【文章內(nèi)容簡介】 還沒等我國占穩(wěn)市場，技術(shù)上就已經(jīng)落后了； ? 2）在國外將脈沖驅(qū)動的數(shù)字式伺服打入我國市場時，我國就跟著搞這類所謂的數(shù)字伺服，但至今沒形成大的市場規(guī)模； ? 3)近來國外將數(shù)字式伺服發(fā)展到用網(wǎng)絡(luò)（通過光纜等）與數(shù)控裝置連接時，我國又跟著發(fā)展此類系統(tǒng)，前途仍不樂觀。 這種老是被國外牽著鼻子，跟在別人后面走，永遠受別人的制約，按國外已有控制和驅(qū)動模式來開發(fā)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上難免要滯后。 大力加強數(shù)控領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，努力研究具有中國特色的實用的先進數(shù)控技術(shù)，逐步建立自己獨立的、先進的技術(shù)體系；大力發(fā)展符合中國國情的數(shù)控產(chǎn)品，從而形成從數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件到種類齊全的數(shù)控機床整機的完整的產(chǎn)業(yè)體系；用先進、實用的數(shù)控產(chǎn)品去收復(fù)國內(nèi)市場，打開國際市場，使中國的數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)在 21世紀走在世界的前列；是我國數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新策略。 我國的數(shù)控技術(shù)，在 “ 八五 ” 攻關(guān)中，不失時機地提出了以自主版權(quán)為目標，以平臺為基礎(chǔ)的發(fā)展新戰(zhàn)略，而且在攻關(guān)過程中，瞄準或調(diào)整到以 PC機為基礎(chǔ)的發(fā)展路線上，并以此形成了兩種平臺，開發(fā)出了四個基本系統(tǒng)，其中華中 I型和中華 I型是將數(shù)控專用模板嵌入通用 PC機構(gòu)成的單機數(shù)控系統(tǒng)，航天 I型和蘭天 I型是將 PC機嵌入到數(shù)控之中構(gòu)成的多機數(shù)控系統(tǒng)，形成典型的前后臺型結(jié)構(gòu)，國內(nèi)其它單位也都先后開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。 在通用微機數(shù)控領(lǐng)域，以 PC平臺為基礎(chǔ)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。根據(jù)數(shù)控機床向復(fù)合、高速、智能、精密、環(huán)保等方向發(fā)展的新趨勢，完善我國自主知識產(chǎn)權(quán)的開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺及技術(shù)規(guī)范，開發(fā)數(shù)控機床的智能化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)；進一步研究并聯(lián)加工技術(shù)和集車、磨、銑、鉆、鉸、鏜等工序于一身的集成技術(shù)，減少加工中的裝夾次數(shù)；攻克高水平電主軸、直線電機、高速滾珠絲杠等功能部件制造技術(shù)，提高產(chǎn)品性能和技術(shù)水平；推廣機械加工中的無冷卻、無潤滑、無氣味等技術(shù)，減少機床使用中對環(huán)境的污染；發(fā)展具有中國特色的新一代 PC數(shù)控系統(tǒng)。 （ 3）智能工業(yè)機器人的新發(fā)展 隨著信息技術(shù)的驚人發(fā)展，智能機器人 (可分實體機器人與虛擬機器人 )這一信息技術(shù)的前沿領(lǐng)域也得到了飛速的發(fā)展。智能機器人集成了數(shù)學、物理、化學、生物、機械、電子、材料、能源、計算機硬件、軟件、人工智能、多媒體技術(shù)、通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等眾多領(lǐng)域的科學與技術(shù)知識，沒有哪一種技術(shù)平臺能比智能機器人更綜合。智能機器人是現(xiàn)代科學技術(shù)前沿之一，集成了許多領(lǐng)域的先進技術(shù)，代表著一個國家的技術(shù)水平。智能機器人發(fā)展的終極目標是類人機器人，需要人類幾十年的努力。智能機器人能自主吸收眾多技術(shù)領(lǐng)域的新發(fā)展，從而在本質(zhì)上保證了智能機器人作為技術(shù)平臺能持續(xù)走在時代前列。具有良好的技術(shù)自我更新性。 ? 在 “ 863”計劃實施的初期，我國先后研制出了水下機器人、排險機器人、機器人壓路機、微操作機器人、雙足步行機器人、靈巧手等多種用途的特種機器人，大大縮短了我國機器人水平與國外發(fā)達國家之間的差距，有力地推動了我國機器人技術(shù)的發(fā)展，加強了機器人與社會、經(jīng)濟的聯(lián)系。 ? 智能機器人是具有感知、思維和行動功能的機器，是機構(gòu)學、自動控制、計算機、人工智能、光電技術(shù)、傳感技術(shù)、通訊技術(shù)、仿真技術(shù)等多種學科和技術(shù)的綜合成果。智能機器人做為新一代生產(chǎn)和服務(wù)工具，在制造領(lǐng)域和非制造領(lǐng)域占有更廣泛、更重要的位置，這對人類開辟新的產(chǎn)業(yè)，提高生產(chǎn)與生活水平具有十分現(xiàn)實的意義。例如，我國在爭取公海海域優(yōu)先開采權(quán)的過程中，由國家 “ 863”計劃研制的 6000米水下無纜自治機器人系統(tǒng)先后兩次出海，獲得了海底錳結(jié)核分布的珍貴資料，使我國成為世界上少數(shù)幾個具有深海探測能力的國家之一。 ? 機器人是具有創(chuàng)新性的、戰(zhàn)略性的、對國民經(jīng)濟和國家安全有巨大影響的高技術(shù)，是 21世紀經(jīng)濟技術(shù)的制高點之一。近年來，我國大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為混凝土噴射機器人、鑿巖機器人、機器人壓路機、機器人推土機等機器人化工程機械提供了用武之地；新一代機器人化工程機械如裝載機、攪拌機、攤鋪機、盾構(gòu)機器人等正在研究和完善中； 21世紀是人類走向海洋，向海洋要資源的世紀，我國的系列水下機器人將承擔起海洋探測的重任，為我國開發(fā)海洋作出貢獻；各種軍用和特種機器人也得到了快速發(fā)展。 （ 4）現(xiàn)場總線技術(shù)的新發(fā)展 現(xiàn)場總線技術(shù)自 20世紀 70年代誕生至今，由于它在減少系統(tǒng)線纜，簡化系統(tǒng)安裝、維護和管理， 降低系統(tǒng)的投資和運行成本，增強系統(tǒng)性能等方面的優(yōu)越性，得到了大范圍的推廣，導(dǎo)致了自動控制領(lǐng)域的一場革命?，F(xiàn)場總線技術(shù)以其先進性、實用性、可靠性、開放性的優(yōu)點，必然成為未來自動化技術(shù)發(fā)展的主流，對傳統(tǒng)的 PLC、 DCS系統(tǒng)形成了巨大的沖擊。 FCS已不再是一種預(yù)測、一種設(shè)想，而是實實在在的作為先進控制系統(tǒng)產(chǎn)品出現(xiàn)在市場上。 現(xiàn)場總線在控制領(lǐng)域嶄露頭角不過是最近幾年，然而其來勢兇涌，且有愈演愈烈之趨勢。那么，究竟什么是現(xiàn)場總線？什么是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)？現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)較之目前在工控界仍占主導(dǎo)地位的集散控制系統(tǒng)（ DCS）有何特點和優(yōu)點？在現(xiàn)場總線標準尚未統(tǒng)一之前，能采用嗎？若欲采用，40多種現(xiàn)場總線，應(yīng)選用哪一種？ 在現(xiàn)場總線誕生的初期，其主要功能是將當時的可編程邏輯控制器以一種較簡潔的方式連接起來。計算機通信技術(shù)的引入大大增強了現(xiàn)場總線的功能，成為現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。在分散型控制系統(tǒng)，較早地在站間通信中采用了局域網(wǎng)；隨著電子技術(shù)的發(fā)展，許多站的功能已經(jīng)可以在現(xiàn)場實現(xiàn)，因此通信也逐漸延伸到現(xiàn)場；在過程控制領(lǐng)域中，上層的通信也逐步統(tǒng)一到以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)； TCP／ IP協(xié)議也進入過程控制領(lǐng)域。因為現(xiàn)場總線與一般計算機通信在功能、要求和結(jié)構(gòu)上有所不同 ，計算機通信技術(shù)并不能取代現(xiàn)場總線。 ? 現(xiàn)場總線（ Fieldbus）是 20世紀 90年代初國際上發(fā)展形成的，用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項以智能傳感、控制、計算機、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)一經(jīng)提出，就倍受世界范圍的關(guān)注，成為自動化技術(shù)發(fā)展的熱點，并將導(dǎo)致自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。國際上許多有實力、有影響的大公司集團都先后投入重金在不同程度上進行了現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)?，F(xiàn)場總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè)備的最底層，作為工廠設(shè)備級基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)，要求具有協(xié)議簡單、容錯能力強、安全性好、成本低；具有一定的時間確定性和較高的實時性要求；還具有網(wǎng)絡(luò)負載穩(wěn)定，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點。由于上述特點，現(xiàn)場總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通訊技術(shù)，都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色。 人們通常把現(xiàn)場總線系統(tǒng)的發(fā)展分為五代，即把 50年代前的氣動信號控制系統(tǒng) PCS稱作第一代；把 4～ 20mA等電動模擬信號控制系統(tǒng)稱為第二代；把數(shù)字計算機集中式控制系統(tǒng)稱為第三代；而把 70年代中期以來的集散式分布控制系統(tǒng) DCS稱為第四代；把現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS稱為第五代。 FCS作為新一代控制系統(tǒng)，一方面，突破了 DCS系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限，采用了基于公開化、標準化的解決方案，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場?？梢哉f，開放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場總線系統(tǒng)最顯著的特征。 現(xiàn)場總線技術(shù)在歷經(jīng)了群雄并起，分散割據(jù)的初始階段后，盡管已有一定范圍的磋商合并，但至今尚未形成完整統(tǒng)一的國際標準。其中具備較強實力和影響的有 : LonWorks（ Lon） 、 FoudationFieldbus（ FF）、 CAN、 Profibus、HART、 Dupline等。它們具有各自的特色，在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢 。 現(xiàn)場總線的技術(shù)特點 1）系統(tǒng)的開放性。開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開，各不同廠家的設(shè)備之間可進行互連并實現(xiàn)信息交換；現(xiàn)場總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對相關(guān)標準的一致、公開性，強調(diào)對標準的共識與遵從。一個開放系統(tǒng)，它可以與任何遵守相同標準的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。一個具有總線功能的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開放的，開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對象把來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。 2）互可操作性與互用性，這里的互可操作性，是指實現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實行點對點，一點對多點的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進行互換而實現(xiàn)互用。 3）現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場設(shè)備即可完成自動控制的基本功能，并可隨時診斷設(shè)備的運行狀態(tài)。 4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。由于現(xiàn)場設(shè)備本身已可完成自動控制的基本功能，使得現(xiàn)場總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有 DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。 5）對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。工作在現(xiàn)場設(shè)備前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場總線，是專為在現(xiàn)場環(huán)境工作而設(shè)計的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。 （ 2） Lon總線的優(yōu)缺點 LonWorks是一具有強勁實力和影響的現(xiàn)場總線技術(shù)，它是由美國 Ecelon（埃施朗）公司推出并與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo)，于90年代正式公布而形成的。它采用了 ISO/OSI模型的全部七層通訊協(xié)議，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法；通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置；其通信速率從 300bps至 15Mbps不等；直接通信距離可達到 2700m(78kbps，雙絞線 )；支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質(zhì)；并開發(fā)相應(yīng)的本安防爆產(chǎn)品；被譽為通用控制網(wǎng)絡(luò)。 ? LonWorks技術(shù)所采用的 LonTalk協(xié)議被封裝在稱之為 Neuron的芯片中并得以實現(xiàn)。集成芯片中有 3個 8位 CPU：一個用于完成開放互連模型中第 1～ 2層的功能，稱為媒體訪問控制 CPU，實現(xiàn)介質(zhì)訪問的控制與處理 ；第二個用于完成第 3～ 6層的功能，稱為網(wǎng)絡(luò) CPU，進行網(wǎng)絡(luò)變量處理的尋址、處理、背景診斷、函數(shù)路徑選擇、軟件計量、網(wǎng)絡(luò)管理，并負責網(wǎng)絡(luò)通信控制、收發(fā)數(shù)據(jù)包等；第三個是應(yīng)用 CPU，執(zhí)行操作系統(tǒng)服務(wù)與用戶代碼。芯片中還具有存儲信息緩沖區(qū)，以實現(xiàn) CPU之間的信息傳遞，并作為網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)和應(yīng)用緩沖區(qū)。如 Motorola公司生產(chǎn)的神經(jīng)元集成芯片MC143120E2就包含了 2KRAM和 2KEEPROM。 ? LonWorks技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用促成了神經(jīng)元芯片的低成本，而芯片的低成本又反過來推動了 LonWorks技術(shù)的推廣應(yīng)用，形成了良好循環(huán)。 LonWorks公司的技術(shù)策略是鼓勵各 OEM開發(fā)商運用 LonWorks技術(shù)和神經(jīng)元芯片，開發(fā)自己的應(yīng)用產(chǎn)品，目前已有 2600多家公司在不同程度上卷入了 LonWorks技術(shù)； 1000多家公司已經(jīng)推出了 LonWorks產(chǎn)品，并進一步組織起 LonWark互操作協(xié)會，開發(fā)推廣 LonWorks技術(shù)與產(chǎn)品。它被廣泛應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、運輸設(shè)備、工業(yè)過程控制等行業(yè)。為了支持 LonWorks與其他協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)之間的互連與互操作，該公司已開發(fā)出各種網(wǎng)關(guān)，以便將 LonWorks與以太網(wǎng)和 FF、 Modbus、DeviceNet、 Profibus、 Serplex等總線互連為系統(tǒng)，從世界任何角落遠程對現(xiàn)場設(shè)備進行配置、監(jiān)視、控制和管理。 另外，在開發(fā)智能通信接口、智能傳感器方面，LonWorks神經(jīng)元芯片也具有獨特的優(yōu)勢。LonWorks技術(shù)已經(jīng)被美國暖通工程師協(xié)會 ASRE定為建筑自動化協(xié)議 BAC的一個標準；美國消費電子制造商協(xié)會也以 LonWorks技術(shù)為基礎(chǔ)制定了EIA709標準； …… 。 這樣， LonWorks已經(jīng)建立了一套從協(xié)議開發(fā)、芯片設(shè)計、芯片制造、控制模塊開發(fā)制造、 OEM控制產(chǎn)品、最終控制產(chǎn)品、分銷、系統(tǒng)集成等一系列完整的開發(fā)、制造、推廣、應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，吸引了數(shù)萬家企業(yè)參與到這項工作中來，這對于一種技術(shù)的推廣、應(yīng)用有很大的促進作用。 （ 3）節(jié)省維護開銷。由于總線控制設(shè)備具有自診斷與故障處理的能力，并通過數(shù)字通信將相關(guān)的診斷維護信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運行，診斷維護信息，以便早期分析故障原因并快速排除?？s短了維護停工時間，同時由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，連線簡單而減少了維護工作量。 （ 4）用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)。用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)。避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品被“框死”了設(shè)備的選擇范圍，不會為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，使系統(tǒng)集成過程中的主動權(quán)完全掌握在用戶手中。 （ 5）提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性。由于現(xiàn)場總線設(shè)備的智能化、數(shù)字