2000年世界上工控機(jī)市場(chǎng)估計(jì)為300～400億美元，其中DCS60億美元，嵌入式系統(tǒng)60～70億美元， FCS20～30億美元，IPC70～80億美元，PLC70～80億美元，數(shù)控70～80億美元。并且每年以10％～15％的速度增長(zhǎng)。 1．DCS（集散控制系統(tǒng)）的發(fā)展趨勢(shì)雖然以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的FCS發(fā)展很快，并將最終取代傳統(tǒng)的DCS，但Fcs發(fā)展有很多工作要做，如統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，儀表智能化等。另外傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護(hù)和改造還需要DCS，因此FCS完全取代傳統(tǒng)的DCS還需要一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程。 當(dāng)前工控機(jī)仍以大系統(tǒng)、分散對(duì)象、連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程（如：冶金、石化、電力）為主，采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分散型控制系統(tǒng)仍在發(fā)展。由于開(kāi)放結(jié)構(gòu)和集成技術(shù)的發(fā)展，促使大型分散型控制系統(tǒng)銷(xiāo)售增加。 DCSl997年銷(xiāo)售為45億美元。在工控機(jī)中DCS是受計(jì)算機(jī)技術(shù)影響最大、反應(yīng)最快的一種。 DCS主要發(fā)展趨勢(shì)為： （1）向綜合方向發(fā)展。由于標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)通信線路和通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，將各種單（多）回路調(diào)節(jié)器、PLC、工業(yè)比、 NC等工控設(shè)備構(gòu)成大系統(tǒng)，以滿足工廠自動(dòng)化要求，并適應(yīng)開(kāi)放化的大趨勢(shì)。 （2）向智能化方向發(fā)展。由于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、推理機(jī)能等的發(fā)展，尤其是知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)（KBS）和專(zhuān)家系統(tǒng)（ES）的應(yīng)用，如自學(xué)習(xí)控制、遠(yuǎn)距離診斷和自尋優(yōu)等，人工智能會(huì)在DCS各級(jí)實(shí)現(xiàn)。和FF現(xiàn)場(chǎng)總線類(lèi)似，以微處理器為基礎(chǔ)的智能設(shè)備，如智能I／O智能PID控制、智能傳感器、變送器、執(zhí)行器、智能人接口及可編程調(diào)節(jié)器相繼出現(xiàn)。 （3）工業(yè) PC化。由于鞏組成此S成為一大趨勢(shì)， PC作為DCS的操作站或節(jié)點(diǎn)機(jī)已經(jīng)很普遍．PC—PLC、PC—S，19、 Pc—Nc等就是Pc—Dcs先驅(qū)。 （4）專(zhuān)業(yè)化。 DCS為更適合各相應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用，就要進(jìn)一步了解這個(gè)專(zhuān)業(yè)的工藝和應(yīng)用要求，以逐步形成如核電站此S，變電鉆DGS、玻璃DCS及水泥DCS等。 2．?dāng)?shù)控裝置的發(fā)展趨勢(shì) 80年代以來(lái)，為適應(yīng)FMC、FMS、CAM、CIMS的發(fā)展需要，數(shù)控裝置采用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路，提高了柔性，功能和效率。 （1） PC化。由于大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的高度發(fā)展， PC硬件結(jié)構(gòu)做得更小， CPU的運(yùn)行速度越來(lái)越高，存儲(chǔ)容量很大。 PC機(jī)大批量生產(chǎn)，成本大大降低，可靠性不斷提高。 PC機(jī)的開(kāi)放性， Windows的應(yīng)用，更多的技術(shù)人員的應(yīng)用和軟件開(kāi)發(fā)，使PC機(jī)的軟件極為豐富。 PC機(jī)功能已經(jīng)很強(qiáng)，CAD／CAM的軟件已大量由小型機(jī)，工 作站向PC機(jī)移植，三維圖形顯示工藝數(shù)據(jù)已經(jīng)在PC機(jī)上建立。因此， PC機(jī)已成為開(kāi)發(fā)CNC系統(tǒng)的重要資源與途徑。 （2）交流伺服化。交流伺服系統(tǒng)恒功率范圍已做到1：4，速度范圍可達(dá)到1：1000，基本與直流伺服相當(dāng)。交流伺服體積小，價(jià)格低，可靠性高，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 （3）高功能的數(shù)控系統(tǒng)向綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。為適應(yīng)FMS、 CIMS、無(wú)人工廠的要求，發(fā)展與機(jī)器人、自動(dòng)化小車(chē)、自動(dòng)診斷跟蹤監(jiān)視系統(tǒng)等的相互聯(lián)合，發(fā)展控制與管理集成系統(tǒng)，已成為國(guó)際上數(shù)控系統(tǒng)的方向。 （4）方便使用。改善人機(jī)接口，簡(jiǎn)化編程、操作面板使用符號(hào)鍵，盡量采用對(duì)話方式等，以方便用戶使用。 （5）柔性化和系統(tǒng)化。目前數(shù)控系統(tǒng)均采用模塊結(jié)構(gòu)，其功能覆蓋面大，從三軸兩聯(lián)動(dòng)的機(jī)床到多達(dá)24軸以上的柔性加工單元。 （6）小型化。由于半導(dǎo)體電路高度集成化、封裝三維化和電路板插三維化，使NC裝置進(jìn)一步小型化。在NC裝置的操作單元用TFT（薄膜晶體管）彩色液品顯示器、觸模屏取代CRT，厚度僅為CRT的1／4等。 （7）高速化。為實(shí)現(xiàn)高速加工，主軸必須高速化，從主軸電動(dòng)機(jī)最高速為18000Or／min。最高進(jìn)給速度120m/min以上。 （8）高效化。實(shí)現(xiàn)高效加工，縮短非切削時(shí)間和加工周期的關(guān)鍵是提高PMC（可編程機(jī)床控制器）的處理器，隨著處理內(nèi)容復(fù)雜化， PMC的編程語(yǔ)言成了問(wèn)題，雖然C語(yǔ)言和PASCAL從已經(jīng)實(shí)用化，但為置換梯形圖語(yǔ)言，還需要使用幀控流程圖（Src）那樣的視圖用語(yǔ)言。 （9）高精度。提高加工精度，高分1辨率旋轉(zhuǎn)編碼器必不可少。為在超精密加工領(lǐng)域能實(shí)現(xiàn)0.O01um的精度，必須開(kāi)發(fā)超高分辨率的編碼器， O．0001um最小設(shè)定單位的NC裝置。為在加工中即使負(fù)荷變動(dòng)伺服系統(tǒng)的特性也保持不變，還需采用控制和魯棒（Robust）控制。在伺服系統(tǒng)的控制中，用高速微處理器，采用基于現(xiàn)代控制論前饋控制、二自由度控制、學(xué)習(xí)控制等。其數(shù)字控制系統(tǒng)的跟蹤誤差不超過(guò)2um。 （10）機(jī)械智能化。它在NC領(lǐng)域內(nèi)是一種新技術(shù)，所謂機(jī)械智能化功能，是指機(jī)械自身可補(bǔ)償溫度、機(jī)械負(fù)荷等引起的機(jī)械變形的功能。這就需要檢測(cè)主軸負(fù)荷、主軸及機(jī)座變形的傳感器和處理傳感器輸出信號(hào)的電路。 （11）診斷維修智能化。故障的診斷與維修是NC的重要技術(shù)?；贏I專(zhuān)家系統(tǒng)的故障診斷已存在，現(xiàn)在主要是建立用于診斷故障的數(shù)據(jù)庫(kù)。把NC裝置通過(guò)internet和Internet與中央計(jì)算機(jī)相連接，使其具有遠(yuǎn)距離診斷的功能。 進(jìn)一步的發(fā)展是預(yù)維修系統(tǒng)，即在故障將要發(fā)生前把將要發(fā)生故障的部件更換下來(lái)的系統(tǒng)，它需要通過(guò)智能傳感器、高速PMC及大型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3．PLC的發(fā)展趨勢(shì) 目前，全世界約有PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多個(gè)品種。全球PLC發(fā)運(yùn)件數(shù)1998年為1456萬(wàn)件，1999年為1620萬(wàn)件，2000年達(dá)到1778萬(wàn)件。在1995年發(fā)運(yùn)的PLC中，按最終用戶分：汽車(chē)占23％；糧食加工占16．4％：化藥占14．6％；金屬、礦山占11．5％；紙漿、造紙占11．3％；其他占23．2％。 由于CIMS、工程自動(dòng)化和過(guò)程控制等大系統(tǒng)和復(fù)雜的應(yīng)用要求，PLC人主要發(fā)展趨勢(shì)為： （1）發(fā)展方向?yàn)楦吖δ?、高速度和大容量，形成與DCS相抗?fàn)幍拇笙到y(tǒng)。 （2）網(wǎng)絡(luò)化和強(qiáng)化通信能力是PLC重要發(fā)展方向。網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)化已經(jīng)很成功，并注意到現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展。 （3）編程語(yǔ)言多樣化： 1）SFC因有不少優(yōu)點(diǎn)而成為編程語(yǔ)言的一個(gè)重要發(fā)展方向。 2）大型PLC正越來(lái)越多地使用C、BASIC等高級(jí)語(yǔ)言編程。 3）采用多種語(yǔ)言聯(lián)合編程。 （4）PLC和其他工控機(jī)聯(lián)合，PLC和其他控制系統(tǒng)之間界限越來(lái)越模糊，在應(yīng)用方向也出現(xiàn)了類(lèi)似的情況。最流行的向PC技術(shù)融合，PLC日益加速滲入到DCS中，PLC CNC的領(lǐng)地。PLC自身控制也分散化。相對(duì)PC為基礎(chǔ)的控制器，優(yōu)勢(shì)在小型PLC上。 4．IPC（工業(yè)PC）的發(fā)展趨勢(shì) 因此機(jī)軟硬件資源豐富、產(chǎn)量大、價(jià)格低且質(zhì)量高，所以為廣大技術(shù)人員所熟悉和認(rèn)可。家用電腦逐步普及，目前， PC機(jī)占通用計(jì)算機(jī)95％以上。這是工業(yè)PC熱的基礎(chǔ)。搞工控的專(zhuān)家和技術(shù)人員自然想賦予PC總線更高的使命，擬讓它在過(guò)程控制、制造自動(dòng)化及樓宇自動(dòng)化等方面扮演重要角色。作為與DCS、PLC成鼎足之勢(shì)的IPC市場(chǎng)在擴(kuò)大，尤其是在我國(guó)。 DC機(jī)箱中插入各種高性能的 CPU卡、BAM、ROMFLASH電子盤(pán)、各類(lèi)外設(shè)卡及工業(yè)I／O卡，便構(gòu)成了一個(gè)工業(yè)過(guò)程控制鞏硬件系統(tǒng)。 （1）結(jié)構(gòu)上，采用平板式顯示器與觸模屏，除適合卡板豎插的19機(jī)箱結(jié)構(gòu)，還普遍推出前后插的機(jī)箱結(jié)構(gòu)；適用于中小系統(tǒng)的一體化結(jié)構(gòu)（整個(gè)系統(tǒng)都在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)）。 （2）應(yīng)用上，和通用PC機(jī)一樣，應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，除傳統(tǒng)的過(guò)程控制、制造自動(dòng)化外，還向樓宇自動(dòng)化、公路收費(fèi)等控制、管理方面擴(kuò)展應(yīng)用。 （3）嵌入式PC和嵌人式計(jì)算機(jī)，嵌入到設(shè)備內(nèi)部，提供用戶接口，管理數(shù)據(jù)輸入、輸出和指導(dǎo)設(shè)備工作的計(jì)算機(jī)。目前，中國(guó)在嵌入式設(shè)計(jì)中使用最多的還是80386和80486，這種CPU性能價(jià)格比高，有InTrl、 IBM、 Cyixs、AMDT TI等著名CPU制造商支持。豐富的軟件（包括操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)工具和應(yīng)用軟件）支持。鐵人式PC能在惡劣環(huán)境下（加高溫、潮濕和震動(dòng)等）長(zhǎng)期可靠工作。嵌入式PC平均無(wú)故障時(shí)間（MBTF）為1000～150000h，而臺(tái)式機(jī)僅為10000～15000h。硬件、軟件和工業(yè)PC差不多。 5．傳感器的發(fā)展趨勢(shì) 傳感、通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成現(xiàn)代信息的三大基礎(chǔ)，80年代是個(gè)人計(jì)算機(jī)，90年代是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，預(yù)計(jì)21世紀(jì)第一個(gè)10年熱點(diǎn)很可能是傳感、執(zhí)行與檢測(cè)。傳感器的作用主要是獲取信息、是信息技術(shù)的源頭。在信息時(shí)代里，隨著各種系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和復(fù)雜性的增加。需要獲取的信息量越來(lái)越多，不僅對(duì)傳感器的精度、可靠性和響 應(yīng)要求越來(lái)越高，還要求傳感器有標(biāo)準(zhǔn)輸出形式以便和系統(tǒng)聯(lián)接。顯然傳統(tǒng)的傳感器因其功能差，體積大很難滿足要求。發(fā)展高性能的、以硅材料為主的各種先進(jìn)傳感器已成為必然。如諧振式、電容式、光電式和場(chǎng)效應(yīng)化學(xué)傳感器等。盡管它們的敏感機(jī)理不同，但其總的共同特點(diǎn)是向微型化、智能化方向發(fā)展。近年來(lái)，微電子、微機(jī)械、新材料、新工藝的發(fā)展與計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的結(jié)合創(chuàng)造出新一代的傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)。 傳感器的發(fā)展方向： （1）微傳感器 微傳感器的特征之一是體積小，其敏感元件的尺寸一般為微米級(jí)。是由微機(jī)械加工技術(shù)制作而成的，包括光刻、腐蝕、淀積、鍵合和封裝等工藝。利用其中的各向異性腐蝕、犧牲層技術(shù)LIGA工藝，可以制造出層與層間有很大差別的三維微結(jié)構(gòu)。包括可活動(dòng)的膜片、懸臂梁、橋以及凹槽、孔隙、錐體等。這些微結(jié)構(gòu)與特殊用途的薄膜和高性能的集成電路相結(jié)合，已成功地用于制造各種微傳感器乃至多功能的敏感元件陣列（如光電探測(cè)器等），實(shí)現(xiàn)了諸如壓力、力、加速度、角速率、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、流量、成像、磁場(chǎng)、濕度、 PH值、氣體成分、離子和分子濃度以及生物傳感器等。 （2）智能化傳感器 所謂智能化傳感器是指以專(zhuān)用微處理器控制的具有雙向通信功能的先進(jìn)傳感器系統(tǒng)，微處理器能按照給定的程序?qū)鞲衅鲗?shí)施軟件控制，把傳感器從單功能變成多功能。包括自補(bǔ)償、自校正、自診斷、遠(yuǎn)程設(shè)定、狀態(tài)組合、信息存儲(chǔ)和記憶等功能。 （3）傳感器的發(fā)展動(dòng)向 1）提高微傳感器的性能。改善和提高微傳感器的性能是今后的主要努力方向之一。 2）微傳感器的集成。硅微傳感器和微電子系統(tǒng)以及微執(zhí)行器很可能全部制造在一個(gè)芯片上形成單片集成，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。 3）陣列化。利用同類(lèi)傳感器陣列，可使原本用單一傳感器測(cè)量的不可靠的功能裝置成為可靠的功能裝置。不同類(lèi)型的微傳感器組成陣列，可獲得一個(gè)功能優(yōu)良的控制單元，如在發(fā)動(dòng)機(jī)中，可把氣體壓力、溫度和濕度傳感器制成一個(gè)陣列單元，用以控制并得到理想的空氣流和空氣／燃油比，以實(shí)現(xiàn)最佳的燃燒過(guò)程。 4）分布式單元和智能結(jié)構(gòu)具有預(yù)期的、自我監(jiān)測(cè)功能的構(gòu)件稱(chēng)為智能結(jié)構(gòu)（或材料）。 如把MEMS（微機(jī)械電子系統(tǒng)）；陣列單元（微傳感器，微執(zhí)行器+專(zhuān)業(yè)集成電路）嵌人飛機(jī)機(jī)冀中，便可連續(xù)地對(duì)機(jī)翼振動(dòng)、應(yīng)力和結(jié)構(gòu)完好性等多種狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)和處理。