工業(yè)自動化控制是工業(yè)技術(shù)進步的重要方向,是機電一體化、推進兩化融合的基礎(chǔ)工作。但是,多年來一直缺少國家層面的關(guān)注和戰(zhàn)略性安排,處于嚴重落后階段,并存有重大隱患。
什么是工廠自動化領(lǐng)域的自動控制技術(shù)?簡單講,用于連續(xù)流程的(電力、化工)即DCS,用于非連續(xù)過程的(冶金、造紙、紡織、機械加工等制造領(lǐng)域及環(huán)保等)為PLC。PLC用途廣泛,既解決單機自控,也提供流水線和工廠自動化解決方案。
我國連續(xù)流程自動化(DCS)發(fā)展比較快,以能源和重化工為主,主要在應(yīng)用方面,并且多年來得到國家政策支持,所以行業(yè)內(nèi)部的認識和重視程度比較高,與國際先進水平的差距正在縮短。在斷續(xù)流程自動化(國外通常說“工廠自動化”FactoryAutomation,簡稱FA)領(lǐng)域,面臨的問題卻越來越緊迫。
國際工控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢
工業(yè)自動化控制是工業(yè)技術(shù)進步的重要方向:解決效率、產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性、一致性的基礎(chǔ)技術(shù)。
普及工控是推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級,以“信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)”,推進兩化融合的基礎(chǔ)工作。
近幾十年,隨著ICT技術(shù)突飛猛進的發(fā)展,工業(yè)自控系統(tǒng)和儀表儀器技術(shù)進步很快,呈微型化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化等特點。
一般認為,工業(yè)自動化有兩個主要領(lǐng)域:以過程(流體運動)控制技術(shù)支撐的流程自動化(PA)和以運動控制技術(shù)支撐的工廠自動化(FA或離散型生產(chǎn)自動化)。前者從傳統(tǒng)的模擬式回路儀表起步,綜合ICT控制技術(shù),發(fā)展為分布式(或集散式)控制系統(tǒng)DCS。其高度的可靠性、方便的組態(tài)軟件、豐富的控制算法、開放的聯(lián)網(wǎng)能力等優(yōu)點,成為計算機工業(yè)控制系統(tǒng)的主流,廣泛應(yīng)用于大型、設(shè)備眾多、工況復(fù)雜的流程型裝備的自動控制,如大型化工廠、火電廠等。
可編程控制器(PLC):以繼電器技術(shù)為基礎(chǔ),綜合ICT技術(shù),以程序化方式實現(xiàn)設(shè)備的電氣控制。PLC結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快、現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性與可靠性好(耐振動、噪聲、灰塵、油污等)、抗干擾能力強、價格較低,是與DCS并駕齊驅(qū)的另一主流控制系統(tǒng)。
工業(yè)自動控制技術(shù)路線呈互相滲透、互相融合的趨勢。PLC應(yīng)用范圍向中小型過程控制系統(tǒng)、近程維護服務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)控等領(lǐng)域擴展,在某些應(yīng)用上取代了DCS。DCS也應(yīng)用PLC與工控計算機聯(lián)合組網(wǎng)。總的趨勢是更加開放(細化分工合作)、標準化、產(chǎn)品化、集成化。
上世紀90年代以來,現(xiàn)場總線技術(shù)FCS迅速發(fā)展。這是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)字式智能化儀表與測控設(shè)備,與自動控制裝置或系統(tǒng)間的多點通信、全分散、開放式的底層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
世界工控行業(yè)經(jīng)過幾十年的大浪淘沙,已形成少數(shù)跨國公司規(guī)模生產(chǎn)、瓜分全球市場的寡頭壟斷局面。原來的幾百個廠商目前只剩下幾十個,最著名者如西門子、ABB、Honeywell、三菱、菲尼克斯等,其工控產(chǎn)品均號稱兼具DCS/PLC/FCS功能,在質(zhì)量、價格、售后服務(wù)方面已經(jīng)贏得了市場信譽。
工業(yè)信息化是電子通信技術(shù)(ICT)與先進制造技術(shù)融合的產(chǎn)物,是設(shè)備可控性、測控設(shè)備適用性及信息優(yōu)化應(yīng)用的綜合成果。自控系統(tǒng)和儀表儀器是現(xiàn)代工業(yè)裝備以及交通、能源、國防、重大公益設(shè)備等的神經(jīng)中樞、運行中心和安全屏障,其功能是監(jiān)測控制整個工藝流程和產(chǎn)品質(zhì)量,保障工業(yè)重大裝備安全可靠運行和實現(xiàn)高效優(yōu)化。
所以,推進制造環(huán)節(jié)自動化,是提升我國工業(yè)競爭力的核心技術(shù)之一,是兩化融合的基礎(chǔ)。推進工控技術(shù)自主創(chuàng)新,掌握工控行業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán),扭轉(zhuǎn)目前過分依賴國外技術(shù)和受制于人的被動局面,是當(dāng)前振興裝備工業(yè)的一個核心問題,是不能回避的戰(zhàn)略任務(wù)。
我國工控行業(yè)總體落后的現(xiàn)狀與原因
國產(chǎn)控制系統(tǒng)難以進入重大工程的關(guān)鍵、核心、主體裝備,這一市場的大部分仍被國外工控系統(tǒng)壟斷。
工控發(fā)展滯后是中國工業(yè)大而不強的關(guān)鍵原因之一,也對產(chǎn)業(yè)安全和國家經(jīng)濟安全帶來威脅。
目前我國自主發(fā)展PLC工控系統(tǒng),最需要的是形成一個具有較高通用性的工控系統(tǒng)平臺。
我國的工控行業(yè)目前總體上處于弱勢地位,與國際先進水平仍有10~15年的差距。行業(yè)情況可概括為:技術(shù)差距大、市場信任度低、外資強勢競爭等。
(一)用于重大裝備的DCS取得重要進展,現(xiàn)場儀表和頂層系統(tǒng)薄弱。
上世紀80年代,我國使用的DCS產(chǎn)品全部是國外產(chǎn)品,當(dāng)時國家組織對進口成套重大裝備的自控系統(tǒng)進行技術(shù)消化,原機械、電力兩部協(xié)同攻關(guān),率先在大型火電機組領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。目前自主研制的超臨界300~600MW火電機組主控DCS系統(tǒng)已裝機數(shù)十套、經(jīng)受了多年運行檢驗。在這個過程中,一些中資企業(yè)脫穎而出,如北京和利時、浙大中控、新華中控等。上海自動化儀表、國電智深公司也在300~600MW機組主控DCS具備了相同能力。但由于工程應(yīng)用能力、質(zhì)量、聲譽等原因,這些產(chǎn)品的應(yīng)用對象,除電力外,仍以中小工程項目為主,或用于大型工程項目的非主要部分,用量更大的大型石化工程主控系統(tǒng)尚未能進入。
我國自控產(chǎn)業(yè)鏈的兩頭——底層的現(xiàn)場儀表(尤其是變送器和執(zhí)行