國外儀器儀表的發(fā)展趨勢
國外儀器儀表發(fā)展迅速
20世紀50年代初期,儀器儀表取得了重大突破,數字技術的出現使各種數字儀器得以問世,把模擬儀器的精度、分辨力與測量速度提高了幾個量級,為實現測試自動化打下了良好的基礎。20世紀60年代中期,測量技術又一次取得了進展,計算機的引入,使儀器的功能發(fā)生了質的變化,從個別電量的測量轉變成測量整個系統(tǒng)的待征參數,從單純的接收、顯示轉變?yōu)榭刂?、分析、處理、計算與顯示輸出,從用單個儀器進行測量轉變成用測量系統(tǒng)進行測量。20世紀70年代,計算機技術在儀器儀表中的進一步滲透,使電子儀器在傳統(tǒng)的時域與頻域之外,又出現了數據域(Datadomain)測試。20世紀80年代,由于微處理器被用到儀器中,儀器前面板開始朝鍵盤化方向發(fā)展,過去直觀的用于調節(jié)時基或幅度的旋轉度盤,選擇電壓電流等量程或功能的滑動開關,通、斷開關鍵已經消失。測量系統(tǒng)的主要模式,是采用機柜形式,全部通過IEEE-488總線送到一個控制器上。測試時,可用豐富的BASIC語言程序來高速測試,不同于傳統(tǒng)獨立儀器模式的個人儀器已經得到了發(fā)展。20世紀90年代,儀器儀表與測量科學進步取得重大的突破性進展。這個進展的主要標志是儀器儀表智能化程度的提高,突出表現在以下幾個方面:微電子技術的進步將更深刻地影響儀器儀表的設計;DSP芯片的大量問世,使儀器儀表數字信號處理功能大大加強;微型機的發(fā)展,使儀器儀表具有更強的數據處理能力;圖像處理功能的增加十分普遍;VXI總線得到廣泛的應用。
四大發(fā)展特點
新技術的應用
目前普遍采用EDA(電子設計自動化)、CAM(計算機輔助制造)、CAT(計算機輔助測試)、DSP(數字信號處理)、ASIC(專用集成電路)及SMT(表面貼裝技術)等。
產品結構變化
在重視高檔儀器開發(fā)的同時,注重高新技術和量大面廣產品的開發(fā)與生產。注重系統(tǒng)集成,不僅著眼于單機,更注重系統(tǒng)、產品軟化,隨著各類儀器裝上了CPU,實現了數字化后,軟件上投入了巨大的人力、財力,今后的儀器歸納成一個簡單的公式:儀器=AD/DA+CPU+軟件,AD芯片將模擬信號變成數字信號,再經過軟件處理變換后用DA輸出。
產品開發(fā)準則發(fā)生了變化
從技術驅動轉為市場驅動,從一味追求高精尖轉為“恰到好處”。開發(fā)一項成功產品的準則是,用戶有明確的需求;能用最短的開發(fā)時間投放市場;功能與性能要恰到好處;產品開發(fā)準則的另一變化是收縮方向,集中優(yōu)勢。
生產技術注重專業(yè)生產,不再是大而全
生產過程采用自動測試系統(tǒng)。目前多以GP-IB儀器組建自動測試系統(tǒng),生產線上一個個大的測試柜,快速地進行自動測試、統(tǒng)計、分析、打印出結果。
自動化儀器的發(fā)展趨勢
工業(yè)自動化控制儀表主要包括變送器、調節(jié)器、調節(jié)閥等設備,控制儀表從基地式調節(jié)器(變送、指示、調節(jié)一體化的儀表)開始,經歷了氣動、電動單元組合儀表到計算機控制系統(tǒng)(DDC),直到今日的分散控制系統(tǒng)DCS。DCS已經走過了20多年的里程,DCS以其高度的可靠性、方便的組態(tài)軟件、豐富的控制算法、開放的聯網能力等優(yōu)點,得到迅速的發(fā)展,成為計算機工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。PLC以其結構緊湊、功能簡單、速度快、可靠性高、價格低等優(yōu)點,迅速獲得廣泛應用,已成為與DCS并駕齊驅的另一種主流工業(yè)控制系統(tǒng)。目前以PLC為基礎的DCS發(fā)展很快,PLC與DCS相互滲透、相互融合、相互競爭,已成為當前工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。DCS經歷了初創(chuàng)(1975~1980年)、成熟(1980~1985年)、擴展(1985年以后)幾個發(fā)展時期,在控制功能完善、信息處理能力、速度及組態(tài)軟件等方面取得令人矚目的成就,已經成為計算機控制系統(tǒng)的主流。當今幾乎每個發(fā)達國家都生產自己的DCS,生產廠家100多家,已銷售幾萬臺(套)。主要生產廠家集中在美國、日本、德國等多家公司。
目前,世界上約有200家PLC生產廠家,目前占市場份額30%。主要生產廠家有美國的AB公司、莫迪康公司、GE公司,德國的西門子公司,法國的Teleme Cangue公司,日本的歐姆龍公司、三菱電機公司。PLC將與IPC、DCS集成,PLC逐漸成為占自動化裝置及過程控制系統(tǒng)最大市場份額的產品。據美國專家預測,2000年PLC占控制市場份額超過50%。
現場總線技術是20世紀90年代迅速發(fā)展起來的一種用于各種現場自動化設備與其控制系統(tǒng)的網絡通信技術,是一種用于各種現場儀表(包括變送器、執(zhí)行器、記錄儀,單回路調節(jié)器、可編程序控制器、流程分析器等)與基于計算機的控制系統(tǒng)之間進行的數據通信系統(tǒng)。有人預測,基于現場總線FCS(Fieldbus Control System)將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角,Internet和Intranet技術也將進入控制領域,計算機自動化系統(tǒng)滲透到企業(yè)從生產到管理,直到經營的方方面面。
全球的自動化儀表產品市場需求將快速增長。過程自動化儀表產品市場銷售額,在1996年達到461億美元,到2001年將增長到599億美元,預計到2006年將達到700億美元。從1996年到2001年間的年平均增長率為3.9%,而從2001年到2006年平均增長率將達到4.6%,以不變價格計算,則2006年的銷售額為761億美元。主要應用于玻璃、陶瓷、鋼鐵和有色金屬工業(yè)、軋鋼和鋁板材工業(yè)、化學、食品及制藥業(yè)、石化工業(yè)、紙漿和造紙業(yè)、環(huán)保、礦山、石油和天然氣工業(yè)等。
在1996年的自動化產品系統(tǒng)和維修的461億美元中,有406億美元是屬于自動化工程項目方面,有54億美元是用于操作方面。測量和自動化技術作為新的投資,在工廠現代化投資中將增長2~3倍。到2006年全球過程自動化產品的市場需求情況為:礦山工業(yè)為70億美元,原材料工業(yè)為90億美元,過程工業(yè)為360億美元,電站為110億美元,環(huán)保工業(yè)為70億美元。就全球地區(qū)而言,北美占27.2%,西歐占26%,亞非(不包括日本)占21.1%,日本占12.3%,東歐占4.7%,南美占4.9%,其他地區(qū)占3.7%,從中看出亞非地區(qū)的市場發(fā)展前景最好。