① 工业无线控制器
我们山水水泥用了宇林YL-WD系列工业无线控制器，解决了控制控制电缆故障率较高，控制电缆线损坏引起故障停机，卷盘电机在工作中故障率较高，卷盘故障容易造成的故障停机等问题，大大节约了维修成本和提高了生产效率。
② 15个问题”刨根问底”TSN——让你一文看懂工业互联为何需要TSN
要说现在工业通讯领域最热门的技术，那一定是非TSN莫属。其实，TSN(Time Sensitive Network)时间敏感型网络是一个最新的但却并非陌生的技术，那TSN究竟是什么样的网络呢？为何TSN会被认为是未来工业通讯的统一标准呢？TSN会替代现在的各类实时工业以太网吗？……
面对这些问题，CE China的老石和B&R的老宋开始了一场刨根问底式的对话，希望能让你对TSN有一个全面正确的了解。
1.TSN是时间敏感网络的意思，时间敏感是什么意思？其他网络对时间不敏感吗？有衡量指标吗？
答：说实话，最初在2016年贝加莱总部介绍TSN的时候，我觉得这似乎不像是一个工业自动化领域的技术，因为像PROFINET、POWERLINK、EtherCAT等工业网络已经可以达到比较高的实时性指标，而且好像也极少遇到什么当前100μS循环周期搞不定的案子，工业网络讲 “Determistic”，即确定性网络，因为控制是基于“等时同步”的，工业领域早已实现“时间敏感”。因此，就个人而言当时觉得这个词是IT的人不了解工业而开发出来的网络，因为TSN的最初描述是为以太网赋予“确定性”、“实时性”传输能力，这是因为标准以太网是没有这个能力的，但是，实时以太网有这个能力。
那么，问题的关键在哪里？TSN最关键的目的在于“同一”网络的数据传输，即，周期性的控制通信需求和非周期的数据在同一个网络中传输，才是TSN的核心诉求。
因为现在的IT与OT融合过程中会遇到非常大的问题，即，周期性数据和非周期性数据往往需要通过两个网络传输，因此，你会发现控制器各家都是两个网口，一个实时以太网，一个标准以太网，一般实时网络用语机器与系统控制，而标准网络用于管理级信息的传输。
通常，衡量网络的QoS（Qualityof Service）指标包括循环周期、延迟、抖动这几个指标，一般来说，硬实时会在百微秒这个级别的刷新，抖动控制在几十个nS这个级别，延迟在微秒级。没有特别的官方定义实时性，因为，应用场景不同。
2. TSN特点之一是实时性高，我们以往的现场总线、实时以太网不也有这个特点吗？相比这些TSN在实时性方面也有优势吗？
答：尽管TSN的关键诉求在于“同一”网络的传输，但经过研发人员的设计，其调度机制也允许获得较高的实时响应能力，目前贝加莱已经开发的千兆以太网的TSN测试下来抖动在50nS（抖动通常描述的是最差情况），可以达到的最快周期是在10μS级，因此，对于现有的工业控制而言，TSN的实时性是完全可以保障的。
和目前主流的实时以太网比TSN显然性能更高，据贝加莱总部的千兆测试数据显示高了18倍的整体性能（其测试是按照节点数、数据负载不断增加然后取性能的均值）。
3. TSN是如何实现时间敏感的呢？它是在标准以太网标准上做了哪些修改吗？
答：TSN本身是一系列的标准，它包含了时钟同步、数据调度与网络配置三个方面的关键标准，TSN仅指数据链路层的标准，这一点必须阐明，它可以采用IEEE802.3的以太网或IEEE802.3cg的标准网络来实现物理层，而数据链路层采用了桥接网络，以及不同的数据流调度的策略，也就是Shaper-整形器，比如CBS基于信用的整形器、Qbv-时间感知整形器TAS、CQF-周期性排队与转发、ATS-异步传输整形器。想了解这个就得了解以太网本身是怎么传输的，然后就明白TSN主要是在Transmit Selection这个地方进行了策略调度机制的设计。
4.TSN这两年在工业界越来越火，这个TSN源自哪里，是咱们工业界独有吗？其他行业也叫TSN吗？全球谁在主导这个标准啊？
答：TSN并非是源自工业界，TSN最早是在音视频传输领域，后来在 汽车 领域于2012年成立IEEE802.1Q工作，而到工业已经是2015年的事情了，成立了IEEE802.1 TSN工作组。
在 汽车 工业里他们一般称为AVB-Audio Video Bridge，是由IEEE802.1Qav、IEEE802.1AS和IEEE802.1Qat（已经作为IEEE802.1Q的基础标准）构成。
在航空航天领域也有大量时间敏感型网络应用，他们可以称为AS6802，而在工业领域，IEC和IEEE合作，成立了IEC60802工作组用于实现TSN网络的互操作性标准制定。
目前TSN的推动组织是Avnu，包括IIC、OPC UA基金会也加入了推动这项技术的工作，他们会和主要的Shaper厂商共同推动TSN技术的发展。
5. TSN今后是要成为标准以太网协议，而且比以前的标准以太网协议先进，那是否意味着今后民用商用工业用的以太网协议都会成为TSN？
答：TSN是一项VLAN技术，即Vitural Local Area Network，这显然定义了它是一个局域网，并且是一个虚拟的局域网，它不必一定成为商用和民用的所有通吃的标准，TSN域和非TSN域的区别在于VLANID，即，进入TSN网络会被交换机给打上VLAN标签，然后借助于TSN机制在该网络中传输，但离开了TSN网络的时候，这个VLAN标签会被去除，它也可以变为一个标准以太网帧被传输。因此，TSN交换机会和普通交换机一起工作没有问题。
因此，商业或民用网络并不是必须要变为TSN网络，这完全取决于应用本身的需求，尤其是经济性指标，因此，如果没有特殊的实时性需求的话，倒没有必要，目前TSN网络看来聚焦在工业级IoT应用比较多。
6. 为何这两年突然TSN就受到业界这么多人的关注？它能解决哪些现在解决不了的问题吗？
答：TSN火的原因就是大量的物联网应用需求产生的，因为，你必须考虑周期性和非周期性数据的同一网络传输问题，带宽的需求较之以往更大。
你可以看到这个图中，描述了几个场景：
（1）音视频同步：其实，如果你看中央电视台，你看到播音员的口型和语音会出现不同步—这也属于质量问题，因为音频和视频没有同步，或者像大剧院里的音箱，你想想如果他们不能实现同步，就会出现重复的声音，也属于数据传输质量的问题。
（2）.ADAS，相对于传统的 汽车 而言，ADAS会需要多个激光雷达（比如前后三个），包括安全系统，这些更多的传感器都会带来带宽的需求较之以往更大。
（3）.AR/VR、机器视觉：这些技术在工业场景更多的使用都会让带宽的需求变大。
因此，TSN是有实际的需求的，连接变得更为广泛，则需要更大的网络容量传输能力。
7. 既然具有时间敏感特点的以太网络有这么多优点，那么为何在早先的标准以太网推出时没有考虑做成时间敏感呢？为何现在就要加上时间敏感？是原先没有想到吗，还是原来的技术实现不了，或者是成本太高等其他原因？，
答： 90年代大众来中国投资建 汽车 厂的时候，中国的高速公路才刚开始，包括现在很多老的小区都没有足够的停车位，谁会料到今天 汽车 如此普及呢？
同样道理，在你不需要这项技术的时候，你是不会真正有动力去开发这样的技术的，因为如果没有人用，这些研发投入就失去意义了，因此，任何技术的流行都会需要时间，而且，就目前而言，TSN都还没有到它真正爆发的时候，因为，对互联的需求也就最近几年才刚开始，大量的工厂实际上还处于单机生产的阶段。因此，TSN现在已经处于未雨绸缪的阶段，因为大数据应用仅在局部开始，而并非进入爆发期。
当然，你说的没错，要实现TSN这样的网络的确需要非常大的技术投入，因为它的复杂性是超过现有的网络的，就像时钟同步就比IEEE1588有可靠性方面的需求，调度机制也更多样灵活，这些都是需要芯片处理包括千兆以太网处理芯片、传输电缆、交换芯片等，这些都是成本，而只有面临巨大的市场机会，芯片厂商才会有动力去投入研发。 现在大量的芯片厂商投入其中也是因为看到其广阔的未来-这些投入会让TSN变得更为易用而低成本--TSN潜在的规模使得它较之以往的网络更具竞争力。
8. 截至到目前，关于TSN的相关产品研发、测试床，支持的厂商等最新进展是什么样的？
答：目前TSN有几个重要的测试床推动者，一个是德国的LNI-就是工业4.0组织的测试床，一个是在IIC的测试床，还有一个就是由华为ECC组织的测试床，贝加莱在三个组织中都积极的参与了Testbed的建设。
目前，主流的自动化厂商都发布了各自的TSN产品或者测试产品，像B&R在2017年SPS发布了TSN产品，而SIEMENS在2018年汉诺威展发布了Profinet over TSN的产品，2019年三菱发布了CC-Link IE TSN产品。华为、TTTech、CISCO、MOXA、赫斯曼等厂商也发布了TSN交换机产品。
9. 虽然TSN这两年火热，几乎所有人看好和支持，那为何从实际产品上还并不多见，或者还没有批量生产和销售，正式工业应用几乎没有，主要卡在哪里呢？预计到什么时候，TSN会开始真正落地应用？
答：看来，你比用户更着急，但是，工业产品一般生命周期都比较长，就像CAN总线、Modbus现在还在用一样，实际上，它并没有想你想象那么慢，相对于过去的总线从概念、局部应用、大面积成熟应用的时间而言，TSN的发展算是比较快的，因为你要知道TSN面向工业的工作组2015年底才成立，2016年9月才召开Shaper的启动会议，因此，你能够在2018年看到这么多公司推出产品已经算是非常快的了。
TSN在2019年包括像现在已知的贝加莱、三菱都会有批量化产品推出，工业产品不会像手机那么更新快，华为的P20 Mate Pro我还没买呢，P30就出来了，而工业产品一般生命周期都在15年以上，因为一台机床可能会用20年以上。
因此，其实TSN发展已经非常快了。
10. 一个通信网络要实现TSN，需要哪些设备来构成或支持？相比其他网络，TSN实现起来会不会更加昂贵？
答：TSN是一个VLAN，因此它很多实现是在软件的层面的，需要具有处理这种时钟同步和调度机制的交换机，当然对于控制器而言，需要TSN的芯片支撑，具体的芯片成本我倒没有考量过，但是，事物发展的规律是具有共性的，成本一定是一个不断下降的过程，因为大量的采用就可以降低成本。
11. 现在看到国外厂商TSN产品陆续发布了，但国内厂商还没有，那要如何才能开发一个TSN的主站或者从站或者I/O呢？成本高吗？
答：这一点倒不完全是这个情况，华为在这方面已经走在前面，他们的TSN交换机也已经开发完成了，不过也似乎尚未进入批量化阶段，因为华为会考虑更多的场景问题，因此，在整形器方面会有一些自己的设计，最近我写了关于TSN的整形器（Shaper），还请教了华为的两位专家，另外，MOXA也有TSN的交换机产品推出，还有一些大学、研究所、企业也推出TSN相关的技术测试产品，目前尚未正式发布。
目前提供TSN技术开发板的包括XILINX，以及TTTech和Intel共同推出的TSN解决方案、芯片厂商NXP、AD等也推出了TSN的开发与测试芯片及测试板。
12. 现在实时以太网、现场总线在控制领域、特别是运动控制领域应用广泛，那TSN会取代这些协议吗？TSN和这些实时网络会是什么样的关系？
答：又需要强调一遍，就是TSN是在ISO/OSI架构的第二层，这意味着目前的TSN可以以各种形式出现，其实，以太网本身也是这个发展过程，比如Profinet就是Profibus over Ethernet，POWERLINK就是CANopen over Ethernet，那么，就会出现Profinet over TSN、CC-Link IE over TSN这些场景，这种设计往往是为了保持应用层软件的延续性，以确保现有的设备投资的可用性，而贝加莱则会选择OPC UA over TSN，原有的POWERLINK CANopen应用层会逐渐转向OPC UA，必须保持一个软件应用的延续性，这也是在较长的一段时间里，应用层保持，而数据链路层则逐步转向TSN的过程。从TSN目前所展示的性能而言，应对运动控制的任务也没有丝毫问题，一些厂商宣城将很快推出TSN的运动控制产品，贝加莱2019年推出IO和控制器，并计划在2020年推出基于TSN通信的运动控制产品。
这一点必须强调，对于任何工业应用而言，保持技术的稳定性、继承性是一种必须的考量，因此，技术的升级必须尽量的平滑过渡，对于用户同样如此，这是投资安全性的保障，因此，TSN短期内当然不会取代现有的网络，但是，在更长的时间里，TSN会成为基础的网络架构。
ISO/OSI模型很有意思，就是它使得各个层可以独立设计，包括物理层，目前的IEEE802.3可以继续使用，当然也可以使用诸如PoE(Power onEthernet)、SPE(Single Pair Ethernet-IEEE802.3cg)的物理层。
13. 现在另外一个通讯技术5G也已经来临，5G也是以低时延、高带宽为最大特点，而且5G要最多的应用可能在工业上，那么TSN和5G会是一个竞争关系吗？
答：5G也有针对ULL(UltraLower Latency)的场景，但是，5G属于无线网络，在工业领域的应用，尤其是类似于运动控制这些应该还不会采用5G，但是，基于IIoT的应用中对网络的确定性评估可以承受的领域5G是可以使用的，另外，TSN也会有针对无线场景的标准。
因此，评估技术的应用前景主要看场景—他们肯定不会是竞争关系，而是相互补充。
14. 对于TSN，也有些人认为现在是“雷声大雨点小”，那TSN标准的最新进展是什么样的？还需要解决哪些方面的问题从而来加速推进呢？现在技术发展那么快，TSN会不会中途又被新的通信技术给替代了？
答：其实，任何一项技术的核心驱动力是“经济性”，而技术推动必然有一个接受过程，市场需要培育，因此，TSN显然也不可能短期马上就会大量的应用，想想现场总线从开始到发展到顶峰实际上也经历了30年的时间，如果放眼整个产业的发展，TSN从2015年发展到今天已经算是非常快的速度了。
至于TSN中途会不会被新的通信技术替代，这个问题比较有意思，理论上来说，一切皆有可能，但是，任何技术都是来自于需求的，如果需求没有本质的变化，那么技术也就不会有本质的变化，如果需求就是网络的统一，那么无论是TSN还是说一个新的技术，同样是这个技术实现路径，而且通信技术不可能离开芯片、工业控制独立存在，因此，只会有TSN的升级，而很难有一个独立的技术替代它。
技术的发展有其必然性，既然大家看到了10年后的技术需求而开发TSN，那么它就会在很长一段时间内持续的发展。
至于更久的时间比如30年后会是怎样，我想大部分人都无法关注，因为，这个时候如果你敏锐的观察到30年后的网络的需求，然后研发30年后要用到的技术，你这家公司是活不到那个时候的。
15. 如果未来一旦TSN在各个领域都普及了，是不是就是实现了所谓的工业物联网万物互联？
答：这个倒是值得期待，TSN正是致力于此，不过，万物是否一定是被TSN互联，那也未必，因为这个世界有太多的技术，就像刚才提到的5G，人类因为多样性才有意思，也因为有未知才值得 探索 ，TSN能不能实现万物互联并不重要，它只是一个技术，不用赋予它那么重大的意义，就像比尔.盖茨所说“我们总是高估在一年或者两年中能够做到的，而低估五年或者十年中能够做到的”—短期看TSN似乎还没有到要广泛应用的阶段，但长期来说，TSN在 汽车 、工业互联网领域将是具有统治性地位的，不过它的最佳搭档是OPC UA，这两者的配合将会让工业有着天下一统的可能。
当然，在工业世界里，价值的创造不仅仅依赖于网络技术，而依赖于对客户价值的追求，包括软件的应用价值、人的创造力，没有这些，TSN发挥不了什么，它只是一个实现我们价值创造过程的工具—对于工业企业而言，价值仍旧来自于为客户解决问题，TSN会帮助我们。
③ 无线网络与工业控制网络结合应用
工业控制通信协议有CANBUS、MODBUS、profibus等。
简介：
1、作为ISO11898CAN标准的CANBus（ControLLer Area Net-work Bus），是制造厂中连接现场设备（传感器、执行器、控制器等）、面向广播的串行总线系统，最初由美国通用汽车公司（GM）开发用于汽车工业，后日渐增多地出现在制造自动化行业中。
2、Modbus是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。
ModBus网络是一个工业通信系统，由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成。其系统结构既包括硬件、亦包括软件。它可应用于各种数据采集和过程监控。
3、PROFIBUS，是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。
④ 工业无线网关是什么
工业无线网关是工业物联网不可或缺的设备，它就像人体的神经，将感知到的各类讯息传递给大脑进行处理，大脑经过运算判断出要做何种反应，再由神经传递到全身四肢。同样企业制造生产过程中，假如缺少了工业无线网关，就像人体的神经被切断，无法感知到外界环境也无法控制自己的行为。
在企业的生产制造过程总，应用工业无线网关，可以方便地实现现场设备的远程数据采集、程序远程下载和远程维护，满足绝大部分工业控制器设备的联网需求。很多企业为了提高生产效率，都会选择天拓四方的工业无线网关，主要是它内置300+ 工业设备采集驱动，市面上应用最广泛的西门子、施耐德、ABB、三菱、欧姆龙等其他品牌PLC/仪表/智能设备/Modbus/OPC UA/电力规约等协议，同时支持数控机床联网采集MDC系统，像主流的西门子、Fanuc、三菱、Hass、CITIZEN西铁城、HEIDENHAIN海德汉、KND凯恩帝等。
⑤ 工业控制自动化
工业控制自动化主要包含三个层次，从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。
工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展
计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的结合，产生了“基于无线技术的网络化智能传感器”的全新概念。这种基于无线技术的网络化智能传感器使得工业现场的数据能够通过无线链路直接在网络上传输、发布和共享。无线局域网技术能够在工厂环境下，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高带宽的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构，在一些特殊环境下有效地弥补了有线网络的不足，进一步完善了工业控制网络的通信性能。
仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展
根据仪器仪表行业的预测，“十五”期间我国仪器仪表市场大致是：2002年1628亿元；2003年1790亿元；2004年1969亿元；2005年2165亿元。五年间，平均年市场容量为1806亿元，其中工业自动化仪表和控制系统占41%、科学测试仪器占25%、医疗仪器占17%、其他占17%，平均年增长率将不会低于10%。
今后仪器仪表技术的主要发展趋势是：仪器仪表向智能化方向发展，将产生智能仪器仪表；测控设备PC化，虚拟仪器技术将迅速发展；仪器仪表网络化，将产生网络仪器与远程测控系统。
⑥ 自动化在汽车生产中的应用
1、汽车制造自动化现代测量技术应高精度、高速度、多功能、在线检测的需求，不断取得新的发展与突破；同时，测量技术所覆盖的工艺环节和工业领域，也越来越多样化。
系统的最新发展及方向
目前自动化系统发展的一个主要趋势，是控制器功能的集成化，以及通讯的集成化。长久以来，由于技术的限制，在一个自动化系统中需要使用多种，来自多个厂商的专一功能的控制设备，比如一般控制任务的PLC；安全控制用的PLC；运动控制用控制器；伺服控制用控制器；等等。相应地在通讯上，有一般控制任务的现场总线；用于安全控制的安全总线；用于运动控制的通讯；等等。
这样集成得到的系统，复杂性高，无论系统集成商，还是设备使用维护方，除了掌握各种不同的技术外，还必须适应不同厂商产品的不同设计习惯，不同的软件编制风格。还有，不同系统之间的接口和通讯进一步增加了系统的复杂性。而且从一定程度上，降低了系统的性能。
现在，集成了上述几个和全部控制功能的控制器越来越多。比如集成了一般控制功能和安全控制功能的PLC，集成了PLC功能和运动伺服控制功能的基于PC 的控制器，等等。同时在通讯领域也在发生重大变化，以太网借着在一般网络上取得的巨大成功，已经在工业领域逐步深入，开始牢牢确立自己的地位。集多种通讯功能于一身的以太网产品已经出现，随着技术的逐渐成熟，产品的逐渐丰富，以太网技术是目前能够看到的一统江湖的通讯网络。
汽车行业有自己的特点，就是高可靠性，高利用率，设备的高寿命。这些特点，决定了在选用自动化产品时，普遍比较谨慎，不敢为天下先，一般倾向选择成熟的产品。因此这些新的技术何时能够大规模进入汽车行业，就要看它们何时能够积累起足够的市场认可度。
2、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展
有线局域网以其广泛的适用性和技术价格方面的优势，获得了成功，并得到了迅速发展。然而，在某些工业的生产现场，由于工业环境禁止、限制使用电缆或很难使用电缆，有线局域网很难发挥作用，因此无线局域网技术得到了发展和应用。随着微电子技术的不断发展，无线局域网技术将在工业控制网络中发挥越来越大的作用。
无线方案的应用，在目前的市场需求环境之中是非常巨大的，包括个人的生活需求，商业环境需求，和生产制造环境的需求。由于无线应用解决方案的出现，为大家带来了无数的方便性和灵活性。但是，在工业生产的需求领域中，如果无线的需求方案无法提供一个可信赖的、安全的操作实用性时，无线的解决方案就会变成一种危险的问题状况。
无线网络的方案，在制造行业的生产现场里，可以让一个工厂变得更灵活，更方便。譬如说：在工厂的设备安装的平面规划时的柔性，在工厂的设备安装面积利用率的提升，在工艺流程改造和移动时的简单性等。当然，无线通讯的安全完全被保证，必须根据国家规范来加以限制，这是最基本的条件。
3、机器视觉、机器人技术在汽车制造行业的应用
“机器视觉”的用途很多，随着20世纪90年代以来光电、自动化和计算机图像处理技术的迅速发展，机器视觉已在包括汽车制造业在内的很多工业部门得到越来越广泛的应用。这些领域包括批量生产条件下的精密测量、工件表面缺陷检测、生产线中对零件标识和字符的自动识别以及判断装配结果是否正确等，在一些用于汽车制造业的专用设备，如刀具预调测量仪中，机器视觉也已替代了传统的检测方式。作为一种新颖而又实用的传感技术，图像检测单元近年已实现产品化，一些知名的厂商，如日本的松下公司、德国的西门子公司等都推出了品种规格齐全的系列化产品，包括光源、摄像头、处理器等，对图像检测技术的推广应用创造了有利的条件。与此同时，所颁布的相关标准不但规范了生产，而且为用户在不同情形下选用合适的检测单元，更快、更好地进行系统设计提供了依据。
以汽车制造业为主的制造业发展促进了工业机器人的发展。汽车制造业属于技术、资金密集型产业，也是工业机器人应用最广泛的行业。在我国，工业机器人的最初应用是在汽车和工程机械行业，主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊接。2000年开始，受国家宏观政策调控及居民消费水平提高的影响，我国汽车工业进入了一个高速增长期。面对这种局面，国际汽车巨头纷纷进入中国市场并与我国企业合资设厂或扩大原有生产规模，国内企业也纷纷转型或加大对汽车行业的投资，整个行业增产扩能增加了对工业机器人需求。据不完全统计，最近几年国内厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给汽车行业的，海关进出口增长数据与汽车行业增长数据具有较高的相关度。可知，汽车工业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一。
4、汽车制造安全技术或产品的应用
汽车制造设备，尤其是冲压设备，都是安全等级要求极高的设备，一直以来也是安全控制产品的主要应用领域，从很多安全产品和应用中，都能明显看到这一点。由于法律和文化等诸多方面的原因，欧洲的安全技术和产品一直处于领先，应用也最为成熟和广泛。
在我国，安全一直被放在很高的位置，但多数停留在“对人进行安全教育”的层面，认为安全事故的主因在人，把对技术措施的改进放在第二位。但是国外，尤其是欧洲多年推行安全技术，事故率大大降低。这一事实说明安全事故的预防也是一个技术问题，技术性的措施比对人的教育更加重要。
可喜的是，目前安全技术在国内的应用日益广泛。虽然我国强制性的推行国际安全技术标准，但大多汽车制造厂对安全技术有比较严格的要求，带动了安全技术在国内机器制造行业的应用。而且，随着美国和日本逐渐重视安全技术，使得美国和日本的电气控制巨头们也推出了诸多具有竞争力的安全产品。
对安全技术的应用有了更大的推动作用。一般来说，安全控制系统应该包括安全输入设备（如急停按钮、安全门限位开关或联锁开关、安全光栅或光幕、双手控制按钮），安全控制电气元件（如安全继电器、安全PLC 和安全总线）和安全输出控制（如主回路中的接触器、继电器或阀等）。
其中，安全PLC是在应用中值得重点关注的产品。所谓安全PLC，就是专门为条件苛刻的任务或安全相关的应用而设计的PLC，在其失效时不会对人员安全或过程安全带来危险。在一台安全PLC根据要求达到了特定的可靠性/故障概率等级时，就意味着它具有广泛的自诊断能力，可以监测各个方面的硬件状态、程序执行状态和操作系统状态。此外，安全PLC 还必须能够执行标准机构（例如TUV、FM等）认证的必须的故障安全动作，而这些故障安全动作都是根据特定的原则设计，并满足国际安全标准（如IEC61508和EN954-1等）中定义的要求。另外，安全PLC 还可能包括警卫保护预警和权限管理的内容，用来保护安全PLC 不受来自外界的干扰。
从安全PLC供应商方面看，罗克韦尔自动化、欧姆龙、西门子A&D等巨头纷纷采取一系列措施，推出自己的安全PLC产品，这些产品几乎都符合IEC61508标准并得到了SIL3的等级认证。同时，都试图将安全PLC 与其他机械安全产品一起构成完整的机械安全解决方案。罗克韦尔自动化在美国举办的年度Automation Fair展览会上设立了安全产品线独立展区，产品线覆盖从传感、逻辑判断到执行机构的每个环节，如安全按钮、安全地毯、安全开关、安全继电器、安全光幕、安全镭射扫描器、集成安全功能的马达启动器与伺服电机、安全PLC（模块式与分布式）、安全分布式I/O、安全网络等。同时，罗克韦尔在安全PLC和安全继电器方面还将不断推出新品，Ethernet/IP safety安全以太网也即将推出。此外，西门子的安全PLC也从丰田这样的着名汽车商那里获得青睐。目前，在世界范围内的丰田汽车公司制造厂中，有3个安全PLC项目正在进行中，分别是Tahara（日本）、印第安纳（美国）和剑桥（加拿大）。在这3个工厂中使用的西门子安全PLC 总数大约为170个，共使用了大约2000个I/O模块。
5、其他
在汽车制造领域，除了PLC 和一般的控制元件外，市场的使用者还需求什么呢？
首先，是“信息收集管理”的方案。在一个复杂的汽车生产工艺之中，大量的信息收集、管理、应用是绝对必要的。当然，除了必要建构上位的生产管理系统之外，如何从现场取得精确而可靠的生产数据，就是一个绝对关键的必要手段。从传统的人员手动识别方法，条形码（Bar code）的应用方法之后，RFID（Radio Frequency Identification）可以说是一个更具备弹性，资料内存更大，而且可重复使用的优秀应用方案。
其次，为了每一台汽车的品质保证、安全保证的目的，美国电子工业协会（ECC200规范），美国汽车工业协会（ECC200规范），日本汽车工业协会，日本汽车部品工业协会，国际标准规格ISO15394 对此作了明确的规范。在规范的要求之下，每一个关键的汽车零部件，包括发动机每一个零部件、安全气囊、避震器等等，都必须刻印上个别的单一的身份特别码（Identification code）来加以管理，使用的是一维码或二维码。目前来讲，这还只是一个刚刚开始的新规范，但是对于今后的汽车市场发展来说却是绝对会被执行的。目前已经有几家大型重要的汽车生产厂商开始导入这个规范。
⑦ 无线收发模块的作用是
无线收发模块是一种无线网络通信数据收发终端，其功能可以实现相对距离内，数据对传，为那（通信）的WBee 10XX系列，针对工业自动化领域小数据里无线远距离数据对传。组网灵活，抗干扰能力好，传输距离实测可达4KM。
⑧ 自动控制技术全国及世界现状及发展趋势
工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。
工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业控制自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。
我国工业控制自动化的发展道路，大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机系统行业已经形成。目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。
一、 以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流
众所周知，从20世纪60年代开始，西方国家就依靠技术进步（即新设备、新工艺以及计算机应用）开始对传统工业进行改造，使工业得到飞速发展。20世纪末世界上最大的变化就是全球市场的形成。全球市场导致竞争空前激烈，促使企业必须加快新产品投放市场时间（Time to Market）、改善质量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服务体系（Service），这就是企业的T.Q.C.S.。虽然计算机集成制造系统
（CIMS）结合信息集成和系统集成，追求更完善的T.Q.C.S.，使企业实现“在正确的时间，将正确的信息以正确的方式传给正确的人，以便作出正确的决策”，即“五个正确”。然而这种自动化需要投入大量的资金，是一种高投资、高效益同时是高风险的发展模式，很难为大多数中小企业所采用。在我国，中小型企业以及准大型企业走的还是低成本工业控制自动化的道路。
工业控制自动化主要包含三个层次，从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。
传统的自动化系统，基础自动化部分基本被PLC和DCS所垄断，过程自动化和管理自动化部分主要是由各种进口的过程计算机或小型机组成，其硬件、系统软件和应用软件的价格之高令众多企业望而却步。
20世纪90年代以来，由于PC-based的工业计算机（简称工业PC）的发展，以工业PC、I/O装置、监控装置、控制网络组成的PC-based的自动化系统得到了迅速普及，成为实现低成本工业自动化的重要途径。我国重庆钢铁公司这样的大企业的几乎全部大型加热炉，也拆除了原来DCS或单回路数字式调节器，而改用工业PC来组成控制系统，并采用模糊控制算法，获得了良好效果。
由于基于PC的控制器被证明可以像PLC一样可靠，并且被操作和维护人员接受，所以，一个接一个的制造商至少在部分生产中正在采用PC控制方案。基于PC的控制系统易于安装和使用，有高级的诊断功能，为系统集成商提供了更灵活的选择，从长远角度看，PC控制系统维护成本低。由于可编程控制器（PLC）受PC控制的威胁最大，所以PLC供应商对PC的应用感到很不安。事实上，他们现在也加入到了PC控制“浪潮”中。
近年来，工业PC在我国得到了异常迅速的发展。从世界范围来看，工业PC主要包含两种类型：IPC工控机和CompactPCI工控机以及它们的变形机，如AT96总线工控机等。由于基础自动化和过程自动化对工业PC的运行稳定性、热插拔和冗余配置要求很高，现有的IPC已经不能完全满足要求，将逐渐退出该领域，取而代之的将是 CompactPCI-based工控机，而IPC将占据管理自动化层。国家于2001年设立了“以工业控制计算机为基础的开放式控制系统产业化”工业自动化重大专项，目标就是发展具有自主知识产权的PC-based控制系统，在3(5年内，占领30%(50%的国内市场，并实现产业化。
几年前，当“软PLC”出现时，业界曾认为工业PC将会取代PLC。然而，时至今日工业PC并没有代替PLC，主要有两个原因：一个是系统集成原因；另一个是软件操作系统Windows NT的原因。一个成功的PC-based控制系统要具备两点：一是所有工作要由一个平台上的软件完成；二是向客户提供所需要的所有东西。可以预见，工业PC与PLC的竞争将主要在高端应用上，其数据复杂且设备集成度高。工业PC不可能与低价的微型PLC竞争，这也是PLC市场增长最快的一部分。从发展趋势看，控制系统的将来很可能存在于工业PC 和 PLC之间，这些融合的迹象已经出现。
和PLC一样，工业PC市场在过去的两年里保持平稳。与PLC相比，工业PC软件很便宜。据Frost & Sullivan公司估计，全世界每年7亿美元工业PC市场里，大约8500万美元为控制软件，一亿美元为操作系统。到2007年会翻一番，工业PC市场变得非常可观。
二、 PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展
长期以来，PLC始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。同时，PLC也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。
目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多种产品。国内PLC市场仍以国外产品为主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的产品。经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，可以说PLC在我国尚未形成制造产业化。在PLC应用方面，我国是很活跃的，应用的行业也很广。专家估计，2000年PLC的国内市场销量为15(20万套（其中进口占90%左右），约25(35亿元人民币，年增长率约为12%。预计到2005年全国PLC需求量将达到25万套左右，约35(45亿元人民币。
PLC市场也反映了全世界制造业的状况，2000后大幅度下滑。但是，按照Automation Research Corp的预测，尽管全球经济下滑，PLC市场将会复苏，估计全球PLC市场在2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并继续略微增长。
微型化、网络化、PC化和开放性是PLC未来发展的主要方向。在基于PLC自动化的早期，PLC体积大而且价格昂贵。但在最近几年，微型PLC（小于32 I/O）已经出现，价格只有几百欧元。随着软PLC（Soft PLC）控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软PLC组态软件和PC-based控制的市场份额将逐步得到增长。
当前，过程控制领域最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展，PLC也不例外。现在越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口。可以相信，PLC将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC的控制系统。
三、 面向测控管一体化设计的DCS系统
集散控制系统DCS（Distributed Control System）问世于1975年，生产厂家主要集中在美、日、德等国。我国从70年代中后期起，首先由大型进口设备成套中引入国外的DCS，首批有化纤、乙烯、化肥等进口项目。当时，我国主要行业（如电力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部进口。80年代初期在引进、消化和吸收的同时，开始了研制国产化DCS的技术攻关。
近10年，特别是“九五”以来，我国DCS系统研发和生产发展很快，崛起了一批优秀企业，如北京和利时公司、上海新华公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天测控公司、电科院以及北京康拓集团等。这批企业研制生产的DCS系统，不仅品种数量大幅度增加，而且产品技术水平已经达到或接近国际先进水平。在2001年全国应用的4426套DCS系统中，国产DCS系统为1486套，占35%。短短几年，国外DCS系统在我国一统天下的局面从此不再出现。这些专业化公司不仅占据了一定的市场份额，积累了发展的资本和技术，同时使得国外引进的DCS系统价格也大幅度下降，为我国自动化推广事业做出了贡献。与此同时，国产DCS系统的出口也在逐年增长。
虽然国产DCS的发展取得了长足进步，但国外DCS产品在国内市场中占有率还较高，其中主要是Honeywell和横河公司的产品。我国DCS的市场年增长率约为20%，年市场额约为30(35亿元。由于近5年内DCS在石化行业大型自控装置中没有可替代产品，所以其市场增长率不会下降。据统计，到2005年，我国石化行业有1000多套装置需要应用DCS控制；电力系统每年新装1000多万千瓦发电机组，需要DCS实现监控；不少企业已使用DCS近15(20年，需要更新和改造。所以，今后5年内DCS作为自动化仪表行业主要产品的地位不会动摇。
根据中国仪器仪表行业协会公布的调查数据显示，2002年我国DCS市场状况如下：
小型化、多样化、PC化和开放性是未来DCS发展的主要方向。目前小型DCS所占有的市场，已逐步与PLC、工业PC、FCS共享。今后小型DCS可能首先与这三种系统融合，而且“软DCS”技术将首先在小型DCS中得到发展。PC-based控制将更加广泛地应用于中小规模的过程控制，各DCS厂商也将纷纷推出基于工业PC的小型DCS系统。开放性的DCS系统将同时向上和向下双向延伸，使来自生产过程的现场数据在整个企业内部自由流动，实现信息技术与控制技术的无缝连接，向测控管一体化方向发展。
四、 控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展
由于3C（Computer、Control、Communication）技术的发展，过程控制系统将由DCS发展到FCS（Fieldbus Control System）。FCS可以将PID控制彻底分散到现场设备（Field Device）中。基于现场总线的FCS又是全分散、全数字化、全开放和可互操作的新一代生产过程自动化系统，它将取代现场一对一的4(20mA模拟信号线，给传统的工业自动化控制系统体系结构带来革命性的变化。
根据IEC61158的定义，现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线使测控设备具备了数字计算和数字通信能力，提高了信号的测量、传输和控制精度，提高了系统与设备的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作组于1984年开始致力于推出世界上单一的现场总线标准工作，走过了16年的艰难历程，于1993年推出了IEC61158-2，之后的标准制定就陷于混乱。2000年初公布的IEC61158现场总线国际标准子集有八种，分别为：
类型1 IEC技术报告（FFH1）；
类型2 Control-NET（美国Rockwell公司支持）；
类型3 Profibus（德国Siemens公司支持）；
类型4 P-NET（丹麦Process Data公司支持）；
类型5 FFHSE（原FFH2）高速以太网（美国Fisher Rosemount公司支持）；
类型6 Swift-Net（美国波音公司支持）；
类型7 WorldFIP（法国Alsto公司支持）；
类型8 Interbus（美国Phoenix Contact公司支持）。
除了IEC61158的8种现场总线外，IEC TC17B通过了三种总线标准：SDS（Smart Distributed System）；ASI（Actuator Sensor Interface）；Device NET。另外，ISO公布了ISO 11898 CAN标准。其中Device NET于2002年10月8日被中国批准为国家标准，并于2003年4月1日开始实施。
目前在各种现场总线的竞争中，以Ethernet为代表的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)通信技术正成为现场总线发展中新的亮点。其关注的焦点主要集中在两个方面：
(1) 能否出现全世界统一的现场总线标准；
(2) 现场总线系统能否全面取代现时风靡世界的DCS系统。
采用现场总线技术构造低成本的现场总线控制系统，促进现场仪表的智能化、控制功能分散化、控制系统开放化，符合工业控制系统的技术发展趋势。国家在“九五”期间为了加快现场总线技术在我国的发展，重点放在智能化仪表和现场总线技术的开发和工程化上，补充和完善工艺设备、开发装置和测试装置，建立智能化仪表和开发自动化系统的生产基地，形成适度规模经济。2000年，“九五”国家科技攻关计划“新一代全分布式控制系统研究与开发”和“现场总线智能仪表研究开发”两个项目相继完成。这两个项目以及先期完成的“现场总线控制系统的开发”项目，针对国际上已经出现的多种现场总线协议并存的局面，重点选择了HART协议和FF协议现场总线技术攻关。
总之，计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，将朝着现场总线控制系统（FCS）的方向发展。虽然以现场总线为基础的FCS发展很快，但FCS发展还有很多工作要做，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，同时DCS本身也在不断的发展与完善。可以肯定的是，结合DCS、工业以太网、先进控制等新技术的FCS将具有强大的生命力。工业以太网以及现场总线技术作为一种灵活、方便、可靠的数据传输方式，在工业现场得到了越来越多的应用，并将在控制领域中占有更加重要的地位。
五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展
经过五十年的发展，我国仪器仪表工业已有相当基础，初步形成了门类比较齐全的生产、科研、营销体系。现有各类仪器仪表企业6000余家，年销售额约1000亿元，成为亚洲除日本之外第二大仪器仪表生产国。据海关统计，除去随成套工程项目配套引进的仪器仪表不计，去年进口各类仪器仪表近60亿美元，约占我国仪器仪表工业总产值的50%。但目前我国仪器仪表行业产品大多属于中低档水平，随着国际上数字化、智能化、网络化、微型化的产品逐渐成为主流，差距还将进一步加大。目前，我国高档、大型仪器设备大多依赖进口。中档产品以及许多关键零部件，国外产品占有我国市场60%以上的份额，而国产分析仪器占全球市场不到千分之二的份额。
2001年3月，第九届全国人大四次会议批准的“十五”计划纲要首次提出“把发展数控机床，仪器仪表和基础零部件放到重要位置，努力提高质量和技术水平”。2001年8月，国家计委把仪器仪表明确列为国民经济重要技术装备，国家经贸委制定并公布的仪器仪表行业 “十五”规划，确立了6项高技术产业化项目：
1. 基于现场总线技术的全开放分散控制系统及智能仪表；
2. 新型传感器；
3. 智能化工业控制部件与执行机构；
4. 环境与污染源监测仪器及自动监测系统；
5. 城市污水处理利用成套工艺设备中的仪表自动化控制系统；
6. 炼钢转炉煤气净化回转成套装置中的仪表自动化控制系统。
根据仪器仪表行业的预测，“十五”期间我国仪器仪表市场大致是：2002年1628亿，2003年1790亿，2004年1969亿，2005年2165亿。五年间，平均年市场容量为1806亿（相当于220亿美元），其中工业自动化仪表和控制系统占41%、科学测试仪器占25%、医疗仪器占17%、其它占17%，平均年增长率将不会低于10%。
今后仪器仪表技术的主要发展趋势：
* 仪器仪表向智能化方向发展，产生智能仪器仪表；
* 测控设备的PC化，虚拟仪器技术将迅速发展；
* 仪器仪表网络化，产生网络仪器与远程测控系统。
几点建议：
* 开发具有自主知识产权的产品，掌握核心技术。
* 加强仪器仪表行业的系统集成能力。
* 进一步拓展仪器仪表的应用领域。
六、 数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展
从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了51年的历程。近10年来，随着计算机技术的飞速发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生，发展很快。目前正朝着标准化开放体系结构的方向前进。就结构形式而言，当今世界上的数控系统大致可分为4种类型：
1. 传统数控系统；
2. “PC嵌入NC”结构的开放式数控系统；
3. “NC嵌入PC”结构的开放式数控系统；
4. SOFT型开放式数控系统。
我国数控系统的开发与生产，通过“七五”引进、消化、吸收，“八五”攻关和“九五”产业化，取得了很大的进展，基本上掌握了关键技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控人才，初步形成了自己的数控产业，也带动了机电控制与传动控制技术的发展。同时，具有中国特色的经济型数控系统经过这些年来的发展，产品的性能和可靠性有了较大的提高，逐渐被用户认可。
国外数控系统技术发展的总体发展趋势是：
* 新一代数控系统向PC化和开放式体系结构方向发展；
* 驱动装置向交流、数字化方向发展；
* 增强通信功能，向网络化发展；
* 数控系统在控制性能上向智能化发展。
进入21世纪，人类社会将逐步进入知识经济时代，知识将成为科技和生产发展的资本与动力，而机床工业，作为机器制造业、工业以至整个国民经济发展的装备部门，毫无疑问，其战略性重要地位、受重视程度，也将更加鲜明突出。
近年来，我国数控机床一直保持两位数增长。2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元。2002年产值达260亿元，产量居世界第4。但与发达国家相比，我国机床数控化率还不高，目前生产产值数控化率还不到30%；消费值数控化率还不到50%，而发达国家大多在70%左右。由于国产数控机床不能满足市场的需求，高档次的数控机床及配套部件只能靠进口，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。
智能化、开放性、网络化、信息化成为未来数控系统和数控机床发展的主要趋势：
* 向高速、高效、高精度、高可靠性方向发展；
* 向模块化、智能化、柔性化、网络化和集成化方向发展；
* 向PC-based化和开放性方向发展；
* 出现新一代数控加工工艺与装备，机械加工向虚拟制造的方向发展。
* 信息技术（IT）与机床的结合，机电一体化先进机床将得到发展。
* 纳米技术将形成新发展潮流，并将有新的突破。
* 节能环保机床将加速发展，占领广大市场。
七、 工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展
自从1977年第一个民用网系统ARCnet投入运行以来，有线局域网以其广泛的适用性和技术价格方面的优势，获得了成功并得到了迅速发展。然而，在工业现场，一些工业环境禁止、限制使用电缆或很难使用电缆，有线局域网很难发挥作用，因此无线局域网技术得到了发展和应用。随着微电子技术的不断发展，无线局域网技术将在工业控制网络中发挥越来越大的作用。
无线局域网（Wireless LAN）技术可以非常便捷地以无线方式连接网络设备，人们可随时、随地、随意地访问网络资源，是现代数据通信系统发展的重要方向。无线局域网可以在不采用网络电缆线的情况下，提供以太网互联功能。在推动网络技术发展的同时，无线局域网也在改变着人们的生活方式。无线网通信协议通常采用IEEE802.3和802.11。802.3用于点对点方式，802.11用于一点对多点方式。无线局域网可以在普通局域网基础上通过无线Hub、无线接入站(AP)、无线网桥、无线Modem及无线网卡等来实现，以无线网卡使用最为普遍。无线局域网的未来的研究方向主要集中在安全性、移动漫游、网络管理以及与3G等其它移动通信系统之间的关系等问题上。
在工业自动化领域，有成千上万的感应器，检测器，计算机，PLC，读卡器等设备，需要互相连接形成一个控制网络，通常这些设备提供的通信接口是RS-232或RS-485。无线局域网设备使用隔离型信号转换器，将工业设备的RS-232串口信号与无线局域网及以太网络信号相互转换，符合无线局域网IEEE 802.11b和以太网络IEEE 802.3标准，支持标准的TCP/IP网络通信协议，有效的扩展了工业设备的联网通信能力。
计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的结合，产生了“基于无线技术的网络化智能传感器”的全新概念。这种基于无线技术的网络化智能传感器使得工业现场的数据能够通过无线链路直接在网络上传输、发布和共享。无线局域网技术能够在工厂环境下，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高带宽的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构，在一些特殊环境下有效地弥补了有线网络的不足，进一步完善了工业控制网络的通信性能。
八、工业控制软件正向先进控制方向发展
自20世纪80年代初期诞生至今，工业控制软件已有20年的发展历史。工业控制软件作为一种应用软件，是随着PC机的兴起而不断发展的。工业控制软件主要包括人机界面软件（HMI），基于PC的控制软件以及生产管理软件等。目前，我国已开发出一批具有自主知识产权的实时监控软件平台、先进控制软件、过程优化控制软件等成套应用软件，工程化、产品化有了一定突破，打破了国外同类应用软件的垄断格局。通过在化工、石化、造纸等行业的数百个企业（装置）中应用，促进了企业的技术改造，提高了生产过程控制水平和产品质量，为企业创造了明显的经济效益。2000年，“九五”国家科技攻关计划项目“大型骨干石化生产系统控制及计算机应用技术”通过了验收。
作为工控软件的一个重要组成部分，国内人机界面组态软件研制方面近几年取得了较大进展，软件和硬件相结合，为企业测、控、管一体化提供了比较完整的解决方案。在此基础上，工业控制软件将从人机界面和基本策略组态向先进控制方向发展。
先进过程控制APC（Advanced Process Control）目前还没有严格而统一的定义。一般将基于数学模型而又必须用计算机来实现的控制算法，统称为先进过程控制策略。如：
* 自适应控制；
* 预测控制；
* 鲁棒控制；
* 智能控制（专家系统、模糊控制、神经网络）等。
由于先进控制和优化软件可以创造巨大的经济效益，因此这些软件也身价倍增。国际上已经有几十家公司，推出了上百种先进控制和优化软件产品，在世界范围内形成了一个强大的流程工业应用软件产业。因此，开发我国具有自主知识产权的先进控制和优化软件，打破外国产品的垄断，替代进口，具有十分重要的意义。
在未来，工业控制软件将继续向标准化、网络化、智能化和开放性发展方向。
结束语
工业信息化是指在工业生产、管理、经营过程中，通过信息基础设施，在集成平台上，实现信息的采集、信息的传输、信息的处理以及信息的综合利用等。在“十五”期间，国家用信息化带动工业化的工作重点有三个方面：一是以电子信息技术应用为重点，提高传统产业生产过程自动化、控制智能化和管理信息化水平；二是以先进制造技术应用为重点，推进制造业领域的优质高效生产，振兴装备制造业；三是改造提升重点产业的关键技术、共性技术及其相关配套技术水平、工艺和装备水平。国家实施高技术产业化的主要目标有两个：一是发展高技术，形成新兴产业，培育新的增长点；二是利用先进技术改造和优化传统产业，提高经济增长的质量。
由于大力发展工业自动化是加快传统产业改造提升、提高企业整体素质、提高国家整体国力、调整工业结构、迅速搞活大中型企业的有效途径和手段，国家将继续通过实施一系列工业过程自动化高技术产业化专项，用信息化带动工业化，推动工业自动化技术的进一步发展，加强技术创新，实现产业化，解决国民经济发展面临的深层问题，进一步提高国民经济整体素质和综合国力，实现跨越式发展。
⑨ 局域网的设计与分析
在工业控制系统中，应用现场总线技术、以太网技术等，可实现系统的网络化，提高系统的性能和开放性，但是这些控制网络一般都是基于有线的网络。有线网络高速稳定，满足了大部分场合工业组网的需要。但是，有线网络只能沿着一维的线路传输数据，传输需要导体介质，因而带来规划布线、预设接口、线路检测、线路扩容等一系列和传输途径有关的工作，并且这些工作不可避免地具有破坏建筑、浪费接口、检修困难、扩展困难的弊病。在现代控制网络中，许多自动化设备要求具有更高的灵活性和可移动性，当工业设备处在不能布线的环境中或者是装载在车辆等运动机械的情况下，是难以使用有线网络的。与此相对应，无线网络向三维空间传送数据，中间无需传输介质，只要在组网区域安装接入点（Access Point）设备，就可以建立局域网；移动终端只要安装了无线网卡就可以在接收范围内自由接入网络。总之，在网络建设的灵活性、便捷性、扩展性方面，无线网络有独特的优势，因此无线局域网技术得到了发展和应用。随着微电子技术的不断发展，无线局域网技术将在工业控制网络中发挥越来越大的作用。
一、无线局域网简介
一般来说，凡是采用无线传输媒体的局域网都可称为无线局域网。这里的无线媒体可以是无线电波、红外线或激光。无线局域网（Wireless LAN）技术可以非常便捷地以无线方式连接网络设备，人们可随时、随地、随意地访问网络资源，是现代数据通信系统发展的重要方向。无线局域网可以在不采用网络电缆线的情况下，提供网络互联功能。
1.无线协议简介
无线局域网络协议标准建立至今已有较长时间，但由于无线局域网速度低、协议标准不统一、价格昂贵，用户为保护投资，不愿意使用无线网络，因此无线局域网并没有得到广泛应用。近几年来，随着速率较高的无线通讯协议开始推出，无线局域网得到快速发展。
IEEE802.11是IEEE802标准委员会在1997年通过的第一个无线局域网的国际标准。1999年9月，该委员会又颁布了IEEE802.11b标准，包含了ISO／OSI模型的物理层和媒体访问控制层（MAC）。该标准工作在2.4 GHz，传输速率可达11 Mbps。 IEEE802.11b标准将节点设备分为基站和客户站，各客户站相互间可直接通信，也可在基站的统一管理下进行通信。一个基站与一组客户站的连接称为基本服务集BSS（Basic Service Set），两个或多个BSS构成扩展服务集。IEEE802.11b标准规定了物理层的三种实现方法，即跳频扩展频谱方式FHSS、直接序列扩展频谱方式DSSS和红外技术IR。在MAC层采用CSMA／CA（载波侦听多路访问／碰撞避免）技术进行通信介质访问。为了尽量减少冲突。802.11b设计了独特的MAC子层，如图1所示。下面的一层叫做分布协调功能DCF（Distributed Coordination Function）子层，该子层使各个节点采用竞争的方式使用信道，向上提供争用服务。这种信道接入方式可能会导致冲突的发生，但是对信道的利用率较高。上面的一层叫做点协调功能PCF（Point Coordination Function）
图1 IEEE802.11的MAC子层
子层，该子层使用集中控制的接入算法，基站以轮询的方式将通信权轮流交给各个客户站，从而避免了冲突的发生。但是基站需要周期性的轮询所有客户站，需要占用大量的时间，因此适用于中、小型网络。无线局域网的技术还在不断发展。美国Radia－ta和Atheros公司分别宣布将推出IEEE802.11a芯片组。802.11a的数据传输速率为54 Mbps。Atheros公司宣称，他们的芯片组在“Turbomode”（强化模式）下，速率可以达到72 Mbps。对802.11a来说，不仅仅是传输速率的提高，它将工作在5 GHz的频率上，从而避开了拥挤的2.4 GHz频段。2001年11月15日，IEEE试验性地批准了一种新技术802.11g，该技术可以提升家庭、公司和公共场所的无线互联网接入速度，该技术使无线网络每秒传输速度也可达54 Mbps，比现在通用的802.11b要快5倍，并且和802.11b兼容。以上介绍的技术标准可通过下表1进行对比。
表1 技术标准、频率分配及传输速率
技术标准
制定年份
频率占用
最高速率
调制技术
802.11
1997
2.4GHz
2Mbps
FHSS
802.11b
1999
2.4GHz
11Mbps
DSSS
802.11a
1999
5GHz
54Mbps
OFDM
802.11g
2000
2.4GHz
54Mbps
DSSS
说明：
1.802.11、802.11b、802.11g都工作在2.4GHz的ISM（工业、科学、医疗）公共频段，无需向无委申请；而802.11a工作在5GHz频段，该频段目前暂不开放，需要申请。
2.802.11a和802.11g物理层速率最高都可达54Mbps，传输层速率最高也可达25Mbps，但稳定性有待进一步改善，且成本也较高。而802.11b最高速率可达11Mbps，因为起步较早，技术较为成熟，成本也不高，将是未来最有前途的无线局域网标准，下面重点介绍802.11b标准。
二、IEEE 802.11b无线网络标准
1． 无线局域网的物理层
无线局域网同传统有线局域网的区别，表现在物理层上就是无线局域网一般用无线电作为传输介质，而不是传统的电缆。对于IEEE 802.11b无线局域网，有三种可选物理层：跳频扩频（FHSS）物理层、直接序列扩频（DSSS）物理层和红外线（IR）物理层。物理层的选择取决于实际应用的要求。跳频扩频和直接序列扩频是通信技术中两种常用的扩展频谱技术，用以提高无线信道的利用率和数据通信的安全性。目前大多数基于IEEE 802.11b的无线局域网产品的物理层介质工作在2.4000～2.4835GHz的无线射频频段（ISM频段），采用直接序列扩展频谱技术以提供高达11Mbps的数据传输速率。
2． 无线局域网的MAC协议
原则上讲，无线局域网的MAC协议和有线局域网的MAC协议并无本质上的区别。然而，由于无线传输媒体固有的特性以及移动性的影响，无线局域网的MAC协议不能沿用原有的局域网协议。例如，IEEE 802.3的MAC层采用CSMA/CD来使各个不同的站点共享同一物理信道。而实现CSMA/CD的一个重要前提是，各站点能够非常容易地实现冲突检测功能。在有线局域网（如以太网）的情况下，可根据检测电缆线上直流分量的变化容易地实现冲突检测。然而在使用无线传输媒体时，由于以下的原因，很难实现冲突检测。
1） 冲突检测的能力要求各站能同时发送（发送自己的信号）和接收（决定其他站的传输是否干扰自己的传输），这将增加信道的花费。
2） 更重要的是，由于隐藏终端问题的存在，即使一个站有冲突检测的能力，并已经在发送时检测到冲突，在接收端仍然会有冲突发生。
鉴于以上原因，无线局域网协议标准IEEE 802.11b采用了一种具有冲突避免的载波监听多路访问（CSMA/CA）协议实现无线信道的共享。
一种简单的CSMA/CA可实现如下：在数据包传输之前，无线设备将先进行监听，看是否有其他无线设备正在传输。若传输正在进行，该设备将等待一段随机决定的时间，然后再监听，若没有其他设备正在使用介质，该设备开始传输数据；因为很有可能在一个设备传输数据的同时，另一个设备也开始传输数据，为了避免此类冲突造成的数据丢失，接收设备检测所收到的分组的CRC，如果正确，则向发送设备传输一个确认信息（acknowledgement）以指示没有冲突发生。否则，发送设备将重复上述CSMA/CA过程。
为了使两个无线设备同时进行传输（这将导致冲突）的可能性减到最小，802.11设计者使用称为发送请求/清除以发送（RTS/CTS）的机制。例如：若数据到达无线节点指定的无线访问点（AP），该AP将给那个无线节点发送一个RTS帧，请求一定量的时间向它传输数据，无线节点将用CTS帧进行回应，表示它将阻止任何其他的通信，直到AP发送完数据为止。其他无线节点也能听到正在发生的数据传输，并把它们的传输延迟到那段时间之后。在这种方式下，数据在节点之间进行传递时，由设备导致的在介质上产生冲突的可能性最小。这种传输机制同时解决了无线局域网中的隐藏终端问题。
为了确保数据在传输中不丢失，CSMA/CA还引入了确认（ACK）机制，接收者在收到数据后，向发送单元发一个确认通知ACK。若发送者没有收到ACK，表明数据丢失，将再次传输该数据。
3． 无线局域网实时性性能分析
IEEE 802.11b无线局域网标准在媒体访问控制层采用CSMA/CA协议以实现无线信道的共享。在网络负荷较轻的情况下，发生冲突的机会很少，再加上一些无线网络产品采取了一些附加的措施，甚至可以完全避免冲突的发生。如Wi-LAN的无线产品AWE 120-24无线网络桥接器利用动态时间分配轮询的方式：当有多个无线远端设备要与基站通信时，基站会根据远端站的ID依次询问各个远端站是否有数据要发送，如果有数据要发送，就给其分配时间片，如果没有，则会继续向下询问，周而复始。这里的所谓动态轮询是指用户可以设置基站的轮询方式，对于非活动站减少对其询问的次数，这样可以保证时间片不会被浪费。动态时间分配轮询技术完全避免了冲突的发生，可以获得比CSMA/CA更好的实时性。这使得无线技术在工业控制网络中的应用成为可能。
三、基于无线技术的网络化智能传感器介绍
计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的结合，产生了“基于无线技术的网络化智能传感器”的全新概念。这种智能传感器集成了数据采集、数据处理和无线网络接口模块，无线网络接口模块底层网络接口（硬件接口）采用基于IEEE 802.11b的网络接口芯片，高层网络接口（软件接口）采用TCP/IP协议，把TCP/IP协议作为一种嵌入式应用，即把TCP/IP协议固化到智能传感器的ROM中，使得现场数据的收发都以TCP/IP协议进行。这种基于无线技术的网络化智能传感器使得工业现场的数据能够通过无线链路直接在网络上传输、发布和共享。
无线局域网可以在普通局域网基础上通过无线Hub、无线接入站(AP)、无线网桥、无线Modem及无线网卡等来实现。
在工业自动化领域，有成千上万的感应器，检测器，计算机，PLC，读卡器等设备，需要互相连接形成一个控制网络，通常这些设备提供的通信接口是RS- 232或RS-485。无线局域网设备使用隔离型信号转换器，将工业设备的RS-232串口信号与无线局域网及以太网络信号相互转换，符合无线局域网IEEE802.11b和以太网络IEEE 802.3标准，支持标准的TCP/IP网络通信协议，有效的扩展了工业设备的联网通信能力。
四、无线局域网在工业控制网络中的应用
工业控制系统的网络化为无线技术在工业控制系统中的应用提供了基础和可能。近几年很多研究人员也展开了这方面的研究工作。中国科学院沈阳自动化所的曾鹏等人以FF（现场总线基金会）颁布的FFHSE（高速以太网）为蓝本，结合无线以太网标准IEEE802.11b，构造了现场级无线通信协议栈。该协议栈保持了基金会现场总线的通信模型，能够完成无线设备间的时间同步和实时通信。韩国釜山国立大学的Kyung Chang Lee等人设计了协议转换模型，实现了Profibus－DP网络和IEEE802.11无线局域网的互连。Mario Alves等人对基于广播方式的现场总线／无线网络的混合网络报文传送延迟时间进行了估算。C．Koulamas等人研究了Profibus现场总线与基于IEEE802.11b的DSSS物理层相结合的性能。
除了在理论上的研究工作外，在一些工业控制网络中，无线通信技术已获得了应用。如美国罗克威尔公司在基于DeviceNet、Control－net、Ethernet／IP的三层控制网络体系中，加入了无线以太网部分，可以实现无线通信。德国西门子公司在基于Profibus－DP、Profinet的控制网络中结合无线以太网技术，使控制网络具有了无线通信功能。由于无线网络无可比拟的优越性，它可以免去大量的线路连接，节省系统的构建费用和维护成本，还可以满足一些特殊场合的需要，与此同时，大大增强了系统构成的灵活性。加之无线通信技术自身的不断改进，无线通信技术在工业控制领域中必将具有广阔的发展空间和应用前景。
五、无线技术在工控网络中的应用方案及使用设备
1.无线工业控制的方法
通过使用基于无线技术的网络化智能传感器，结合目前市场上出现的各种基于IEEE 802.11b的无线局域网网桥，就可以实现无线局域网技术在工业控制网络中的一种应用方案。无线局域网网桥用作无线访问点（AP），基于无线技术的网络化智能传感器采集现场数据、处理，并以TCP/IP协议对数据进行打包，通过无线链路发送到AP，由于无线链路和有线以太网高层均采用TCP/IP协议，且低层协议对高层协议是透明的，就实现了无线网络和有线网络的无缝连接。通过Internet，就可以实现远程监控。
2．无线设备的选择
要实现无线网络，需要选择的设备一般为两种。一种为无线局域网网桥，可将多个无线站点连入已有的局域网之中；另一种为无线通讯装置，例如无线网卡、无线Modem等。下面介绍一下研华公司的无线装置。
A．WLAN-9200系列11Mbps工业无线局域网接入器
WLAN-9200是一款用于室外的增强11Mbps无线局域网网桥。它能够在无须任何物理布线的情况下，将多个远程站连接到局域网中。
特点:
·支持IEEE 802.1lb标准2.4GHz ISM频段
·支持高级用户验证，提供坚固的安全性WEP128，MAC地址控制
·带符合IP 66/NEMA 4x标准的防水锈外壳，保护系统不被损坏
·提供冷却风扇和加热器，防止系统过热和过冷
·提供按钮和LED显示，可方便的设置温度
·采用IP66防水接口，保护电源、LAN和无线接口
·提供各种天线，用于增大传输距离
WLAN-9200是一款用于室外的增强11Mbps无线局域网网桥。它能够在无须任何物理布线的情况下，将多个远程站连接到局域网中。这样就节省了大量维护及组建相应电缆网络的成本。WLAN-9200带有一个坚固的外壳，可以防止水、酸、闪电、低温及高温对系统的破坏。由于这些特点，WLAN-9200工作极为稳定和可靠，是室外应用的理想选择。因此，WLAN-9200非常适合在布线困难的恶劣场所使用，如水库和建筑物。WLAN-9200与IEEE 802.1lb标准兼容，具有各种强大功能。在提供高度安全保护（WEP：128位），DHCP客户、SNMP代理等的同时，能够提供11Mbps的高传输速度。此外，为了满足室外恶劣环境下的使用要求，WLAN-9200还提供了先进的系统保护功能：发光保护、冷却风扇、加热器、防水接口、工业设备箱、电源/LAN同轴电缆等。
成本低，安装简便
WLAN-9200可以将不同的分布式站点连接在一起，组成一个更宽范围的无线网络。它能够节省到远程地点的布线成本。WLAN-9200采用了专门的设计，用户可以方便快捷的将其装上或拆下。此外，WLAN-9200还提供了按钮和LED显示，用于显示和设置高/低温度。用户可以使用它快速组建自己的无线网络。为了能够在更远的范围内使用，WLAN-9200还提供了各种天线，用于延长传输距离。
可靠稳定的坚固设计
WLAN-9200采用了先进的设计，带有一个不生锈的防水外壳，能够对系统起到有效的保护。它符合IP 66/NEMA 4x标准，具有耐腐蚀、防紫外线、安全和自动灭火的特点。为了防止WLAN-9200内部过热或过冷，研华还在它的内部设计了一个冷却风扇和一个加热器，用户可以设置高/低温度设置。当工作温度高于或低于用户指定的温度时，冷却风扇或加热器就会开始工作。此外，WLAN-9200还提供了防水接口和防闪电保护，可以对电源，局域网和天线接口起到保护的作用。
远程站点之间的快速数据传输
WLAN-9200与高速无线局域网标准IEEE 802.1 lb完全兼容，它提供11Mbps（在空气中）的速度，可以进行更快的数据传输。WLAN-9200在2.4GHz ISM频段采用了DSSS技术，不会被噪声所干扰，使数据的传输更加安全和可靠。
保持通信的私有性
WLAN-9200采用了多种安全功能对您的无线网络进行保护（WEP128加密，MAC地址控制及口令安全）。通过采用先进的WEP128加密，您可以选择WEP密匙来保护您的数据，防止未授权的无线用户查看这些数据，只有接入点和无线适配器的可接入性，多种安全机制协同工作，能够有效防止对有线及无线网络的未授权访问。
B.ADAM-4550系列2.4GHz无线调制解调器（RS-232/485接口）
ADAM-4550是一款直序扩频无线调制解调器。它工作在2.4GHz的ISM波段上，该波段在全球都可以无需申请即可使用。通过RS-232或RS-485串口，ADAM- 4550可以以高达115.2Kbps的速度与计算机或其它设备进行通信。
ADAM-4550以半双工的方式工作，并以1Mbps的速率进行无线数据传输。它具有100mW的输出功率，并且如果使用自带的小型天线，它的传输距离可达150米，如果使用研华的高增益室外天线，其传输距离可以超过20公里（视距）。
RS-485标准支持半双工通信。这意味着使用一对双绞线即可进行数据的发送和接收。通常由握手信号RTS（请求发送）来控制数据流的方向。但在ADAM-4550中带有一个专门的I/O电路，它可以用来侦测数据流向，在不需要握手信号的情况下自动切换传输方向。
ADAM-4550无线调制解调器提供了可靠的“点到点”或“点到多点”的网络无线连接。一个典型应用是将一个ADAM-4550模块通过RS-232与主计算机相连，将其它ADAM-4550模块放置在远程现场。每个ADAM-4550模块都可以通过RS- 4550网络与远程设备相连接。远程ADAM-4550模块将远程数据传送到主ADAM- 4550模块，而主ADAM-4550模块会通过无线传输向远程ADAM-4550模块发送控制命令。
规格
·RS-232/RS-485传输速率（bps）：1200，2400，4800，9600，19.2K，38.4K，57.6K，115.2K
·RS-232接口接头：孔型DB-9
·RS-485接口接头：插入式螺丝端子 支持AWG1-#12或2-#14-#22（0.5到2.5mm2线径）电缆
·无线传输速率：1Mbps
·无线传输频率：2.45GHz（标称值）
·无线传输功率：100mW（标称值）
·无线调制：直序扩频PSK
·无线收发器地址：可软件配置为254个不同的地址
·通信距离：550英尺有效距离（在开阔地使用2dBi全向天线的情况下），实际距离取决于环境条件、天线类型及位置
·工作温度：-10º到70℃（14º到158℉）
·电源要求：+10~+30VDC
·功耗：4W
·尺寸：60mm×120mm（2.36”×4.41”）
特点
·可软件配置RS-232或RS-485，数据传输速率可达115.2Kbps
·在有外部天线及放大器的情况下，传输半径可超过20公里
·内置看门狗定时器及自动RS-485数据流控制
·扩频无线调制
·工作在全球通用、无需申请的波段（2.4GHz）
·模块间的1Mbps无线数据传输速率
·可软件配置无线收发器地址
·方便的DIN导轨、面板或堆叠安装
·带有存储通信设置的EEPROM
·支持点到点或点到多点的应用
·透明的IEEE802.1协议及用于确保数据完整性的10K缓存
·用于故障诊断的电源及数据流指示灯
·带无线连接测试的诊断软件
·符合FCC Part15及ETSI 3000.683/300.328标准
六、结论
通过无线局域网对工业设备进行控制简单易行，但是成本稍高。目前，绝大多数无线控制如前所述采用的是IEEE802.11系列协议，它与我们大多局域网所采用的以太网可以无缝连接，所以，对于用户层测控程序没有任何影响，只需对原有方案的物理层设备作简单的配置即可。例如选用上述的研华的无线产品替代原有的有线通讯装置，其它硬件及软件配置均不受影响。