国外工业自动化发展动态汇总.docx

1、国外工业自动化发展动态汇总国外工业自动化发展动态本文编者 : 梁昌鑫 平 帆 高顺平摘要:本文简要介绍了国外工业自动化已经进入基于信息技术的自动 化时代,特别是发展基于 PC 的工业自动化系统、嵌入式控制系统、 现场总线、工业以太网、三维 CAD 应用、工业设计和仿真设计等。Abstract:This paper briefly introduced the industrial automation abroad which has entered into the automation age based on the information technologies, especiall

2、y on the PC-based industrial automation system, embedded system, Field bus, Industrial Ethernet, application of 3D CAD, industrial design, computer simulation technology, etc.工业自动化经过了机械自动化、 机电一体化的发展, 目前已进入 基于信息技术的自动化。 特别是计算机技术、 通信技术以及以太网技 术引入加快了工业自动化的发展。目前工业自动化发展的动态如下:一、 基于 PC 的自动化系统工业 PC 可将 PLC 、现场

3、总线、网络通信等集成,构成多功能的自动化应用系统。世界上目前的主要制造商有 Siemens 、 Schneider 、 ABB 、东芝、三菱、日立等 30多家厂商。工业 PC 可广泛应用于数据采集、人机界面、过程优化、物理跟 踪、配方处理、质量检测、统计分析等多种领域,如图(1-1 , (1-2 所示。预计到 2010年基于 PC 的自动化控制系统将占工业自动化应 用领域的 30%。专家们认为工业 PC 的优点:(1 通 过 PC 软件可实现逻辑控制和运动控制的功能,降低系统硬 件和备件的成本。(2 P C 的开放性保证了控制器与系统中第三方的软硬件连接。 PC+现场总线 +分布式 I/O的系

4、统, 提高了系统的数据通信速度和整 体效率。(3 可 完成 PLC 难以完成的数据处理和分析。 图 1-1 图 1-2二、 嵌入式控制系统嵌入式控制系统不属于工业 PC 系统,但它有计算机的功能。它主要面向应用, 软硬件可根据用户需要灵活裁减, 以达到降低成本和 提高了应用的可行性和灵活性, 从而扩大了应用范围。 在世界上各个 展览会上展出的嵌入式控制系统基础产品和开发工具非常多, 说明它 得到了极快的发展。 主要的制造商有 SIEMENS 、 EPIS 、 ADDI DATA 、 DIGITAL LOGIC 等厂家。 EPIS 公司的产品如图(2-1所示。 图 2-1嵌入式控制系统的制造商主

5、要提供系统硬件和系统操作系统, 系 统的应用软件和接口由用户自行设计,通常硬件系统应具有以下性 能:对实时和多任务有很强的支持力。有强大功能的存储器保护和扩展功能。并具有各种应用对象所需的特殊接口。具有运动控制器的功能。 图2-2 图 2-3控制系统的操作系统可采用 Windows 90、 Windows CE、 Windows NT 、 LINUX 、 QNX 和 RTXDOS 等。三、 数据通信产品制造业对自动化技术提出了数字化通信和信息集成的技术要求。 要实现 ERP , 首先要将企业的底层数据能准确传送到管理层, 计算机 就能保证 ERP 得以有效应用,否则 ERP 将难以发挥作用。制

6、造信息协会 MMS 规定了工厂底层控制器与主计算机通信的有 关规定和协议。在企业中信息来自三个层次:企业管理层、控制层和 现场层。其中控制层通过 MES 系统执行,现场层采用现场总线。目前世界主要的数据通信产品生产厂商共有几百个。图(3-1 表示西门子公司数字化工厂数据通信系统结构。 图 3-1企业管理层:实现物流、资金流和信息流等管理,通过 Internet/Intranet连接,实现计算机和远程故障的监测; 控制层:使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络 化;现场层:现场数字化的执行器和传感器被连成网络。 1、现场总线现场总线已成为世界上自动化技术的热点,现在有 40多种,影 响 大

7、的 有 Profibus 、 Fieldbus Foundation(FF、 CAN 、 Worldfip 、 CoutrolNet 、 DeviceNet 、 Interbus 、 Lonworks 、 AS-I 底层总线等。 通过现场总线可将分散在生产现场的控制设备与控制室的主机 之间实现智能、双向、串行、多点数字通信系统,如图(3-2所示。 它具有数字化、网络化、系统开放性、设备智能化、互操作性、互换 性等技术特点,而且大大减少接线提高了可靠性。 图 3-22、工业以太网随着工业网络不断发展,为解决工业设备与 Internet 的联网可采 用办公自动化联网方式 TCP/IP协议的以太网,

8、如图(3-3所示。因 为工业以太网是在以太网成熟情况下发展起来的, 它成功预防了数据 冲突,可有效利用数据通道。 PC 机可充分利用企业的以太网,从而 轻松实现工业设备的联网。 图 3-3其中德国 Hirschmann 公司生产了以太网近百种的数据通信产品, 其中主要产品如图(3-4所示。 工业无线电信号接受器、集 线器、转换器标准工业开关信号转换器 图 3-4四、 产品设计软件在不少国外研讨会上国外专家认为产品造就了企业, 而产品 70%以上成本、 质量的保证和所有竞争优势取决于设计过程, 所以国外非 常重视产品设计,特别是设计软件的开发和应用。 1、二维和三维 CAD21世纪,产品的寿命越

9、来越短,生产批量越来越小,品种越来 越多样化。要求新产品的开发、生产和销售的速度越来越快。因此能 不断推出优质、可靠产品的企业将会立于不败之地。目前, 国内大部分中小型企业仍停留在经验设计和类比设计。 而 国外已大力推广二维和三维 CAD 。下表为美、德企业应用二维和三 维 CAD 的比例。标准千兆以太网信号转换器 成组信号转换器诊断软件工业视频和音频发送器信号转换器 他们应用二维 +三维 CAD 之后,使企业生产能力提高了 46%, 特别是 EDS 、 IBM 、 PTC 等都在开发支持具有创新能力的三维 CAD 。 图(4-1是 ISD 公司的三维设计效果图。图 4-1三维 CAD 设计产

10、品效果图2、工业设计工业设计是综合了各学科的设计, 是一项团队工作, 由造型设计 和机械设计共同来完成。目前造型设计采用 Photoshop 平面设计软件、 3dmax maya 三 维影视动画软件、机械设计采用 AUTOCAD 、 PROE 、 UG 。这次展示了造型设计和机械设计之间的设计软件 Solidworks 。 以实现 造型设计与机械设计之间的衔接。3、仿真设计这次展示的仿真设计软件的厂商也不少, 特别是用于汽车、 飞机 生产线的仿真设计。Synaps 公司对飞机产品的仿真设计和应力分析如图 (4-2 所示。 图 4-2ABB 公司可提供在计算机上进行三维仿真模拟软件, 如图 (4-3 所示,是采用机器人的生产线仿真设计效果图。采用仿真技术, 使用户缩短产品开发周期, 当需要改变生产的产 品时, 通过模拟仿真, 就可较快地在原来的生产线上采用新的柔性控制系统，从而提高企业对市场的快速反应能力。 图 4-3 五、机器人应用 机器人目前主要应用在汽车生产、食品业、制造业、电子消费品 工业到包装业等。其中弧焊机器人使用最多。 图 5-1 表示正在焊接的机器人 11 图 5-2 采用气动阀控制的机器人 12