自动化领域的最新发展趋势
我国工业企业,未来的十年将面临着市场与能源;清洁生产与环境保护;高效与规范;负责与协调的挑战。节能、环保、安全、高效就是每一个企业必须要面对的课题,而自动化技术与这四大目标又就是紧密相连,本文将就当今自动化领域内
的最新发展趋势做一简述,以便为我国工业发展,搭建更为广阔的交流与沟通的平台。
一、信息技术推动自动化
以信息技术改造冶金行业,以信息化推进自动化,自动化再促使节能、环保、安全、高效四大目标的实现,已成为业界的共识。在当今自动化领域内,从工艺现场层到工厂(集团)管理层可经由以太网,基本实现信息的畅通无缝流通,所谓的“现代集成生产工艺”就是将信息技术、网络技术与现代新工艺相结合,并应用于企业产品生命周期的各个阶段,通过信息的无缝集成、过程优化与资源优化,实现物流、信息流、价值流的集成,以缩短企业新产品的开发周期(T)、提高质量(Q)、降低成本(C)、改进服务(S)与改善环境(E),从而提升企业的市场的应变能力与竞争能力,与此想适应开发出一系列管理层软件,如ERP、MRP、MIS、PES等,并越来越显示其巨大的经济效益。
国内一些大冶金集团在当前竞争不断加剧的压力下,也
紧跟这股信息化的潮流,推进自动化的发展,如国内某冶金集
团近几年来,在新建的冶金生产线做自动化控制系统配置时,在现场级与过程控制级(PCS)的上端,还增加了制造执行系统(MES )层,并正在策划与运作ERP,即企业资源规划与管理层,它包括有生产管理系统、质量控制系统、采购管理系统、仓库管理系统、销售子系统、设备管理系统、财务管理系统、办公自动化管理系统与综合管理子系统等。
现今计算机技术、网络技术与先进的控制技术相结合,
已不再停留在理论与实验阶段。如模型预测、神经元与神经网络、模糊控制、多变量控制、自适应与自寻优等先进控制算法已进入实践并用于DCS、PLC等控制器中,而且这种趋势在加快。
IT技术与自动化结合另一热点就是公共数据库、局域网、互联网、无线技术等渗透控制系统使控制系统扁平化,实现了跨平台,跨地区的控制。西门子公司全集成自动化TIA的自动化新理念,Schneider公司推出的“协同自动化Collaborate Automation”,“透明就绪Transparent Ready”,“Unity 自动化平台”新概念;以及Rockwell提出的全集成的EtherNet/IP等,这些自动化新理念使得自动化控制系统更完整,也更完美。
二、自动化技术的互补与渗透
DCS,PLC,IPC就是自动控制领域的三大支柱,它们之间竞争激烈,但又取长补短与相互渗透,相互融合,因而形成了具有混合控制策略的PLC/DCS混合系统HCS,某咨询集团把其称
之为PAC。对于比较典型的流程工业,决定了其开关量逻辑控制的主导地位,同时模拟量的处理多为简单的显示与给定,控制回路基本上为并不复杂的单回路调节,这些特点适合于HCS的应用。目前市场以PLC为主导地位的Siemens、Schneider、Rockwell等公司纷纷推出的具有混合控制策略的PLC/DCS混合系统HCS,如Siemens的PCS7, ABB的
AC800F,800M, Schneider的Modicon Quantum, Rockwell的ControlLogix等,已作为主导产品在行业推广,并已取得不俗的业绩。
混合系统HCS的主要特点就是:构建一个公共的、集成的开发环境,提供通用开发平台、共用标签与单一数据库,以满足多领域自动化系统设计与集成的需要;
同时它采用了可自由组合的模块化的硬件架构,减少系统升级带来的开销。它支持IEC61158等现场总线国际标准以实现高度分散的自动化环境,也支持事实上的工业以太网标准,可方便地与上一级的ERP、MIS、MES集成。有些企业的控制系统采用了Siemens的PCS7,就感到比西门子公司原有的PLC与step7的系统前进了一大步,主要就就是开发环境的完善,并能方便实现集团的MIS与MES集成,这对于做系统工程的设计院与系统集成商就是至关重要的。
三、自动化系统更注重功能与信息安全
安全生产越来越引起人们的关注,人的生命高于一切,已
成为衡量现代工业的重要指标,对于安全事故多发的我国,意义更为重要。自动化控制系统主要考虑的安全有:电气安全、防爆安全、信息安全与功能安全。信息安全就是指由于信息泄密、黑客入侵等系统的安全性;功能安全就是指控制系统所执行的安全功能失效引起的可能危险。目前已相继出台的国际标准有IEC61508—电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全标准,IEC61511—关于过程工业领域安全仪表系统的功能安全标准,一般以整体安全等级SIL来评估风险程度,共有4级,安全等级SIL越高,风险就越低。
在自动化领域内现今纷纷出台了相应的标准产品,如Siemens的故障安全容错S7F/FH系统,Rockwell的Gruard PLC等,有的公司则配置专用的安全模块与相应的组态软件,并由被动的维护、诊断发展到预防性安全措施,与此相适应还出台了许多安全协议,如PROFIsafe、CIPsafety等。
四、控制系统由集中向分散化发展
智能化分布式I/O就是将某一部分I/O组成一个有自治能力的节点,其本身带有处理器,独立完成某一部分的控制。由于组合在一个框架内,它可直接安装在现场,甚至空间十分有限的地方,但它同时又可链接到中央计算机,从而将控制系统从传统的三层结构简化为二层结构。许多有名的PLC厂商大都推出了分布式I/O,如Siemens的ET200系列,Rockwell的Flex ArmorI/O, Wago的WAGO-SPEED WAY 767等高速智能