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自动化联盟 - 60年见证中国自动化

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    改革开放30年 见证中国自动化发展的奇迹

    孙严军 2009-10-03 12:37

     

    60年前的旧中国,工业是极为落后的。不仅产品产量低,而且工业部门残缺不全,只有采矿业、纺织业和简单的加工业,许多工业产品不能自己生产,完全依赖进口。如今,经过60年的建设,工业行业发生根本性变化。中国已拥有39个工业大类、191个中类、525个小类,联合国产业分类中所列的全部工业门类都有。一个行业比较齐全的工业体系已经形成,轻重工业结构在反复调整中逐步得到改善,机电、高新技术产品在我国出口贸易中的主导地位日益明显。

      60年沧桑巨变,犹如一部科幻大片。今日之中国,繁荣昌盛、生机勃勃;今日中国之人民,意气风发、豪情满怀。中华民族以顽强不屈的精神傲立于世界民族之林。

      回望新中国成立以来的历史,展现的是亿万人民战天斗地,求发展、求变革、求振兴的生动画卷。60年执著不懈地艰苦奋斗,我们走过风云变幻、跌宕起伏的峥嵘岁月,走过了发达国家200-300年的历程,使今天的中国站在了实现千年强国之梦的新起点上。在工业化的进程中,形形色色的自动化产品扮演着不可或缺的角色。本文特选PLC、机器人、变频器、伺服与传动、工控机以及自动化仪表等五个非常具有代表性的自动化产品见证着新中国工业领域不凡成就。

    变频器

      早在20世纪40年代在国外就已诞生了异步电动机的变频调速技术,不过那时的变频器是由直流电动机-同步发电机组成的变频机组,50年代在我国的胶片厂等易燃车间已经采用了变频机组实现交流调速。60年代在国际上才出现用电力电子器件组成的静止变频器,1963年,上海整流器厂就已研制出国内第一只可控硅,比当时的日本还要早一年。1965年,我国开始了研究可控硅变频器。

      直到80年代,国内许多高等学校和研究院所积极开发GTR变频器,后期更进一步研制了IGBT变频器,并将技术转让给企业生产,但由于没有自动化生产线而无法生产出高可靠性的变频器。90年代中期,国外生产的变频器陆续进入中国市场,改革开放的不断深入也使国外的生产设备迅速涌入中国,国产变频器厂家纷纷崛起,国产的VVVF通用变频器才开始涌现。一个高压变频器的国产化时代在我们手中拉开帷幕。目前,国内大约已经有二十几家企业有能力生产高压变频器,国产品牌占市场的50%以上。

      最近十年,采用无速度传感器控制的矢量控制和直接转矩控制系统的高动态性能变频控制技术逐渐升温,是否具备无速度传感器控制技术成为高性能通用变频器和一般通用变频器的分水岭。然而在很长的一段时间里,虽然变频器已经在中国大地遍地开花,但其核心器件IGBT始终依赖进口,成为制约国产变频器发展的瓶颈。近年来,多位在国外有丰富研制IGBT经验的专家回国办厂,使国内企业具备了IGBT和MOEFET的制造技术,完整的变频器产业链才开始形成。

    PLC

      我国开始研制PLC产品是上世纪70年代中期。90年代,由于PLC应用不断深入,国内又掀起研制PLC的高潮,虽然仍是小型PLC,批量亦不大,但其功能、质量和可靠性比70年代的产品有明显的提高。为尽快提升我国PLC的技术水平,引进PLC的先进生产技术,中外合资或外商独资企业在国内开始批量生产PLC。西门子公司率先在大连建立PLC生产企业;欧姆龙公司在上海生产的PLC远销海内外。

      中国加入WTO后,越来越多跨国企业把制造基地转移至中国。制造业的控制主要以离散控制为主,PLC是该领域控制系统的首选,制造企业为提高劳动生产率和产品质量,必然会大量采用PLC,从而为PLC的应用提供广阔的市场应用前景。

      我国工业企业的自动化程度普遍偏低,PLC产品的应用空间还很大。例如机械行业,80%以上的设备仍使用传统的继电器和接触器控制。可以说,PLC在我国工业中的应用潜力还远没有得到充分发挥,大部分小型企业尚未完全应用自动化系统和产品。在未来愈见激烈的市场竞争中,这部分企业势必需要应用自动化系统以提升自身实力,这将是PLC市场壮大的一块良好培养基。    

      目前,中国PLC市场的95%以上被国外品牌占领。然而,国内已有具有较强实力的公司开始拓展PLC业务,并在中国PLC市场有了一定响应。

    自动化仪表和系统

      第二次世界大战以后,石油化工等流程工业迅速向大型化、系统化发展,相应对工业自动化仪表和体统的需求大增,加之电子工业由电子管向半导体器件迅速发展,所以我国在1949年建国以后,从50年代起就逐渐建立起工业自动化仪表的制造业。60-70年代研制成功DDZ-I、II、III、IV型电动单元组合仪表及QD8-I、II、III型气动单元组合仪表,它们涵盖了监测、调节、执行等自动化仪表和系统的全部功能,而且在火电厂、炼油厂、钢铁厂、水泥厂、化工厂等行业得到了广泛的应用。

      改革开放以后,经过了几次大规模的技术引进,满足了上世界8、90年代流程工业大发展对自动化仪表和系统的需求,同时国内自动化仪表制造业也得到了进步。在我国形成自动化仪表和系统的制造、设计、工程施工建设队伍的同时,最终用户的维护人员也形成了一个团队,在逐步剥离工业之后,也成为自动化仪表和系统全生命周期中不可或缺的一部分。我国目前已形成工业自动化仪表和系统年产值约1千亿元的产业队伍。

      十多年以来,我国对现场总线技术的研发和推广应用,一直是抓得很紧的。在现场级,实现仪表及系统的数字化、网络化、智能化、集成化方面,我国FF、Profibus、EPA三项技术发展很快。特别是基金会现场总线FF,国内已有百余个系统在现场长期运行着,尤其是在大型乙烯联合装置中应用成功,已成为全球瞩目的工程。在“九五”攻关的基础上,不断努力,“流程工业现场总线核心芯片、互操作技术及集成控制系统开发”课题今年又通过国家科学技术进步奖初评,取得阶段性成功。

    伺服与运动控制

      伺服系统是个年轻的产业,上个世纪60~70年代是直流伺服电动机诞生和发展的时代,直流伺服系统在工业及相关领域获得了广泛的应用,伺服系统的位置控制也由开环控制发展成为闭环控制。80年代以来,随着科学技术的快速发展,大大推动了交流伺服驱动技术,使交流伺服系统性能日渐提高,与其相应的伺服传动装置也经历了模拟式、数模混合式和全数字化的发展。90年代开环伺服系统迅速被交流伺服所取代。

      在中国工业自动化不断发展的推动下,我国伺服市场逐渐形成发展,伺服产品也逐渐应用到交通、电力、新能源开发、汽车制造等各个领域,伺服在中国大好的形势下稳定中发展。在国家863计划、科技部中小型企业创新基金和国家“十五”攻关成果基础上,我国的伺服驱动装置的控制平台技术已经基本成熟,市场呈现快速多元化发展,国内外众多品牌进入市场竞争。目前交流伺服技术已成为工业自动化的支撑性技术之一。

    工业机器人

      从最初的机械手,到现在的服务机器人,机器人在提高产品质量、发展绿色制造、服务人民生活等方面发挥着越来越重要的作用,解放了人类,使得生产效率大大提高。上世纪70年代初期,我国科技人员从外文杂志上敏锐地捕捉到国外机器人研究的信息,开始自发地研究机器人。

      80年代中期,我国机器人的研发单位大大小小已有200多家,然而,由于多半从事的是低水平、重复性的研究,全国尚无一台机器人产品问世,直至1985年,我国机器人才迎来了“春天”——工业机器人被列入了国家“七五”科技攻关计划研究重点,目标锁定在工业机器人基础技术、基础器件开发、搬运、喷涂和焊接机器人的开发研究等五个方面。1990年,工业喷漆机器人PJ-1如期完成,这是我国第一台喷漆机器人。而我国6000米无缆水下机器人试验应用成功,标志着我国水下机器人技术已达到世界先进水平。

      从90年代初期起,在国家“863”计划支持下,我国工业机器人又在实践中迈进一大步,具有自主知识产权的点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等7种工业机器人产品相继问世,还实施了100多项机器人应用工程、建立了20余个机器人产业化基地。

      90年代中后期,我国开始研究服务机器人。仿人机器人走出实验室,我国成为继日本之后投入实际展示应用的第二个国家目前,我国的服务机器人主要有吸尘器机器人,教育、娱乐、保安机器人,智能轮椅机器人,智能穿戴机器人,智能玩具机器人,同时还有一批为服务机器人提供核心控制器、传感器和驱动器功能部件的企业。如今,在国际竞争中,我国工业机器人的优势日益凸显。

    工控机

      中国工控机技术的发展经历了80年代的第一代STD总线工控机,90年代的第二代IPC工控机,现在进入了第三代CompactPCI总线工控机时期,而每个时期大约要持续15年左右的时间。STD总线工控机解决了当时工控机的有无问题;IPC工控机解决了低成本和PC兼容性问题;CompactPCI总线工控机解决的是可靠性和可维护性问题。作为新一代工控机技术,CompactPCI总线工控机将不可阻挡地占据生产过程的自动化层,IPC将逐渐由生产过程自动化层向管理信息化层移动,而STD总线工控机必将退出历史舞台,这是技术发展的必然结果。同时,新一代工控机技术也是下一代网络(NGN)技术设备的基础。

      1983年,工业控制计算机列入国家计算机系列型谱及发展规划。经过全国工控机行业的共同努力,我国工控机(包括工控机系统,分散型工控机系统,工业控制功能模板系列,自动测试系统和数控、程控装置五大系列)技术、产业和应用都有了大的发展,工控机大行业已经形成。1989年,受原国务院电子振兴领导小组办公室委托,由机电部组织完成了全国首届工控机机型优选。共选出包括工业控制微机系统、单(多)回路调节器、可编程序控制器和工业控制功能模板四个种类21个优选机型。1990年,国家计委、机电部、化工部、建材局联合组织完成了首次全国工业炉窑控制系统的优选。共选出包括工业锅炉、水泥机立窑和小氮肥三种炉窑21套获奖的控制系统。两次优选,对提高我国工业控制计算机的可靠性是有力促进。

      目前制约新一代工控机技术发展的因素主要有四个:一是由于目前CompactPCI总线工控机的生产规模和应用数量还不够大,成本过高,用户还在观望,等待价格的进一步降低;二是国产化的CompactPCI总线I/O模板的种类和数量还不丰富,配套性还不够,用户难以得到完整的解决方案;三是CompactPCI总线设计技术难度大,普及程度不够,多数企业还不具备自行研制系统配套I/O模板的能力;四是缺少权威的有关CompactPCI总线工控机设计和应用技术的指导性文献,需要培养更多的掌握该技术的专业设计人才和推广应用人才。

      以CompactPCI总线工控机技术为核心,覆盖CompactPCI、PXI和ATCA的新一代工控机技术注定要成为这个时代的主旋律。业界权威人士已经预测:“第一, CompactPCI将以每年15%~20%的增长速度取代传统的IPC工控机;第二,CompactPCI与嵌入式系统将成为未来工业控制器的两大主流技术;第三,中国将成为CompactPCI全球最大的市场。”伴随着新一代工控机技术的兴起,工控机制造行业也将重新洗牌,这是不可阻挡的历史潮流。

      建国60年来,自动化行业已经经过了创业、发展壮大、改革创新几个阶段。自动化技术不断提高光电子、自动化控制系统、传统制造等行业的技术水平和市场竞争力,它与光电子、计算机、信息技术的融合和创新,不断创造和形成新的行业经济增长点,同时不断提供新的行业发展的管理战略哲理。自动控制内容发展到对产品质量的在线监测与控制,设备运行状态的动态监测、诊断和事故处理、生产状态的监控和设备之间的协调控制与连锁保护,以及厂级管理决策与控制等;系统网络普遍以通用计算机网络为基础;自动化控制产品正向着成套化、系列化、多品种方向发展;以自动控制技术、数据通信技术、图象显示技术为一体的综合性系统装置成为国外工业过程控制的主导产品,现场总线成为自动化控制技术发展的第一热点;可编程控制器(PLC)与工业控制系统(DCS)的实现功能越来越接近。

      未来,强者和弱者将站在同一个起跑线上,百戈争流,不进则退,机遇与挑战并存。成为全球制造业大国的中国,正处于工业化的崭新历史起点上。中国工业化这艘巨轮,正沿着中国特色新型工业化的航标,朝着工业强国的方向乘风破浪,一往无前。

     

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