信息化到底能为工业化做些什么
| 、时序等为形式的生产单元流程，提供派遣信息，并可改变预先的调度方案和通过缓冲区管理来控制加工数量。过去的连续过程生产装置是按某种产品的生产能力进行设计，物料平衡公式和设备的选型也是按该生产能力进行（也许加上10％的富裕量），因此，我们经常会听到车间主任或班组长如何努力，而生产出超过装置设计能力20％或25％时，如何兴高采烈，并可能领取超额奖金。极少有装置生产能力小于设计生产能力的情形。然而，如果该产品由于市场需求降低，从而要求生产量降低时，则该装置的各种物理参数和控制参数很难适应，不能保证产品的质量。当由于市场竞争、管制、或其它任何原因要停止该产品，而转生产另一种产品时，通常我们不得不停止该装置，或进行大投资改装。当今，灵活满足市场需求，快速响应市场已经变成主要的经营驱动力，我们的过程控制或生产控制必须适应这种需求。仪器仪表协会也制定了批量控制的标准ANSI/ISAS88.01BatchModelsandTerminology，为我们开发和应用批量控制提供了很好的指导。第四代的DCS基本都提供了自主的或集成的批处理功能软件。他们把批量控制（BATCH-CONTROL）加入DCS系统，变成一种类似先进控制算法模块的组件。 图2MES的一般功能模块示意图 ③文档控制（DocumentControl）：控制与生产单元相关的记录，具有编辑和指令下达等功能。第四代DCS基本都能自动生成各种操作记录、日志以及各种档案文件。 ④数据收集/获取（DataCollection/Acquisition）：提供获取内部数据的接口，构成相应的表格和记录，数据的收集可以是自动或手动方式。 ⑤劳工管理（LaborManagement）：提供职员有关状态，并与资源配置关联来决定最优分配，值得一提的是，在现代生产过程中，人和设备越来越变成有机配合的整体。 ⑥质量管理（QualityManagement）：提供度量的实时分析来保证产品质量控制并鉴定需注意的问题，建议更正的建议，也包括SPC/SQC的跟踪和离线检查操作的管理以及LIMS的分析等。 ⑦维护管理（MaintenanceManagement）：跟踪和指导设备和工具维护的活动来保证生产和调度的进程，也提供紧急问题的反应，如报警，并维护历史信息来支持问题的诊断。例如，Emerson声称通过其设备管理功能，用户可以在正确的时间、以正确的方式维护正确的设备，节省掉大部分的例行大修时间并排除非计划停车时间。 ⑧产品跟踪和系谱（ProductTracking）：提供工作的可见度和相关的状态信息，在线跟踪功能可产生历史记录。 ⑨性能分析（PerformanceAnalysis）：通过分析不同功能的汇总信息，提供实际生产操作与历史记录和期望结果的报告。 DCS的集成性则体现在两个方面：功能的集成（如上面所述）和产品的集成。过去的DCS厂商基本上是以自主开发为主，提供的系统也是自己的系统。当今的DCS厂商更强调系统的集成性和解决方案能力，DCS中除保留传统DCS所实现的过程控制功能之外，还集成了PLC（ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器），RTU（RemoteTerminalUnit，远程终端设备），FCS（FieldbusControlSystem，现场总线），各种多回路调节器，各种智能采集或控制单元等。此外各DCS厂商不再把开发组态软件或制造各种硬件单元视为核心技术，而是纷纷把DCS的各个组成部分采用第三方集成方式或OEM方式。例如，多数DCS厂商自己不再开发组态软件平台，而转入采用兄弟公司（如Foxboro用Wonderware软件为基础）的通用组态软件平台,或其它公司提供的软件平台（Emerson用Intellution的软件平台做基础）。此外，许多DCS厂家甚至I/O组件也采用OEM方式（Foxboro采用Eurothem的I/O模块，横河的R3采用富士电机的Processio作为I/O单元基础,Honeywell公司的PKS系统则采用Rockwell公司的PLC单元）作为现场控制站。 (2)DCS变成真正的混合控制系统 过去我们区分DCS和PLC 主要通过被控对象的特点（过程控制和逻辑控制）来进行划分。但是，第四代的DCS已经将这种划分模糊化了。几乎所有的第四代DCS都包容了过程控制、逻辑控制和批处理控制，实现了混合控制。这也是为了适应用户的真正控制需求。因为，多数的工业企业绝不能简单地划分为单一的过程控制和逻辑控制需求，而是由过程控制为主或逻辑控制为主的分过程组成的。我们要实现整个生产过程的优化，提高整个工厂的效率，就必须把整个生产过程纳入统一的分布式集成信息系统。例如，典型的冶金系统、造纸过程、水泥生产过程、制药生产过程和食品加工过程、发电过程，大部分的化工生产过程都是由部分的连续调节控制和部分的逻辑联锁控制构成。第四代的各DCS系统几乎全部采用IEC61131-3标准进行组态软件设计。而该标准原为PLC语言设计提供的标准。同时一些DCS（如Honeywell公司的PKS）还直接采用成熟的PLC作为控制站。多数的第四代DCS都可以集成中小型PLC作为底层控制单元。今天的小型和微型PLC不仅具备了过去大型PLC的所有基本逻辑运算功能，而且高级运算、通信以及运动控制也能实现。 (3)DCS包含FCS功能并进一步分散化 过去一段时间，一些学者和厂商把DCS和FCS（现场总线控制系统）对立起来。其实，真正推动FCS进步的仍然是世界主要几家DCS厂商。所以，笔者以前也曾说过DCS不会被FCS所代替，而是DCS会包容FCS，实现真正的DCS。如今，这一预测正在被现实所验证。所有的第四代DCS都包含了各种形式的现场总线接口，可以支持多种标准的现场总线仪表、执行机构等。此外，各DCS还改变了原来机柜架式安装I/O模件、相对集中的控制站结构，取而代之的是进一步分散的I/O模块（导轨安装），或小型化的I/O组件（可以现场安装）或中小型的PLC。分布式控制的一个重要优点是逻辑分割，工程师可以方便地把不同设备的控制功能按设备分配到不同的合适控制单元上，这样，操作工可以根据需要对单个控制单元进行模块化的功能修改，下装和调试。另外的优点是各个控制单元分布安装在被控设备附近，既节省电缆，又可以提高该设备的控制速度。一些DCS还包括分布式HMI就地操作站，人和机器将有机地融合在一起，共同完成一个智能化工厂的各种操作。 例如，Emerson的DeltaV，Foxboro的A2中的小模块结构，Ovation的分散模块结构等。可以说现在的DCS厂商已经越过炒作概念的误区，而是突出实用性。一套DCS可以适应多种现场安装模式：或用现场总线智能仪表、或采用现场I/O智能模块就地安装（既节省信号电缆，又不用昂贵的智能仪表）或采用柜式集中安装（特别适合改造现场）。一切由用户的现场条件决定，充分体现为用户设想的理念。 (4)DCS已经走过高技术产品时代，进入低成本时代。配置灵活，适应各种系统应用 DCS在八十年代，甚至九十年代还是技术含量高、应用相对复杂、价格也相当昂贵的工业控制系统。随着应用的普及，大家对信息技术的理解，DCS已经走出高贵的神秘塔，变成大家熟悉的，价格合理的常规控制产品。第四代DCS的另一个显著特征就是各系统纷纷采用现成的软件技术和硬件（I/O处理）技术，采用灵活的规模配置，大大降低系统的成本与价格。可以说现在采用先进的DCS实现工业自动化控制比原来采用常规的仪器仪表进行简单控制，用户投资增加不多，但是实现的功能确大大加强。就控制站而言，原来一个物理信号处理平均1500元（人民币），而现在已经降到800元左右。过去国外DCS一般只适合于大中型的系统应用，在小型应用中成本很高，但第四代DCS都采用灵活的配置，不仅经济地应用于大中型系统，而且应用于小系统也很合适。 (5)DCS平台开放性与应用服务专业化 二十年来，工业自动化界讨论非常多的一个概念就是开放性。过去，由于通信技术的相对落后，开放性是困扰用户的一个重要问题。为了解决该问题，人们设想了多种方案，其中包括CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem，计算机集成制造系统）系统概念中的开放网络（MAP7层网络协议平台）。然而，有心栽树树不活，MAP网络协议并没有得到真正的推广应用。而当代网络技术、数据库技术、软件技术、现场总线技术的发展为开放系统提供了可能。各DCS厂家竞争的加剧，促进了细化分工与合作，各厂家放弃了原来自己独立开发的工作模式，变成集成与合作的开发模式，所以开放性自动实现了。第四代DCS全部支持某种程度的开放性。开放性体现在DCS可以从三个不同层面与第三方产品相互连接：在企业管理层支持各种管理软件平台连接；在工厂车间层支持第三方先进控制产品、SCADA平台、MES产品、BATCH处理软件、同时支持多种网络协议（以以太网为主）；在装置控制层可以支持多种DCS单元（系统）、PLC、RTU、各种智能控制单元等以及各种标准的现场总线仪表与执行机构。 值得注意的是开放性的确有很多好处，但是在考虑开放性的同时，首先要充分考虑系统的安全性和可靠性，因为，生产过程的故障停车或事故造成的损失可能比开放性选择产品所节省的成本要高得多。同时需注意，在选择系统设备时，先要确定系统的需求，然后根据需求选择必要的设备。尽量不要装备一些不必要的功能，特别是网络功能和外设的选择一定要慎重。例如，我们在选择开放网络的同时，遭到病毒或黑客袭击的可能就会加大；我们选择丰富的外设如光驱或软驱，就给操作人员提供了装载无关软件（如游戏等）的机会等等。这些都会导致系统瘫痪或其它致命故障。 随着开放系统和平台技术的发展，产品的选择更加灵活，软件组态功能越来越强大并灵活，但是，每一个特定的应用都需要一个独特的解决方案，所以专业化的应用知识和经验是当今工业自动化厂商或系统集成商成功的关键因素。各DCS厂家在努力宣传各自DCS技术优势的同时，更是努力宣传自己的行业方案设计与实施能力。为不同的用户提供专业化的解决方案并实施专业化的服务将是今后各DCS厂家和系统集成商竞争的焦点，同时也是各厂家盈利的主要来源。 3工作实践 3.1国产DCS简介 中国自动化界的仁人志士经历了不懈的努力致力于发展自己的DCS产业。目前以和利时、浙大中控、上海新华为代表的国内DCS厂家经过十年的努力，各自推出自己的DCS系统：和利时推出MACS－Smartpro第四代DCS系统，浙大中控推出Webfield（ECS）系统，新华推出XDPF－400系统。三家积极努力，通过竞争成功地将自主系统应用于各种工业现场，正在逐步取得用户的认可。例如新华公司在火力发电方面取得显著成绩，浙大中控在化工控制等方面业绩突出，和利时公司在核电、热电、化工、水泥、制药以及造纸等方面取得了一定的业绩。和利时公司仅2002年就在各行业取得500多个合同。此外，和利时公司把DCS结构进行拓展，应用到大型轨道交通自动化系统和管网SCADA系统。通过激烈竞争，和利时公司成功地实现了秦山核电站60万千瓦核电站综合计算机监控系统和常规岛控制系统，并与国内外公司竞争获得了秦山一期30万千瓦核电站计算机系统改造，大亚湾核电站等各个核电站部分计算机系统合同。公司承担的北京轻轨和深圳地铁综合监控系统采用分布式数据库结构，实现了远距离（十几个车站，几十公里）、大数据量（物理点几万个）、通信信息复杂（城域网、局域网、现场总线网、无限通信网等）、多样化（电力电器控制、环境控制、RTU、部分机车运行信号、车站信息等）综合功能。该系统的成功应用为我国城铁和地铁发展提高了综合监控能力，并降低了成本，该方案已经成为事实上的综合监控标准。 在中国的DCS市场上，三家国内厂商已经具备了相当的竞争能力。例如通过新华公司与和利时公司在火电站控制领域的竞争以及和利时公司与浙大中控在化工等领域的竞争，使得国外的DCS纷纷降价。可以说三家公司最大的贡献是把国外的DCS价格降到了原来40％以下，为DCS在国内工业企业的普及应用，特别 |
