自動化調(diào)研報告

自動化調(diào)研陳述--自動化控制系統(tǒng)的應用摘要自動化控制系統(tǒng)應用領域廣泛，覆蓋了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、科技、環(huán)保、國防、教育、生活等各方面，在國民經(jīng)濟運行過程中闡揚著不成替代的作用。目前，自動化控制系統(tǒng)行業(yè)的開展程度，已成為一個國家科技水安然平靜綜合國力的重要表達。關鍵詞：自動化技術；自動控制系統(tǒng)；自動化控制系統(tǒng)財產(chǎn)總體開展綜述〔一)世界自動化控制系統(tǒng)財產(chǎn)穩(wěn)步增長據(jù)權威研究機構Datamonitor統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2006年世界自動化控制系統(tǒng)財產(chǎn)(包羅集散控制系統(tǒng)和可編程控制器兩大局部，不包羅基于PC的工業(yè)控制系統(tǒng)和軟件)規(guī)模約為125億美元。美洲、歐洲和亞太地域市場規(guī)模別離為37億美元、41億美元和47億美元。2002～2006年復合增長率分％、％和％。此后幾年，世界自動化控制系統(tǒng)財產(chǎn)仍將保持快速增長態(tài)勢，預計到2022年，世界自動化控制系統(tǒng)財產(chǎn)規(guī)模將到達214億美元，此中，美洲、歐洲和亞太地域市場規(guī)模別離到達5l億美元、50億美元和63億美元，2006～2022年復合增長率將別離為％、％和6.0%。(二)興旺國家高度重視自動化控制系統(tǒng)財產(chǎn)開展縱不雅世界，經(jīng)濟興旺國家都高度重視本國自動化控制系統(tǒng)財產(chǎn)的開展，將其視為國家的戰(zhàn)略重點之一。歐洲地域工業(yè)自動化控制財產(chǎn)很興旺，出格是德國大面積推廣應用自動化測控儀器系統(tǒng)，20世紀90年代就增加了350％的市場，帶動勞動出產(chǎn)率增％。目前，自動化和控制是維持德國乃至全歐洲汽車和機械制造高品質的關鍵技術。在德國汽車出產(chǎn)車間里，大量使用了現(xiàn)現(xiàn)場總線、可編程控制器(PLC)、運動控制、機器視覺、離散傳感器、HMI軟件等最新最先進的自動化產(chǎn)物。美國將儀器儀表(自動化控制系統(tǒng)是儀器儀表大類財產(chǎn)中很重要的一大局部)納入信息技術財產(chǎn)并采納優(yōu)先開展的政策，加大戰(zhàn)略性投資。日本科學技術廳把自控測量傳感器技術列為21世紀首位開展的技術，已成為亞洲測量傳感器出產(chǎn)第一大國?！踩匙詣踊刂飘a(chǎn)物在節(jié)能環(huán)保和節(jié)約資源領域闡揚重大作用自動化控制產(chǎn)物廣泛應用于冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保等各行各業(yè)，在節(jié)能環(huán)保和節(jié)約資源領域闡揚著重要作用。集散控制系統(tǒng)(DCS)是一種分布式控制系統(tǒng)，從傳統(tǒng)的儀表盤監(jiān)控系統(tǒng)開展而來，面向大型工業(yè)出產(chǎn)領域。它適用于電力、化工等行業(yè)持續(xù)性出產(chǎn)過程的監(jiān)視與控制，強調(diào)持續(xù)過程控制精度，可實現(xiàn)PID、前饋、串級、多級、模糊、自適應等復雜控制，適用于工藝過程復雜、被控設備多、控制點數(shù)龐大的系統(tǒng)。如在火電廠脫硫裝置中采用DCS控制產(chǎn)物對火電廠排放超標的煙氣進行脫硫處置，可實現(xiàn)煙氣達標排放、庇護生態(tài)環(huán)境以及防止人體受到有害氣體直接或間接的損害?？删幊炭刂破?PLC)是一種控制裝置，從傳統(tǒng)的繼電器回路開展而來，面向一般工業(yè)控領域。它的開展基于制造業(yè)的現(xiàn)場設備控制需求，強調(diào)開關量邏輯控制，適用于小型自控場所。如在筑物自動化中采用PLC系統(tǒng)控制照明、供暖、空調(diào)，可實現(xiàn)節(jié)省能源的目的；在電站、化工、印染和造紙等行業(yè)的污水處置過濾系統(tǒng)中采用PLC產(chǎn)物，不僅可提高污水處置自動化程度和平安可靠性，并且清污效果好、排污耗水量少，到達節(jié)能環(huán)保的效果。二、關鍵產(chǎn)物市場及技術開展動向(一)集散控制系統(tǒng)(DCS)：信息化、集成化⒈市場快速增長據(jù)美國AutomationResearchCorp(ARC)發(fā)布的陳述預測，世界集散控制系統(tǒng)(DCS)市場以每年7％的增長率快速增長，并將從2006年的約125億美元開展到2022年的210億美元。尤其是亞洲DCS市場需求將高速增長，2006年亞洲DCS市場發(fā)賣額約為38億美元，到2022年將到達60億美元。增長的原因主要得益于以上這些國家根底設施工業(yè)如煉油、化工、電力、油氣、能源等行業(yè)投資工程的增加促進該國自動化工業(yè)的開展，從而導致對集散控制系統(tǒng)的需求大增。目前，DCS主要集中在美國、日本、德國等興旺國家，如美國霍尼韋爾(Honeywell)、福克斯波羅(Foxboro)、西屋(Westinghouse)；日本橫河電機(YOKOGAWA)、日立；德國西門子等。國內(nèi)知名的DCS出產(chǎn)商主要有：北京和利時、浙大中控和上海新華控制技術集團等。顛末近30年的開展，集散控制系統(tǒng)已經(jīng)進入第四代。Honeywell公司推出的ExperionPKS系統(tǒng)、Emerson公司的PlantWeb(EmersonProcessManagement)、橫河電機公司的R3(PRM——工廠資源辦理系統(tǒng))、ABB公司的IndustrialIT系統(tǒng)等都是新一代DCS的代表，國內(nèi)的和利時公司也推出了本身的第四代DCS-MACS—Smartpro系統(tǒng)。⒉向信息化、集成化和開放化標的目的開展⑴信息化計算機技術、網(wǎng)絡技術、通信技術的開展推進了DCS的信息化進程，信息化已經(jīng)不是以控制功能為主的控制系統(tǒng)，而是一個充實闡揚信息辦理功能的綜合平臺系統(tǒng)。DCS實現(xiàn)的信息化功能主要包羅以下幾方面：①SCADA功能SCADA(SupervisorvControlAndDataAcquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)功能包羅通過各種通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，對各種實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警信息、變亂記錄等進行存儲，分類、綜合和顯示；各種方式的信息顯示和傳送，如屏幕顯示、長途瀏覽顯示及無線終端顯示等。幾乎所有的第四代DCS都提供了比較全面的SCADA功能。如ExperionPKS中，通過DigitalVideoManager實現(xiàn)圖像的傳輸和顯示；通過DSA〔DistributedSystemArchitecture〕用戶可實現(xiàn)全球聯(lián)網(wǎng)；通過HMIWebTechnology用戶可實現(xiàn)任何位置的人機界面的組態(tài)；通過eSenrer用戶可以平安地拜候過程信息，還有長途監(jiān)控，撐持無線終端等功能。②設備辦理和智能維修功能第四代DCS通過智能化現(xiàn)場信號處置模塊的自診斷功能實時對DCS系統(tǒng)本身的部件自動診斷，并且一般都提供冗余辦法，在關鍵部件發(fā)生故障時報警并自動切換到冗余備件上，包管設備正常工作，還能通過現(xiàn)場總線技術對現(xiàn)場儀表的運行狀態(tài)自動診斷，并可實現(xiàn)自動校正，確保各變送器和執(zhí)行器正常工作。例如，Emerson公司的PIantWeb系統(tǒng)，Honevwell公司的AssetManPKS系統(tǒng)等都提供了這樣的功能。③還包羅能源辦理、批處置和配方辦理、撐持開放的數(shù)據(jù)庫接口和多種流行尺度網(wǎng)絡接口等功能。(2)集成化DCS的集成化主要表達在功能的集成和產(chǎn)物的集成。過去的DCS廠商根本是以自主開發(fā)為主，提供的系統(tǒng)也是本身的，如今的DCS廠商更強調(diào)系統(tǒng)的集成性，DCS中除保存?zhèn)鹘y(tǒng)DCS所實現(xiàn)的過程控制功能之外，還集成了PLC(可編程控制器)、RTU(長途終端設備)、FCS(現(xiàn)場總線)、各種回路調(diào)節(jié)器、各種智能采集或控制單位等。此外DCS廠商不再把開發(fā)組態(tài)軟件或制造各種硬件單位視為核心技術，而是對DCS的各個組成局部采用第三方集成方式或OEM方式。(3)開放化隨著網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術以及現(xiàn)場總線技術的開展，為DCS系統(tǒng)的開放締造了條件。各DCS廠家競爭的加劇，促進了細化分工與合作，各廠家放棄了本出處本身獨立開發(fā)的模式，變成集成與合作的開發(fā)模式，有力地鞭策了系統(tǒng)的開放。DCS的開放性表達在與第三方產(chǎn)物的互連上，主要表達在：在企業(yè)辦理層撐持各種辦理軟件平臺連接；在工廠車間層撐持第三方先進控制產(chǎn)物、SCADA平臺、MES產(chǎn)物、BATCH處置軟件，同時撐持多種網(wǎng)絡協(xié)議(主要是以太網(wǎng))；在裝置控制層可以撐持多種DCS單位、PLC、RTU、各種智能控制單位等，以及各種尺度的現(xiàn)場總線儀表與執(zhí)行機構。3．融入現(xiàn)場總線技術，打造更完善的綜合系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)作為一種雙向串行多節(jié)點的數(shù)字通信系統(tǒng)，有很多DCS無法比較的長處。有許多專家、學者甚至預言現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)將代替DCS，但是由于技術上、尺度上以及經(jīng)濟性等多方面的原因，F(xiàn)CS不成能在短時間內(nèi)完全代替DCS，所以既要操縱現(xiàn)場總線技術的先進性，又要考慮客不雅實際，目前過程控制系統(tǒng)大多采用了將現(xiàn)場總線集成于DCS的思想傳統(tǒng)意義上的DCS實現(xiàn)分散控制、集中辦理，但實際上，DCS的控制功能并沒有真正的分散化，辦理功能主要是監(jiān)控和協(xié)調(diào)。因此，在未來的開展中，DCS將與FCS集成，充實闡揚DCS的監(jiān)控、辦理和決策功能以及FCS的現(xiàn)場智能儀表的控制和通信功能，實現(xiàn)出產(chǎn)過程控制的徹底分散化、網(wǎng)絡化，使系統(tǒng)配置到達最優(yōu)，實現(xiàn)完整的控制、辦理網(wǎng)絡架構。4．中小型DCS需求日益擴大以前DCS主要應用于石油、化工、鋼鐵等行業(yè)的大型企業(yè)，而眾多的中小型企業(yè)相對而言資金比較緊張，也沒有必要上很大規(guī)模的DCS，但卻迫切需要進行技術改造，提高控制系統(tǒng)的自動化程度,同樣需要適合的中小型DCS系統(tǒng)。因此，中小型DCS市場具有很大的開拓空間。中小型DCS同大型DCS比擬，可靠性要求沒有那么高，甚至可不要冗余；靈活性也較大，完全沒有必要像大型DCS那樣占用專門的監(jiān)控室。為了占據(jù)中小型系統(tǒng)市場，目前，國表里不少著名的DCS公司都推出了本身的中小型DCS，如Honeywell公司的PlantScapeSCADA,國內(nèi)和利時公司的FOCS等。(二)可編程控制器(PLC)：高速度、大容量⒈市場規(guī)模不竭擴大由于全球經(jīng)濟快速開展出格是各個領域的制造企業(yè)的快速開展，帶來了可編程控制器(PLC)以及各種自動化產(chǎn)物和效勞的健康增長。據(jù)ARC發(fā)布的陳述，2006年全球可編程控制器(PLC)市場約為83億美元，此后五年預計還將以7.3％的年復合增長率增長，到2022年將到達120億美元。％的年均增長率強勁開展，中國PLC市場規(guī)模將由2006年到2022年的13億美元。⒉制造業(yè)集中在歐美日目前，PLC制造企業(yè)主要集中在歐美日等興旺國家。歐美以大中型PLC聞名，日本以小型PLC著稱。美國是PLC出產(chǎn)大國，有100多家PLC廠商，著名的有A-B公司、通用電氣(GE)公司、莫迪康〔MODICON〕公司、德州〔TI〕公司和西屋公司等。此中A-B公司是美國最大的PLC制造商，其產(chǎn)物約占美國PLC市場的一半。A-B公司產(chǎn)物規(guī)格齊全、種類豐富，其主推的大中型PLC產(chǎn)物是PLC-5系列。該系列為模塊式布局。德州儀器〔TI〕公司的小型PLC新產(chǎn)物有510、520和TI100等，中型PLC新產(chǎn)物有TI300、5TI等，大型PLC有PM550、530、560、565等系列。德國的西門子(SIEMENS)公司、AEG公司、法國的TE公司是歐洲著名的PLC制造商。德國西門子的電子產(chǎn)物以性能精良而久負盛名。在中、大型PLC產(chǎn)物領域與美國的A-B公司齊名。西門子PLC主要產(chǎn)物是S5、S7系列。S7系列是西門子公司在S5系列PLC根底上近年推出的新產(chǎn)物，其性能價格比高，此中S7-200系列屬于微型PLC；S7-300系列屬于中小型PLC；S7-400屬于中高性能的大型PLC。日本的小型PLC最具特色，在小型機領域中頗具盛名。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等，在世界小型PLC市場上，日本產(chǎn)物約占有70％的份額。三菱公司較早的PLC產(chǎn)物是小型機F系列及其升級產(chǎn)物F1／F2系列。繼F1／F2系列之后，三菱公司又推出FX系列和FX2系列，在容量、速度、特殊功能、網(wǎng)絡功能等方面都有了全面的加強。FX2N是近幾年推出的高功能整體式小型機，它是FX2的換代產(chǎn)物，各種功能都有了全面的提升。近年來還不竭推出滿足不同要求的微型PLC，如FXOS、FXlS、FXON、FXIN及α系列等產(chǎn)物。歐姆龍(OMRON)公司的PLC產(chǎn)物，大、中、小、微型規(guī)格齊全。微型機以SP系列為代表，其體積極小，速度極快；小型機有P型、H型、CPM1A系列、CPM2A系列等；中型機有C200H、C200HS、C200HX、C200HG系列；大型機有C1000H、C2000H、CV等。松下公司的PLC產(chǎn)物中，F(xiàn)P0為微型機，F(xiàn)Pl為整體式小型機，F(xiàn)P3為中型機，F(xiàn)P5／FP1O、FPl0S、FP20為大型機。3．應用領域不竭擴大目前，PLC已廣泛應用于冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、文化娛樂等各行各業(yè)。隨著PLC性價比不竭提高，其應用領域不竭擴大。如在日本，PLC的應用范圍已從傳統(tǒng)的財產(chǎn)設備和機械的自動控制，擴展到以下應用領域：中小型過程控制系統(tǒng)、長途維護效勞系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng)，以及與生活相關聯(lián)的機器、與環(huán)境關聯(lián)的機器，并且均有急速上升趨勢。值得注意的是，隨著PLC和DCS彼此滲透，兩者界線日趨模糊，PLC從傳統(tǒng)的應用于離散的制造業(yè)向應用到持續(xù)的流程工業(yè)擴展的趨勢更加明顯。4．向高速度、大容量、多品種標的目的開展為了提高PLC的處置能力，要求PLC具有更好的響應速度和更大的存儲容量。因此，向高速度、大容量開展是大勢所趨。目前，PLC的掃描速度已成為很重要的一個性能指標，有的PLC的掃描速度可達O．1ms／k步擺布。在存儲容量方面，有的PLC最高可達幾十兆字節(jié)。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。當前中小型PLC比較多，為了適應市場的多種需要，此后PLC要向多品種標的目的開展，出格是向超大型和超小型兩個標的目的開展?，F(xiàn)已有I／O點數(shù)達14336點的超大型PLC，其使用32位微處置器，多CPU并行工作和大容量存儲器，功能強。同時，小型PLC由整體布局向小型模塊化布局開展，使配置更加靈活。為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟的超小型和微型PLC，最小配置的I／O點數(shù)為8～16點，以適應單機及小型自動控制的需要，如三菱公司α系列PLC。(三)現(xiàn)場總線(Fieldbus)：協(xié)調(diào)共存性、開放性1．新興市場增幅最大近年來，現(xiàn)場總線方案呈現(xiàn)快速增長趨勢，現(xiàn)場總線目前正越來越被更多的工業(yè)領域中的用戶所接受。按照ARC發(fā)布的陳述，2006年全球現(xiàn)場總線市場約為8.317億美元，預計在未來的5年內(nèi)，其年復合增長率將到達％，預計至2022年，此市場將到達元。此中，巴西、俄羅斯、印度和中國等開展中國家現(xiàn)場總線的增長幅度最大。ARC的研究陳述中將亞洲/大洋州地域稱之為“現(xiàn)場總線增長策動機〞，年復合增長率接近32％；陳述預測，拉丁美洲現(xiàn)場總線增長率，包羅IEC的多種現(xiàn)場總線協(xié)議在內(nèi)，接近34%。按照ARC的不雅點，現(xiàn)場總線需求全球增長大局部要歸功于它的強有力功能，它們既能實現(xiàn)設備辦理用上現(xiàn)場數(shù)據(jù)，又能通過德國技術監(jiān)督協(xié)會認證的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡實現(xiàn)與平安系統(tǒng)的連接和借助于OPC等技術實現(xiàn)其應用。ARC預期，隨著廠商投資力度的加大，現(xiàn)場總線解決方案的功能將會擴大，從而使其應用范圍更大，既能用于規(guī)模最大的企業(yè)，又能作為在功能性上開展的有針對性的解決方案。⒉現(xiàn)場總線種類和尺度繁多由于在現(xiàn)場總線技術的開始階段沒有一個統(tǒng)一的國際尺度，各企業(yè)和企業(yè)集團相繼開發(fā)本身的總線產(chǎn)物，制定現(xiàn)場總線尺度，形成了百花齊放的場所排場。目前，世界上存在著大約四十余種現(xiàn)場總線，如法國的FIP和德國西門子公司的ProfiBus總線，挪威的FINT、美國埃施朗(Echelon)公司的LONWorks現(xiàn)場總線，德國菲尼克斯電氣(PhenixContact)公司的InterBus現(xiàn)場總線，德國博世(Bosch)公司的現(xiàn)場CAN總線，德國羅斯蒙特〔Rosemount〕公司的HART現(xiàn)場總線，瑞士卡羅(CarloGavazzi)公司的Dupline現(xiàn)場總線，丹麥ProcessData公司的P-net現(xiàn)場總線，PeterHans公司的F-Mux現(xiàn)場總線，以及ASI(ActraturSensorInterface)，MODBus,SDS，Arcnet等，還有國際尺度組織一基金會現(xiàn)場總線FE：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國的DeviceNet與VontrolNet等等。這些現(xiàn)場總線大多用于過程自動化、醫(yī)藥領域、加工制造、交通運輸、國防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領域，大要不到十種的總線占有80％擺布的市場。并且，各種總線都有其應用的領域。比方FF、PROFIBUS-PA適用于石油、化工、醫(yī)藥、冶金等行業(yè)的過程控制領域；LonWorks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet適用于樓宇、交通運輸、農(nóng)業(yè)等領域；DevieceNet、PROFIBUS-DP適用于加工制造業(yè)，而每種現(xiàn)場總線都力圖將其應用領域擴大，彼此滲透。3．向協(xié)調(diào)共存性和開放性標的目的開展由于行業(yè)、地域、經(jīng)濟利益等多種原因，目前在不同領域形成多個頗具影響力的總線尺度，造成在眾多領域總線尺度各異。目前各重要制造商，除力推本身的總線產(chǎn)物之外，也都力圖開發(fā)總線兼容接口技術，將本身的總線產(chǎn)物與其他總線連接，在國際尺度中呈現(xiàn)各類總線尺度協(xié)調(diào)共存的場所排場。同時，現(xiàn)場總線還有向著開放統(tǒng)一標的目的開展的趨勢。雖然這種趨勢此刻看來為時尚早，但從用戶角度看，多種總線并立決不是一件好事。由于現(xiàn)場總線采用完全不同的通信協(xié)議，要解決這些不同尺度之間的彼此兼容和互操作性問題，就必然會增加用戶的投資和使用維護的復雜性。統(tǒng)一的TCP／IP協(xié)議使得Internet網(wǎng)絡快速開展的經(jīng)驗和以太網(wǎng)尺度的許多進步，使一直為現(xiàn)場總線不同協(xié)議的兼容問題所困擾的工業(yè)界看到一線但愿。許多現(xiàn)場總線組織正致力于開展Ethernet/IP技術，以太網(wǎng)以其廉價高速便利的特性被引入底層網(wǎng)絡，不僅便利現(xiàn)場層、控制層和辦理層在垂直面的集成，更能降低在程度層面的集成本錢。當然，要使工業(yè)以太網(wǎng)最終成為統(tǒng)一的總線尺度還有許多技術問題有待解決(如總線供電、本征平安等)。4．高速現(xiàn)場總線的設計和開發(fā)成為競爭焦點現(xiàn)場總線技術開展表達在兩方面：一是低速現(xiàn)場總線領域的開展和完善；二是高速現(xiàn)場總線技術的開展。目前，現(xiàn)場總線產(chǎn)物主要是低速總線產(chǎn)物，應用于運行速率較低的領域，對網(wǎng)絡的性能要求不是很高。高速現(xiàn)場總線主要應用于控制網(wǎng)內(nèi)的互連，連接控制計算機、PLC等智能程度較高、處置速度快的設備以及實現(xiàn)低速現(xiàn)場總線網(wǎng)橋間的連接，它是充實實現(xiàn)系統(tǒng)的全分散控制布局所必需的。到目前為止，這一領域還比較薄弱。因此，高速現(xiàn)場總線的設計、開發(fā)將是競爭十分劇烈的領域，這也將是現(xiàn)場總線技術實現(xiàn)統(tǒng)一的重要時機。而選擇什么樣的網(wǎng)絡技術作為高速現(xiàn)場總線的整體框架將是其首要內(nèi)容。三、自動化控制在工業(yè)中的應用石油化工自動化技術的應用石油化工工業(yè)自動化技術隨著工藝和裝備技術的不竭開展而開展，從初期簡單的手工操作到持續(xù)工藝及負荷不竭加大，對出產(chǎn)不變性要求越來越高，對控制的要求及自動化程度也越來越高，儀表使用越來越遍及，從簡單回路的閉環(huán)控制到單位裝置的全面自動化，使用的控制東西也從氣動單位組合儀表、電動單位組合儀表到DCS的廣泛應用；控制程度也從單參數(shù)簡單控制回路到多變量復雜控制回路，先進控制系統(tǒng)、優(yōu)化控制系統(tǒng)在各種場所都有成功應用的典型。

〔1〕現(xiàn)場總線〔fieldbus〕是應用于出產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場儀表〔包羅變送器、執(zhí)行器、記錄儀，單回路調(diào)節(jié)器、可編程序控制器等〕之間、現(xiàn)場儀表和控制設備之間實現(xiàn)全數(shù)字化、串行、雙向、多變量數(shù)字通信的網(wǎng)絡互連技術。它的呈現(xiàn)，給工業(yè)控制技術領域發(fā)生了非常大的影響。

雖然現(xiàn)場總線國際尺度IEC61158包含了FF、Profibus、ControlNet、WorldFIP、P-NET等在內(nèi)的八種類型〔現(xiàn)已增加到十種類型〕的現(xiàn)場總線，沒有實現(xiàn)它最初的“制定單一現(xiàn)場總線〞的目標，同時也宣告了多種現(xiàn)場總線并存的場所排場已經(jīng)形成。但與現(xiàn)有的DCS、PLC等比擬，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS由于具有的全數(shù)字多點通信、現(xiàn)場設備狀態(tài)可控、開放性、互可操作并能實現(xiàn)分散控制等特點，仍然是石油化工行業(yè)根底自動化系統(tǒng)的開展趨勢。

〔2〕現(xiàn)場總線與DCS相結合

將現(xiàn)場總線技術集成到現(xiàn)有控制系統(tǒng)中，將現(xiàn)場總線智能儀表連接到DCS上，操縱DCS豐富而成熟的控制功能和軟、硬件產(chǎn)物帶動現(xiàn)場總線的推廣應用。一般來講，現(xiàn)場總線與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)之間的集成主要有三種途徑：一是現(xiàn)場總線在DCS、PLC的I/O層次上的集成，現(xiàn)場總線設備作為I/O卡件集成在DCS、PLC中；第二是現(xiàn)場總線集成在DCS、PLC網(wǎng)絡上，現(xiàn)場總線設備通過網(wǎng)關集成到DCS、PLC上，統(tǒng)一組態(tài)、監(jiān)控與辦理；第三則是獨立FCS與DCS、PLC之間的信息集成，即FCS與DCS、PLC都獨立工作，兩者之間通過網(wǎng)關實現(xiàn)信息的映射與互訪。在目前傳統(tǒng)控制系統(tǒng)仍在大量使用的情況下，以上幾種方法不僅可以操縱DCS、PLC成熟的技術與經(jīng)驗，也可以闡揚現(xiàn)場總線的優(yōu)勢。

同時，在現(xiàn)場總線推廣應用的根底上，逐步完善管控一體化功能。操縱現(xiàn)場總線的全數(shù)字通信功能，收集現(xiàn)場智能設備所提供的大量非控制信息，成立現(xiàn)場智能設備數(shù)據(jù)庫，成立和完善現(xiàn)場智能設備的長途狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷、預防維護、在線調(diào)校等長途辦理功能，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的一體化辦理與控制。

〔二〕鋼鐵過程自動化技術隨著經(jīng)濟的迅猛開展及劇烈的市場競爭，我國正經(jīng)歷從一個高速增持久到以科學開展不雅統(tǒng)領鋼鐵工業(yè)開展的轉軌過程。轉變增長方式、布局優(yōu)化調(diào)整成為了行業(yè)中心，任務出格是在面臨世界金融危機的形勢下，加速裁減掉隊出產(chǎn)能力，加快提升科技開發(fā)與創(chuàng)新能力，開展循環(huán)經(jīng)濟，降低消耗，降低本錢，出產(chǎn)適銷對路、市場急需的產(chǎn)物已成為開展的重要特征。正是基于這種特定變化的市場環(huán)境的壓力，以及開展的技術環(huán)境差遣，近年來，作為鋼鐵業(yè)開展重要技術支柱的自動化系統(tǒng)，也有許多變化與提高。在鋼鐵過程自動化系統(tǒng)的技術組成中，包含的內(nèi)容很多，這里就檢測技術、控制技術、系統(tǒng)化技術等方面展開，它們是鋼鐵過程自動化系統(tǒng)的根底和核心，從而也映射了系統(tǒng)總體的現(xiàn)狀與開展動向。2.1檢測技術1、應用現(xiàn)狀出產(chǎn)過程的檢測傳感技術的開展，源于出產(chǎn)過程質量、能耗、環(huán)境和平安等的需求鞭策，而應用的檢測技術也給鋼鐵出產(chǎn)過程的控制和產(chǎn)物質量提供了堅實的技術保障。毋用置疑，賜與檢測技術鞭策的開展有很大影響的是市場對出產(chǎn)過程需求的變化。近年來，除了本來用于過程控制的檢測外，很明顯地加強了對產(chǎn)物〔包羅中間產(chǎn)物〕的缺陷等質量的檢測、原材料的檢測、環(huán)境平安檢測，此中大局部以信息反響的方式進入了自動化系統(tǒng)。鋼鐵出產(chǎn)過程中過程檢測技術在系統(tǒng)中所起的作用與地位示意如圖1所示。粗線箭頭代表示在主要的信息流向，細線箭頭為輔助流向而虛線箭頭為此后傳感信息。圖1鋼鐵出產(chǎn)過程中過程檢測技術作用與地位過程控制檢測鋼鐵過程檢測有許多對象，其絕對量檢測有：溫度、尺寸等如下表所示：表一：鋼鐵過程檢測過程檢測以根本狀態(tài)量的檢測為根底。它表達了系統(tǒng)對象的能不雅性，也對應了系統(tǒng)的能控性。因此，檢測技術對控制系統(tǒng)有很強的制約，它直接關系到系統(tǒng)能夠實現(xiàn)的自動化程度。系統(tǒng)對象的檢測，考慮了兩個局部，即被控對象及其環(huán)境。如：軋制過程在線持續(xù)測量軋件尺寸的能力和水準，決定了軋制可控程度和質量。熱軋過程測量是在相對高的振動和高溫、水流、氧化層粉層等干擾下實現(xiàn)的。鋼材軋制過程中紅外溫度掃描和成像，CCD鋼板寬度測量和板頭尾形狀測量技術的開發(fā)極大提高了軋制過程的自動化程度。而軋制過程熱軋板形控制和控軋控冷技術將溫度測量要求在惡劣的環(huán)境下擴展到多點、動態(tài)、高速和高精度水準?！?〕關于外表、內(nèi)部缺陷檢測鋼鐵出產(chǎn)過程涉及到產(chǎn)物質量方面。從外表缺陷、甚至是外表微細缺陷的檢測到內(nèi)部缺陷的檢測。如：鑄坯外表缺陷檢測識別、板材的平直度、凸度檢測，涂鍍產(chǎn)物覆層檢測到管、線、型材等產(chǎn)物外表缺陷的在線檢測和各種新型的高分辨率的外表缺陷檢測和針孔檢測，進而到以δ值測量儀為代表的鋼材內(nèi)部質量檢測技術的應用過程，充實反映了對產(chǎn)物質量檢測要求的深化?！?〕關于在線的原材料質量檢測鋼鐵出產(chǎn)的過程控制，既要考慮原材料是正常質量的情況，又要防止不克不及應對或無法預期的原材料變化和缺陷的發(fā)生。因此，除具備了燒結礦、煤、焦水份的紅外、微波、中子射線檢測、煤灰份檢測、鐵水硅、硫成份闡發(fā)檢測外，作為在線的原材料質量檢測，重要的是硅鋼板的硅素含有率的檢測等。〔4〕關于環(huán)境平安的檢測鋼鐵出產(chǎn)過程，嚴格控制有礙于環(huán)境平安的有害物質的泄漏與排放。防止造成不良甚至于嚴重后果。因此，關于環(huán)境平安的檢測是必需的。目前有:燒結過程粉塵排放量、成份檢測、高爐GAS回收量和成份檢測、焦爐GAS回收量和成份檢測、冶煉過程粉塵排放量和GAS成份檢測、加熱爐排放廢氣成份檢測、酸洗涂鍍等廢液排放檢測、水循環(huán)和排放的水質檢測等。2、開展動向〔1〕從使產(chǎn)物質量不變化開展到使產(chǎn)物高質量化這是持續(xù)性開展的標的目的。伴隨IT技術的進展、傳感器的高性能化、數(shù)據(jù)處置的高速化，對應于檢測需求的高層次化，使以往不克不及到達的檢測水準此刻則有可能到達。此中，引人注目的是廣泛應用圖象化處置方法。2.2控制技術1、應用現(xiàn)狀在鋼鐵過程自動化中，除了挨次控制外，最廣泛采用的根底控制是作為經(jīng)典控制的前饋〔FF〕/反響〔FB〕〔如下列圖所示〕或其組合方式的實用控制和以模型為根底的高級控制術在鋼鐵過程的控制中起著極其重要的作用。圖2轉爐煉鋼廠鍋爐汽包水位的自動控制〔前饋/反響控制〕為包管煉鋼出產(chǎn)的需要，在出產(chǎn)中常采用前饋/反響調(diào)節(jié)自動給水系統(tǒng)，顛末無數(shù)次的調(diào)改調(diào)節(jié)參數(shù)，系統(tǒng)中配上一些報警連鎖裝置，最終確保平安出產(chǎn)的需要！〔1〕前工序過程由于能控性受制于能不雅性的原因，目前，高爐、轉爐的模型均多為操作指導模型，出格是高爐為大規(guī)模非線性系統(tǒng)，應用控制理論的建模工作極其困難。大致經(jīng)歷了兩個階段：首先，通過從過程機收集的數(shù)據(jù)，借助于數(shù)學模型，計算出反映高爐爐況的指標，從而為高爐爐長提供高爐運行狀態(tài)指導高爐操作的Go-Stop系統(tǒng)；其次，綜合了專家的實踐經(jīng)驗和有關理論研究，通過AI技術與信息處置來對爐況的現(xiàn)狀、未來趨勢作出預報、給出最正確操作方針以到達指導高爐爐長對高爐冶煉過程的控制。如今，已遍及采用專家系統(tǒng)進行高爐的出產(chǎn)撐持系統(tǒng)和借助于經(jīng)驗的智能型爐況診斷系統(tǒng)。煉鋼過程以轉爐吹煉為中心，通過吹煉模型的高級化控制工程網(wǎng)版權所有，提高了鋼水溫度、成分命中率和縮短處置時間?！?〕軋鋼工序過程線性近似的軋制壓力與軋機剛度靜態(tài)模型與近似電氣、液壓系統(tǒng)及張力發(fā)朝氣構動特性的動態(tài)模型的組合來描述。板厚及張力控制可通過應用最優(yōu)控制、魯棒控制等技術來實現(xiàn)。多變量控制技術應用于熱軋活套器存在的板張力與活套量〔活套高度〕的變量耦合情況以及應用于冷軋板形的軋制力變化抵償、軋輥溫度凸度抵償及輥磨損抵償?shù)那闆r。別的，模型預測控制也應用于熱軋薄板的蛇行控制而基于混合系統(tǒng)〔HBS〕模型技術用來改善熱軋板的寬度控制等?！?〕持續(xù)處置線工序除持續(xù)涂鍍線實現(xiàn)了全線的速度與張力控制外，還進行把控制技術與操作訣竅結合的涂層智能〔AI〕的應用等。即由于實際出產(chǎn)中，存在爐內(nèi)輻射熱使帶鋼溫度測量困難且又無法測定合金狀態(tài)的情況下，成立并應用融合以操作人員的訣竅〔Know–how〕為準則的智能控制提高了成品收得率。2、開展動向〔1〕以實現(xiàn)高質量、多品種、短交貨期、不變化出產(chǎn)為目標需求的控制技術開發(fā)仍是主線。主要特點為：通過控制與操作經(jīng)驗結合來克服過程非線性問題。為克服非線性，考慮與操作經(jīng)驗訣竅的結合問題。即以控制理論為核心的控制技術不僅通過調(diào)整系統(tǒng)的動態(tài)特性取得提高質量和收得率的實效，并且還把操作技能納入技術體系，這給新產(chǎn)物的量產(chǎn)化帶來了但愿。與相關領域的合作，不僅要有系統(tǒng)控制技術與檢測領域的合作，并且要在計算機能力不竭提高的布景下，通過與智能技術、過程解析技術、材料科學等多領域的合作控制工程網(wǎng)版權所有，來開創(chuàng)自動化的新場所排場?！?〕以“在線最優(yōu)化〞為核心的過程控制鑒于大量數(shù)據(jù)的在線實時處置已成為現(xiàn)實，鋼鐵業(yè)正出力研究基于大規(guī)模數(shù)據(jù)的高水準建模技術及控制技術來實此刻線最優(yōu)化。由于IT技術的高速開展，不僅使本來高速響應困難的模型預測控制等最新控制理論在鋼鐵業(yè)的應用呈現(xiàn)了轉機。經(jīng)由網(wǎng)絡大規(guī)模采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)挖掘的常識發(fā)現(xiàn)，為布局優(yōu)化締造了條件。以過程不變、技術經(jīng)濟指標為目標，對關鍵工藝參數(shù)在線持續(xù)檢測根底上，綜合操縱預測技術及在線仿真來進行多變量最優(yōu)化及實現(xiàn)工序間最優(yōu)化，而基于可視化技術與基于大量數(shù)據(jù)的信息趨勢引導技術撐持不變化出產(chǎn)?！?〕期盼沖破高爐過程自動化的難點高爐是鋼鐵過程自動化的最難點，國表里正出力沿著從操作指導→半自動化→全自動的途徑緩緩前進。雖然爐頂裝入物控制及熱風爐燃燒控制等也能局部自動化，但把握高爐整體的出產(chǎn)控制關鍵是高爐整體過程模型及基于檢測高爐底部反響狀況及現(xiàn)象解析的傳感器與模型的開發(fā)。而通過智能控制與實用控制結合等手段，來實現(xiàn)廣義的鋼鐵出產(chǎn)過程的高性能閉環(huán)控制則也是可實施途徑。即基于用戶常識庫的閉環(huán)控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)配料、焦比、堿度、噴吹等目標的在線控制。它將進一步降低報酬因素對高爐操作的負面影響，使高爐運行更加科學合理?！?〕節(jié)能降排對控制技術的需求高爐進行高效率出產(chǎn)〔包含環(huán)境對策〕、余壓發(fā)電控制技術的開發(fā)；轉爐進行面向節(jié)能、再循環(huán)的控制技術開發(fā)。通過吹煉模型的高級化削減合金鐵、副原料本錢，減少渣量；通過轉爐爐壓的適正化，提高工廠內(nèi)再循環(huán)轉爐CO煤氣的回收量。諸如：按照外擾推定不雅察器的應用來降低爐壓變更量，或從出產(chǎn)數(shù)據(jù)闡發(fā)成立最正確爐壓設定值模式方法等?！?〕軋鋼控制重心轉移向材質性能控制軋鋼控制重心，從以往的外部尺寸規(guī)格控制逐漸轉移到關心出產(chǎn)好材質的控制系統(tǒng)來。當然，關于尺寸規(guī)格控制也會要求愈來愈嚴，仍需要持續(xù)性不竭改善。另一方面，更要存眷材質的出產(chǎn)問題。試用基于模型的最優(yōu)化和數(shù)據(jù)庫等直接控制材料的耐力與強度等機械特性。例如：包羅在線冶金模型、與基于材質性能預測的鋼板材質控制系統(tǒng)等，而以熱軋帶鋼力學性能預報模型及其在線應用技術廣受存眷。它不僅對有效余材充任滿足客戶需求，縮短交貨期，降低庫存、加快資金周轉有積極意義，并且為更靈活地組織出產(chǎn)提供了嶄新的手段，被認為是實現(xiàn)動態(tài)出產(chǎn)控制的關鍵技術之一。2.3系統(tǒng)化技術如何選擇系統(tǒng)構成要素：計算機、控制器、網(wǎng)絡、傳感器、執(zhí)行器、信息軟件/控制軟件、人機界面等，集成構建成自動化系統(tǒng)才能到達所期望的目標要求？這就是系統(tǒng)化技