現(xiàn)代自動(dòng)化集成體系架構(gòu)的現(xiàn)狀

一．自動(dòng)化集成體系架構(gòu)推出的背景 

　　在當(dāng)今的IT 時(shí)代，生產(chǎn)過程自動(dòng)化不僅是把它作為操作和運(yùn)行生產(chǎn)工藝的工具，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇，在挖潛增效驅(qū)使下，要求自動(dòng)化技術(shù)將過程信息和整個(gè)集團(tuán)的生產(chǎn)管理、執(zhí)行等信息系統(tǒng)全集成在一攬子解決方案中。在這種趨勢(shì)下在全球有影響力的控制系統(tǒng)供應(yīng)商現(xiàn)今紛紛推出全集成架構(gòu)，如：

Schneider的Transparent Ready  透明就緒

Siemens 的Total Integrated Automation  全集成自動(dòng)化

Rockwell Automation的Integrated Architecture  集成架構(gòu)

Mitsubishi的e—Factory  可視化工廠

ABB的Industrial IT  工業(yè)信息系統(tǒng)

Emerson Process的Plant Web  工廠管網(wǎng)

Invensys Process(Foxboro)的 ECS(Enterprise Control System)—企業(yè)控制系統(tǒng)

Yokogawa 的Vigilant Plant  警醒的工廠

自動(dòng)化全集成體系架構(gòu)推出僅3，4年，但發(fā)展速度引人注目，其發(fā)展顯然處于自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的大背景中：

　　1）        市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求自動(dòng)化技術(shù)不再僅僅是提供PLC或DCS的局部控制模式和獨(dú)立的信息體系，而要求將自動(dòng)化控制和生產(chǎn)管理、執(zhí)行等信息系統(tǒng)全集成在一起的新的控制模式。

　　2）        企業(yè)過程管理與控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了本質(zhì)性的變化，工業(yè)自動(dòng)化的金字塔模型已由原來(lái)的5層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為3層：即企業(yè)資源規(guī)劃（ERP），制造執(zhí)行系統(tǒng) （MES ）與過程控制系統(tǒng)（PCS）3層，它們分別起著計(jì)劃層（制定生產(chǎn)計(jì)劃），執(zhí)行層（實(shí)施生產(chǎn)管理與質(zhì)量控制），控制層（實(shí)現(xiàn)邏輯、閉環(huán)和過程控制等）作用，生產(chǎn)過程借助于MES進(jìn)行集成與協(xié)調(diào)控制，通過工廠的信息管理系統(tǒng)（PMIS），產(chǎn)品規(guī)范管理系統(tǒng)（PSMS），物流管理系統(tǒng)，設(shè)備管理系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室和化驗(yàn)室的信息管理系統(tǒng)，生產(chǎn)定單的管理系統(tǒng)以及詳細(xì)的生產(chǎn)排程和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)記錄系統(tǒng)，使得制造業(yè)（包括大的水泥集團(tuán)）的信息不僅具有很好的計(jì)劃系統(tǒng)，還能使計(jì)劃落實(shí)到實(shí)處，最終實(shí)現(xiàn)操作過程自動(dòng)化，使生產(chǎn)更有序，更經(jīng)濟(jì)，既提高了生產(chǎn)效率，又節(jié)約了成本，公司競(jìng)爭(zhēng)力也進(jìn)一步加強(qiáng)?，F(xiàn)代水泥工廠控制與管理的金字塔模型見圖1。

 
圖1：現(xiàn)代水泥工廠控制與管理的金字塔模型

　　1）長(zhǎng)期以來(lái)工業(yè)控制領(lǐng)域一直把電氣的邏輯和順序控制、傳動(dòng)控制和過程控制、運(yùn)動(dòng)控制等構(gòu)成不同的獨(dú)立體系，而現(xiàn)今自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展已經(jīng)為打破各控制領(lǐng)域各自為政的枷鎖，并統(tǒng)一在一個(gè)平臺(tái)上準(zhǔn)備好技術(shù)和認(rèn)識(shí)條件。

　　2）現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用，為全集成自動(dòng)化體系架構(gòu)的形成和發(fā)展奠定了通信的基礎(chǔ)。另外從工業(yè)編程語(yǔ)言、現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)等各種自動(dòng)化國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定和推廣應(yīng)用，也為全集成體系架構(gòu)的發(fā)展奠定了標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)
我國(guó)水泥行業(yè)在國(guó)內(nèi)有影響有實(shí)力的大集團(tuán)有幾十家，如海螺、華新、冀東、亞泰、三獅等，它們屬下有許多水泥熟料廠和粉磨站，幾乎分布在全國(guó)各地，如海螺集團(tuán)的水泥熟料廠分布在離資源近的安徽、廣西、廣東、湖南等地，而根據(jù)水泥市場(chǎng)的需求，粉磨站分布在上海、寧波、南通、張家港等城市附近，它必需綜合調(diào)度其生產(chǎn)、管理和銷售等；另隨著節(jié)能，環(huán)保需要，大集團(tuán)還必須考慮電能、熱能的綜合應(yīng)用，粉塵以及SO2的排放，為此進(jìn)一步提高這些大集團(tuán)的管控水平是十分需要和迫切，自動(dòng)化全集成體系架構(gòu)的推出，為水泥行業(yè)大集團(tuán)提升生產(chǎn)、管理、控制水平創(chuàng)造了條件，如華新集團(tuán)下屬有許多分公司，水泥熟料廠大多采用西門子公司的PCS7系統(tǒng)，西門子公司推出的全集成自動(dòng)化TIA （Total Integrated Automation ）為集團(tuán)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化集成體系架構(gòu)創(chuàng)造了條件，它在執(zhí)行層MES中可通過生產(chǎn)建模器進(jìn)行集成與協(xié)調(diào)控制，做到了生產(chǎn)過程的高效和成本優(yōu)化的集成，其核心是：集成的配置和編程，集成的數(shù)據(jù)管理，集成的通訊，使整個(gè)企業(yè)內(nèi)的管理、銷售、業(yè)務(wù)、工程設(shè)計(jì)，運(yùn)行操作、維護(hù)，均工作于統(tǒng)一的信息平臺(tái)，用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)，PROFINET和標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的連接，擴(kuò)展了自動(dòng)化范圍和功能，做到華新集團(tuán)生產(chǎn)過程的高效和成本優(yōu)化的集成，最終實(shí)現(xiàn)集團(tuán)的資源管理共享和績(jī)效最佳。

二．自動(dòng)化集成體系架構(gòu)的特點(diǎn)

　　上述控制系統(tǒng)供應(yīng)商紛紛推出自動(dòng)化全集成架構(gòu)多種不同的架構(gòu)，他們有各自設(shè)計(jì)的理念，但有其共同點(diǎn)： 

 　強(qiáng)調(diào)企業(yè)信息和控制系統(tǒng)的集成，即自動(dòng)化控制系統(tǒng)—制造（或生產(chǎn)）執(zhí)行系統(tǒng)—業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)（企業(yè)資源規(guī)劃）的集成。 

 　強(qiáng)調(diào)為工程設(shè)計(jì)和組態(tài)（工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)、自動(dòng)化設(shè)計(jì)和編程等）、調(diào)試投運(yùn)、運(yùn)行操作、資產(chǎn)管理和優(yōu)化、維護(hù)等各環(huán)節(jié)提供統(tǒng)一平臺(tái)。 

　　在控制層強(qiáng)調(diào)用統(tǒng)一平臺(tái)解決電控、儀控、運(yùn)控等多專業(yè)的功能性的要求。 

　　強(qiáng)調(diào)控制層、執(zhí)行層和管理層不同網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接和提供信息數(shù)據(jù)的高效交換。 

　　強(qiáng)調(diào)與第三方系統(tǒng)和軟件的協(xié)同和連接。

　PLC和DCS主流廠商由于應(yīng)用領(lǐng)域不同，也存在明顯的差異

　PLC主流廠商尤其重視全集成架構(gòu)的離散制造業(yè)應(yīng)用，尤其重視PLC、運(yùn)動(dòng)控制、傳動(dòng)等的工程設(shè)計(jì)統(tǒng)一平臺(tái)和不同網(wǎng)絡(luò)，包括現(xiàn)場(chǎng)總線、專用網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)等的無(wú)縫連接。

　DCS主流廠商尤其重視全集成架構(gòu)在流程行業(yè)應(yīng)用，因此強(qiáng)調(diào)工藝設(shè)計(jì)和自動(dòng)化設(shè)計(jì)的統(tǒng)一平臺(tái)和各種不同類型的儀表用現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)的無(wú)縫連接，以及和第三方儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的連接、數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享。

　DCS主流廠商繼承原有優(yōu)勢(shì)，重視資產(chǎn)設(shè)備的管理，從基本管理發(fā)展到資產(chǎn)設(shè)備的組合優(yōu)化管理，進(jìn)而發(fā)展變化為生產(chǎn)績(jī)效、商務(wù)績(jī)效的全面管理。與此同時(shí)，PLC主流廠商也開始把資產(chǎn)設(shè)備管理納入自動(dòng)化體系全集成架構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)低成本實(shí)現(xiàn)管理信息與控制信息的集成，有的公司已開始有效工作，如三菱電機(jī)開發(fā)了裝插在其高端PLC機(jī)架上MES接口模塊，通過以太網(wǎng)可直接連接Oracle ,MS Access, MS SQL Server等數(shù)據(jù)庫(kù)。

三．水泥行業(yè)應(yīng)用自動(dòng)化集成體系架構(gòu)的設(shè)想

　　我國(guó)新型干法水泥廠在我國(guó)水泥行業(yè)的比例已近一半，據(jù)統(tǒng)計(jì)在新型干法水泥廠采用ABB的自動(dòng)化控制系統(tǒng)占主導(dǎo)地位，早期的MASTER系統(tǒng)還有一些工廠在用，但目前用得最多是Industry IT AC800F，(Freelance2000)，也有少量水泥廠采用AC800M，如海螺集團(tuán)幾十個(gè)5000t/d水泥廠幾乎全采用Industry IT AC800F， ABB最新推出的自動(dòng)化集成體系架構(gòu)Industry IT 800xA，它是在一個(gè)擴(kuò)展的自動(dòng)化系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)內(nèi)，提供統(tǒng)一的操作、工程和信息管理的環(huán)境和界面。擴(kuò)展的自動(dòng)化系統(tǒng)包括儀表和變頻器，馬達(dá)控制中心、信息管理、PLC、安全控制、先進(jìn)控制以及資產(chǎn)優(yōu)化和生產(chǎn)管理等，各行業(yè)還有各自的解決方案，如水泥、造紙，軋機(jī)等，新系統(tǒng)支持全面的OPC連接方式，并使用包括HART，PROFIBUS，F(xiàn)F ，TCP/IP等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。目前SINOMA總包的EPC 項(xiàng)目已逐漸開始應(yīng)用AC800M，工程設(shè)計(jì)的自動(dòng)化系統(tǒng)包括儀表和變頻器，馬達(dá)控制中心、信息管理、PLC、安全控制等，隨著自動(dòng)化集成體系架構(gòu)不斷完善和軟件成本下降，將進(jìn)一步擴(kuò)展先進(jìn)控制和資產(chǎn)優(yōu)化。筆者認(rèn)為海螺集團(tuán)也可能通過Industry IT 800xA把整個(gè)集團(tuán)的自動(dòng)化技術(shù)集成在一個(gè)體系架構(gòu)中。

　　采用西門子的PCS7系統(tǒng)，在我國(guó)水泥行業(yè)也呈上升趨勢(shì)，西門子的TIA和TIP在三方位的集成還是有一定特點(diǎn)，它把整個(gè)企業(yè)內(nèi)部的管理、銷售、業(yè)務(wù)、工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行操作、維護(hù)均工作于統(tǒng)一的信息平臺(tái)，西門子的CEMAT的行業(yè)解決方案在國(guó)際水泥界有較大影響，華新集團(tuán)已局部采用了TIA，還要進(jìn)一步把安全控制、先進(jìn)控制以及資產(chǎn)優(yōu)化和生產(chǎn)管理納入TIA中。
在水泥行業(yè)中ROCKWELL 的ControlLogix， 施耐德公司（ Schneider）的 Quantum，這兩家公司也有相應(yīng)的自動(dòng)化集成架構(gòu)，本文就不再介紹了。

四．結(jié)論

　　自動(dòng)化集成體系架構(gòu)是在ERP、MES、PCS三層結(jié)構(gòu)受到普遍認(rèn)可的前提下，自動(dòng)化主流公司整合、改進(jìn)原有控制平臺(tái)和系列軟件產(chǎn)品，為整體實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)制造、生產(chǎn)管理的自動(dòng)化和信息化，提供盡可能完善的解決方案的產(chǎn)物?？梢灶A(yù)測(cè)水泥工業(yè)大集團(tuán)在自動(dòng)化集成體系架構(gòu)更完善前提下，為進(jìn)一步提高其管控水平也會(huì)采用自動(dòng)化集成體系架構(gòu)。