关键词：污水处理 监控 现场总线 工业以太网

Abstract: This paper introduces the hardware configuration and the software achievement of monitoring and control system based on mixed model of industrial Ethernet for sewage disposal. SIEMENS S7-300 PLC is used as master station and ET200 distributed I/O device as slave station to compose PROFIBUS-DP control system. Industrial personal computer is chose as the upper computer and WinCC is used to develop monitoring and control picture such as technologic flow, parameter setting, real-time curving. PLC and IPC is communicated via industrial Ethernet based on TCP/IP to form a hybrid control system, which realize the integrating management and control by linking the BA together. The results of operation prove that this system ensures the technical quality of the sewage disposal and works steadily as well as improves the management level.

Key words: Sewage Disposal Monitoring and Control Fieldbus Industrial Ethernet

1 引 言

　　以太网及TCP/IP通信技术主要适合信息管理、信息处理系统，在IT行业获得了很大的成功，成为IT行业应用中首选的网络通信技术。由于其具有传输报文具有排队延迟不确定的缺陷，无法保证数据传输的实时性要求，所以无法在工业控制中得到有效的使用。但是，随着管控一体化技术的发展，迫切要求能将管理层的以太网向下延伸，直到设备层，从而形成一个统一的无需数据转换的透明的数据链路，才有可能实现企业的最佳经济效益。因此，以太网及TCP/IP技术逐步在自动化行业中得到应用，并发展成为一种技术潮流。

2 工业以太网设计模型

　　为了将以太网应用到工业现场，国内外许多公司和研究机构都在进行着各种尝试，试图对现有的以太网进行改进，并建立新的通信协议模型。总的来说，工业以太网有两种模型：一种是混合模型（以太网和其他总线相连）;另一种是所谓的“透明工厂”型（Transparent Factory）即从高层到底层都采用统一的工业以太网的通信协议。

　　（1）混合模型。这种模型其实是一种折中的方案，也是比较容易实现的方案，现在许多公司都推出工业网络架构模型，如图1所示。在工业现场的管理层和车间层使用以太网，向上可以和Internet连接，向下可以读取车间里各个控制子系统的状态信息。在设备层，仍然采用独自的现场总线技术，如CAN、PROFIBUS、ASI等。它们与以太网之间通过专用的网关连接。这种方案最大限度地利用了现有以太网所能提供的通信功能。每个网关是以太网的节点，同时也是下面子系统的主站。网关可以实现对子系统实时的控制，并把子系统内部的信息进行预处理，只把一些重要的信息按照TCP/IP的帧的格式发送到以太网上。这种方案的好处是避免以太网直接对传感器和执行器等底层设备的访问，减少了以太网上实时数据的传送量，减少了冲突的机会，在一定程度上避免了在恶劣的工业条件下传输实时数据出现迟延的问题。这种模型还只是一个过渡型的结构，设备现场总线的繁多协议同样影响着用户的使用，现场总线的统一开放的思想还是没有完全实现。

　　（2）“透明工厂”型。这种模型是工业以太网的完全解决方案，也就是说企业网从上到下完全是由以太网组成。实现了整个工厂对用户来说是“透明”的，它的结构如图1中把网关去掉再加上虚线所示。因为整个网络是统一的协议，所以用户可对从高层的管理层到底层的设备层的任一设备进行访问，而无需知道这种访问是如何进行的。普通的传感器、执行器通过工业以太网I/O模块连接到以太网上，管理层的主机可采用IP访问的方式与各个设备进行通信。目前，根据报道已经有一些这方面的实验网络，取得了一些成果，但离实际应用还有一段距离。这种方案的优点是现场监控网络的全面解决方案，但实现起来比较困难。主要是要对以太网进行面向实时控制的修改，还要在网络层以上引入实时控制算法，弥补以太网在传输确定性数据方面先天性的不足。

3 污水处理工艺流程

　　本污水处理工程为国家电力调度中心污水处理系统。该系统包括三部分，分别为中水处理系统、软化水系统和饮用水系统。其工艺流程如下：

　　3.1中水处理系统

　　来自污泥总管的污水通过设置在格栅池中的格栅去除杂质后，流入调节池，由潜污提升泵经毛发聚集器送往氧化池，经曝气、氧化作用后流入沉淀池，上层清水至排水方沟，沉淀后的污泥流入污泥浓缩池处理，其中沉淀杂质较少的上清液再由污泥回流泵送往氧化池进行循环处理。经过氧化处理后的污水通过提升泵送往机械过滤器和深度处理池进入回用水池，再经出水泵送往中水水箱，投药装置设置两套分别加入PAC和Cl,主要作用是消毒。如图2所示。

　　3.2 软化水系统

　　来自中水水箱的水进一步经过离心泵提升到活性炭过滤器和精密过滤器过滤，进入三套软化水设备，并通过加药（Cl）处理后送往软化水箱，再生盐罐能使离子交换剂再生，提高离子交换剂的活性。

　　3.3 直饮水系统

　　软水箱的水经提升泵到活性炭过滤器和保安过滤器过滤后被储存到中间水箱。高、低区循环系统回水经过消毒系统后也送入中间水箱。钠滤提升泵把中间水箱的水经污水计量系统送到钠滤装置处理，再经计量系统送氧化塔消毒，最后进入产水水箱，产水水箱的水分别由高、低区变频水泵给高、低区供水。

　　三个工段共有36台水泵、28个电磁阀和8个连续控制阀。由于污水介质的特点，在整个流程中工作的水泵均要求一用一备，两台泵能够实现定时（一周或一天）切换和故障时的切换要求。各类泵、阀设备均设自动、手动切换，各泵的起停多为受相关箱、池的高、中、低液位或管道压力的控制，并且一台泵不能满足条件要求时应能起动备用泵。各类过滤器当满足条件时能够自动进行正、反洗。模拟量有液位、压力、流量、pH值、硬度、浊度、余氯和电导率等，除了要求中控室显示、报警和累积量以外，要求能够连续控制量共8个。

　　同时，根据调度中心要求，该污水处理控制系统应与整个大厦的管理系统相连，以实现调度中心管控一体化，提高管理水平。

4 监控系统方案

　　根据上述工艺特点、设备地域分布以及控制要求，我们选用了基于工业以太网混合模型的污水处理监控系统。现场级控制系统选用西门子S7-300系列的CPU315-DP作为主站，与上位工控机安装在中控室，通过网络通讯模块CP343-1将PLC连接到工业以太网上，选用三个分布式I/O模块ET200M作为DP从站，分别在三个系统现场运行。ET200M支持S7-300全系列模块，通过IM153与PROFIBUS-DP现场总线相连。上位机选用研华工控机，内嵌CP1613网络通讯卡，设置有关参数后可实现基于TCP/IP协议的上位机与PLC的工业以太网通讯，并可方便的与大厦BA相连，从而实现调度中心的管控一体化。以西门子WinCC5.0组态软件作为开发平台,主要完成流程画面、状态监视、实时曲线、工艺变量和控制参数设定及报警显示与确认等功能。所有的逻辑控制和简单PID控制均由下位PLC完成，即使与上位机脱离了通信，也能自己安全的工作。高、低区供水变频器也通过 DP模块接入DP总线。系统构成如图3所示。

5 软件编程

　　5.1下位机程序

　　SIMATIC S7-300系列可编程控制器采用STEP7标准软件编程。它的最大优点在于符号化编程和组织分层结构，使得编制的程序可读性非常好，现场调试非常容易。STEP7标准软件包包括符号编辑器、SIMATIC管理器、NETPRO通讯组态、硬件组态、和三种编程语言（LAD、FBD和STL），此外，还具有硬件诊断能力。

　　整个过程监控程序分层及调用结构如图4所示。

　　OB1：为系统组织块，用于循环程序处理。FC2为报警及数据处理功能块，用于各种报警信号的处理及与上位数据块（共享）DB20的数据交换。FC3为液位高、中、低判断功能块，完成9个水池的液位高、中、低判断，在该功能块中调用液位比较功能块FC4。OB35为循环中断子程序，中断优先级为12，其中断时间可在5ms～60000ms之间设定，本过程设定为1分钟。FC10为系统主程序。在功能块FC2中完成各种报警,且可通过上位机确认，同时对主程序中所需要的数据进行处理准备。FC4为液位比较子程序功能快。 DB21也为共享数据块，可通过上位机设定泵的切换时间、各类设定数据等。

　　在STEP7标准控制功能中有多种PID控制模块，使用时可直接选用，如图5.1中的功能块FB41，DB41为其背景数据块。用户可方便地通过连接和参数设置实现简单PID控制，其参数可通过上位机设置和修改。

　　通过编程实现了液位控制两台潜污提升泵的启、停及24小时自动切换;两台二沉出水提升泵与潜污提升泵的顺序控制;压力、时间控制钢机械过滤器、活性炭过滤器的正、反洗;液位控制中水出水提升泵、污泥回流泵、格兰富离心泵的启、停及一周自动切换等开关量控制功能;对于余氯、硬度、浊度及pH值通过控制加药计量泵的开度以控制加药量的多少;水压、液位及电导率控制的高、低区变频循环供水等闭环控制功能则通过六次调用PID控制模块FB41和可通过上位机设定参数的数据块DB41、DB42、DB43、DB44、DB45、DB46来实现。

　　5.2 上位机程序

　　上位机采用西门子WinCC5.1组态软件开发监控程序，主要实现以功能：

　　（1）工艺流程图及运行参数的控制显示：分别开发中水、软水、直饮水工艺流程图，实时显示现场各类泵、阀等设备的运行状态及各种监控数据，并能对液位、压力、时间、余氯含量、pH值等数据进行设定和控制。主画面模拟现场工作状况，能够直观、精确了解现场工作状况。图5所示为中水处理系统流程图。

　　（2）数据查询功能：在主机画面上，通过实时数据曲线对采集到的各种数据进行实时观测，便于了解具体的工作情况;通过历史数据曲线对采集到的数据存放到数据库中，便于了解长时间工作的历史趋势。查询时可保证精确、方便、快捷。

　　（3）报警功能：对各超出设定值范围的参数及设备故障进行报警，当某一实时数据超过设定值或某一设备出现故障时，进行声光报警，并做相应的处理，报警后将所需参数存入数据库中，供日后查询。

　　（4）报表功能：对需要上报或对比以及长期需要保存的数据生成报表进行定时或实时打印存档。

6 结束语

　　采用SIMATIC S7-300系列可编程控制器进行污水过程处理,硬件可由软件组态，软件编程层次清楚，现场调试方便，利用其强大的通讯功能可组成各种分布式监控管理系统。PROFIBUS-DP现场总线适用于工业领域，可靠性高、实时响应性好、对环境要求低，是适合工业环境下系统组网的一种现场总线。基于TCP/IP协议的以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势，支持几乎所有的网络协议，是企业管理层广泛采用的一种通讯网络。该系统在国家电力调度中心污水处理工程中运行表明，将工控机与PLC结合、现场总线和工业以太网结合，组成一种混合型的工业控制系统，不但发挥了各自的优势，而且便于网络扩展和异构连接，实现管控一体化。

　　本文创新点是将工业以太网与现场总线构成的混合模型应用于污水处理计算机监控系统，实现了系统的管控一体化。

    防盗遥控器主要应用于汽车、车库门、防盗门、室内门、保险柜等门禁设备，可以控制开启和关闭门禁设备，在防盗模式下，当门禁被非法打开、碰撞、移动、振动等时发出防盗报警信号。现在市场上的指纹识别防盗遥控器，采用的是第一代光学指纹识别技术，只能够扫描手指皮肤的表面（又称“死性皮肤层”），不能深入真皮层，所以手指表面的干净程度，直接影响到识别的效果。另外，如果人们按照手指指纹做一个指纹手模，也可能通过识别系统。这种指纹识别技术虽然能对使用者的身份进行识别，但使用起来既不安全又不稳定。

    刮擦式活体指纹识别器通过电容传感器发出电子信号，电子信号穿过手指的表面，到达手指皮肤的活体层（又称“真皮层”），直接读取指纹图案，从而大大提高了系统的安全性。采用刮擦式活体指纹识别技术，防盗遥控器对使用者的指纹活体层进行采集，并发送给遥控接收器与存储在遥控接收器内的合法指纹进行比对。只有相符时，使用者才能对遥控器进行其他操作；否则，发出防盗报警信号。采用活体指纹识别技术验证使用者的身份，提高了系统防盗等级、安全性和稳定性。

1、防盗遥控发射器的设计

    刮擦式活体指纹识别防盗遥控器分为防盗遥控发射器和防盗遥控接收器两部分。防盗遥控发射器由使用者随身携带，防盗遥控接收器安放在要保护的门禁设备里。防盗遥控发射器以MSP430F12X处理器为核心，对刮擦式活体指纹传感器MBF310、无线发射/接收芯片nRF401、参数配置芯片AT93C46等进行工作状态配置，包括指纹数据读取、指纹数据和加密数据无线发射，以及控制指令的无线发射等。

    AT93C46中保存有256位的参数配置数据，用于对发射的数据进行加密运算；nRF401工作在无线发射模式。MBF310选用SPI工作模式和MSP430F12X处理器的SPI总线相连，MSP430F12X通过SPI总线对MBF310传感器进行工作状态初始化，配置为使能FIFO中断的SPI模式。当手指在MBF310上滑过时，MBF310采集指纹数据并存到FIFO缓冲区内；当FIFO缓冲区满时产生一中断信号，MSP430F12X处理器收到FIFO缓冲区满中断信号后立即通过SPI总线读取MBF310采集的指纹数据；并把读取的指纹数据和AT93C46内的配置字进行“或”运算加密，把加密好的数据通过nRF401发射出去，从而实现指纹的采集，指纹数据的读取、加密和无线发射，以及控制指令的无线发射等功能。防盗遥控发射器的电路连接图如图1所示。

图1 防盗遥控发射器的电路连接图

2、防盗遥控接收器的设计

    防盗遥控接收器由MSP430F12X处理器、无线发射/接收芯片nRF401、参数配置芯片AT93C46、指纹模板存储器FM24C64、按键和指示灯等硬件组成。当防盗遥控接收器正常工作时，MSP430F12X处理器选择nRF401为无线接收模式，以适时接收防盗遥控发射器发射的数据和指令。当接收到指纹数据时，MSP430F12X处理器用AT93C46内的256位配置字对接收到的加密指纹进行解码，得到防盗遥控发射器内的MBF310采集到的真实活体指纹数据。然后把解码后的指纹数据与指纹模板存储器FM24C64内预存的指纹模板数据进行比对，如果比对结果为真，表明得到合法身份验证，那么防盗遥控接收器可以接收防盗遥控发射器的控制指令（防盗遥控发射器上按键设定的指令），否则不响应防盗遥控发射器发射的指令数据。防盗遥控接收器按键用于建立指纹模板，指示灯指示防盗遥控接收器的当前工作状态。输出端口1～6是根据遥控指令产生的输出控制信号。防盗遥控接收器的电路连接图如图2所示。

图2 防盗遥控接收器的电路连接图

3、应用实例

    以本设计用作汽车防盗遥控器为例，汽车防盗遥控器由汽车防盗遥控发射器和汽车防盗遥控接收器两部分组成。汽车防盗遥控发射器由车主随身携带，汽车防盗遥控接收器安装在汽车内。汽车防盗遥控发射器的3个指令操作按键分别定义为开启汽车系统（KEY1）、关闭汽车系统（KEY2）和寻车（KEY3）。汽车防盗遥控接收器的输出控制端口输出1～6分别定义为：报警器鸣响、前灯亮闪、车门锁开/关、后舱盖打开、总电路通断、汽车点火/熄火控制信号。

    汽车防盗遥控器的所有操作均以通过指纹识别为前提。首先，遥控器操作者的手指（遥控器操作者在汽车防盗遥控接收器内建立过指纹模板的手指）在指纹识别窗口上轻轻滑过；汽车防盗遥控发射器采集到指纹后，通过编码加密算法加密指纹数据，并通过FSK方式发射出去；在有效距离范围内的汽车防盗遥控接收器收到加密的数据，并通过解码算法得到解密后的指纹数据，然后与存储的指纹模板数据一一比对。如果比对结果为真，则确认操作者身份成功，可以接收遥控发射器的指令数据，否则不接收遥控发射器的指令。如果汽车在没有得到操作者的合法身份情况下被强行操作，那么防盗遥控接收器就会发出报警控制信号（如报警器鸣响、前灯亮闪），并执行其他防盗控制信号（如总电路断开、汽车熄火、车门锁关等）。

结 语

    本文设计的防盗遥控发射器采用了刮擦式活体指纹识别芯片MBF310，属于第二代指纹识别技术，有效克服了第一代指纹识别技术识别率低、识别橡胶模塑指纹等缺点和不足，提高了安全等级和正确识别率。

    nRF401无线收发芯片，采用FSK技术，遥控距离可达800 m。防盗遥控发射器和防盗遥控接收器中，AT93C46是编解码配置芯片，存有256位的编解码数据。遥控发射器发射数据时采用256位编码加密算法，可以防止遥控发射的数据被截获破解以及遥控发射器被仿制，只有遥控发射器和遥控接收器的编解码数据相同时，才能进行遥控操作，提高了安全等级。防盗遥控接收器中的指纹模板存储器采用了8 KB的高速铁电存储器FM24C64，可以无故障读写1 010次，掉电情况下保持数据10年不丢失。遥控发射器和接收器以超低功耗16位处理器MSP430F12X为数据处理和控制核心，提高了数据运算速度和系统的智能化程度，降低了功耗。

关键词：数控机床;无线通信;时分多址;多线程

　　在传统的CIMS（计算机集成制造系统）中，数据流的采集、传输涉及大量的电缆铺设等问题，限制了分布式工业制造系统整体控制性能的提高。基于STR-6的无线传输模块能满足对于数控机床实时监控数据的稳定高效的传输要求。本文介绍了在此基础上设计的数控机床无线传输的硬件结构和软件设计，并对所采用的通信协议进行了详细分析。

系统结构和通信原理

通信模块特点

　　上海桑博科技有限公司开发的STR-6型微功率无线传输模块提供了标准RS-232、RS-485和RART/TTL电平这3种接口方式，可直接与计算机COM1（或COM2）相连，利用计算机的USB接口供电。STR-6的通信信道是半双工的，最适合点对多点的通信方式，用户无需编制多余的程序，只要完成从接口收发数据即可，其它如空中收/发转换、控制操作等，STR-6模块能够自动完成。

系统硬件结构

　　系统的结构图如图1所示，整个系统由若干台高性能PC组成，分别为远程监控端（主机）、现场监控中心（从机）和现场监控单元，其中现场监控中心和远程监控端分别配置了STR-6模块。主机和从机通过RS-232串口与STR-6模块相连，两个STR-6模块（配置天线为30×7×1mm）之间进行通信。上行链路发送指令用于主机对从机以及现场监控单元进行控制，下行链路发送状态数据用于向主机传递数控机床当前的运行参数，如主轴转动和切削力等。STR-6模块提供0～7个信道，如果需要增加系统容量，可以设置多个频点，每个频点供多台数控机床使用，这样，通过增加系统频段资源的方法，可使系统容量成倍的增加。

图1 数控机床状态监控系统硬件结构

时分多址通信协议

　　本系统采用TDMA时分多址通信协议。把时间轴划分成一定长的时元（EPOCH），每个时元又划分为若干个帧，每一个帧内部又划分为若干个时隙。帧的重复周期为帧周期， 在每个帧中给主机/从机分配一定数量的时隙以发射信号，而在不发射信号的时隙中则接收从机/主机所发射的信号。主机以准确的时钟为基准，从机时钟则与之同步，形成统一的系统时钟。 网内各个成员的发射时隙是彼此不同的，不存在相互干扰问题，但必须有准确的时隙同步，使每一次发射都以统一的时隙起点作定时基准。本系统测控容量为30台数传机床，数传模块的无线传输速率设置为9600bps，每个时隙的基本信息传输量为225bit，所以，设计为每个时隙35ms，每个时帧为3.5s，共有100个 时隙，每个时元35s，共10个帧。

通信模块的软件实现

程序的整体框架

　　无线传输模块作为实时监控系统的一部分，在设计时就考虑要把它设计成一个独立的模块，使对它的应用类似函数的应用，本文采用Visual C + + 语言进行设计，在终端的无线通信模块程序中包括时戳类、编码类、网络通信类（或传输类） 。时戳类主要完成整个系统的同步，编码类主要实现数据的R-S编码功能。 网络通信类主要是负责编码后数据流的发送和接收。数据链终端模块主要包含如下线程：

　　1 主线程

　　主线程的主要任务是对系统进行初始化，创建子线程和结束子线程，并响应菜单和鼠标操作。

　　2 编解码线程

　　从主机/从机获得数据，进行编码，并将编码后的数据送入发送缓冲等待发送;从接收缓冲取得数据进行解码，得到有效信息。

　　3 传输线程

　　负责把发送缓冲的数据送入数传模块调制解调器;从调制解调器读入数据流，并存入接收缓冲区。

Windows下精确定时的实现

　　TDMA网络是一种同步网络，要求整个网络的所有用户都采用统一的时基，并且各自能维持一个高精度的时钟。众所周知，Windows是基于消息机制的系统，任何事件的执行都是通过发送和接收消息来完成的。 这样就带来了一些问题，如一旦计算机的CPU被某个进程占用，或系统资源紧张时，发送到消息队列中的消息就暂时被挂起，得不到实时处理。因此，不能简单地通过Windows消息引发一个对定时要求严格的事件。由于在Windows中已封装了计算机底层硬件的访问，所以，要想通过直接访问硬件来完成精确定时也比较困难。基于本系统定时到毫秒级的要求，采用QueryPerformanceFrequency（）和 QueryPerformanceCounter（）函数。在进行定时之前，先调用QueryPerformanceFrequency（）函数获得机器内部定时器的时钟频率， 然后在需要严格定时的事件发生之前和发生之后分别调用QueryPerformanceCounter（）函数，利用两次获得的计数之差及时钟频率，计算出事件经历的精确时间。

传输线程的实现

　　STR-6与PC之间采用串口连接，在Microsoft Visual C++ 6.0环境下通过对Active X控件的编程来实现串口的通信简单方便，可以节省很多时间。首先实例化控件类MSComm，然后通过调用MSComm的函数对串口进行初始化操作，设置其串口号、波特率、奇偶校验、数据位数、停止位数以及接收触发方式等。MSComm类的读写通过调用函数GetInput（）和SetOutput（）实现。主机周期性地发送入网消息，从机侦听链路35s，以便获取整个网络的时隙分配使用情况，接收到入网消息后，立刻进行精同步过程，发送同步申请消息给主机，主机接收到同步申请消息则发送同步应答消息。精同步后网络进入连续运行阶段，在发送时隙发送消息，接收时隙接收有用消息。因为时钟的漂移性，所以精同步过程要周期性地进行。从机用户程序流程如图2所示，主机用户程序流程图与之相似，所以不再赘述。

图2 从机成员流程图

编解码线程和传输线程的同步

　　当编解码线程工作的时候，要把数据送入发送缓冲区并从缓冲读出数据进行解码，而传输线程要从发送缓冲区提取数据发送出去、从调制解调器接收数据存入缓冲区，需要设置精确的同步来保证它们之间不发生冲突。以编码线程和发送线程的同步为例进行说明，首先在传输类里定义2个大小相同的发送缓冲区E1、E2，并定义4个事件，分别对应缓冲区E1空事件、缓冲区E1满事件、缓冲区E2空事件、缓冲区E2满事件。在主线程中首先对这4个事件进行初始化，由于开始时刻2个缓冲区应是空的，所以在初始化时缓冲区E1、E2的空事件为信号状态，而缓冲区E1、E2满为非信号状态，这时启动编码线程和发送线程。由于用2个发送缓冲进行工作，所以在线程启动之前必须有一个为当前发送缓冲区和当前编码缓冲区，把E1初始化作为它们的初值。当程序开始工作时，缓冲区空事件处于信号状态，所以编码线程进行编码工作，把压缩数据流存入当前缓冲区，而发送缓冲监测不到缓冲区满事件处于信号状态，所以等待。当前编码缓冲区变满时，编码线程置该缓冲满为信号状态，置该缓冲空为非信号状态，并交换当前编码缓冲区，同时，该线程进入等待状态;此时处于等待状态的发送线程监听到缓冲区满事件处于信号状态，便开始工作，发送当前缓冲的数据到调制解调器或局域网直至完毕。 然后该线程置当前发送缓冲空为信号状态，而当前缓冲满为非信号状态，并交换当前发送缓冲区，这样，等待缓冲区空的编码线程又可以占据该缓冲区，如此反复直至编码线程结束。

结语

　　实验表明，利用STR-6通信模块设计的无线数据传输模块，数据传送及时、安全可靠、误码率很低，而且体积小、功耗低，可以方便地嵌入到数控机床监测系统中，降低了监控系统的开发成本和开发周期，提高了设备应用的灵活性。

　　本系统也存在一定的局限性，它的开发基于Windows操作平台，尚不具备跨平台的兼容性。如扩展其应用，还需进一步的工作

关键词：PROFINET; 实时通信; 等时同步

Abstract: PROFINET is a emerging standard of real-time Ethernet. In this paper, isochronous real-time communication of PROFINET is analyzed and enhancements to IEEE1588 are explained after two kinds of real-time communication in PROFINET are introduced.

Key word: PROFINET; real-time communication; isochronous

1，概述

　　PROFINET实时以太网是由Profibus International（PI）组织提出的基于以太网的自动化标准。从2004年4月开始，PI与Interbus Club总线俱乐部联手，负责合作开发与制定标准。PROFINET构成从I/O级直至协调管理级的基于组件的分布式自动化系统的体系结构方案，并可以将Profibus技术和Interbus现场总线技术在整个系统中无缝地集成。PROFINET能为紧要任务提供最低限度的性能保证服务，同时也能为非紧要任务提供尽力服务。

2，PROFINET的实时通信分类

　　PROFINET区分两类不同性能的实时周期通信，一种是实时（RT）通信，主要用于工厂自动化，这一类没有时间同步要求，一般只要求响应时间为5-10ms。另一种是等时同步实时（IRT），主要用于有苛刻时间同步要求的场合例如运动控制，电子齿轮。与此对应，PROFINET提供两类实时通信通道具体分为RT实时通道和IRT实时通道。另外还包括一个标准通信通道，标准通道是使用TCP/IP协议的非实时通信通道,主要用于设备参数化、组态和读取诊断数据。

　　实时通道RT是软实时SRT（Software RT） 方案,它旁路TCP/IP层,同时为优化通信功能,PROFINET RT帧根据IEEE802.1Q/P定义了报文的优先级,最多可用7级。PROFINET RT帧中的状况信息域用来标识设备和数据的状况（例如：运行，停止，出错）。其通信协议及帧结构如图1。

　　实时通道IRT是硬实时HRT（Hardware RT） 方案，实时性是基于一个建立在快速以太网Layer2上的时间触发（time-triggered）协议，由内嵌的Switch-ASIC同步实时交换芯片保证。这样可以进一步缩短通信栈软件的处理时间,特别适用于高性能传输、过程数据的等时同步传输、以及快速的时钟同步运动控制。由于基于硬件实现，IRT帧中通常无需RT帧中的IEEE802.1Q VLAN标识。PROFINET的IRT通信协议及帧结构如图2。
　　

　　从图1，图2也可以看出，PROFINET 实时数据帧（包括RT和IRT 帧）都是在按IEEE802.3所定义的标准化的帧格式基础上略作改动,让其L/T字段的值>1500,这是一个保留的EtherTypeⅡ,可以用于唯一地识别PROFINET的实时数据帧以区别于其他采用标准IT协议的以太网帧，优先进行传输。PROFINE的以太网类型标识中用0x0800标识IP帧，使用0x8892标识PROFINET实时帧。帧中的应用标识符（frame-ID）域标识所接收的数据的传输，即标识周期传输和非周期传输（报警和事件）。

　　按照PROFIBUS国际组织提供的数据[1]，PROFINET在IRT通信方式下应用在同步运动控制场合，其性能比目前的现场总线方案要提升100倍。这种基于硬件的同步实时（IRT）通信解决方案能够在大量数据需要传递的情况下保持足够高的时间确定性;同时，可缓解PROFINET设备上处理器的通信任务。因此，本文以下对它进行详细分析。

3，PROFINET对IEEE 1588的改进

　　PROFINET IRT所采用的时间同步协议是基于改进的IEEE1588[2]。IEEE 1588 的基本功能是使分布式网络内的最精确时钟（reference clock）与其它时钟保持同步，它定义了一种精确时间协议PTP（Precision Time Protocol），用于对标准以太网或其它采用多播技术的分布式总线系统中的传感器、执行器以及其他终端设备中的时钟进行亚微秒级同步。

　　一个IEEE 1588 精密时钟（ PTP） 系统包括多个节点, 可以认为每一个都代表一个时钟,时钟之间经由网络连接。IEEE 1588 将整个网络内的时钟分为两种，普通时钟OC（Ordinary Clock）和边界时钟BC（Boundary Clock），只有一个PTP 通信端口的时钟是普通时钟，有一个以上PTP 通信端口的时钟是边界时钟，每个PTP端口提供独立的PTP通信。其中，边界时钟BC通常用在网桥（交换机）和路由器等这些用来划分子网的网络设备中,用于防止这些网络设备产生大的延迟抖动。普通时钟通常用在节点上。

　　随着温度变化和时间推移，发送节点和接收节点的时钟频率将发生偏差，由此会造成漂移（drifts）。为此，在PTP中需要通过一个闭环控制（loop）进行补偿，以如下PI-loop为例。

　　其中， y[k]是被控量， x[k]是偏差变量， k代表同步循环。 K_R，K_n 是控制参数。T是采样时间，它等于PTP同步信息（Sync信息）之间的发送间隔。每个PTP从属时钟以及BC的每个从属时钟端口都必须含有类似的闭环控制，闭环控制的设计直接关系到时间同步的精度。如图3上半部分所示，在BC中的时钟振荡器（Oscillator）将会参照PTP Slave，以一定的函数关系进行调节，调节后的时钟将成为下一个网段的PTP Master。以此类推，反复进行，直至目的节点Time Client。这样，当在总线式拓扑中有多个网桥链式联结时，这种方式实质上产生了控制循环的级联（cascade），会导致不稳定,从而使得IEEE 1588无法满足苛刻的同步要求 [3] 。

图3 IEEE1588边界时钟和PROFINET旁路时钟对比

　　相对于IEEE1588的“Boundary Clock”， PROFINET进行了修正，修正后称之为旁路时钟BpC（Bypass clock）[5]。

　　时间同步的关键问题是网桥等网络设备中的时延不定常，从而造成时间抖动。如果能找出计算网桥中时延的方法，那么就可以对它进行补偿。如图3下半部分所示，PROFINET的BpC正是基于这种思想，通过对PTP报文进行必要的操作和处理（Message processing）来对时延进行补偿，具体的处理操作可能涉及商业秘密，尚未见公开报道。基本思想如下：

　　1） 假设一个PTP网桥在端口s收到一个Sync报文，那么接收时间戳T_rx，s将会产生, 当BpC的其它端口j开始向下游传递该Sync报文时，发送时间戳T_tx，j将会产生。这样，可以得到所需的时钟校正值（clock correction）：T_tx,j -T_rx,s 。

　　2） 如图4所示，使用Ldi代表传输距离造成的延迟，bdi代表网桥中的时延，将所得到的本网桥内时延bdi和本段传输时延Ldi的信息加入到将要转发的Sync报文中，这样目的节点就可以得到报文所尽历的精确时延。PTP 主时钟到PTP 从属时钟的累积时延为：

　　借助这以一方式，就可以把网桥看成具有定常时延的网络组件，从而避开了控制循环的级联。
　

5，结语

　　PROFINET将极大的改善现有自动化技术发展过程中的通信瓶颈，同时实现自动化技术从以实现控制任务为主导向实现高度集成和优化的信息收集、分析和处理任务为主导的转移，使得实现控制任务将成为未来自动化平台的低层次要求。本文希望通过对PROFINET实时通信较详细的分析，能有助于将来我国自有工业以太网标准的发展。

关键词：开炼机；密炼机；注塑机；挤出机；发展现状与展望

    塑料加工机械行业是塑料工业重要组成部分，是为塑料制品行业提供装备的，是联结新型高分子材料与其制品在各个领域应用的“钮带”，起桥梁作用。

1、行业概况

    随着中国经济整体稳定持续健康发展，中国塑料机械工业经过“十五”实现了跨越式的发展，产业规模 扩大，连续八年主要经济指标逐年递增，其发展速度与所创主要经济指标在机械工业所辖的194个行业中，名列前茅。塑料机械行业不断发展壮大，塑料机械年制造能力约20万台（套），门类齐全，在世界排名第一[1]。

    目前中国塑料机械制造企业近400家，大、中型企业200家左右，上规模的骨干企业15家[2]。新兴塑料机械企业具有科技创新、制度创新、管理创新，并掌握一些新技术，已引起国内外同行的注目。

    中国塑料机械企业主要分布在东南沿海、珠江三角洲一带，其中宁波地区发展势头最猛，现已成为中国最大的注塑机生产基地，年生产量占国内注塑年总产量1/2以上，占世界注塑机的1/3。

    塑料模具行业的更新换代，技术创新也出现了前所未有的喜人变化。广东汕头地区大部分企业已全套引进德国、法国、意大利及我国台湾省的最新计算机自动化模具加工技术，大大提高了模具技术性能、质量档次。

    中国塑料机械虽然发展很快、生产品种也很多，基本上能供给内塑料原料加工与塑料制品加工、成型所需的一般技术装备，个别产品也进入世界前列，但与工业发达国家如德国、日本、意大利相比，中国塑料机械还有一定差距，主要表现在品种少、能耗高、控制水平低、性能不稳定等方面。

    中国塑料机械产品主要集中在通用的中小型设备上，技术含量低，20世纪80～90年代的低档产品供大于求，机械制造能力过剩，企业效益下降。有的品种特别是超精大型高档产品还是空白，仍需进口。

    目前中国塑料机械在国内市场容量中，按台数和产量计，进口设备占75%左右，国产设备仅占25%，且还呈下降的趋势[1]。

    从21世纪初，中国塑料机械出口逐渐增多，现已出口到美国、日本、德国、俄罗斯、东南亚和非洲46个国家和地区。中国塑料机械在低端产品领域竞争力不断增长，在186亿欧元的世界市场所占份额由2001年的6.4%增长到2004年的10.2%。据海关总署信息中心统计，中国出口塑料机械设备价格偏低，仅是进口同类产品的三分之一左右。2003年中国出口一台（套）塑料机械设备，平均创汇1.6万美元，而进口一台（套）塑料机械设备，平均付出外汇15.3万美元[2]。2000～20004年中国塑料机械主要经济指标如表1所示。总体上看，21世纪初，中国塑料机械工业总产值、销售额和利润逐年增长，进口塑料机械设备付出外汇大于出口创汇，贸易逆差较大。

表1  2000～2004年中国塑料机械主要经济指标

    中国加入世界贸易组织（WTO）后，国外的机械制造业加速对华转移，世界一些知名的塑料机械企业，如德国德马克虏伯、巴登菲尔、日本住友重工等公司先后“进驻”中国，有的还进一步设立了技术中心。国外塑料机械制造商的进入给中国塑料机械行业带来了发展活力，同时也使中国塑料机械制造企业充满了机遇与挑战。

2、塑料机械的发展现状与水平

2.1  开炼机

    开炼机即双辊筒炼塑机，亦称开放式炼塑机，是塑料机械中最基本的一种设备。它主要用于塑料或橡胶的混炼、为压延机喂料和配合密炼机压片使用。

    目前世界各主要工业国家开炼机的生产早已形成系列，规格、尺寸、外形大致相似。20世纪90年代以来，中国对开炼机的改进主要是提高机械化程度、增加安全操作措施、改善劳动条件和减少占地面积。

    目前，国内的一些主要生产厂家对开炼机结构做了很多改进，如将减速系统设置在左右支加架内，安装在接料盘下面。在机架上设置了翻料装置，采用了液压调辊距和液压安全装置，尽量减少设备的自重和占地面积，努力提高设备的使用寿命。目前国内的开炼机也亦形成完整系列，品种规格齐全，完全可以满足用户各方面的要求。如大连橡胶塑料机械股份有限公司率先完成了开炼机的系列化改型开发，开炼机的辊筒及轴承均采用双列调心滚子轴承，所有传动齿轮均集中在封闭箱体内，结构紧凑、传动效率高、润滑条件好。辊筒调距既可单调也可同时进行双调，操作方便自如。为减轻机器振动，机体与减速机分别安装，采用尼龙棒销万向联轴器。现在又在开炼机的翻料和摆料装置上（原异步电动机）分别改用了日本富士交流变频调速，大大降低了能耗，提高工作效率和制品的内在质量。这种机器已达到国际先进水平，获得国内外用户青睐[3]。

2.2  密炼机

    密炼机亦称密闭式炼（胶）塑机， 主要用于塑料（橡胶）的混炼及其它物料的混合等。对上述用途，密炼机完全可以代替开炼机，且生产效率和自动化水平大大提高，劳动条件得以改善。目前世界主要工业国家密炼机的生产都已形成系列，基本上有四种类型：
（1）以美国法勒尔-伯明翰公司生产的本伯里式为代表的F系列密炼机；
（2）以德国维尔纳•普弗莱特勒公司的产品为代表的GK系列密炼机；
（3）以英国弗兰西斯•肖公司产品为代表的K系列密炼机；
（4）以日本森山制作所生产的产品为代表的MS系列加压式密炼机。

    20世纪90年代以来，这四种类型的密炼机都在向快速、高压、大容量和加料与操作程序自动化方向发展，并用微机控制。总体上，前3种系列的密炼机基本结相近，其主要差别在于转子的构型及密炼室结构不同。而第4种MS系列的主要结构与前3种系列相比，有较大的变化。

    上述几种密炼机，按时间顺序来讲后者对前者既有借鉴与继承，也有改进和创新。在国际市场的竞争中它们之间既有相互吸收，也有自我改进和发展，各具特色[4]。

    国际上中小型塑料厂较多采用加压式捏炼机。它无下顶栓，采用密炼室翻转排料，占地面积小，可以在地面上安装，节省工程费用。加压式捏炼机在日本已形成完整系列，最小的密炼室总容积为1L、捏炼总容积为3L，最大的密炼室总容积为500L、捏炼总容积为1150L，共有27个规格。

2.3 注塑机

    注塑机是塑料机械的主要品种之一，占塑料机械总产值的38%，有1/3的塑料制品是由注塑机生产的。

    目前中国生产注塑机的厂家较多，据不完全统计主要生产厂家已超过60家。注塑机的结构形式有立式和卧式两种。按生产出的制品可分为普通型和精密型注塑机。一次注射料量45～51000g，锁模力200～36000kN，加工原料有热固性塑料、热塑性塑料和橡胶三种。热塑性塑料包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚氨酯、聚碳酸酯、有机玻璃、聚砜及（丙烯腈/丁二烯/苯乙烯）共聚物（ABS）等。从加工出来的制品来看，有单色、双色的一般和精密塑料制品。上述制品的主要生产厂家都有自己的系列，各有自己的特点。如广东震德塑料机械厂有限公司生产的捷霸CJ霸系列注塑机每一种规格均有数控和电脑控制两种形式。又如浙江省宁波海天机械有限公司生产的HTF80X～HTF3600X型系列注塑机，可用于生产各种高精度的热塑性塑料制品，机器采用线型移动传感器控制注射、合模、顶出，采用多重CPU电控系统、大幅面彩色LED显示、全电脑自动控制[3]。

   普通卧式注塑机仍是注塑机发展的主导方向，其基本结构几乎没有大的变化，除了继续提高其控制及自动化水平、降低能耗外，生产厂家根据市场的变化正在向组合系列化方向发展，如同一型号的注塑机配置大、 中、小三种注塑装置，组合成标准型和组合型，增加了灵活性，扩大了使用范围，提高了经济效益。

    近几年来，世界上工业发达国家的注塑机生产厂家都在不断提高普通注塑机的功能、质量、辅助设备的配套能力，以及自动化水平。同时大力开发、发展大型注塑机、专用注塑机、反应注塑机和精密注塑机，以满足生产塑料合金、磁性塑料、 带嵌件和数码光盘制品的需求。

    2003年广东泓利机器有限公司研制成D50数码光盘精密注塑机，实现了我国注塑机从普通型向精密型的跨越。

    注塑机是目前中国塑料机械中发展速度最快、水平与工业发达国家差距较小的塑机品种之一。但这主要指普通型注塑机，在特大型，各种特殊、专用、精密注塑机的多数品种方面，有的产品尚属空白，这是与工业发达国家的主要差距。

2.4 挤出机及辅机（生产线）

    挤出机也是塑料机械的主要品种之一，占塑料机械总产值的31%，用挤出机加工的塑料制品占其总量的1/3左右。

    单螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位，近几年来，单螺杆挤出机有了很大的发展。目前德国生产的大型造粒用单螺杆挤出机，螺杆直径达700mm，产量为36t/h。

    单螺杆挤出机发展的主要标志在于其关键零件——螺杆的发展。近几年以来，人们对螺杆进行了大量的理论和实际研究，至今已有近百种螺杆，常见的有分离型、剪切型、屏障型、分流型与波状型等。 

    双螺杆挤出机喂料特性好，适用于粉料加工，且比单螺杆挤出机有更好的混炼、排气、反应和自洁功能，特别是加工热稳定性差的塑料和共混料时更显示出其优越性。近些年来国外双螺杆挤出机已经有很大的发展，各种形式的双螺杆挤出机已系列化和商品化，生产的厂商也较多，大致分类如下：
（1）按两根螺杆轴线相对位置，有平行和锥形之分；
（2）按两根螺杆啮合程度，有啮合型和非啮合型之分；
（3）按两根螺杆的旋转方向，有同向和异向之分，在异向中又有向内、向外之分；
（4）按螺旋转速度，有高速和低速之分；
（5）按螺杆与机筒的结构，有整体和组合之分。

    在双螺杆挤出机的基础上， 为了更容易加工热稳定性差的共混料，有的厂家又开发出多螺杆挤出机如行星挤出机等。

    中国双螺杆挤出机产品系列不全，规格较少。中国很多塑料制品企业仍采用进口的以螺杆挤出机。

    近几年中国塑料机械成套性已有很大发展，如大连橡胶塑料机械有限公司引进日本技术研制的DKTE系列双螺杆塑料混炼挤出造粒机组，从主机、供料计量、机头、造粒和回收系统到加热、冷却、电控、温控系统都达到了相当完善的程度。薄壁管、厚壁管、缠绕管、波纹管（单、双壁）、复合管等各种管材机组的规格日趋齐全，产品水平质量不断提高。为适应多层复合膜需要，复合共挤技术及其成型机组（吹膜机组）也发展迅速。如青岛德意利集团最近研制的中空壁缠绕管生产线，生产的直管管可达3000mm。又如广东金明塑胶设备有限公司吸收、引进德国莱芬豪赛公司关键技术制造的大型多层共挤复合膜机组，吹制膜单幅宽可达20m。该机组可吹制棚膜、农膜和土工膜，是一机两用设备，适用于线性低密度聚乙烯、茂金属线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、（乙烯/乙酸乙烯酯）共聚物等多种原料。机组中除采用了内冷技术及超声波监控技术外，还同时采用了机、电、气动和液压等多种技术，并有多项技术申请了技术专利。

2.5 中空成型机

    近几年中国的中空成型机发展迅速，也形成了自己的系列。为盛装不同溶液的需求，可生产单层、多层容器，容积为1～5000L。

    目前新开发的主要机型有：数控多坐标中空成型机、高效双模注拉吹中空成型机、直接调温式注拉吹中空成型机等。这类机器研制动向概括归纳为“三化一低”，即自动化、高速化、多层化及低噪音。

    广东金明塑胶有限公司研制设计制造的BM系列中空成型机，采用美国Barer Colman公司100点型坯壁厚控制系统，可满足各种制品对壁厚控制的要求。机器中的电器、液压、气动和控制元件又采用了美国、德国著名企业的名牌产品，确保设备的质量及运行的可靠性。合模装置为国际先进的无拉杆装置，锁模力大且分布均匀，并配备安全光闸，确保操作安全，且移模迅速、平稳，能耗低，装卸模具方便。该技术已获得国家专利，该产品已进入国际先进行列。

    中国塑料机械虽然发展很快，水平也有很大提高，但与国际先进水平比，目前仍有较大差距。目前市场竞争激烈。

3、市场展望

3.1 国内市场

    “十五”期间，塑料机械随着石油化工产品的发展、塑料制品的增加，达到“黄金”时代。此后5～10年，塑料机械仍是朝阳产业。 国内有人预言21世纪的材料领域是塑料的天下，而中国是21世纪塑料工业（包括塑料机械工业）最大的市场。

    目前中国塑料机械行业产值每年约100亿元，而国内市场需求约200亿元，还有很大空间。另外，现在人们已公认一个国家或地区塑料的人均消耗量及塑料工业在国民经济中所占的地位是反映工业发展与进步的重要标志之一。中国塑料资源丰富，21世纪初主要合成树脂年产量达4200万吨，是名副其实的塑料大国，排世界第四位[5]。据预测今后至“十一五”期间，中国合成树脂的产量还要以5%～10%的速度增长，中国又是塑料消费大国。据统计其年消耗量占世界第二，仅次于美国，而中国的人均消费仅为19kg，在世界排名第32位，是工业发达国家的11%～20%，可见中国的塑料工业还要大发展，塑料机械前景广阔，它跟随塑料制品的需要而发展。

3.1.1 农用塑料制品

    现代农业中所需的农用棚膜、地膜、饲草膜、养殖膜、灌溉塑料管、节水用器材等“十一五”期间都需大幅度增长。

    据农业部门预计，至2010年全国园艺设施面积将增加到3800万亩左右，耐候功能膜的年需求量增加到30万吨左右，约占棚膜年销量的40%；地膜覆盖载培面积将扩大到3.1亿亩，地膜的年耗用量将增加到78万吨左右；畜牧、水产专用暧棚面积扩大到150万亩左右，氨化、青贮、缠绕膜的年需求量将达到30万吨左右；除农用溥膜外，农产品贮藏保鲜的包装用膜及塑料容器的需求量将在“十五”的基础上翻两番。

    “十一五”期间全国计划发展农用节水灌溉面积1.5亿亩，其中的1.3亿亩是对现有灌溉面积进行节水技术改造，0.2亿亩是新增节水灌溉面积；发展1.5亿亩农用节水灌溉面积需投入1000亿元，对节水灌溉产品、材料和制剂的投入约占总投入的50%～70%。

3.1.2 建筑用塑料制品

    建筑业是中国的支柱产业之一，塑料制品需求量将持续上升。

    今后5～15年塑料建材将成为新的消费热点和经济增长点。随着塑料建筑制品的品种逐步系列化、配套化和标准化，环保节能的要求和推广应用的力度加大，需要各种塑料管、门窗、高分子防水材料、装饰装修材料、保温材料及其它建筑用塑料制品将有较大加幅度增加。

    按照建设部“十一五”规划，5年内建筑节能要达到1.01亿吨标准煤，节能建筑总面积21.6亿㎡，其中新建筑16亿㎡，改造现有建筑5.6亿㎡。中国有400亿㎡既有建筑，目前约有三分之一需进行节能改造，按照每平方米200元的改造标准，这部分建筑节能材料和技术在未来的市场容量可达2.6万亿元。对于具有节能、节材、节水、节地的塑料管道到2010年建筑给水和排水管道80%采用塑料管，建筑雨水排水管道70%采用塑料管。“十一五”期间，塑料管道工程用量平均每年将达200万吨。对于综合成本较低、性能优越、一次性投入稍高的塑料新型材料如PU、EPS、XPS、PP、PVC等发泡材料的应用前景潜力巨大，拓展领域十分广阔。

3.1.3包装用塑料制品

    包装用塑料主要包括塑料软包装、编织袋、中空容器、周转箱等，是塑料制品应用中的最大领域之一。2005年塑料包装超过700万吨，约占包装材料总产量的1/3，居各种包装材料之首。

    各种矿产品、化工产品、合成树脂、原盐、粮食、糖、棉花和羊毛等包装已大量采用塑料编织袋和重包装袋取代纸袋和黄麻袋，塑料包装作为主要包装材料是必然趋势。还有饮料、洗涤用品、化妆品、化工产品等等在中国迅速发展，必不可少的复合膜、包装膜、容器、周转箱等塑料包装材料有很大的需求。食品和药品包装需求十分旺盛。中国是13亿人口大国，而食品和药品是国计民生大宗重要物资，相应的包装需求十分旺盛。中国药用包装的增长速度位居世界八大药物生产国榜首。就品种而言，塑料泡罩式包装和塑料瓶包装需求量大幅增长。

3.1.4汽车用塑料制品

    据汽车界权威专家估计，2006年中国汽车总需求量将达650万辆。中国汽车塑料平均使用量达70公斤，年消费40多万吨。汽车用塑料品种有：PVC、PP、PE、PU、ABS、PA、POM等。随着汽车报废量逐年增加，车用塑料和家电及电子电器塑料量稳步增加，其回收再生利用一样成为废料来源的重点，但处理原则类似。2010年，中国的汽车塑料需用量将80万吨左右。因此，对报废汽车塑料件的回收、再生利用来说任务越来越艰巨。

3.1.5其它塑料制品

    其它塑料制品如医用高分子材料，2005年市场需求规模达120～150亿元。“十一五”医用塑料制品将大幅度扩展，未来市场需求将提升至200～250亿元。日用塑料制品花样更多，“十一五”期间需求量也需大幅增长。

    综上所述，根据塑料制品的需求，预测今后的5～10年，塑料机械品种、花样还要大发展，产品的年产量将以5%～10%增加。为消除污染，塑料的回收设备也将逐年增加
。

3.2国际市场

    中国加入WTO后，面临新的挑战及全球经济一体化的发展趋势，中国的塑料机械行业应顺应国内外形势变化，利用好国家相关政策，积极调整战略，走出国门，开创新局面。

    中国企业进军海外，早已被列入“十五”计划“走出去”计划战略中。中国对外投资目标中，到2015年将培育出50家大型跨国企业，跻身世界500强。塑料机械行业的大企业应跻身于其中，在国际大舞台上广泛深入的合作与竞争。

    国际市场对塑料机械要求不一，层次不同，西欧市场对塑料机械产品的技术和质量要求很高，中国目前尚难跻身。日本的贸易保护和技术水平是一种无形堡垒，中国难以打入，即使打入，出口量也不大。港澳地区是中国的传统市场，但近几年来该地区已形成了自己的塑料工业，具有一定的机械制造能力。美国尽管技术水平很高，但要求是多层次的，在出口高档次塑料机械的同时，又进口不少自己没有和不愿生产的塑料机械。早在1996年美国进口塑料机械的金额为4.95亿美元。目前中国塑料机械如浙江省宁波海天塑料机械有限公司的注塑机已打入美国。通过产品质量提高、售后服务的加强，美国的市场一定能随之扩大。

    另外，中东产油国如约旦、伊朗、沙特等国家有较多的外汇收入，他们喜欢以招标的方式和承包工程进口成套塑料加工设备。随着中国设备成套水平的提高，市场开拓能力将越来越大。常州自动控制系统工程公司的成套编织袋生产线已打入该市场。东南亚国家如印尼、泰国、马来西亚、越南等国家是另一个塑料机械传统市场，预计未来的需求仍将呈上升趋势，特别是越南对塑料机械的需求量增长很快。过去中国援越的设备经过几十年使用已达到了必须更新的地步。俄罗斯和东欧市场潜力很大，也是中国的主要市场之一。靠近中国方面的远东地区的塑料机械几乎全靠进口，南美、非洲也是中国出口塑料机械的潜在市场。

    为了提高产品附加值占领市场，必须尽快完成塑料机械产品的升级换代，提高档次。
注塑机  应全面淘汰继电器控制，采用数字程序、可编程序的开环控制，对精密注塑机采用半闭环控制系统；液压系统采用双泵及流量、压力双比例阀；主机部分采用双缸注射及内翻式五铰双肘合模机构；对大型注塑机控制部分增加位移传感器、自动上料器、模温控制器、机械手自动换模，实现微机自动控制；液压系统采用变量泵、蓄能器；主机结构上采用简单的直压式锁模机构，对大型注塑机可开发双模板新型结构。

    挤出机及辅机  ①加大螺杆长径比（L/D>30），尽量采用分离型、屏障型、波状型等新型螺杆，提高转速（最高转速n>200r/min），采用不停机换过滤网装置； ②采用变频器调速，降低能耗，降低比功率； ③采用程控式微机，实现温度、压力、速度等自动控制； ④编织袋生产线中应提高牵伸装置加热精度和牵伸速度，研制新的水冷装置，适应高速生产，提高园织机转速和降低能耗和噪音，提高印刷机质量，使成套设备的档次上一个台阶； ⑤吹塑薄膜机组（包括多层共挤吹膜）应配备自动配料系统，快速不停机换网，自动测厚装置，上牵引旋转系统和自动纠偏系统等。

    在上述两类机械产品中，还要扩大与开发变频器的应用，提高产品质量并向高速、节能方向发展。

    中国要想改变国内塑料机械现状，在国际上取得与其规模相匹配的发言权，进而打进世界塑机强国，“十一五”是关键时期。专家们建议要在总结经验、找出差距的基础上，采取如下措施：

（1）调整企业组织结构

    从整体上看，中国塑料机械工业实力不断增强，水平在日益提高，但组织结构不理想，大规模企业极少，中小型企业占居半壁江山。小企业在技术力量、生产设备或管理水平方面都很薄弱，抗风险能力差。因此中国塑料机械行业生产同类型产品的企业应联合起来，走集团化道路，参与竞争。

（2）加大技术投入

    中国国内专门从事塑料机械研究的机构太少，从事塑料机械产品研究的力量薄弱，导致塑机产品技术含量低。

    “十一五”期间应充实、扩大塑机的研究机构，重点培养、引进、使用这方面人才，开拓新技术，创出自己的专利产品，以提高塑机“身价”。

（3）利用国际塑机成果
     
    国外工业发达国家的塑料机械行业起步早，掌握了较多的塑机方面新技术、新产品和技术专利，中国在创新、开拓产品时，尽量借鉴国际经验，利用国际上已有塑机成果，不走重复研究、开拓之路，应采取联合、合资、引进等方式，甚至采购先进成熟的零部件、配件的控制系统，开创、改造中国的塑料机械，使中国的塑料机械产品尽快提高档次，再上一个新台阶。

（4）采用先进工艺装备
    
    目前中国塑机制造企业的机械加工设备多数采用通用机床加工塑机零部件，效率低，质量不稳定。应当取而代之的是采用专用工具、夹具、量具数控机床和专用机床对批量较大的塑机零件进行机械加工。只有用先进的工艺装备才能提高效率、保证质量和降低成本。

（5）发展劳动密集型产品

    目前世界上产业结构在调整，工业发达国家不断将工业生产转向资本密集型和技术密集行业，劳动密集型产品正向发展中国家和地区转移。中国应利用这个机遇，发展开炼机、密炼机、压延机、塑料回收再生设备及高档的边缘设备等，为扩大塑料机械出口创汇和解决劳动力过剩创造条件。

4、结语

    中国加入WTO后进一步改善了中国塑机行业的国际市场环境。塑机行业要抓住机遇，充分利用好相关政策，发挥本土（国内市场）劳动力成本低和社会稳定、国内生产总值持续增长优势，苦练“内功”，采取有效措施，使生产效益一直走在中国机械行业之首的中国塑料机械行业以更高的年均增长率再创辉煌。