60年的滄桑巨變 自動化見證工業化奇跡
http://m.moduwu.com 2009-09-29 08:41 《中華工控網》原創
導語：國家統計局《新中國成立60周年經濟社會發展成就系列報告》指出,60年來,新中國在幾乎一窮二白的基礎上,建立起獨立的、比較完整的、有相當規模和較高技術水平的現代工業體系,實現了由工業化起步階段到工業化初級階段、再到工業化中期階段的歷史大跨越。
60年前的舊中國，工業是極為落后的。不僅產品產量低，而且工業部門殘缺不全，只有采礦業、紡織業和簡單的加工業，許多工業產品不能自己生產，完全依賴進口。如今，經過60年的建設,工業行業發生根本性變化。中國已擁有39個工業大類、191個中類、525個小類,聯合國產業分類中所列的全部工業門類都有。一個行業比較齊全的工業體系已經形成,輕重工業結構在反復調整中逐步得到改善,機電、高新技術產品在我國出口貿易中的主導地位日益明顯。
60年滄桑巨變，猶如一部科幻大片。今日之中國，繁榮昌盛、生機勃勃；今日中國之人民，意氣風發、豪情滿懷。中華民族以頑強不屈的精神傲立于世界民族之林。
回望新中國成立以來的歷史，展現的是億萬人民戰天斗地，求發展、求變革、求振興的生動畫卷。60年執著不懈地艱苦奮斗，我們走過風云變幻、跌宕起伏的崢嶸歲月，走過了發達國家200-300年的歷程，使今天的中國站在了實現千年強國之夢的新起點上。在工業化的進程中，形形色色的自動化產品扮演著不可或缺的角色。本文特選PLC、機器人、變頻器、伺服與傳動、工控機以及自動化儀表等幾個非常具有代表性的自動化產品見證著新中國工業領域不凡成就。
PLC
我國開始研制PLC產品是上世紀70年代中期。90年代，由于PLC應用不斷深入，國內又掀起研制PLC的高潮，雖然仍是小型PLC，批量亦不大，但其功能、質量和可靠性比70年代的產品有明顯的提高。為盡快提升我國PLC的技術水平，引進PLC的先進生產技術，中外合資或外商獨資企業在國內開始批量生產PLC。西門子公司率先在大連建立PLC生產企業；歐姆龍公司在上海生產的PLC遠銷海內外。
中國加入WTO后，越來越多跨國企業把制造基地轉移至中國。制造業的控制主要以離散控制為主，PLC是該領域控制系統的首選，制造企業為提高勞動生產率和產品質量，必然會大量采用PLC，從而為PLC的應用提供廣闊的市場應用前景。
我國工業企業的自動化程度普遍偏低，PLC產品的應用空間還很大。例如機械行業，80%以上的設備仍使用傳統的繼電器和接觸器控制。可以說，PLC在我國工業中的應用潛力還遠沒有得到充分發揮，大部分小型企業尚未完全應用自動化系統和產品。在未來愈見激烈的市場競爭中，這部分企業勢必需要應用自動化系統以提升自身實力，這將是PLC市場壯大的一塊良好培養基。
目前，中國PLC市場的95％以上被國外品牌占領。然而，國內已有具有較強實力的公司開始拓展PLC業務，并在中國PLC市場有了一定響應。
工業機器人
從最初的機械手，到現在的服務機器人，機器人在提高產品質量、發展綠色制造、服務人民生活等方面發揮著越來越重要的作用，解放了人類，使得生產效率大大提高。上世紀70年代初期，我國科技人員從外文雜志上敏銳地捕捉到國外機器人研究的信息，開始自發地研究機器人。
80年代中期，我國機器人的研發單位大大小小已有200多家，然而，由于多半從事的是低水平、重復性的研究，全國尚無一臺機器人產品問世，直至1985年，我國機器人才迎來了“春天”——工業機器人被列入了國家“七五”科技攻關計劃研究重點，目標鎖定在工業機器人基礎技術、基礎器件開發、搬運、噴涂和焊接機器人的開發研究等五個方面。1990年，工業噴漆機器人PJ-1如期完成，這是我國第一臺噴漆機器人。而我國6000米無纜水下機器人試驗應用成功，標志著我國水下機器人技術已達到世界先進水平。
從90年代初期起，在國家“863”計劃支持下，我國工業機器人又在實踐中邁進一大步，具有自主知識產權的點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等7種工業機器人產品相繼問世，還實施了100多項機器人應用工程、建立了20余個機器人產業化基地。
90年代中后期，我國開始研究服務機器人。仿人機器人走出實驗室，我國成為繼日本之后投入實際展示應用的第二個國家目前，我國的服務機器人主要有吸塵器機器人，教育、娛樂、保安機器人，智能輪椅機器人，智能穿戴機器人，智能玩具機器人，同時還有一批為服務機器人提供核心控制器、傳感器和驅動器功能部件的企業。如今，在國際競爭中，我國工業機器人的優勢日益凸顯。
伺服與運動控制
伺服系統是個年輕的產業，上個世紀60～70年代是直流伺服電動機誕生和發展的時代，直流伺服系統在工業及相關領域獲得了廣泛的應用，伺服系統的位置控制也由開環控制發展成為閉環控制。80年代以來，隨著科學技術的快速發展，大大推動了交流伺服驅動技術，使交流伺服系統性能日漸提高，與其相應的伺服傳動裝置也經歷了模擬式、數模混合式和全數字化的發展。90年代開環伺服系統迅速被交流伺服所取代。
在中國工業自動化不斷發展的推動下，我國伺服市場逐漸形成發展，伺服產品也逐漸應用到交通、電力、新能源開發、汽車制造等各個領域，伺服在中國大好的形勢下穩定中發展。在國家863計劃、科技部中小型企業創新基金和國家“十五”攻關成果基礎上，我國的伺服驅動裝置的控制平臺技術已經基本成熟，市場呈現快速多元化發展，國內外眾多品牌進入市場競爭。目前交流伺服技術已成為工業自動化的支撐性技術之一。
變頻器
早在20世紀40年代在國外就已誕生了異步電動機的變頻調速技術，不過那時的變頻器是由直流電動機-同步發電機組成的變頻機組，50年代在我國的膠片廠等易燃車間已經采用了變頻機組實現交流調速。60年代在國際上才出現用電力電子器件組成的靜止變頻器，1963年，上海整流器廠就已研制出國內第一只可控硅，比當時的日本還要早一年。1965年，我國開始了研究可控硅變頻器。
直到80年代，國內許多高等學校和研究院所積極開發GTR變頻器，后期更進一步研制了IGBT變頻器，并將技術轉讓給企業生產，但由于沒有自動化生產線而無法生產出高可靠性的變頻器。90年代中期，國外生產的變頻器陸續進入中國市場，改革開放的不斷深入也使國外的生產設備迅速涌入中國，國產變頻器廠家紛紛崛起，國產的VVVF通用變頻器才開始涌現。一個高壓變頻器的國產化時代在我們手中拉開帷幕。目前，國內大約已經有二十幾家企業有能力生產高壓變頻器，國產品牌占市場的50%以上。
最近十年，采用無速度傳感器控制的矢量控制和直接轉矩控制系統的高動態性能變頻控制技術逐漸升溫，是否具備無速度傳感器控制技術成為高性能通用變頻器和一般通用變頻器的分水嶺。然而在很長的一段時間里，雖然變頻器已經在中國大地遍地開花，但其核心器件IGBT始終依賴進口，成為制約國產變頻器發展的瓶頸。近年來，多位在國外有豐富研制IGBT經驗的專家回國辦廠，使國內企業具備了IGBT和MOEFET的制造技術，完整的變頻器產業鏈才開始形成。
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自動化儀表和系統
第二次世界大戰以后，石油化工等流程工業迅速向大型化、系統化發展，相應對工業自動化儀表和體統的需求大增，加之電子工業由電子管向半導體器件迅速發展，所以我國在1949年建國以后，從50年代起就逐漸建立起工業自動化儀表的制造業。60－70年代研制成功DDZ－I、II、III、IV型電動單元組合儀表及QD8－I、II、III型氣動單元組合儀表，它們涵蓋了監測、調節、執行等自動化儀表和系統的全部功能，而且在火電廠、煉油廠、鋼鐵廠、水泥廠、化工廠等行業得到了廣泛的應用。
改革開放以后，經過了幾次大規模的技術引進，滿足了上世界8、90年代流程工業大發展對自動化儀表和系統的需求，同時國內自動化儀表制造業也得到了進步。在我國形成自動化儀表和系統的制造、設計、工程施工建設隊伍的同時，最終用戶的維護人員也形成了一個團隊，在逐步剝離工業之后，也成為自動化儀表和系統全生命周期中不可或缺的一部分。我國目前已形成工業自動化儀表和系統年產值約1千億元的產業隊伍。
十多年以來，我國對現場總線技術的研發和推廣應用，一直是抓得很緊的。在現場級，實現儀表及系統的數字化、網絡化、智能化、集成化方面，我國FF、Profibus、EPA三項技術發展很快。特別是基金會現場總線FF，國內已有百余個系統在現場長期運行著，尤其是在大型乙烯聯合裝置中應用成功，已成為全球矚目的工程。在“九五”攻關的基礎上，不斷努力，“流程工業現場總線核心芯片、互操作技術及集成控制系統開發”課題今年又通過國家科學技術進步獎初評，取得階段性成功。
工控機
中國工控機技術的發展經歷了80年代的第一代STD總線工控機，90年代的第二代IPC工控機，現在進入了第三代CompactPCI總線工控機時期，而每個時期大約要持續15年左右的時間。STD總線工控機解決了當時工控機的有無問題；IPC工控機解決了低成本和PC兼容性問題；CompactPCI總線工控機解決的是可靠性和可維護性問題。作為新一代工控機技術，CompactPCI總線工控機將不可阻擋地占據生產過程的自動化層，IPC將逐漸由生產過程自動化層向管理信息化層移動，而STD總線工控機必將退出歷史舞臺，這是技術發展的必然結果。同時，新一代工控機技術也是下一代網絡（NGN）技術設備的基礎。
１９８３年，工業控制計算機列入國家計算機系列型譜及發展規劃。經過全國工控機行業的共同努力，我國工控機（包括工控機系統，分散型工控機系統，工業控制功能模板系列，自動測試系統和數控、程控裝置五大系列）技術、產業和應用都有了大的發展，工控機大行業已經形成。1９８９年，受原國務院電子振興領導小組辦公室委托，由機電部組織完成了全國首屆工控機機型優選。共選出包括工業控制微機系統、單（多）回路調節器、可編程序控制器和工業控制功能模板四個種類２１個優選機型。１９９０年，國家計委、機電部、化工部、建材局聯合組織完成了首次全國工業爐窯控制系統的優選。共選出包括工業鍋爐、水泥機立窯和小氮肥三種爐窯２１套獲獎的控制系統。兩次優選，對提高我國工業控制計算機的可靠性是有力促進。
目前制約新一代工控機技術發展的因素主要有四個：一是由于目前CompactPCI總線工控機的生產規模和應用數量還不夠大，成本過高，用戶還在觀望，等待價格的進一步降低；二是國產化的CompactPCI總線I/O模板的種類和數量還不豐富，配套性還不夠，用戶難以得到完整的解決方案；三是CompactPCI總線設計技術難度大，普及程度不夠，多數企業還不具備自行研制系統配套I/O模板的能力；四是缺少權威的有關CompactPCI總線工控機設計和應用技術的指導性文獻，需要培養更多的掌握該技術的專業設計人才和推廣應用人才。
以CompactPCI總線工控機技術為核心，覆蓋CompactPCI、PXI和ATCA的新一代工控機技術注定要成為這個時代的主旋律。業界權威人士已經預測：“第一， CompactPCI將以每年15%～20%的增長速度取代傳統的IPC工控機；第二，CompactPCI與嵌入式系統將成為未來工業控制器的兩大主流技術；第三，中國將成為CompactPCI全球最大的市場。”伴隨著新一代工控機技術的興起，工控機制造行業也將重新洗牌，這是不可阻擋的歷史潮流。
建國60年來，自動化行業已經經過了創業、發展壯大、改革創新幾個階段。自動化技術不斷提高光電子、自動化控制系統、傳統制造等行業的技術水平和市場競爭力，它與光電子、計算機、信息技術的融合和創新，不斷創造和形成新的行業經濟增長點，同時不斷提供新的行業發展的管理戰略哲理。自動控制內容發展到對產品質量的在線監測與控制，設備運行狀態的動態監測、診斷和事故處理、生產狀態的監控和設備之間的協調控制與連鎖保護，以及廠級管理決策與控制等；系統網絡普遍以通用計算機網絡為基礎；自動化控制產品正向著成套化、系列化、多品種方向發展；以自動控制技術、數據通信技術、圖象顯示技術為一體的綜合性系統裝置成為國外工業過程控制的主導產品，現場總線成為自動化控制技術發展的第一熱點；可編程控制器（PLC）與工業控制系統（DCS）的實現功能越來越接近。
未來，強者和弱者將站在同一個起跑線上，百舸爭流，不進則退，機遇與挑戰并存。成為全球制造業大國的中國，正處于工業化的嶄新歷史起點上。中國工業化這艘巨輪，正沿著中國特色新型工業化的航標，朝著工業強國的方向乘風破浪，一往無前。(文/gkong)
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