工業(yè)自動化控制是工業(yè)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(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域的自動控制技術?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,主要在應用方面,并且多年來得到國家政策支持,所以行業(yè)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(xù)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(yè)的發(fā)展趨勢
工業(yè)自動化控制是工業(yè)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(yè)結構優(yōu)化升級,以“信息技術改造傳統(tǒng)產業(yè)”,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(fā)展,工業(yè)自控系統(tǒng)和儀表儀器技術進步很快,呈微型化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化、集成化等特點。
一般認為,工業(yè)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(tǒng)的模擬式回路儀表起步,綜合ICT控制技術,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(xiàn)設備的電氣控制。PLC結構緊湊、響應快、現(xiàn)場環(huán)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(tǒng)。
工業(yè)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(tǒng)、近程維護服務系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)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(lián)合組網(wǎng)?偟内厔菔歉娱_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(xiàn)場總線技術FCS迅速發(fā)展。這是安裝在生產現(xiàn)場的數(shù)字式智能化儀表與測控設備,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、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(jīng)贏得了市場信譽。
工業(yè)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(yōu)化應用的綜合成果。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品質量,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)競爭力的核心技術之一,是兩化融合的基礎。推進工控技術自主創(chuàng)新,掌握工控行業(yè)發(fā)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(yè)的一個核心問題,是不能回避的戰(zhàn)略任務。
我國工控行業(yè)總體落后的現(xiàn)狀與原因
國產控制系統(tǒng)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(tǒng)壟斷。
工控發(fā)展滯后是中國工業(yè)大而不強的關鍵原因之一,也對產業(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(tǒng)進行技術消化,原機械、電力兩部協(xié)同攻關,率先在大型火電機組領域實現(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(tǒng)尚未能進入。
我國自控產業(yè)鏈的兩頭——底層的現(xiàn)場儀表(尤其是變送器和執(zhí)行