當今工業(yè)儀表與控制裝置領(lǐng)域普遍關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題

隨著(zhù)我國“十五”計劃“信息化帶動(dòng)工業(yè)化”思想的提出，信息化在國民經(jīng)濟中的地位更加突出，信息化是走新型工業(yè)化道路的必然選擇。如何以信息化帶動(dòng)工業(yè)化？這是新世紀工業(yè)經(jīng)濟戰線(xiàn)中帶有緊迫性的戰略課題，而真正落實(shí)離不開(kāi)自動(dòng)化，即信息化只有通過(guò)自動(dòng)化才能帶動(dòng)工業(yè)化。由于工業(yè)儀表與控制裝置是工業(yè)自動(dòng)化的基礎和必備條件，它已應用和滲透到國民經(jīng)濟的各個(gè)領(lǐng)域，對實(shí)現這些領(lǐng)域的自動(dòng)化和信息化起著(zhù)關(guān)鍵和決定性作用，因此，在這樣的背景下，我們不得不深思：信息化時(shí)代工業(yè)儀表與控制裝置應著(zhù)重解決哪些技術(shù)問(wèn)題？下面就此作些簡(jiǎn)要介紹。
   1. 關(guān)于綜合自動(dòng)化技術(shù)
    工業(yè)生產(chǎn)造就分工，信息生產(chǎn)從事融合，這是工業(yè)化社會(huì )走向信息化社會(huì )過(guò)程中非常明顯的變化，它是信息時(shí)代生產(chǎn)企業(yè)綜合自動(dòng)化發(fā)展的總方向。
    全新的綜合自動(dòng)化系統是在已有自動(dòng)化技術(shù)基礎上，把工廠(chǎng)獨立的局部自動(dòng)化技術(shù)和子系統在新的管理模式與工藝指導下，綜合運用信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、并通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )及其支持軟件而有機地結合起來(lái)，構成一個(gè)完整的系統，對生產(chǎn)過(guò)程的物質(zhì)流與管理過(guò)程的信息流和決策過(guò)程的決策流進(jìn)行有效的控制和協(xié)調，以期在新的競爭模式下，按照市場(chǎng)對生產(chǎn)管理過(guò)程提出的高質(zhì)量、高速度、高靈活性和低成本的要求，構成未來(lái)工廠(chǎng)的發(fā)展模式。
    近年來(lái)，為實(shí)現企業(yè)綜合自動(dòng)化而提出的ERP/MES/PCS三層結構體系是當今世界自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢。
    ERP（企業(yè)資源管理系統）是指建立在信息技術(shù)基礎上，以系統化的先進(jìn)管理思想為企業(yè)決策層及員工提供決策運行手段的管理平臺。它是一個(gè)功能龐大的計算機軟件系統，負責生產(chǎn)計劃的制定、庫存控制和財務(wù)管理，側重于企業(yè)的生產(chǎn)組織、生產(chǎn)管理、經(jīng)營(yíng)決策等方面的優(yōu)化。ERP的中心是管理，并在計劃中體現管理的本質(zhì)，在財務(wù)中體現管理的效率。
    MES（制造執行系統）是以實(shí)現生產(chǎn)綜合指標的三優(yōu)，即優(yōu)化運行、優(yōu)化控制、優(yōu)化管理為目標的，具有承上啟下、下情上傳、運籌調度的中樞作用的系統，實(shí)現生產(chǎn)調度、物料跟蹤、生產(chǎn)過(guò)程資源配置管理、質(zhì)量管理、流程模擬以及生產(chǎn)過(guò)程系統數據的采集、模型計算及過(guò)程優(yōu)化等功能，也是基礎數據處理平臺。
    PCS（過(guò)程控制系統）是對生產(chǎn)的工藝過(guò)程進(jìn)行有效的、高精度、高水平的自動(dòng)控制，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、交貨期在市場(chǎng)有很強的競爭力。主要完成設備對工藝過(guò)程的控制，包括過(guò)程檢測、儀表控制、電氣控制和執行機構（包括各種信號轉換、驅動(dòng)控制設備）。
    由此可見(jiàn)，只有通過(guò)這種互相交聯(lián)的PCS、MES、ERP三大系統組成的綜合自動(dòng)化體系結構，在控制技術(shù)、計算技術(shù)和優(yōu)化技術(shù)的推進(jìn)下實(shí)現三大系統的綜合集成，才能真正完成信息的綜合應用，實(shí)現管控一體化。一個(gè)完整的、能夠引導企業(yè)保持長(cháng)期的業(yè)務(wù)利益和價(jià)值的信息系統，必須是ERP、MES和PCS三者協(xié)同作用的整合。流程工業(yè)如此，斷續工業(yè)、離散工業(yè)過(guò)程也不例外。
    據美國權威調查機構ARC公司調查：應用流程工業(yè)綜合自動(dòng)化技術(shù)可獲得顯著(zhù)的經(jīng)濟效益，如產(chǎn)品質(zhì)量提高19.2%，勞動(dòng)生產(chǎn)率提高13.5%，產(chǎn)量提高11.5%。這正是它的重要潛在市場(chǎng)所在。
    2003年，我國新興的自動(dòng)化高新企業(yè)為用戶(hù)推出了流程工業(yè)綜合自動(dòng)化的企業(yè)增效解決方案——“Inplant”。他們由傳統的DCS制造廠(chǎng)商轉變?yōu)榫C合自動(dòng)化整體解決方案的供應商，從現場(chǎng)儀表到控制系統裝置，從監控組態(tài)軟件到優(yōu)化控制軟件，從過(guò)程信息管理到企業(yè)信息化各個(gè)層面，均取得了實(shí)質(zhì)性效果。
    2. 關(guān)于工廠(chǎng)軟件技術(shù)
    在企業(yè)信息集成的技術(shù)原則指導下，基于當前國際上最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )和軟件技術(shù)平臺，應運而生了所謂“工廠(chǎng)軟件”（Plant Software----PS）。工廠(chǎng)軟件是工業(yè)企業(yè)信息化的重要組成部分，它在企業(yè)信息集成軟件技術(shù)鏈上位于常規意義的控制軟件（CS）和管理軟件（MS）之間，是以核心工業(yè)過(guò)程的優(yōu)化為目的的一系列應用軟件。
    工廠(chǎng)軟件是位于企業(yè)信息集成系統三層結構的中間層的應用軟件系統。工廠(chǎng)軟件包括實(shí)時(shí)數據庫、歷史數據庫、數據發(fā)布、數據挖掘、模型計算、過(guò)程仿真、配方設計、運行優(yōu)化、參數檢測、偏差分析和故障診斷等內容。企業(yè)的技術(shù)主管、專(zhuān)業(yè)工程師、專(zhuān)業(yè)策劃人員、部門(mén)和車(chē)間經(jīng)理等中層人員需要在其日常工作中使用這些工廠(chǎng)軟件。
    工廠(chǎng)軟件是按信息系統規則對實(shí)時(shí)數據進(jìn)行處理和運用的軟件系統。工廠(chǎng)軟件的基本任務(wù)是將控制系統的實(shí)時(shí)數據歸類(lèi)存儲，建立工廠(chǎng)數據倉庫。工廠(chǎng)軟件向下可以為控制軟件提供有智能的決策，向上可以為管理軟件提供有價(jià)值的數據。為此，工廠(chǎng)軟件得以獨立發(fā)展，成為一種新出現的軟件門(mén)類(lèi)，富有企業(yè)信息集成的創(chuàng )新意義。工廠(chǎng)軟件在化工、電力、冶金和公用事業(yè)等工業(yè)企業(yè)有廣泛的應用價(jià)值，正越來(lái)越受到國內外使用單位和研發(fā)單位的重視。
    近年來(lái)，人們所謂的現代集成制造系統CIMS、數字工廠(chǎng)、智能企業(yè)等技術(shù)概念，都是以工廠(chǎng)軟件為主體技術(shù)，以區別于一般的自動(dòng)控制和信息管理技術(shù)內容。上面這些技術(shù)概念的具體化，都要落實(shí)在一系列工廠(chǎng)軟件中。人們認為，企業(yè)信息集成的理想模式是：實(shí)現從底層設備到董事會(huì )桌面的企業(yè)信息一體化，其中，工廠(chǎng)軟件的作用是不可替代的。
    在美國ISA-2001年會(huì )上歐美各大公司都推出了各種各樣工廠(chǎng)解決方案，以滿(mǎn)足客戶(hù)的迫切需求。如ABB公司的Industrial軟件體系，Honeywell公司的Plantscape混合控制的統一控制系統平臺，Rosemount公司的基于智能儀表及系統的PlantWeb解決方案。令人注意的是國際軟件業(yè)巨頭微軟公司這次也參加推出所謂“制造業(yè)解決方案”，其用意明顯是要將Windows軟件技術(shù)平臺從商務(wù)和辦公級別提升到工業(yè)和系統服務(wù)級別，直接在新興的工廠(chǎng)軟件領(lǐng)域搶占絕對的統治地位。微軟公司的制造業(yè)解決方案要實(shí)現信息的可視化三項基本任務(wù)，以先進(jìn)成熟的企業(yè)級Windows服務(wù)器軟件和應用軟件構造出工廠(chǎng)軟件的完整框架。
    專(zhuān)家們認為：在控制軟件和管理軟件已經(jīng)擁有固定模式和覆蓋面的今天，新興的工廠(chǎng)軟件技術(shù)正處在企業(yè)信息集成的核心地位，新概念、新模型和新算法層出不窮，具有很大的應用檔次提升空間。只要我們緊跟技術(shù)發(fā)展趨勢，以應用效益為主導，加大人力物力的投入，就有可能創(chuàng )新，開(kāi)發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的成套工廠(chǎng)軟件系統。
    3. 關(guān)于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)
    最近幾年，隨著(zhù)工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)的突破，使得工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域控制級以上的通信網(wǎng)絡(luò )正在統一到工業(yè)以太網(wǎng)，并正在向下逐漸延伸。
    在工業(yè)控制領(lǐng)域，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展不可能脫離原來(lái)的DCS、PLC和FCS控制與管理系統基礎。國外各個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統公司為了保護已有的投資利益和擴大本公司產(chǎn)品的應用范圍，紛紛提出了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)方案，從而出現了現場(chǎng)總線(xiàn)在轉向工業(yè)以太網(wǎng)的同時(shí)，又將現場(chǎng)總線(xiàn)之爭讓路給工業(yè)以太網(wǎng)的局面。
    工業(yè)以太網(wǎng)能否直接應用于工業(yè)現場(chǎng)設備間的通信，能不能滿(mǎn)足通信實(shí)時(shí)性要求呢？2000年初，我國開(kāi)始了EPA工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究和攻關(guān)（EPA－Ethernet for Plant Automation），階段性研究和應用成果表明，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)完全可以應用于現場(chǎng)總線(xiàn)。自后在有關(guān)領(lǐng)導支持下，正式制定了“用于工業(yè)測量與控制系統的EPA系統結構和通信標準”研究課題，由浙大中控、浙江大學(xué)、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所等單位組織承擔。2003年初EPA技術(shù)研究成果在杭州市龍山化工廠(chǎng)三套純堿碳化裝置上投入實(shí)地運行穩定良好，經(jīng)專(zhuān)家組鑒定認為“EPA成果取得重大突破，是我國第一個(gè)擁有自主知識產(chǎn)權的現場(chǎng)總線(xiàn)標準”，填補了國內空白，達到了國際先進(jìn)水平。