信息化到底能為工業(yè)化做些什么
| 、時(shí)序等為形式的生產(chǎn)單元流程，提供派遣信息，并可改變預(yù)先的調(diào)度方案和通過(guò)緩沖區(qū)管理來(lái)控制加工數(shù)量。過(guò)去的連續(xù)過(guò)程生產(chǎn)裝置是按某種產(chǎn)品的生產(chǎn)能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，物料平衡公式和設(shè)備的選型也是按該生產(chǎn)能力進(jìn)行（也許加上10％的富裕量），因此，我們經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到車(chē)間主任或班組長(zhǎng)如何努力，而生產(chǎn)出超過(guò)裝置設(shè)計(jì)能力20％或25％時(shí)，如何興高采烈，并可能領(lǐng)取超額獎(jiǎng)金。極少有裝置生產(chǎn)能力小于設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的情形。然而，如果該產(chǎn)品由于市場(chǎng)需求降低，從而要求生產(chǎn)量降低時(shí)，則該裝置的各種物理參數(shù)和控制參數(shù)很難適應(yīng)，不能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。當(dāng)由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、管制、或其它任何原因要停止該產(chǎn)品，而轉(zhuǎn)生產(chǎn)另一種產(chǎn)品時(shí)，通常我們不得不停止該裝置，或進(jìn)行大投資改裝。當(dāng)今，靈活滿足市場(chǎng)需求，快速響應(yīng)市場(chǎng)已經(jīng)變成主要的經(jīng)營(yíng)驅(qū)動(dòng)力，我們的過(guò)程控制或生產(chǎn)控制必須適應(yīng)這種需求。儀器儀表協(xié)會(huì)也制定了批量控制的標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ISAS88.01BatchModelsandTerminology，為我們開(kāi)發(fā)和應(yīng)用批量控制提供了很好的指導(dǎo)。第四代的DCS基本都提供了自主的或集成的批處理功能軟件。他們把批量控制（BATCH-CONTROL）加入DCS系統(tǒng)，變成一種類(lèi)似先進(jìn)控制算法模塊的組件。 圖2MES的一般功能模塊示意圖 ③文檔控制（DocumentControl）：控制與生產(chǎn)單元相關(guān)的記錄，具有編輯和指令下達(dá)等功能。第四代DCS基本都能自動(dòng)生成各種操作記錄、日志以及各種檔案文件。 ④數(shù)據(jù)收集/獲?。―ataCollection/Acquisition）：提供獲取內(nèi)部數(shù)據(jù)的接口，構(gòu)成相應(yīng)的表格和記錄，數(shù)據(jù)的收集可以是自動(dòng)或手動(dòng)方式。 ⑤勞工管理（LaborManagement）：提供職員有關(guān)狀態(tài)，并與資源配置關(guān)聯(lián)來(lái)決定最優(yōu)分配，值得一提的是，在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，人和設(shè)備越來(lái)越變成有機(jī)配合的整體。 ⑥質(zhì)量管理（QualityManagement）：提供度量的實(shí)時(shí)分析來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量控制并鑒定需注意的問(wèn)題，建議更正的建議，也包括SPC/SQC的跟蹤和離線檢查操作的管理以及LIMS的分析等。 ⑦維護(hù)管理（MaintenanceManagement）：跟蹤和指導(dǎo)設(shè)備和工具維護(hù)的活動(dòng)來(lái)保證生產(chǎn)和調(diào)度的進(jìn)程，也提供緊急問(wèn)題的反應(yīng)，如報(bào)警，并維護(hù)歷史信息來(lái)支持問(wèn)題的診斷。例如，Emerson聲稱通過(guò)其設(shè)備管理功能，用戶可以在正確的時(shí)間、以正確的方式維護(hù)正確的設(shè)備，節(jié)省掉大部分的例行大修時(shí)間并排除非計(jì)劃停車(chē)時(shí)間。 ⑧產(chǎn)品跟蹤和系譜（ProductTracking）：提供工作的可見(jiàn)度和相關(guān)的狀態(tài)信息，在線跟蹤功能可產(chǎn)生歷史記錄。 ⑨性能分析（PerformanceAnalysis）：通過(guò)分析不同功能的匯總信息，提供實(shí)際生產(chǎn)操作與歷史記錄和期望結(jié)果的報(bào)告。 DCS的集成性則體現(xiàn)在兩個(gè)方面：功能的集成（如上面所述）和產(chǎn)品的集成。過(guò)去的DCS廠商基本上是以自主開(kāi)發(fā)為主，提供的系統(tǒng)也是自己的系統(tǒng)。當(dāng)今的DCS廠商更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的集成性和解決方案能力，DCS中除保留傳統(tǒng)DCS所實(shí)現(xiàn)的過(guò)程控制功能之外，還集成了PLC（ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器），RTU（RemoteTerminalUnit，遠(yuǎn)程終端設(shè)備），F(xiàn)CS（FieldbusControlSystem，現(xiàn)場(chǎng)總線），各種多回路調(diào)節(jié)器，各種智能采集或控制單元等。此外各DCS廠商不再把開(kāi)發(fā)組態(tài)軟件或制造各種硬件單元視為核心技術(shù)，而是紛紛把DCS的各個(gè)組成部分采用第三方集成方式或OEM方式。例如，多數(shù)DCS廠商自己不再開(kāi)發(fā)組態(tài)軟件平臺(tái)，而轉(zhuǎn)入采用兄弟公司（如Foxboro用Wonderware軟件為基礎(chǔ)）的通用組態(tài)軟件平臺(tái),或其它公司提供的軟件平臺(tái)（Emerson用Intellution的軟件平臺(tái)做基礎(chǔ)）。此外，許多DCS廠家甚至I/O組件也采用OEM方式（Foxboro采用Eurothem的I/O模塊，橫河的R3采用富士電機(jī)的Processio作為I/O單元基礎(chǔ),Honeywell公司的PKS系統(tǒng)則采用Rockwell公司的PLC單元）作為現(xiàn)場(chǎng)控制站。 (2)DCS變成真正的混合控制系統(tǒng) 過(guò)去我們區(qū)分DCS和PLC 主要通過(guò)被控對(duì)象的特點(diǎn)（過(guò)程控制和邏輯控制）來(lái)進(jìn)行劃分。但是，第四代的DCS已經(jīng)將這種劃分模糊化了。幾乎所有的第四代DCS都包容了過(guò)程控制、邏輯控制和批處理控制，實(shí)現(xiàn)了混合控制。這也是為了適應(yīng)用戶的真正控制需求。因?yàn)?，多?shù)的工業(yè)企業(yè)絕不能簡(jiǎn)單地劃分為單一的過(guò)程控制和邏輯控制需求，而是由過(guò)程控制為主或邏輯控制為主的分過(guò)程組成的。我們要實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化，提高整個(gè)工廠的效率，就必須把整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程納入統(tǒng)一的分布式集成信息系統(tǒng)。例如，典型的冶金系統(tǒng)、造紙過(guò)程、水泥生產(chǎn)過(guò)程、制藥生產(chǎn)過(guò)程和食品加工過(guò)程、發(fā)電過(guò)程，大部分的化工生產(chǎn)過(guò)程都是由部分的連續(xù)調(diào)節(jié)控制和部分的邏輯聯(lián)鎖控制構(gòu)成。第四代的各DCS系統(tǒng)幾乎全部采用IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組態(tài)軟件設(shè)計(jì)。而該標(biāo)準(zhǔn)原為PLC語(yǔ)言設(shè)計(jì)提供的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)一些DCS（如Honeywell公司的PKS）還直接采用成熟的PLC作為控制站。多數(shù)的第四代DCS都可以集成中小型PLC作為底層控制單元。今天的小型和微型PLC不僅具備了過(guò)去大型PLC的所有基本邏輯運(yùn)算功能，而且高級(jí)運(yùn)算、通信以及運(yùn)動(dòng)控制也能實(shí)現(xiàn)。 (3)DCS包含F(xiàn)CS功能并進(jìn)一步分散化 過(guò)去一段時(shí)間，一些學(xué)者和廠商把DCS和FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）對(duì)立起來(lái)。其實(shí)，真正推動(dòng)FCS進(jìn)步的仍然是世界主要幾家DCS廠商。所以，筆者以前也曾說(shuō)過(guò)DCS不會(huì)被FCS所代替，而是DCS會(huì)包容FCS，實(shí)現(xiàn)真正的DCS。如今，這一預(yù)測(cè)正在被現(xiàn)實(shí)所驗(yàn)證。所有的第四代DCS都包含了各種形式的現(xiàn)場(chǎng)總線接口，可以支持多種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。此外，各DCS還改變了原來(lái)機(jī)柜架式安裝I/O模件、相對(duì)集中的控制站結(jié)構(gòu)，取而代之的是進(jìn)一步分散的I/O模塊（導(dǎo)軌安裝），或小型化的I/O組件（可以現(xiàn)場(chǎng)安裝）或中小型的PLC。分布式控制的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是邏輯分割，工程師可以方便地把不同設(shè)備的控制功能按設(shè)備分配到不同的合適控制單元上，這樣，操作工可以根據(jù)需要對(duì)單個(gè)控制單元進(jìn)行模塊化的功能修改，下裝和調(diào)試。另外的優(yōu)點(diǎn)是各個(gè)控制單元分布安裝在被控設(shè)備附近，既節(jié)省電纜，又可以提高該設(shè)備的控制速度。一些DCS還包括分布式HMI就地操作站，人和機(jī)器將有機(jī)地融合在一起，共同完成一個(gè)智能化工廠的各種操作。 例如，Emerson的DeltaV，F(xiàn)oxboro的A2中的小模塊結(jié)構(gòu)，Ovation的分散模塊結(jié)構(gòu)等?？梢哉f(shuō)現(xiàn)在的DCS廠商已經(jīng)越過(guò)炒作概念的誤區(qū)，而是突出實(shí)用性。一套DCS可以適應(yīng)多種現(xiàn)場(chǎng)安裝模式：或用現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表、或采用現(xiàn)場(chǎng)I/O智能模塊就地安裝（既節(jié)省信號(hào)電纜，又不用昂貴的智能儀表）或采用柜式集中安裝（特別適合改造現(xiàn)場(chǎng)）。一切由用戶的現(xiàn)場(chǎng)條件決定，充分體現(xiàn)為用戶設(shè)想的理念。 (4)DCS已經(jīng)走過(guò)高技術(shù)產(chǎn)品時(shí)代，進(jìn)入低成本時(shí)代。配置靈活，適應(yīng)各種系統(tǒng)應(yīng)用 DCS在八十年代，甚至九十年代還是技術(shù)含量高、應(yīng)用相對(duì)復(fù)雜、價(jià)格也相當(dāng)昂貴的工業(yè)控制系統(tǒng)。隨著應(yīng)用的普及，大家對(duì)信息技術(shù)的理解，DCS已經(jīng)走出高貴的神秘塔，變成大家熟悉的，價(jià)格合理的常規(guī)控制產(chǎn)品。第四代DCS的另一個(gè)顯著特征就是各系統(tǒng)紛紛采用現(xiàn)成的軟件技術(shù)和硬件（I/O處理）技術(shù)，采用靈活的規(guī)模配置，大大降低系統(tǒng)的成本與價(jià)格?？梢哉f(shuō)現(xiàn)在采用先進(jìn)的DCS實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制比原來(lái)采用常規(guī)的儀器儀表進(jìn)行簡(jiǎn)單控制，用戶投資增加不多，但是實(shí)現(xiàn)的功能確大大加強(qiáng)。就控制站而言，原來(lái)一個(gè)物理信號(hào)處理平均1500元（人民幣），而現(xiàn)在已經(jīng)降到800元左右。過(guò)去國(guó)外DCS一般只適合于大中型的系統(tǒng)應(yīng)用，在小型應(yīng)用中成本很高，但第四代DCS都采用靈活的配置，不僅經(jīng)濟(jì)地應(yīng)用于大中型系統(tǒng)，而且應(yīng)用于小系統(tǒng)也很合適。 (5)DCS平臺(tái)開(kāi)放性與應(yīng)用服務(wù)專(zhuān)業(yè)化 二十年來(lái)，工業(yè)自動(dòng)化界討論非常多的一個(gè)概念就是開(kāi)放性。過(guò)去，由于通信技術(shù)的相對(duì)落后，開(kāi)放性是困擾用戶的一個(gè)重要問(wèn)題。為了解決該問(wèn)題，人們?cè)O(shè)想了多種方案，其中包括CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）系統(tǒng)概念中的開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)（MAP7層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議平臺(tái)）。然而，有心栽樹(shù)樹(shù)不活，MAP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并沒(méi)有得到真正的推廣應(yīng)用。而當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、軟件技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展為開(kāi)放系統(tǒng)提供了可能。各DCS廠家競(jìng)爭(zhēng)的加劇，促進(jìn)了細(xì)化分工與合作，各廠家放棄了原來(lái)自己獨(dú)立開(kāi)發(fā)的工作模式，變成集成與合作的開(kāi)發(fā)模式，所以開(kāi)放性自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了。第四代DCS全部支持某種程度的開(kāi)放性。開(kāi)放性體現(xiàn)在DCS可以從三個(gè)不同層面與第三方產(chǎn)品相互連接：在企業(yè)管理層支持各種管理軟件平臺(tái)連接；在工廠車(chē)間層支持第三方先進(jìn)控制產(chǎn)品、SCADA平臺(tái)、MES產(chǎn)品、BATCH處理軟件、同時(shí)支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（以以太網(wǎng)為主）；在裝置控制層可以支持多種DCS單元（系統(tǒng)）、PLC、RTU、各種智能控制單元等以及各種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 值得注意的是開(kāi)放性的確有很多好處，但是在考慮開(kāi)放性的同時(shí)，首先要充分考慮系統(tǒng)的安全性和可靠性，因?yàn)?，生產(chǎn)過(guò)程的故障停車(chē)或事故造成的損失可能比開(kāi)放性選擇產(chǎn)品所節(jié)省的成本要高得多。同時(shí)需注意，在選擇系統(tǒng)設(shè)備時(shí)，先要確定系統(tǒng)的需求，然后根據(jù)需求選擇必要的設(shè)備。盡量不要裝備一些不必要的功能，特別是網(wǎng)絡(luò)功能和外設(shè)的選擇一定要慎重。例如，我們?cè)谶x擇開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，遭到病毒或黑客襲擊的可能就會(huì)加大；我們選擇豐富的外設(shè)如光驅(qū)或軟驅(qū)，就給操作人員提供了裝載無(wú)關(guān)軟件（如游戲等）的機(jī)會(huì)等等。這些都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓或其它致命故障。 隨著開(kāi)放系統(tǒng)和平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的選擇更加靈活，軟件組態(tài)功能越來(lái)越強(qiáng)大并靈活，但是，每一個(gè)特定的應(yīng)用都需要一個(gè)獨(dú)特的解決方案，所以專(zhuān)業(yè)化的應(yīng)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)是當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化廠商或系統(tǒng)集成商成功的關(guān)鍵因素。各DCS廠家在努力宣傳各自DCS技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，更是努力宣傳自己的行業(yè)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施能力。為不同的用戶提供專(zhuān)業(yè)化的解決方案并實(shí)施專(zhuān)業(yè)化的服務(wù)將是今后各DCS廠家和系統(tǒng)集成商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，同時(shí)也是各廠家盈利的主要來(lái)源。 3工作實(shí)踐 3.1國(guó)產(chǎn)DCS簡(jiǎn)介 中國(guó)自動(dòng)化界的仁人志士經(jīng)歷了不懈的努力致力于發(fā)展自己的DCS產(chǎn)業(yè)。目前以和利時(shí)、浙大中控、上海新華為代表的國(guó)內(nèi)DCS廠家經(jīng)過(guò)十年的努力，各自推出自己的DCS系統(tǒng)：和利時(shí)推出MACS－Smartpro第四代DCS系統(tǒng)，浙大中控推出Webfield（ECS）系統(tǒng)，新華推出XDPF－400系統(tǒng)。三家積極努力，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)成功地將自主系統(tǒng)應(yīng)用于各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，正在逐步取得用戶的認(rèn)可。例如新華公司在火力發(fā)電方面取得顯著成績(jī)，浙大中控在化工控制等方面業(yè)績(jī)突出，和利時(shí)公司在核電、熱電、化工、水泥、制藥以及造紙等方面取得了一定的業(yè)績(jī)。和利時(shí)公司僅2002年就在各行業(yè)取得500多個(gè)合同。此外，和利時(shí)公司把DCS結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓展，應(yīng)用到大型軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)和管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)。通過(guò)激烈競(jìng)爭(zhēng)，和利時(shí)公司成功地實(shí)現(xiàn)了秦山核電站60萬(wàn)千瓦核電站綜合計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和常規(guī)島控制系統(tǒng)，并與國(guó)內(nèi)外公司競(jìng)爭(zhēng)獲得了秦山一期30萬(wàn)千瓦核電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造，大亞灣核電站等各個(gè)核電站部分計(jì)算機(jī)系統(tǒng)合同。公司承擔(dān)的北京輕軌和深圳地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離（十幾個(gè)車(chē)站，幾十公里）、大數(shù)據(jù)量（物理點(diǎn)幾萬(wàn)個(gè)）、通信信息復(fù)雜（城域網(wǎng)、局域網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)、無(wú)限通信網(wǎng)等）、多樣化（電力電器控制、環(huán)境控制、RTU、部分機(jī)車(chē)運(yùn)行信號(hào)、車(chē)站信息等）綜合功能。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用為我國(guó)城鐵和地鐵發(fā)展提高了綜合監(jiān)控能力，并降低了成本，該方案已經(jīng)成為事實(shí)上的綜合監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)。 在中國(guó)的DCS市場(chǎng)上，三家國(guó)內(nèi)廠商已經(jīng)具備了相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)能力。例如通過(guò)新華公司與和利時(shí)公司在火電站控制領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)以及和利時(shí)公司與浙大中控在化工等領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)，使得國(guó)外的DCS紛紛降價(jià)?？梢哉f(shuō)三家公司******的貢獻(xiàn)是把國(guó)外的DCS價(jià)格降到了原來(lái)40％以下，為DCS在國(guó)內(nèi)工業(yè)企業(yè)的普及應(yīng)用，特別 |
