当技术创新改变工业过程控制

技术创新改变工业过程控制

编者语：最近十几年来，历史悠久的DCS和PLC公司都转向共同称之为“混合型控制系统（HCS）”的领域，尝试着把DCS系统的强大功能、复杂性和PLC系统的灵活、开放性以及低价位结合起来。

从PLC和DCS到混合控制

以PLC和DCS为代表的第三代控制系统，从上世纪70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。那个时期，工厂经理有两个基本选择：集散控制系统（DCS）或者可编程逻辑控制器（PLC）。尽管两者功能相似，实际上却有很大的不同，各有其优缺点，用户不论选择哪一种控制系统，往往都是以牺牲另一种功能为代价。而最近的十几年来，历史悠久的DCS和PLC公司都转向共同称之为“混合型控制系统（HCS）”的领域，尝试着把DCS系统的强大功能、复杂性和PLC系统的灵活、开放性以及低价位结合起来。为此，DCS公司减少了其系统所占用的空间，而PLC公司则开始集成其组件以制造更完善的系统。

天津水泥设计院教授级高工张卫民表示，就水泥行业来说，水泥行业的特点就是开关量多，模拟量比较少，回路控制也不多，用混合控制系统最为合适，ABB、西门子和罗克韦尔推出的FC800、PCS7、Logix多属于混合控制系统的范畴。同时在水泥行业控制系统的供应商也已将先进控制算法用于DCS和PLC等控制器中，ABB公司的Optimize IT优化专家则集成了Industry IT大量已验证的先进控制技术及广泛的专家知识库，如模糊逻辑、控制模型、神经元和模糊控制等，实现对水泥生产过程进行控制及实施优化决策管理。

但是，目前市场上的用户并不认为混合控制系统是一种革命性的新产品，也没有将它们看成一个完全不同的产品。而且，目前的国内市场上，既存在如上所述的混合控制系统，也有可通过装备回路控制板实现较多过程控制功能的PLC。但是，混合控制系统的概念切合了生产实际，是控制系统的发展趋势。从理论上讲，当代的DCS与PLC都是混合控制系统，但是作为一种产品，混合控制系统无疑为用户提供了一种新的选择。

模块化、离散化设计成新趋势

自动化系统的发展趋势是由专用的、集中的控制结构向分散化的、独立的自动化模块发展。对于现今的工程服务，虽然模块化和可利用性的概念已经被成功应用在机械和靠近硬件水平的元件上，但是在控制技术方面，它仍存在一定的局限性。目前厂商为用户提供的方案大多是将功能和络连接的多种控制系统分开。理想的情况下，机械的、硬件的和软件的划分界限是保持一致的。

在自动化界引起关注的是控制系统正由集中向分散化发展。霍尼韦尔的Experion PKS平台包含了大量新技术，其中之一便是分布式系统架构DSA，它体现的便是离散化设计的概念。

传统DCS的集散概念一般停留在一个生产装置以内。一个生产装置使用一套独立控制系统，在不共工段使用不同的操作站，不同的控制器及I/O进行各工段的操作和控制。随着现代过程工业不断地往超大规模发展，每个生产装置之间的上下游关系更加密切，对集散控制系统（DCS）提出了新的要求。不仅要求全流程中每个生产装置相对保持独立性，以利于危险分散，独立装置开停车，易于进行独立安装和维护。而且要求能够实现各生产装置的信息集中管理和共享，这就是更高层次的集散控制概念。分布式系统架构DSA（Distributed System Architecture）将每个生产装置用一个称之为Experion PKS族来控制，每个族具有独立的实时过程数据库（ERDB），保证每个族的独立性。多个Experion PKS族通过DSA可以很容易地集成一个单一的系统中，无需重复组态，无缝集成所有DCS数据。从而实现各生产装置的信息集中管理和共享，构成超大规模系统，并且易于扩展。

DSA可使用各种通用的络，包括局域、广域。支持微波、卫星、租用专线络等，突破地理位置上的分散。可以说，Experion?PKS分布式系统架构DSA是控制系统DCS发展非常重要的一个趋势。

无线技术改变过程控制系统

作为过程控制领域新技术的引领者，艾默生过程控制有限公司也一直把无线技术作为自己重点技术之一。艾默生艾默生过程控制公司市场总监林永春指出，随着无线技术进一步为公众所接收，其应用的范围也在日益扩大，尤其在工业过程领域，无线技术对习惯于有线技术的工业过程领域所带来的冲击是巨大的。到目前为止，大多数的无线项目用于开环回路的监测，应该说，现今的无线技聚谷氨酸绿色、安全、可食用术是对有线技术强有力的补充。由于无线技术的应用，解决了有线技术由于投资成本及环境限制未能实现的功能，提升了过程控制精度，为工厂管理带来极大效益。应该认识到，过程控制的无线化是一场静悄悄的革命，是一个逐步渗透的过程，随着人们认知程度的提高，以及无线技术更为可靠、连续、兼容的操作方式将给整个工业界以使用的信心，越来越多的无线设备将用于工厂。然而，安全有效的工厂操作总是放在第一位的，就目前来说控制功能的应用仍然是通过有线电缆来完成的。而今年9月底艾默生在奥兰多推出了无线方案的冗余功能，使用户有足够的信心将灵活的易于使用的智能无线平台向关键点监测和控制应用领域扩展。

霍尼韦尔过程控制部市场战略经理姜亚春介绍说，霍尼韦尔最新版本的控制系统Experion PKS已经把无线络集成到了控制层，使得无线设备可以参与到控制之中。姜亚春经理表示，“我们认为无线技术会是自动化控制的发展方向，同时无线技术的发展又会改变过程控制系统的结构。”

现场总线升级到工业实时以太

现场总线和工业以太技术的发展和推广应用，为全集成自动化体系架构的形成和发展奠定了通信的基础。另外，从工业编程语言、现场总线、工业以太等各种自动化国际标准的制定和推广应用，也为工业以太技术的发展奠定了标准化的基础。

当今自动化领域内，从工艺现场层到工厂（集团）管理层可经由以太，基本实现信息的畅通无缝流通，通过信息的无缝集成、过程优化和资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成，以缩短企业新产品的开发周期、提高质量、降低成本、改进服务和改善环境，从而提升企业的市场的应变能力和竞争能力。在工业自动化领域当今较认可的有两种，一个是P-NET，它是基于PROFIBUS系统活动性差开发的，第二个是由罗克韦尔为主开发的即CIP（通用工业协议的工业络）-它包括DeviceNet、 EtherNet/IP、ControlNet.使用实施以太这就要求根据不同的实验力、试样的形状大小选择设计不同的夹具技术后，过去每一个点的都要用两根线接到两线制仪表，现在只要通过一根电缆就直接下来了，不但电缆大量减少且I/0的设备也减小了很多。

过程仪表的创新不可忽视

堡盟过程仪表产品市场经理李素蓉指出，不论过程系统如何发展，功能如何强大，过程仪表的作用不能被忽视。她进一步指出，仪表是在工业生产过程中，对工艺参数进行检测、显示、记录或者控制的基础。随着工业的发展，对仪表控制系统提出了更高的要求，电动仪表逐步向数字化、智能化方向发展，计算机系统向络化、开放化发展，新一代的仪表主要特点是智能化和数字化。

工厂的生产好坏很大程度上依赖于过程仪表的状况，这些仪表除了流量、液位、压力及温度等参数的传感器和变送器，还包括分析仪及控制阀。用2、主机采取进口伺服机电及伺服调速系统、滚珠丝杠于过程技术的堡盟传感器和测量设备极其精密和稳定，完全能够满足应用要求。尤其是在极端环境条件下，它们也能进行准确的测量。良好的产品质量不仅延长了使用寿命，而且降低了维护周期，提高了过程生产的安全性和效率。