工業自動化控制是工業技術進步的重要方向,是機電一體化、推進兩化融合的基礎工作。但是,多年來一直缺少國家層面的關注和戰略性安排,處于嚴重落后階段,并存有重大隱患。
什么是工廠自動化領域的自動控制技術?簡單講,用于連續流程的(電力、化工)即DCS,用于非連續過程的(冶金、造紙、紡織、機械加工等制造領域及環保等)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。
我國連續流程自動化(DCS)發展比較快,以能源和重化工為主,主要在應用方面,并且多年來得到國家政策支持,所以行業內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。在斷續流程自動化(國外通常說“工廠自動化”FactoryAutomation,簡稱FA)領域,面臨的問題卻越來越緊迫。
國際工控技術與產業的發展趨勢
工業自動化控制是工業技術進步的重要方向:解決效率、產品質量、可靠性、一致性的基礎技術。
普及工控是推進產業結構優化升級,以“信息技術改造傳統產業”,推進兩化融合的基礎工作。
近幾十年,隨著ICT技術突飛猛進的發展,工業自控系統和儀表儀器技術進步很快,呈微型化、數字化、智能化、網絡化、集成化等特點。
一般認為,工業自動化有兩個主要領域:以過程(流體運動)控制技術支撐的流程自動化(PA)和以運動控制技術支撐的工廠自動化(FA或離散型生產自動化)。前者從傳統的模擬式回路儀表起步,綜合ICT控制技術,發展為分布式(或集散式)控制系統DCS。其高度的可靠性、方便的組態軟件、豐富的控制算法、開放的聯網能力等優點,成為計算機工業控制系統的主流,廣泛應用于大型、設備眾多、工況復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):以繼電器技術為基礎,綜合ICT技術,以程序化方式實現設備的電氣控制。PLC結構緊湊、響應快、現場環境適應性與可靠性好(耐振動、噪聲、灰塵、油污等)、抗干擾能力強、價格較低,是與DCS并駕齊驅的另一主流控制系統。
工業自動控制技術路線呈互相滲透、互相融合的趨勢。PLC應用范圍向中小型過程控制系統、近程維護服務系統、節能監控等領域擴展,在某些應用上取代了DCS。DCS也應用PLC與工控計算機聯合組網。總的趨勢是更加開放(細化分工合作)、標準化、產品化、集成化。
上世紀90年代以來,現場總線技術FCS迅速發展。這是安裝在生產現場的數字式智能化儀表與測控設備,與自動控制裝置或系統間的多點通信、全分散、開放式的底層控制網絡系統。
世界工控行業經過幾十年的大浪淘沙,已形成少數跨國公司規模生產、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,其工控產品均號稱兼具DCS/PLC/FCS功能,在質量、價格、售后服務方面已經贏得了市場信譽。
工業信息化是電子通信技術(ICT)與先進制造技術融合的產物,是設備可控性、測控設備適用性及信息優化應用的綜合成果。自控系統和儀表儀器是現代工業裝備以及交通、能源、國防、重大公益設備等的神經中樞、運行中心和安全屏障,其功能是監測控制整個工藝流程和產品質量,保障工業重大裝備安全可靠運行和實現高效優化。
所以,推進制造環節自動化,是提升我國工業競爭力的核心技術之一,是兩化融合的基礎。推進工控技術自主創新,掌握工控行業發展主導權,扭轉目前過分依賴國外技術和受制于人的被動局面,是當前振興裝備工業的一個核心問題,是不能回避的戰略任務。
我國工控行業總體落后的現狀與原因
國產控制系統難以進入重大工程的關鍵、核心、主體裝備,這一市場的大部分仍被國外工控系統壟斷。
工控發展滯后是中國工業大而不強的關鍵原因之一,也對產業安全和國家經濟安全帶來威脅。
目前我國自主發展PLC工控系統,最需要的是形成一個具有較高通用性的工控系統平臺。
我國的工控行業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。行業情況可概括為:技術差距大、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,現場儀表和頂層系統薄弱。
上世紀80年代,我國使用的DCS產品全部是國外產品,當時國家組織對進口成套重大裝備的自控系統進行技術消化,原機械、電力兩部協同攻關,率先在大型火電機組領域實現突破。目前自主研制的超臨界300~600MW火電機組主控DCS系統已裝機數十套、經受了多年運行檢驗。在這個過程中,一些中資企業脫穎而出,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。但由于工程應用能力、質量、聲譽等原因,這些產品的應用對象,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尚未能進入。
我國自控產業鏈的兩頭——底層的現場儀表(尤其是變送器和執行