工控软件的发展

1. 工控软件的发展

工控软件的出现是伴随计算机技术用于工业控制开始的，经历了用二进制编码、汇编语言、高级语言编程，进而发展到组态软件，以至今天的用Auto CAD直接采用标准的过程控制流程图和电气原理系统图的组态软件。采用Auto CAD的工控软件是直接在屏幕上设计过程控制流程图和电气原理系统图，然后由计算机(工程师站)自动生成执行程序这样就不要求控制工程师有很多计算机软件编程的知识和技巧，甚至可以说不需要以前的严格意义上的软件设计工作，就可以完成工控软件的开发。这不仅使工控软件开发的质量和效率大大提高，而且可以使控制工程师无需大量的精力和时间耗费在繁琐的编程工作中，而是把更多的注意力放在控制策略和工厂自动化的需求分析和研究中。尽管当前许多自动化系统的工控软件还是采用文本或专用图形的组态方式，但无疑采用Auto CAD的工控软件将成为工控软件的主流。过去大家总认为PLC适合于逻辑控制、DCS适合于模拟量调节，各有其特点。但技术发展证明PLC和DCS在互相融合、渗透，两者的差别正日渐缩小。而且PLC、DCS与上位机的功能也在融合，过去只能在上位机做的一些功能如先进的控制策略也能在PLC和DCS上完成，分工是相对的因此，这三者功能的融合也促进工控软件向上位机功能，甚至工厂信息化发展。另一方面，当前的工控软件绝大多数是由各自动化系统设备制造商仅在其生产的自动化系统设备的硬软件环境下开发的，是与自动化系统设备捆绑和专用的。在一个工厂中有各种不同的生产工艺和设备，要求根据不同的对象选用不同的自动化系统设备，如工控机、PLC、DCS等，即使同类的自动化系统，设备制造厂商不同，其工控软件也不相同，往往一个部门或一个人要同时了解和掌握几种本质或功能都墓本相同的工控软件，这给用户购买、集成、开发、维护上带来极大的不便，增加了人力资源的消耗和投资。这就给控制工程师提出一种思考，能否在广泛熟悉的Windows操作系统下开发出一种不受硬件制约的、适用于广泛的自动化系统设备的工控软件。这样对用户来说可以根据不同的对象选择不同的自动化系统设备，但对软件的开发者和维护者来说只需要熟悉一种或少数几种工控软件，从而就诞生了软PLC、软DCS的思想和产品。90年代以Wonderwue公司的InTouch为代表的人机界面可视化软件开创了在Windows下运行的工控软件的先例，到今天已发展成为能提供从工厂底层操作人员开始的自下到上层次结构的工厂信息系统。归纳起来工控软件的发展方向有如下特点：集顺控、模拟量调节、计算功能为一体；全面采用Auto CAD的编程技术；工控软件与工厂信息化有机的结合；工控软件的通用化。

2. 常用的工业控制软件有哪些？

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工业是对自然资源的开采、采集和对各种原材料进行加工的社会物质生产部门。工业(industry)是加工制造产业，工业是社会分工发展的产物，经过手工业、机器工业几个发展阶段。工业是第二产业的主要组成部分，分为轻工业和重工业两类。2014年，中国工业生产总值达4万亿美元，超过美国成为世界头号工业生产国。

3. 国内工业软件发展状况怎么样？工业软件对智能制造有何重大作用？

工业软件:推动制造业由大变强的关键

工业软件是现代工业的灵魂，代表着制造业先进生产力的发展方向。工业软件强，国家制造业竞争力才能强。

工业软件是国家制造业竞争力根本所在

发展工业软件是推进智能制造的必要基础。现代信息通信技术和制造技术深度融合是智能制造的关键所在，其中涉及硬件、软件、网络、计算等多种技术和制造技术的融合，而工业软件是其中最为关键的技术，无论是硬件、网络、计算等技术和制造工艺融合，都离不开软件定义、编码和封装。

发展工业软件是提升制造业国际竞争力的重要抓手。工业软件的核心是工业基础数据，有数据支撑的工业软件功能才强大。例如，飞机、船舶等领域，工业软件可以让软件模式测试和样机测试做得一模一样，大大降低样机错误设计概率。目前制造业发达国家愿意将大型高端装备工厂建设在海外，设计、组装、测试、维修等环节都愿意输出，正是由于工业软件较好地保证了技术被充分应用的情况下，技术工艺又不被泄露。

发展工业软件是推动制造业生产和商业模式变革创新的前提。企业研发设计、生产控制、组装测试、售后运维、远程服务等各环节信息化建设都离不开工业软件的支撑，工业软件定义了研发设计基础理论体系、生产控制流程、产品组装顺序、产品测试机理、运维模式等等，甚至定义了制造业的商业模式，协同研发、个性化定制、网络制造、在线运维、分时租赁等新商业模式都离不开工业软件支撑。

我国工业软件发展存在的问题

制造业对国外工业软件形成长期依赖，关键工艺流程和工业技术数据缺乏长期研发积累，制造业在一些领域呈现技术空心化。我国飞机、船舶、冶金、化工、生物医药、电子信息制造等重点制造领域长期以来习惯用国外工业软件，对于背后的设计原理了解不够，而且缺乏基础工艺研发数据的长期积累，导致基础技术原理数据积累存在明显差距。国外根本不可能出售含有最新创新成果数据的工业软件，能出售的工业软件里面固化的数据往往是上一代甚至上几代的数据。

软件业和制造业融合程度不高，大型制造企业缺乏主动布局，纯软件企业向工业软件企业转型难度大。纯软件企业进入工业软件领域存在天然专业技术屏障，工业软件不同于普通网络应用软件，是工业流程和技术的程序化封装，背后需要工业流程和庞大技术数据作支撑，这绝非纯软件公司单独所能为。目前国内大型制造企业缺乏对智能制造时代工业软件重要性的深度理解和认识，习惯于购买和应用国外企业的工业软件，不会主动布局加强对企业关键核心工艺流程、工艺和技术的软件化封装，来提高工艺数据应用的便捷性和工业核心技术输出的安全保障。

国内工业软件市场被国外企业垄断，国产工业软件发展严重滞后，产业生态基础还很薄弱。重点工业领域关键核心技术被国外企业掌握，关键核心工业辅助设计、工艺流程控制、模拟测试等软件几乎都是清一色的国外企业软件。工业软件研发需要生态系统作支撑，然而目前我国工业操作系统、工业软件开发平台等重要国产工业基础软件是全产业链缺失，这也直接导致了运行于国产工业操作系统的国产工业控制应用软件几乎是空白。

工业软件国内标准缺失，综合集成应用程度不高，工业软件作用发挥有限。近几年来，西门子、通用电气等大型制造企业都纷纷加大了工业技术和软件技术融合力度，通过大力收购软件企业，强化企业在智能工业时代的核心竞争力。目前国内工业软件市场的事实标准都是由国外大型制造企业主导着，国外企业在标准上互掐，导致国内市场同时采用国外企业产品时，不同厂商产品程序兼容和互联互通存在很大问题。由于我国在重点制造业领域的国产智能产品体系化程度不高，大部分情况都处于主动需求与对方产品互联，因此只能被动遵守对方产品标准。

工业软件对制造业模式的变革创新作用尚未发挥，制造业微笑曲线受制于工业软件短板。由于国内工业软件应用还普遍处在研发设计、工业控制等若干单项应用环节，贯穿整个制造业研发设计、流程控制等全环节的综合集成应用还较少，不同厂商工业软件程序兼容存在较大问题，工业软件综合集成效应尚未显现。

推进工业软件发展的相关建议

成立工业软件产业投资基金，加大工业软件产业扶持力度。鼓励大型制造企业投资和并购国外工业软件服务公司，促进技术引进、消化、吸收和再创新；工业信息服务工程公司发展标准化、通用型、平台型的行业工业信息服务软件产品；工业大数据服务企业梳理、挖掘、共享和开放工业大数据；高等院校、科研院所制造业相关专业研究人员建立和开放工业技术工艺数据库，为工业软件开发提供公共数据支撑。

开展工业软件服务企业认定等相关工作，实施更加优惠的工业软件产业财税、投融资、知识产权扶持政策。开展工业软件服务企业认定专项工作，实施比软件产业更加优惠的工业软件产业税收减免政策。分行业成立钢铁、冶金、船舶、飞机、汽车、高铁、生物医药、电子信息制造等重点制造业领域若干工业软件国家工程实验室，鼓励行业大型制造企业和软件企业联合牵头成立。对于国内企业投资和并购国外工业软件企业，简化海外投资审批程序，实施相关税收减免政策。对于工业软件企业上市融资行为，降低上市准入门槛，对于面向工业软件企业的投资行为，降低或减免相关税收。对于经认定的工业软件企业申请相关财政资金项目，在营业收入、缴纳税收、人才资源方面降低申请门槛。

以制造行业龙头企业为核心组建行业工业软件联盟，打造工业软件产业生态圈。发挥制造业各行业协会和软件行业协会作用，鼓励制造企业、软件企业、工业数据分析企业等联合成立细分行业工业软件联盟，加强工业软件联合开发和推广应用。发挥工业软件联盟作用，重点推进钢铁、冶金、船舶、飞机、汽车等重点行业工业软件的开发、推广和应用力度。培育工业操作系统、工业数据库、工业软件开发平台、工业软件编程语言等基础软件信息服务提供商。鼓励高等院校、科研院所加强对工业操作系统、工业数据库、工业软件开发平台等基础软件平台关键技术研究，提倡产学研联合攻关。加强工业软件企业和互联网企业的合作，鼓励发展平台型、网络型工业软件，为中小制造企业提供廉价的工业软件云服务。

加快制定工业软件行业标准，推进制造业工业软件综合集成应用。制定工业操作系统相关标准，形成应用接口丰富多样、运行安全高效、系统吞吐量大、响应时间小、容错能力强、用户界面友好、可移植的工业操作系统标准。制定工业数据库相关标准，形成能支撑工业大数据存储、高并发量连接、查询范式多样、搜索查找高效、技术安全可靠的工业数据库标准。制定工业软件开发平台相关标准，形成能支撑跨平台、应用接口丰富、编译运行高效、程序安全可信、安装部署快捷的工业软件开发平台标准。制定工业软件编程语言标准，形成一套标准、通用、高效、安全、可移植、易学的工业软件编程语言标准，加大信息科技类院校教育力度。
（工信部赛迪研究院 陆峰博士）

4. 工业控制计算机的软件系统

工业控制软件系统主要包括系统软件、工控应用软件和应用软件开发环境等三大部分。其中系统软件是其它两者的基础核心，因而影响系统软件设计的开发质量。工控应用软件主要是根据用户工业控制和管理的需求而生成的，因此具有专用性。从工控软件系统发展历史和现状来看，工控软件系统应具5大主要特性：1、开放性。这是现代控制系统和工程设计系中一个至关重要的指标。开放性有助于各种系统的互连、兼容，它有利于设计、建立和应用为一体（集体）的工业思路形成与实现。为了使系统工具良好的开放性，必须选择开放式的体系结构、工业软件和软件环境，这已引起工控界人士的极大关注。2、实时性。工业生产过程的主要特性之一就是实时性，因此相应地要求工控软件系统应具有较强的实时性。3、网络集成化。这是由工业过程控制和管理趋势。4、人机界面更加友好。这不仅是指像菜单驱动所带来的操作方便，应包括设计和应用两个方面的人机界面。5、多任务和多线程性。现代许多控制软件所面临的工业对象不再是单任务线，而是较复杂的多任务系统，因此，如何有效地控制和管理这样的系统仍是日前工控软件主要的研究对象 为适应这种要求，工控软仵，特别是底层的工控系统软件必须具有此特性 ，如多任务实进操作系统的研究和应用等。从工控软件基本组成上看 它可大致划分为3层；实时操作系统层、拄制管理层以及应用层，实时操作系统OS层是其他层的基础。

5. 工业控制计算机的发展前景

随着社会信息化的不断深入，关键性行业的关键任务将越来越多地依靠工控机，而以IPC为基础的低成本工业控制自动化正在成为主流，本土工控机厂商所受到的重视程度也越来越高。随着电力、冶金、石化、环保、交通、建筑等行业的迅速发展，从数字家庭用的机顶盒、数字电视，到银行柜员机、高速公路收费系统、加油站管理、制造业生产线控制，金融、政府、国防等行业信息化需求不断增加，对工控机的需求很大，工控机市场发展前景十分广阔。发展趋势分析：1、DCS(集散控制系统)的发展趋势虽然以现场总线为基础的FCS发展很快，并将最终取代传统的DCS，但Fcs发展有很多工作要做，如统一标准，仪表智能化等。另外传统控制系统的维护和改造还需要DCS，因此FCS完全取代传统的DCS还需要一个较长的过程。当前工控机仍以大系统、分散对象、连续生产过程(如：冶金、石化、电力)为主，采用分布式系统结构的分散型控制系统仍在发展。由于开放结构和集成技术的发展，促使大型分散型控制系统销售增加。1）向综合方向发展：由于标准化数据通信线路和通信网络的发展，将各种单(多)回路调节器、PLC、工业比、NC等工控设备构成大系统，以满足工厂自动化要求，并适应开放化的大趋势。2）向智能化方向发展：由于数据库系统、推理机能等的发展，尤其是知识库系统(KBS)和专家系统(ES)的应用，如自学习控制、远距离诊断和自寻优等，人工智能会在DCS各级实现。和FF现场总线类似，以微处理器为基础的智能设备，如智能I/O智能PID控制、智能传感器、变送器、执行器、智能人接口及可编程调节器相继出现。3）工业PC化：由于巩组成此S成为一大趋势，PC作为DCS的操作站或节点机已经很普遍.PC—PLC、PC—S，19、Pc—Nc等就是Pc—Dcs先驱。4）专业化：DCS为更适合各相应领域的应用，就要进一步了解这个专业的工艺和应用要求，以逐步形成如核电站此S，变电钻DGS、玻璃DCS及水泥DCS等。2、数控装置的发展趋势80年代以来，为适应FMC、FMS、CAM、CIMS的发展需要，数控装置采用大规模、超大规模集成电路，提高了柔性，功能和效率。1）PC化：由于大规模集成电路制造技术的高度发展，PC硬件结构做得更小，CPU的运行速度越来越高，存储容量很大。PC机大批量生产，成本大大降低，可靠性不断提高。PC机的开放性，Windows的应用，更多的技术人员的应用和软件开发，使PC机的软件极为丰富。PC机功能已经很强，CAD/CAM的软件已大量由小型机，工作站向PC机移植，三维图形显示工艺数据已经在PC机上建立。因此，PC机已成为开发CNC系统的重要资源与途径。2）交流伺服化：交流伺服系统恒功率范围已做到1：4，速度范围可达到1：1000，基本与直流伺服相当。交流伺服体积小，价格低，可靠性高，应用越来越广泛。3）高功能的数控系统向综合自动化方向发展：为适应FMS、CIMS、无人工厂的要求，发展与机器人、自动化小车、自动诊断跟踪监视系统等的相互联合，发展控制与管理集成系统，已成为国际上数控系统的方向。4）方便使用：改善人机接口，简化编程、操作面板使用符号键，尽量采用对话方式等，以方便用户使用。5）柔性化和系统化：数控系统均采用模块结构，其功能覆盖面大，从三轴两联动的机床到多达24轴以上的柔性加工单元。6）高精度：提高加工精度，高分1辨率旋转编码器必不可少。为在超精密加工领域能实现0.O01um的精度，必须开发超高分辨率的编码器，O.0001um最小设定单位的NC装置。为在加工中即使负荷变动伺服系统的特性也保持不变，还需采用控制和鲁棒(Robust)控制。在伺服系统的控制中，用高速微处理器，采用基于现代控制论前馈控制、二自由度控制、学习控制等。其数字控制系统的跟踪误差不超过2um。7）机械智能化：它在NC领域内是一种新技术，所谓机械智能化功能，是指机械自身可补偿温度、机械负荷等引起的机械变形的功能。这就需要检测主轴负荷、主轴及机座变形的传感器和处理传感器输出信号的电路。8）诊断维修智能化：故障的诊断与维修是NC的重要技术。基于AI专家系统的故障诊断已存在，现今主要是建立用于诊断故障的数据库。把NC装置通过internet和Internet与中央计算机相连接，使其具有远距离诊断的功能。进一步的发展是预维修系统，即在故障将要发生前把将要发生故障的部件更换下来的系统，它需要通过智能传感器、高速PMC及大型数据库来实现。

6. 工业控制系统的发展趋势

计算机及网络技术与控制系统的发展有着紧密的联系。最早在50年代中后期，计算机就已经被应用到控制系统中。60年代初，出现了由计算机完全替代模拟控制的控制系统，被称为直接数字控制（DirectDigitalControl,DDC）。70年代中期，随着微处理器的出现，计算机控制系统进入一个新的快速发展的时期，1975年世界上第一套以微处理为基础的分散式计算机控制系统问世，它以多台微处理器共同分散控制，并通过数据通信网络实现集中管理，被称为集散控制系统（DistributedControlSystem,DCS）。进入80年代以后，人们利用微处理器和一些外围电路构成了数字式仪表以取代模拟仪表，这种DDC的控制方式提高了系统的控制精度和控制的灵活性，而且在多回路的巡回采样及控制中具有传统模拟仪表无法比拟的性能价格比。80年代中后期，随着工业系统的日益复杂，控制回路的进一步增多，单一的DDC控制系统已经不能满足现场的生产控制要求和生产工作的管理要求，同时中小型计算机和微机的性能价格比有了很大提高。于是，由中小型计算机和微机共同作用的分层控制系统得到大量应用。进入90年代以后，由于计算机网络技术的迅猛发展，使得DCS系统得到进一步发展，提高了系统的可靠性和可维护性，在今天的工业控制领域DCS仍然占据着主导地位，但是DCS不具备开放性，布线复杂，费用较高，不同厂家产品的集成存在很大困难。从八十年代后期开始，由于大规模集成电路的发展，许多传感器、执行机构、驱动装置等现场设备智能化，人们便开始寻求用一根通信电缆将具有统一的通信协议通信接口的现场设备连接起来，在设备层传递的不再是I/O（4～20mA/24VDC）信号，而是数字信号，这就是现场总线。由于它解决了网络控制系统的自身可靠性和开放性问题，现场总线技术逐渐成为了计算机控制系统的发展趋势。从那时起，一些发达的工业国家和跨国工业公司都纷纷推出自己的现场总线标准和相关产品，形成了群雄逐鹿之势。

7. 工业控制计算机的国内市场

工控机自从上世纪90年代进入中国大陆市场以来，至今已有20年余。期间工控机市场的发展，并不能算是一帆风顺，开拓、尝试、接受、认可、批评、前进等不同声音始终不绝于耳。伴随着计算机技术和自动化技术日新月异的发展，中国经济社会整体自动化、信息化水平的进程也正在加快。而作为计算机技术和自动化技术相融合的一种产品，工控机自身已经取得长足的技术进步，在大陆市场的应用也呈现出了新的局面，具体表现在以下四个方面：第一、从工控机产品的技术发展来讲，“嵌入式系统”“无风扇结构”“机箱散热”“固态硬盘”“箱式”“平板式”等新技术、新产品的应用，适应了自动化产品“小型化”“智能化”“低功耗”的发展趋势，已经大大提高了工控机的系统稳定性，也降低了制造和应用成本；第二、从工控机产品的形态来讲，工控机产品的定义范畴日益扩大，甚至与商用PC、商用工作站等其它计算机产品之间的概念区隔逐渐模糊；工控机产品除了传统的4U机架式工控机之外，箱式、面板式、单板电脑、嵌入式、便携式、行业专用电脑等其它工控机产品形式也得到了许多客户的接受认可和大量市场应用；第三、从工控机产品的销售渠道模式来讲，一些供应商变更了原有的销售渠道及模式，调整了直销分销的销售策略侧重，也变革了原装整机、组装整机、板卡的出货配额。这些调整变革的背后，是各家供应商为适应市场发展的新形势、提高客户满意度、抢占市场份额的深层考虑和市场反应行为；第四、从工控机下游应用行业来看，一些工控机传统的优势应用行业正在遭遇商用PC、商用工作站的挑战，大有没落甚至被取代的趋势；而一些新兴的应用市场却不断涌现，且呈现快速增长的趋势。

8. 中国工业软件现状

工业软件的未来