新型工业控制蓝皮书2024.pdf

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第1章新型工业控制发展态势1

1.1工业控制是工业代际演进的内在驱动力1

1.2工业控制发展面临挑战2

1.3新型工业控制概念与演进方向4

第2章新型工业控制架构及关键技术8

2.1新型工业控制架构8

2.2新型工业控制技术体系清晰10

第3章新型工业控制行业应用价值20

3.1装备制造业20

3.2电子设备制造业24

3.3石油化工行业28

3.4新能源行业33

第4章新型工业控制产业洞察38

4.1新型工业控制产业组织活跃度不断提升38

4.2基于5G的算网控一体化成为工业控制新业态39

4.3开放化工业控制成为产业发展共识39

4.4人工智能与工业控制加速结合40

第5章发展建议41

参考文献42

第1章新型工业控制发展态势

1.1工业控制是工业代际演进的内在驱动力

工业对社会进步和文明发展起到重要的推动作用,是国民经济的重要组成。

一般公认的工业演进历程分为四次工业革命,分别是第一次工业革命-机械化时

代,第二次工业革命-电气化时代,第三次工业革命-自动化时代和第四次工业革

命-信息化时代。伴随着四次工业革命,工业控制技术也在不断演进。

图1.1工业代际演进趋势

机械化时代。这一时期的工业生产主要依赖于机械设备,如蒸汽机、水轮机

等,以蒸汽、水轮、气压等通过齿轮、皮带等传动机械装置将动力传递给各种工

作机械装置,从而控制机械运动。装置控制推动了工业生产进入到了机械化时代。

电气化时代。20世纪30年代开始,电气控制系统成为工业控制的主流方式。

电动机的发明和应用这一时期的标志性事件,其将电能转化为机械能,为各种机

械设备提供动力。此外,继电器、接触器等电气元件的出现,使得电气控制系统

具有了更强大的功能及可靠性。

自动化时代。计算机控制系统逐渐取代了传统的电气控制系统,使工业控制

更加精确化和数字化。其中,PLC(可编程逻辑控制器)、SCADA(监督控制和数

据采集系统)、DCS(分散控制系统)与管理计算机、实时数据库和关系数据库

的结合,实现复杂的算法和数据处理,提高生产效率和产品质量。

信息化时代。21世纪初,工业领域发生全新技术革命,工业控制技术通过

与物联网、大数据、人工智能、云计算、边缘计算、增强现实和虚拟现实等新兴

1

技术融合,演变为新型工业控制,推动工业变革和经济发展。信息化时代的显著

特征是全面融合和智能化提升,使产业链各环节链通,生产效率及产品服务质量

均得到极大提升。

综上所述,工业控制从装置控制到模拟控制、继电器控制、反馈回路控制,

再到计算机网络控制、智能控制的不断演进过程,驱动着工业从机械化、电气化、

自动化到信息化的更新换代发展,是工业代际演进的核心驱动力。当前,工业现

场各类新需求不断涌现,对工业控制效率、部署、运维等提出更高要求。同时,

5G、边缘计算等技术与工业控制加速融合,使工业控制发展正面处于变革关键时

期。

1.2工业控制发展面临挑战

自20世纪70年代工业领域迈入自动化时代以来,基于ISA-95架构的L1

和L2层的制造控制层的软硬件结构未有变动,传统工业控制设备硬件、操作系

统及运行时、编程组态平台及传输协议各成体系,终端用户被品牌深度锁定,一

方面导致了工业控制生态的显著封闭性,体系烟囱式孤立,数据孤岛广泛存在,

彼此间难以互联互通,另一方面使工业控制不具备供应链韧性,存在如芯片短缺

导致供货价格飙升,供货周期拉长等问题。总体来说,工业控制目前面临挑战主

要体现在以下几个方面:

1.2.1挑战一:数据流转难,智能化升级无法支撑

制造业工厂虽已实现基于DCS、PLC等计算机控制系统的生产过程自动化控

制,但是控制系统指令、运行工况监控和异常工况诊断等重要环节仍然需要依靠

静态工艺模型及人工经验,一方面,某些行业领域工艺会受到环境、季节、传感

器老化等因素影响使工艺模型具有时变性质,另外一方面,人工经验分析要素无

法全面覆盖,且知识传承易产生断点从而形成技术壁垒。因此,工厂需要工业智

能实现控制系统的自执行、自决策、自适应,从而适应不定的工业环境,完成多

样化

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