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類型分類：: 科普知識

數(shù)據(jù)分類：: 汽車連接器

淺談自動化領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢

發(fā)布日期：2022-04-27 點擊率：225

    本文就當今自動化領(lǐng)域內(nèi)和水泥行業(yè)有關(guān)的最新發(fā)展趨勢做一簡述，以便為我國水泥工業(yè)發(fā)展，搭建更為廣闊的交流和溝通的平臺。

　　我國水泥工業(yè)和其他流程工業(yè)一樣，未來的十年將面臨著市場和能源；清潔生產(chǎn)和環(huán)境保護；高效和規(guī)范；負責和協(xié)調(diào)的挑戰(zhàn)。節(jié)能、環(huán)保、安全、高效是每一水泥集團必須要面對的課題，而自動化技術(shù)和這四大目標又是緊密相連，本文將就當今自動化領(lǐng)域內(nèi)和水泥行業(yè)有關(guān)的最新發(fā)展趨勢做一簡述，以便為我國水泥工業(yè)發(fā)展，搭建更為廣闊的交流和溝通的平臺。

　　一、信息技術(shù)推動自動化

　　以信息技術(shù)改造水泥行業(yè)，以信息化推進自動化，自動化再促使節(jié)能、環(huán)保、安全、高效四大目標的實現(xiàn)，已成為業(yè)界的共識。在當今自動化領(lǐng)域內(nèi)，從工藝現(xiàn)場層到工廠（集團）管理層可經(jīng)由以太網(wǎng)，基本實現(xiàn)信息的暢通無縫流通，所謂的“現(xiàn)代集成生產(chǎn)工藝”是將信息技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)和現(xiàn)代新工藝相結(jié)合，并應用于企業(yè)產(chǎn)品生命周期的各個階段，通過信息的無縫集成、過程優(yōu)化和資源優(yōu)化，實現(xiàn)物流、信息流、價值流的集成，以縮短企業(yè)新產(chǎn)品的開發(fā)周期（T）、提高質(zhì)量（Q）、降低成本（C）、改進服務（S）和改善環(huán)境（E），從
而提升企業(yè)的市場的應變能力和競爭能力，與此想適應開發(fā)出一系列管理層軟件，如ERP、MRP、MIS、PES等，并越來越顯示其巨大的經(jīng)濟效益。

　　國內(nèi)一些大水泥集團在當前競爭不斷加劇的壓力下，也緊跟這股信息化的潮流，推進自動化的發(fā)展，如國內(nèi)某水泥集團近幾年來，在新建的水泥生產(chǎn)線做自動化控制系統(tǒng)配置時，在現(xiàn)場級和過程控制級（PCS）的上端，還增加了制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES ）層，并正在策劃和運作ERP，即企業(yè)資源規(guī)劃和管理層，它包括有生產(chǎn)管理系統(tǒng)、質(zhì)量控制系統(tǒng)、采購管理系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)、銷售子系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、財務管理系統(tǒng)、辦公自動化管理系統(tǒng)和綜合管理子系統(tǒng)等。在水泥市場供大于求，競爭激烈的形勢下，由于該集團初步實現(xiàn)了MES的運營，集團化管理的控制力和執(zhí)行力明顯提高，精細化運行方式使得物流成本和原材料成本得到控制，實現(xiàn)了綜合效益的大幅增長，凈利潤比去年同期增加了12.76%。筆者認為該集團的MES運營還是初期的，要把生產(chǎn)調(diào)度和企業(yè)領(lǐng)導的決策統(tǒng)一成為真正的企業(yè)管理級（ERP）還需要進一步開發(fā)。

　　現(xiàn)今計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)和先進的控制技術(shù)相結(jié)合，已不再停留在理論和實驗階段如模型預測、神經(jīng)元和神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊控制、多變量控制。自適應和自尋優(yōu)等先進控制算法已進入實踐并用于DCS、PLC等控制器中，而且這種趨勢在加快。在水泥工業(yè)用于窯和磨的模糊控制、多變量控制以及專家系統(tǒng)早在上世紀就有應用，但這些大多是由水泥設(shè)備供應商自行開發(fā)的如FLS、KHD等，他們提供的僅是獨立的軟件，和系統(tǒng)幾乎沒有任何聯(lián)系。而現(xiàn)在是控制系統(tǒng)的供應商已將先進控制算法用于DCS和PLC等控制器中，如Siemens公司專門為水泥工業(yè)開發(fā)的CEMAT集成化標準軟件，它具有水泥工廠過程控制優(yōu)化的功能塊，還包括窯的煅燒和磨的負荷優(yōu)化控制，該軟件包并集成于Siemens公司的過程控制系統(tǒng)PCS7中；ABB公司的Optimize IT優(yōu)化專家則集成于Industry IT中，它通過集成大量已驗證的先進控制技術(shù)及廣泛的專家知識庫，如模糊邏輯、控制模型、神經(jīng)元和模糊控制等，來對水泥生產(chǎn)過程進行控制及實施優(yōu)化決策管理。

　　IT技術(shù)與自動化結(jié)合另一熱點是公共數(shù)據(jù)庫、局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、無線技術(shù)等滲透控制系統(tǒng)使控制系統(tǒng)扁平化，實現(xiàn)了跨平臺，跨地區(qū)的控制。西門子公司全集成自動化TIA的自動化新理念，Schneider公司推出的“協(xié)同自動化Collaborate Automation”，“透明就緒Transparent Ready”,“Unity 自動化平臺”新概念；以及Rockwell提出的全集成的EtherNet/IP等，這些自動化新理念使得自動化控制系統(tǒng)更完整，也更完美。

　　二、自動化技術(shù)的互補與滲透

　　DCS，PLC，IPC是自動控制領(lǐng)域的三大支柱，它們之間競爭激烈，但又取長補短和相互滲透，相互融合，因而形成了具有混合控制策略的PLC/DCS混合系統(tǒng)HCS，某咨詢集團把其稱之為PAC。水泥行業(yè)作為較典型的流程工業(yè)決定了其開關(guān)量邏輯控制的主導地位，同時模擬量的處理多為簡單的顯示和給定，控制回路基本上為并不復雜的單回路調(diào)節(jié)，這些特點適合于HCS的應用。目前市場以PLC為主導地位的Siemens、Schneider、Rockwell等公司紛紛推出的具有混合控制策略的PLC/DCS混合系統(tǒng)HCS，如Siemens的PCS7, ABB的AC800F，800M, Schneider的Modicon Quantum, Rockwell的ControlLogix等，已作為主導產(chǎn)品在水泥行業(yè)推廣，并已取得不俗的業(yè)績。

　　混合系統(tǒng)HCS的主要特點是：構(gòu)建一個公共的、集成的開發(fā)環(huán)境，提供通用開發(fā)平臺、共用標簽和單一數(shù)據(jù)庫，以滿足多領(lǐng)域自動化系統(tǒng)設(shè)計和集成的需要；

　　同時它采用了可自由組合的模塊化的硬件架構(gòu)，減少系統(tǒng)升級帶來的開銷。它支持IEC61158等現(xiàn)場總線國際標準以實現(xiàn)高度分散的自動化環(huán)境，也支持事實上的工業(yè)以太網(wǎng)標準，可方便地和上一級的ERP、MIS、MES集成。有些水泥廠控制系統(tǒng)采用了Siemens的PCS7，就感到比西門子公司原有的PLC和step7的系統(tǒng)前進了一大步，主要就是開發(fā)環(huán)境的完善，并能方便實現(xiàn)集團的MIS和MES集成，這對于做系統(tǒng)工程的設(shè)計院和系統(tǒng)集成商是至關(guān)重要的。

　　三、自動化系統(tǒng)更注重功能和信息安全

　　安全生產(chǎn)越來越引起人們的關(guān)注，人的生命高于一切，已成為衡量現(xiàn)代工業(yè)的重要指標，對于安全事故多發(fā)的我國，意義更為重要。自動化控制系統(tǒng)主要考慮的安全有：電氣安全、防爆安全、信息安全和功能安全。信息安全是指由于信息泄密、黑客入侵等系統(tǒng)的安全
性；功能安全是指控制系統(tǒng)所執(zhí)行的安全功能失效引起的可能危險。目前已相繼出臺的國際標準有IEC61508—電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全標準，IEC61511—關(guān)于過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全標準，一般以整體安全等級SIL來評估風險程度，共有4級，安全等級SIL越高，風險就越低。

　　水泥行業(yè)已大多采用新型水泥干法工藝，它是連續(xù)性很強的工藝過程，并已實現(xiàn)了計算機系統(tǒng)的順序和連鎖控制，筆者認為新型干法工藝其安全等級是較高的。要進一步提高整體安全等級必須增強故障診斷環(huán)節(jié)；人機操作界面要便于故障的監(jiān)測；對生產(chǎn)規(guī)模越大的生產(chǎn)線，如日產(chǎn)萬噸熟料的生產(chǎn)線系統(tǒng)配置要提高冗余度，另外信息安全也必須高度關(guān)注，要特別增強煤磨車間的防爆安全等級，對于設(shè)置低溫余熱發(fā)電的企業(yè)，整體安全等級SIL要高于一般企業(yè)。

　　在自動化領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)今紛紛出臺了相應的標準產(chǎn)品，如Siemens的故障安全容錯S7F/FH系統(tǒng)，Rockwell的Gruard  PLC等，有的公司則配置專用的安全模塊和相應的組態(tài)軟件，并由被動的維護、診斷發(fā)展到預防性安全措施，與此相適應還出臺了許多安全協(xié)議，如PROFIsafe、CIPsafety等。

　　四、控制系統(tǒng)由集中向分散化發(fā)展

　　智能化分布式I/O是將某一部分I/O組成一個有自治能力的節(jié)點，其本身帶有處理器，獨立完成某一部分的控制。由于組合在一個框架內(nèi)，它可直接安裝在現(xiàn)場，甚至空間十分有限的地方，但它同時又可鏈接到中央計算機，從而將控制系統(tǒng)從傳統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)簡化為二層結(jié)構(gòu)。許多有名的PLC廠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I/O。

　　智能化分布式I/O將使水泥生產(chǎn)線的系統(tǒng)配置可更趨扁平化，原設(shè)置的遠程I/O場合，如礦山、預配料站等可用智能化分布式I/O替代，以節(jié)省I/O安裝電纜和控制系統(tǒng)整體的開銷。

　　五、無線通訊技術(shù)進一步滲透控制領(lǐng)域

　　無線通訊技術(shù)作為有線控制系統(tǒng)的補充，正方興未艾地用于工業(yè)自動化系統(tǒng)中，也是工業(yè)自動化產(chǎn)品一個新增長點，運行于2.4GHz 1SM波段的跳頻擴頻（FHSS）無線傳輸技術(shù)具有優(yōu)良的抗干擾性和高可靠性，無線局域網(wǎng)和無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡擴大了無線傳輸?shù)母采w范圍。無線通訊的數(shù)據(jù)安全性是人們所關(guān)心的，但可以通過加安全密碼和加密密碼等一系列措施來確保數(shù)據(jù)的安全傳輸。據(jù)悉HART基金會將在近期推出HART無線通訊新協(xié)議。

　　無線通訊技術(shù)現(xiàn)在汽車、石化、水處理等行業(yè)有較多應用，在水泥行業(yè)，有的大集團局部輔助流程也采用了無線技術(shù)，如冀東水泥集團在循環(huán)水泵站已采用了無線控制，浙江有些水泥廠采用無線控制裝卸散裝水泥船等，考慮到有些水泥廠占有的物理空間很大，有些工藝測量的位置難于安裝，而有些工藝測量點環(huán)境十分惡劣，用傳統(tǒng)的硬連線安裝器件成本又過高，如果改用無線通訊能夠節(jié)約能源，減少配線和維護費用。

　　在無線通訊領(lǐng)域內(nèi)有許多供應商，如Siemens的SCALANCE W，它是無線局域網(wǎng)產(chǎn)品系列，可用于移動設(shè)備之間的通訊，也可實現(xiàn)移動設(shè)備與固定網(wǎng)絡之間的通訊；菲尼克斯公司（Phoenix）的產(chǎn)品采用無線通訊技術(shù)有藍牙，局域網(wǎng)和Trusted wireless(信托無線)等，也有許多中國公司在開發(fā)相應的產(chǎn)品。

　　六、人機界面更趨人性化

　　人機界面已全系列化，包括手持式、面板式、臺式和PC機式。今后的人機界面已不僅僅局限于SCADA以及編程、監(jiān)控和診斷等，在工業(yè)自動化領(lǐng)域，人機界面可以為操作和管理人員提供越來越多的信息，功能強大的模塊化軟件和多客戶機/服務器結(jié)構(gòu)，使人機界面成為企業(yè)實時生產(chǎn)信息以及商務垂直集成的統(tǒng)一的軟件平臺，它也是連通到外部世界的媒介。通過驅(qū)動器或OPC來驅(qū)動各種I/O模塊，總之人機界面已演變?yōu)橐粋€完整的系統(tǒng)。某水泥集團MES的運營，集團<

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