一、 基金會現場總線的大規模應用即將逐步展開:
11年以來,雲集全球過程自動化的主要廠商,有組織、有計劃地進行了基金會現場總線技術的規劃、研究、試製、試用、工程實踐及推廣應用,這是一項空前的係統工程,它集中了眾多人的智慧,獲得了眾多人的稱許,特別是得到了“大客戶”的首肯。目前,FF成員有338家,已注冊產品為227種,通過HIST互操作測試認證的主控係統有11個。應用方麵,有50萬台現場儀表、8000套係統已投入應用,其中我國占7%,約80套係統,主要分布在石化和化工、石油和天然氣、發電幾個行業,上海賽科、中海油/kepainanhaixiangmuliangdagongchengjunshushijieshangkeshudedaxinggongcheng,jinnianjijiangtouchan。zhexiejiangweiwoguodaguimoyingyongqidaoshifanzuoyong。zaijishushangwoguoyeyouhendajinzhan。huakong、沈陽自動化所(中科博微)等單位均研製出並取得FF注冊資格的產品,已有10多種專業書籍出版。特別是如下幾項技術得到了初步普及:H1的通信原理;H1的功能塊組態和“現場控製”策略;現場設備、輔助設備及主控係統的選擇;H1網段設計及施工安裝;設備描述語言(DDL)與互操作性等。而且對於增強型EDDL及FISCO防爆等新技術表現了很大的熱情,這些都為今後在國內大規模應用打下了良好的基礎。
目前中國儀器儀表行業協會現場總線專業委員會(CFFC)與16個外商駐華機構組成的基金會現場總線中國市場委員會(FFCMC)正在聯合開展活動。現在FF正處在類似於70年代末DCS所處的時期,作為一項新技術走向市場之路是艱辛的。經過陣痛,新生的事物將像嬰兒出世一樣,一定會茁壯地成長起來。
二、 檢測技術、識別技術及信息融合技術受到重視:
傳感器技術這些年來正處於傳統型向新型傳感器轉型的階段,這將有另文專述。僅由於現場總線技術的助推,檢測儀表的數字化、智能化、網絡化已前進了一大步,特別是多變量變送器的成功上市,使一個差壓變送器(如艾默生的3015S和橫河的EJX)可以完成流量測量及溫壓補償、流量積累、顯示球罐內液體體積和進行導管堵塞、zhengqibanrezhenduandengyixiliegongneng,erqiehaizhunbeizengjiakongbanmosunjiancedenggongneng,zheyang,keshishebeiguanlinengdedaogengduoyouyongxinxi。shuzihuahewangluohuaweixianchangshebeifengfudexinxitigonglechangtongdequdao,weidanxinhaoxiangduoxinxicaijizhuanbianchuangzaoletiaojian,jiazhijiancejishujinbu,zhuruwenduchangceliangdengchuanganqidechuxian,zhubushizhezhongzhuanbianchengweikeneng。
現在工業上大量的變速器均為直接取樣,而人工取樣等形式不被推薦;取樣點或取樣設備是固定的、連續的,而斷續取樣、多點取樣、移動取樣卻很少成為控製中有用信號;又檢測物理量、電量以外,化學量就較少了,屬於圖象識別、遙感技術、視覺機器、聲音測量,特別是條形碼、射頻識別(RFID)等屬於管理範疇的跟蹤、搜尋、捕獲等技術,都很少當作控製用;近來發展起來的軟測量技術或稱為工藝算法等,多把它裝在上位機或控製室內,作為“數字模型”高級控製處理。……這些,按信息化的要求,都可以商榷。如近年來提出多傳感器信息(數據)融合(Multi-Sensor Data Fusion,MSDF),簡稱信息融合技術,它對多個傳感器的數據進行多級別、多方麵、多層次的處理,從而產生新的有意義的信息。這項技術在大型設備監測、礦井瓦斯監測、電力係統故障檢測等方麵已有應用實例,另外交通管理、軍事作戰係統等方麵也很有用。
檢測技術向數字化、智能化、網絡化方麵發展,信息融合技術屬於智能化範疇,它應與虛擬儀表技術、網絡儀表技術相結合,實現高速、複雜的數據處理、分析和控製,反過來又推動檢測技術本身及現場總線技術的發展,使智能化設備在實際應用中產生效益。
三、 執行儀表、運動控製及主流伺服係統正成為熱點:
在過程控製領域,執行儀表是以電-氣閥門定位器+氣動薄膜調節閥為主,其它有氣缸或調節閥、電動執行機構、液動執行機構(電-液調節閥)、電dian動dong調tiao節jie閥fa等deng。總zong之zhi,是shi在zai以yi管guan理li道dao化hua為wei主zhu的de工gong藝yi裝zhuang備bei中zhong,以yi改gai變bian閥fa門men的de開kai度du為wei目mu的de直zhi行xing程cheng和he角jiao行xing程cheng的de執zhi行xing儀yi表biao為wei主zhu流liu設she備bei。近jin年nian來lai,以yi滿man開kai/滿關為主要形式的電磁閥、閥組等也在大量使用。但是離散控製領域的執行部件就形式多樣了,特別是以旋轉設備——電機為主的控製,已經得到很大發展。兩個領域的執行部件共性是速度反饋和位置反饋的控製技術。
變頻器、軟啟動器等已得到普及,在節能等方麵已取得成效,本文不準備進一步闡述了。在上世紀中葉,伺服機構、直流閉環調整係統、交流閉環調速係統、步進電機開環係統已經問世,從90niandaiyilai,yundongkongzhimingciqiaoranliuxing,tashixiangduiyudianlituodongjidianjichuandongkongzhieryandeyigefenzhi。yundongkongzhishizhitongguoduidianjidengjidianjigoudekongzhi,shijidianjigouchanshengqiwangdeyundong,yundongkongzhiweizhuansu、位置、力矩三個參數的組合控製,最終保證運動參數和運動軌跡為予定值。它涵蓋於運載工具、數控機床(CNC)、機械加工生產線、包裝設備、紡織、印染設備、機器人及多種機電一體化設備和民用設施,所以受到重視。
最近交流伺服係統的性能/價格比已具有競爭力,特別是全數字式交流永磁伺服電機,DSP嵌(qian)入(ru)式(shi)芯(xin)片(pian)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan),受(shou)到(dao)青(qing)睞(lai),所(suo)以(yi)前(qian)景(jing)看(kan)好(hao)。本(ben)文(wen)要(yao)著(zhe)重(zhong)說(shuo)的(de),乃(nai)是(shi)作(zuo)為(wei)主(zhu)流(liu)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)在(zai)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)中(zhong)要(yao)求(qiu)實(shi)時(shi)性(xing)很(hen)高(gao),如(ru)實(shi)時(shi)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)要(yao)求(qiu)小(xiao)於(yu)1ms、同步傳送和抖動小於1ms,在要求更高的地方,可能為納秒(ns)級。分布式交流伺服控製係統已經走向市場、羅克韋爾的SERCOS、倫茨的SystemBus及知名的Profibus、Interbus、DevuceNet等均可以完成分布式交流伺服控製,其上層通信仍采用CIP協議及CIPSync規範,才能獲得更好的實時性和可互操作性。
IEEE1588為用於測量和控製網絡a的分布時鍾定義了一個精確時間同步協議(Preci Sion Time Protocol,PT),它為在以太網上實現時間同步提供了工作原理。CIPSync實現了網絡中不同設備的高精度(+100ns)時間同步以及分布式運動控製,即包括多個伺服控製器的協同、伺服控製器及多伺服驅動器的協同。它借助CIPSync/IEEE1588對dui於yu網wang絡luo上shang的de各ge伺si服fu驅qu動dong器qi的de時shi鍾zhong,結jie合he帶dai時shi間jian標biao記ji位wei置zhi信xin號hao進jin行xing伺si服fu同tong步bu,它ta考kao慮lv使shi用yong基ji於yu以yi及ji網wang的de網wang絡luo技ji術shu,並bing且qie是shi適shi合he於yu精jing度du在zai微wei秒miao範fan圍wei內nei的de複fu雜za係xi統tong的de同tong步bu。
CIPSync以外,還有SynqNet運動控製網絡,由Motion Engineering公司開發,支持高性能集中控製,支持它的伺服電機廠商較多,具有自愈容錯、精確捕獲技術、易於使用等優點,所以分布式和集中式交流伺服控製係統技術應該互相結合。
四、 工業以太網技術發展進入新階段
上文中基金會現場總線的FFHSE、CIP或EtherNet/IP均為現在俗稱的工業以太網,還有這次FA/PA展會上西門子等公司的PROFINET,三種均通過IEC61158及IEC61784標準,又2004年1月IEC/C65C/JWG10-13等4個工作組通過6種以太網技術工作IEC的PAS公共可用規範文件,它們是:中國的EPA、德國Beckhoff公司的EtherCAT、IAONA的EPL(EtherNet PowerLink)、日本橫河的V-net、日本東芝的TCnet、法國施耐德的ModbusTCP(RTPS)。當然除這9種以外,采用EtherNet/TCP(UDP)/IP的工業以太網還很多。EPA(EtherNet for Plant Automation)它采用了分段化結構和確定性通信調度控製策略,解決了通信確定性、互操作性、開放性等問題,可直接應用於變送器、執行機構、遠程I/O、現場控製器等現場設備間通信,即做到“E網到底”,目前正處於產業化階段。
選擇以太網,還必須把wet技ji術shu等deng互hu聯lian網wang技ji術shu在zai工gong業ye上shang應ying用yong搞gao到dao位wei,也ye就jiu是shi說shuo,要yao讓rang相xiang關guan的de人ren們men放fang心xin的de去qu瀏liu覽lan現xian場chang數shu據ju,從cong而er在zai地di域yu方fang麵mian使shi生sheng產chan方fang式shi發fa生sheng變bian化hua,促cu進jin生sheng產chan力li發fa展zhan。
五、 係統集成、電控儀控一體化、管控一體化任重道遠:
係統集成一詞的流行始於80年代末、90年代初,Integrated System和System Integration,在係統解決方案(Solution)流行的今天,已經逐漸界限不清了。PLC可編程控製器和人機界麵HMI之間,在硬件接口的基礎上,采用DDE動態數據交換發展到OPC(過程控製的對象鏈接嵌入),是一大進步,近來將與EDDL結合,解決互操作性問題。又IEC61131-3在(zai)組(zu)態(tai)方(fang)麵(mian)對(dui)係(xi)統(tong)集(ji)成(cheng)也(ye)影(ying)響(xiang)很(hen)大(da)。隨(sui)著(zhe)多(duo)種(zhong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)及(ji)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)的(de)出(chu)現(xian),又(you)使(shi)通(tong)信(xin)接(jie)口(kou)產(chan)品(pin)豐(feng)富(fu)起(qi)來(lai),現(xian)在(zai)不(bu)隻(zhi)是(shi)一(yi)個(ge)產(chan)品(pin)上(shang)有(you)多(duo)種(zhong)接(jie)口(kou),而(er)且(qie)各(ge)種(zhong)互(hu)聯(lian)的(de)接(jie)口(kou)卡(ka)產(chan)品(pin)也(ye)很(hen)多(duo),這(zhe)兩(liang)個(ge)展(zhan)會(hui)上(shang)均(jun)有(you)多(duo)家(jia)接(jie)口(kou)產(chan)品(pin),如(ru)美(mei)國(guo)Woodhead公司、Prosoft公司的產品就有幾十種,可以滿足係統集成的需要
係統集成技術的發展,現在已經進入標準化階段。2003年發布了ISO15745標準,它解決了係統集成的應用需求和接口兩個基本問題,該標準全稱為:工業自動化係統和係統集成——開放係統應用集成框架,分為4部分:通用參考描述、以ISO11898標準為基礎的控製係統的參考描述、以IEC61158標準為基礎的控製係統參考描述、以以太網標準為基礎的控製係統的參考描述。第一部分提出了開放係統的應用集成框架(Application Integration Framework,AIF),它定義了一些元素和規則,構成集成模型來表示應用需求,並開發應用互操作專用規範AIP,這個AIP是接口規範的表示形式,並要求開發AIP時,應用UML、XML等來拱和表達。這些,對係統集成技術發展起到了裏程碑式作用。
係統集成麵臨的應用需求中,電控、yikongyitihuajiguankongyitihuashishouyaodewenti,ergegeyonghuqiyeduizheliangdazhutishijiyougongxingyouyougexingdexuqiu。diankongyikongyitiwentitongguoshangmianjijieyijingyouyidinglejie。guankongyitihuadesancengjiegou,zheshigongxing,qizhongMES層是熱點,MESA(Manufacturing Enterprise Solution Association)對MES作如下定義:MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理。我們以前比較我的注意MES本ben身shen,現xian在zai,逐zhu漸jian理li解jie到dao應ying該gai對dui係xi統tong集ji成cheng的de深shen度du給gei予yu關guan注zhu。由you於yu國guo內nei在zai管guan控kong一yi體ti化hua項xiang目mu中zhong滿man意yi度du高gao者zhe較jiao少shao,所suo以yi形xing成cheng了le曠kuang日ri持chi久jiu的de局ju麵mian。一yi線xian的de應ying用yong實shi踐jian與yu計ji算suan機ji專zhuan業ye人ren員yuan的de完wan善shan化hua應ying該gai同tong樣yang受shou係xi統tong集ji成cheng、電儀一體化、管控一體化是技術問題,也是藝術,要在務實和廣義的人機界麵友好、人機親和力兩方麵同時努力,才能使管控一體化的重任完成。