化系统是基于先进的人工智能技术，包括模糊控制、神经网络控制以及遗传算法控制

等，相对传统的控制技术而言，具备了自学习、自适应、精度高等优势。本案例应用在水厂的工业智能

自动化系统能够自动地采集和分析水质、水流、水位等关键数据，然后集成控制系统将这些数据转换成

符合要求的控制信号，实现水处理过程的可持续性和高效性，包括智能工艺优化系统、智能泵组优化系

统和智能预测性维护系统。

A.2应用场景

提升泵房的提升泵的主要负责将污水从低处抽升至高处，以便进行后续处理。提升泵的控制系统用

于控制提升泵的运行，包括启动、停止、调速等功能。传统运营方式绝大部分是依靠人工手动调节来控

制水泵的开关及频率设置。由于控制系统不够智能，导致能耗较高。

图A.1泵房现场及系统结构图

罗克韦尔的创新泵组优化解决方案是按照节能、安全和运维策略，在满足泵组安全生产工作条件下，

更加节省能耗。

A.3系统架构

Rockii泵组优化解决方案，是针对水行业及再生水厂客户对进水提升泵站节能新需求，运用AI智能

算法，根据不同时段、不同气候环境、不同流量下的水厂进水情况，自动计算提升泵组最节能的泵组运

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行组合方式进行水泵频率调节，并且帮助客户深度挖掘变频器的节能潜力。实现水厂降低碳排放，节省

能源，提高变频器的运行效率。

智能算法打包成container构成的软件，来控制检测进水泵组的开关、泵速，部署这个软件到PLC、

IPC、VFD、Edge等硬件设备。

该系统架构的智能设备层是泵组和PowerFlex6000/PF755T组成，变频调节泵组运行的组合方式以及

运行频率，当天气、水厂进水流量发生变化时，智能设备控制层的边缘控制器（ComputerModule/CMX5480）

中部署的算法软件会根据当前和历史数据通过AI算法计算出最符合当前情况的控制策略，实现对泵组

的精准智能控制调节，同时在智能监控层通过FactoryTalkviewStudio上位软件实时显示当前设备运

行详细情况，操作和管理人员对数据变化和设备情况能随时随地实时监控，并且预留数据通讯接口和智

能执行管理层（MES）、智能决策管理层进行数据交互，从而实现全厂的智能化。

智能设备层

智能控制层

图A.2泵控工业智能自动化系统的系统架构

AI算法工作流程

采用“AI+“形式建立泵房中每一台泵的运行数据模型（水泵效率模型），依托于控制系统的高可

靠性能，边缘计算能力，相对国内软件公司云端算法更具有安全性、可靠性、竞争力。

图A.3水泵工业智能自动化系统的算法流程

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恒流量控制应用场景

图A.4水泵控制的工作原理

A.4具有的智能要素与特征

通过AI算法自动对泵组进行控制优化，自带算法模型；根据现场情况如天气、流量、时间段等因素

自动进行泵组控制优化，从而实现提升效益。

A.5优势与效益

•Rockii泵组优化，根据智能计算方法，动态计算出最优泵组功率组合方式，发挥变频器最大节

能效果，实现水厂降低碳排放，节省能源。

•AI控制替代人工操作，可减少人工操作带来的误差，并节省人力成本

•AI智能控制无关人为操作管理，能够做到稳定的水位及流量控制，提升生产稳定性。

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附录B

（资料性）

城市固废焚烧智能自动化系统的体系架构示例

B.1概述

本附录以一个城市固废焚烧应用说明工业智能自动化系统中智能分析层和控制层交互作用。该系

统同通过智能感知和智能控制策略对系统进行闭环控制，无需进行人工干涉。

B.2应用场景与实施情况

城市固废焚烧的本质是多形态、多组分污染物迁移转化去除过程，包含系列物理、化学反应，是气

液固多相共存的连续化复杂过程，呈现出高度的非线性、不确定性，要想实现生产过程的高效调控面临

诸多难点，具体如下：

(1)关键变量无法实时检测。烟气污染物等关键变量的实时检测是实现运行过程闭环控制的前提。

根据污染物浓度测定方法标准，氮氧化物、二氧化硫、二噁英等主要污染物均需经过化学分析后测定，

步骤繁琐、耗时较长。为此，国内外相关企业通过改进试剂配置、简化步骤推出烟气连续排放监测系统

(CEMS)等检测仪器，是目前工业现场和环保部门采用的主流检测方式。然而，以CEMS为代表的仪器仪

表检测原理仍是基于化学反应进行分析，并未打破化学反应分析带来的技术壁垒，且步骤的简化也易导

致精度的损失。

(2)工艺参数难以精准控制。城市固废焚烧过程控制的目标是使炉膛温度、烟气含氧量、主蒸汽流

量等关键工艺参数精准跟踪其设定值，是实现全流程安全稳定高效运行的前提。由于入炉固废成分频繁

波动，实际运行过程受到外界随机干扰，以PID控制为主的现有自动控制系统难以可靠使用，实际操作

仍以人工为主，当工况变化频繁时，仅依赖操作人员经验无法及时准确调控，难以安全稳定运行。

(3)全流程难以优化运行。城市固废焚烧过程运行的目标是在固废充分完全燃烧的前提下，实现烟

气污染物稳定达标排放、提高能源利用效率以及降低运行成本，从而达到生产过程高效化和绿色化运行。

由于固废燃烧、烟气净化、余热发电等不同工艺环节相互耦合，实际运行受技术规范、设备能力、作业

条件等多项约束，且不同设备、不同环节操作时间尺度从秒级到小时级不等，同时入炉固废、运行工况、

设备状态动态变化，难以实现全流程优化运行。

面向国家生态文明建设和实现双碳目标重大需求，城市固废焚烧过程智能自动化系统通过大数据、

人工智能、工业互联网等新一代信息技术与生产运行过程的深度融合，攻克了污染物智能特征检测、工

艺参数智能自主控制、全流程动态优化等关键技术，形成了以数据为关键要素的端边云协同的智慧运行

新模式，重点解决污染物实时检测、工艺参数精准控制、全流程优化运行等行业难题，推动城市固废焚

烧行业高端化、绿色化、智能化发展。

B.3系统架构

城市固废焚烧智能自动化系统充分发挥数据要素的倍增效应和人工智能技术的赋能效应，搭建端

边云协同的新型体系架构，以期实现全流程全要素泛在感知、调控策略自主决策、运行过程优化控制等

功能，支撑生产过程安全稳定、绿色高效运行。如图B.1所示，具体系统架构如下：

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智

能

运

行

层数据存储云计算平台数字孪生平台智能优化控制平台固废池智慧管控软件

预目滚

智测标动

能模函优

型数化

控控制层网关数据、应用服务器边缘控制器自适应控制器控制指令

制

层

智

能

设

备

热电偶氧化锆分析仪一次风机二次风机炉排驱动器智能检测仪表

层

图B.1城市固废焚烧智能自动化系统架构

(1)智能设备层

智能自动化系统智能设备层主要用于数据采集和控制指令的执行。一方面，借助传感器、摄像头、

仪器仪表对温度、压力、风量、燃烧图像等易测数据进行采集，同时利用智能特征检测技术在线计算难

测参数（热值、烟气污染物等）的预估值，并通过现场总线、工业以太网、无线、5G等方式将获取的信

息传输到智能控制层或智能运行层，实现全流程信息泛在感知；另一方面，智能设备层接收来自边缘侧

的控制指令，驱动进料器、炉排、风机等设备执行控制操作，实现对生产过程关键工艺参数（炉膛温度、

烟气含氧量、主蒸汽流量等）的精准控制。

(2)智能控制层

智能自动化系统智能控制层位于工业现场，由控制层网关、应用服务器、数据服务器、智能控制器

等组成。控制层网关连接智能设备层和智能运行层，提供快速、安全和可靠的通信方式，确保生产过程

中各资源要素的互联互通；数据服务器用于数据集成和存储，利用数据挖掘技术对采集的数据进行清洗，

同时对数据进行短期存储，确保数据高效交互和应用；智能控制器内置模糊自组织控制、自适应预测控

制等多种智能控制算法，根据智能运行层的决策启动相应控制算法，获得控制指令并传输至智能设备层

执行。

(3)智能运行管理层（智能运行层）

智能自动化系统智能运行管理层主要由数据中心、数字孪生模型以及各类工业软件组成。数据中心

负责数据的全生命周期管理，包括数据存储、数据治理、数据服务等功能；数字孪生模型结合机理知识、

操作经验以及丰富的运行数据，借助智能建模方法和先进仿真技术，实现对实际生产过程的数字化映射，

用于现场设备以及运行工况的实时监控，支撑高效的人机协同以及生产过程的安全运行；通过智能运行

层部署的固废池智慧管控软件、智能优化控制系统，对生产过程进行优化分析，根据实际入炉热值、燃

烧效率、烟气污染物排放等数据，利用多目标智能优化算法自主决策出各被控变量最佳设定值，实现生

产运营与控制的联动，确保全流程高效化、绿色化运行。

B.4具有的智能要素与特征

城市固废焚烧智能自动化系统具备工业智能化系统架构中的相应智能要素及特征要素，主要具备

泛在感知及开放互联与智能分析及辅助决策等要素。

(1)泛在感知及开放互联

智能自动化系统一方面借助传感器、摄像头、仪器仪表实现对温度、压力、风量、燃烧图像等易测

数据进行实时全面感知，同时利用智能特征检测技术对难以测量的关键参数（热值、烟气污染物等）的

进行在线预估和监测。

智能自动化系统能够通过工业互联网技术实现智能设备层、智能控制层或智能运行层不同层级之

间的无缝连接，并且支持现场总线、工业以太网、无线、5G等多种通信协议，实现智能设备层、智能

控制层或智能运行层不同层级之间数据的高效传输和共享。

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(2)智能分析及自主决策

智能自动化系统利用数据挖掘技术对采集的数据进行清洗，同时对数据进行短期存储，确保数据高

效交互和应用，通过智能运行层部署的固废池智慧管控软件、智能优化控制系统，对生产过程进行优化

分析，根据实际入炉热值、燃烧效率、烟气污染物排放等数据，利用多目标智能优化算法自主决策出各

被控变量最佳设定值，智能控制层内置模糊自组织控制、自适应预测控制等多种智能控制算法，根据智

能运行层的决策启动相应控制算法，获得控制指令并传输至智能设备层执行，实现生产运营与控制的联

动，确保全流程高效化、绿色化运行。

B.5优势与效益

城市固废焚烧智能自动化系统通过智能感知技术，在线预估难以实时测量的关键变量（如烟气污染

物浓度、热值等），打破化学反应分析带来的技术壁垒。同时系统内置多种智能控制算法（如模糊自组

织控制、自适应预测控制），能够根据实时数据自动调整控制策略，适应复杂多变的工况。并且系统采

用工业智能自动化系统架构，充分利用云计算的强大处理能力和边缘计算的低延迟优势，实现全流程全

要素泛在感知和优化控制。

城市固废焚烧智能自动化系统的部署实施能显著提升应用企业的自动化、智能化水平，应用企业能

以更少人力、物力实现入炉固废充分完全燃烧、烟气污染物稳定达标排放，环境效益、经济效益以及社

会效益显著。

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E

附录C

（资料性）

基于工业智能自动化系统的FPD行业应用

C.1概述

FPD(FlatPanelDisplay/平板显示器)行业是一个快速发展的技术密集型产业。FPD行业主要包

括液晶显示器（LCD）、有机发光二极管显示器（OLED）等多种显示技术。近年来，随着技术的不断进

步和消费者需求的增加，FPD行业在全球范围内展现了强劲的增长势头。FPD制造业属于典型的高技术、

高产品附加值的离散型制造业。以液晶显示器为例，主要制造流程包括：

1）Array工艺：制造带有半导体电路的玻璃基板

2）CF工艺：制造彩色掩膜玻璃基板

3）CELL工艺：Array基板与CF基板拼接成盒，并注入液晶材料

4）Module工艺：在液晶盒正反表面贴合偏光片，并安装背光、PCB电路板、外壳等附件

图C.1TFT-LCD概述

C.2应用场景与实施情况

在液晶面板制造的每个工艺中均包含有若干套自动化生产线(自动化系统)，下面以Array工艺中的

曝光生产线为例，介绍自动化系统的体系架构和应用情况。一般情况下，曝光生产线由以下工艺单元组

成：

LOAD：上料单元，将基板从Cassette中搬送至生产线内部

PPCL：清洗单元，对加工前的玻璃基板进行清洗

COAT：涂胶单元，在基板上涂布一定厚度的光刻胶

MURA：检查单元，涂胶后的Mural检查

EXPO：曝光机单元，对涂胶后的基板进行曝光

DEVP：显影单元，对涂胶后的基板进行显影，去除多余的光刻胶

AOI：光学检测，确认显影的结果

OVEN：固化炉，通过加热使光刻胶固化

MACR：外观检测单元，人工抽检，确认光刻胶固化效果

TPCD：线宽检测单元，检测光刻胶固化后的沟道宽度

UNLD：下料单元，将基板从生产线中搬送至Cassette

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图C.2TFT-LCD曝光生产线

(1)智能设备层

各工艺单元内部一般采用伺服驱动器、智能传感器、智能相机、工业机器人等智能设备控制实际生

产过程的运行。智能设备层与智能控制层之间采用专用的现场层网络(FiledBUS/现场总线)进行数据交换。

(2)智能控制层

每一个单元(设备)中，均包含有至少1台PLC或IPC作为核心控制器。该控制器控制单元内的各智

能设备运行，实现制造过程。各个单元之间，使用专用的控制层网络(CC-LinkIE、EtherNet/IP等)实现数

据交换。

(3)智能监控层

曝光生产线中有1台工业计算机(CIMPC)提供实时监测与诊断，数据汇总和有限智能控制功能。

CIMPC通过PCI板卡接入控制层网络，实现与智能控制层中各控制器间的数据通信。整个生产线的配方

数据、产品追溯数据均通过CIMPC统一进行管理。

(4)执行管理层/决策管理层

管理/决策层各个子系统(MES、ERP、APS等)的服务器通过以太网连接信息监控层。与CIMPC交换

生产批次、产品品质、配方、设备信息、生产线能耗等数据，自动生成决策方案给智能执行管理层执行。

C.3系统架构

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图C.3网络架构(示意图)

图C.4工业智能自动化系统架构

C.4具有的智能要素与特征

(1)全流程数据采集

实现了整个生产过程中的数据采集，可以精确收集到每片基板进行生产时的原材料批号、设备状态，

工艺参数、能耗、班次&作业员等信息，并保存至执行管理层的服务器中。

(2)全流程自动化生产

实现了整个生产过程中的自动化。

APS系统会根据排程的中的生产订单，向CIMPC下达每天的生产指示信息(品种、数量)。CIMPC将

生产指示信息分解为各个单元的控制指令，并下发与产品品种对应的生产配方信息。

智能控制层的控制器，可以控制智能设备层的各设备，实现自动化搬送(LOAD、UNLD单元)，自动

化生产(PPCL、COAT等单元)，自动化检测(MURA、AOI、TPCD等单元)等生产过程。

(3)辅助决策

在线检测(MURA、AOI等单元)的数据，可以在CIMPC中进行实施分析，并提供辅助决策，调整

后续生产过程或工艺参数。例如：对于MURA、AOI检测指标接近上限的LOT，增加MACR检测(人工抽

检)的次数。对于TDCP检测不合格的LOT，将通过AMHS(自动化物流)系统返回，重新进行Rework。当

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MURA、AOI、MACRO等检测单元中发现Particle(基板上的不明微粒)数量上升时，调整PPCL单元的工艺

参数。

(4)预防性维护

CIMPC在采集产品生产信息的同时，也会采集设备运行信息，包括：设备运行时间、核心指标(电

压、电流、冷却水流量、真空度等)、易损件寿命(时间or动作次数)。实时对设备的运行状态进行预测，

当出现设备核心指标异常或接近维护周期时，会自动报警并提供决策建议。

(5)能耗分析

实时采集设备能耗，并根据产量&良品率计算能耗原单位(每件产品消耗的能源)，作为能耗评估的

指标，实现绿色低碳生产。

C.5优势与效益

通过上述工业智能自动化应用，可以实现如下效果：

a)提升生产效率：设备稼动率提升10%~15%；

b)提升产品良品率：良品率提升至98%；

c)减少作业员：每班次作业员削减30%；

d)降低设备能耗：产品能耗原单位下降3~5%。

20

T/CAMSXXXX—XXXX

附录D

（资料性）

工业自动化系统类型

D.1系统类型划分

工业智能自动化系统类型划分如下表所示，分为共5个类型。

表D.1工业智能自动化系统类型表

类型关键特征

基于自动化控制技术的工业终端设备、单元、控制器、执行器、传感器、控制系统

的集合。具备在设定条件下自动控制、在设定条件下自动运行的能力，实现降低劳

传统工业自动化系统动强度、减少人员干预、提高生产效率、降低生产成本的基本目标。系统不具备无

人化操作条件，系统执行过程不受控，无法自主优化，无法自主运行，无辅助决策

与智能决策能力。

基于工业互联网技术，实现了工业自动化系统内单元、终端、控制器、执行器、传

感器等的互联互通，