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我国近年控制系统取得较快发展

行业聚焦点中国仪表网2012年03月26日 11:00人气:12717

  导读:近年来,我国控制系统发展很快,和利时公司年产值已达30亿元人民币,浙江中控公司年产值达22亿元人民币。本文就控制系统及系统相关产品进行介绍。
  
  1、前言
  
  这些年来,工业控制系统正向着集成化、远程测控系统和IT信息技术一体化、仪控电控一体化、管理控制一体化方向发展。
  
  (1)由于通信技术的发展,在现场层,已发展十多年的多种现场总线技术正被大量应用,国内DCS厂家已形成EPA、FF、Profibus同时融入一个DCS系统的同时并举的局面,而且正付诸工程实践,在实践中完善。无线通信的现场仪表也正在融入控制系统或独立构成测控系统;而在管理层,远程监控和远程维护已逐渐采用信息产业(IT)流行的多种通信方式(包括无线通信)。
  
  在流程工业控制系统中,控制室及厂区内已大量采用带交换机的工业以太网或一般以太网的通信方式,光纤普遍被采用;在物理层之上,多采用TCP/IP方式通信,OPC及互操作技术已逐渐普及,这些都显示出集成化的水平在提高。
  
  (2)在控制功能方面,单回路调节等下放到现场层已逐步被用户接受,或者说彻底分散型控制方式正在发展;但多功能控制站内完成连续控制、分批控制、顺序控制(开关量控制)的方式,即相对集中的控制方式仍为主流;先进控制、智能控制等正在融入DCS中;优化控制也受到重视。
  
  (3)在人机界面方面,除去一贯提出的重视人性化外,对于操作安全、运行安全、维护安全问题,特别是“海量报警”等问题,正在从标准等方面逐步解决,要解决“过程安全”,人机界面要改进,已形成共识。
  
  (4)在功能安全方面,除去采用专用SIS系统形式外,与DCS系统相融合,即SIS融入DCS控制系统之中,这一点已在国际上有成功的例子,而且不少DCS制造厂正在向这方面努力。国内DCS厂家走这条路子的也不在少数。从系统化的工作方法上看,在系统应用中推广功能安全的实际工程实践,包括对已安装了SIS系统的现场工艺人员、运行操作人员、设备维护人员、调度管理人员进行功能安全相关知识的交流培训,比研发SIS系统更为重要。
  
  (5)在管理控制一体化方面,大多数DCS产品中已融入设备管理功能,即在接入DCS系统中的现场仪表智能化、数字化的基础上,在现场仪表和DCS系统中具有可互操作性,或称有统一的设备描述语言(如EDDL等),运行于现场仪表直至操作站中。这方面技术已经为大多数系统供应商接受。至于统一数据库、MES/ERP等方面,正在努力去做。
  
  (6)工业控制系统技术正向更多行业、更深入的节能环保等课题中发展,所以出现了各色各样的控制系统式测控系统和解决方案,这更彰显了控制系统的魅力。
  
  这次展会充分展示了如上六个特点,以下分DCS(及现场总线)、PLC(及PAC)、其它系统、辅助设备等四方面进行阐述。
  
  2、DCS系统及现场总线系统
  
  (1)浙江中控公司自1993年以来,已形成WebFiedJx、ECS、GCS三大系列控制系统,目前已销售了1万套以上控制系统。JX-300XP为中小型过程控制系统;ECS-700为近年新推出的大规模联合控制系统,系统平均无故障时间达100万小时,系统可用率达99.9999%,它除可与HART仪表相连外,还可与FF基金会现场总线仪表相连,HI接口卡件AM712模块规格为:Ff网段数量为2个/HI接口模块,可接入Ff仪表数量为16个/网段,即36个/模块,冗余方式为可1:1冗余,LAS功能为默认作为Ff网段的主LAS,配套有FFBuilder硬件组态软件、FBD控制策略组态软件、报警和事件浏览软件、诊断软件、实时监控软件、SAMA设备管理软件,其中SAMS通过EDDL和FDT/DTM接口技术,可以连接各种智能设备,还可以实现FF技术中的CIF现场控制功能,所有这些均通过权威机构认证;GCS-G5系列网络混合控制系统和GCS-G3系列分布式RTU控制系统是新推出的产品,它基于UCP通用通信协议网络进行构架,使得GCS产品中设备可随意连接至各层的网络节点,又具有良好的环境适应性,适用于宽温(-40~700C)防腐(3G)场合,支持多编程语言编写统一指令集,采用GCSCONTRIX软件为其组态编程软件,提供了通信的控制引擎、软件编程环境,以及跨多个硬件平台,它是统一技术构建的灵活伸缩系列化产品,适用于大型装置的自动化控制和联锁以及分布区域广泛的SCADA应用场所。
  
  PIMS生产信息管理系统经过15年的努力,已消除信息孤岛现象,填补控制层与管理层之间的空白,从而实现管控一体方面也有长足的进步。
  
  (2)ABB公司、PCS在IndustrialIT的架构下,这次展会展出“系统800XA高完整性”对应的紧急停车方案、火灾及气体检测保护解决方案、燃烧器管理系统解决方案以及海上天燃气平台等安全系统。ABB最新一代的安全系统,即通过SIL3认证的800XA高完整性,它是ABB公司的旗舰自动化产品—系统800XA的一个组成部分。它可支持高达四重化(Quad)的配置,在逻辑解算器和I/O子系统分别采用嵌入式软件和硬件多样化。多样化的执行路径,几乎可以检测到所有随机失效,能够使连续生产过程的可用性高达99.9999%,从而将生产故障或生产中断控制在最低限度。在2005年,系统800XA高完整性安全系统发布,用于欧洲北海全球最大的海上平台—TrollA,在1995年使用Infi90控制和安全系统基础上,经历了升级和扩展,系统800XA和800XA高完整性取代了Infi90,于2009年6月5日成功投入运行,整体自动化解决方案中包括了过程控制和功能安全,用于紧急停车、火烟和气体检测及保护。以外,还有墨西哥国家石油(Pemex)、burgus联合装置以及里海项目(一条大型管道跨越整个里海区域,包括大型石油/天然气码头及七个油气平台,预计最高日产能超过100万桶)等。
  
  由于ABB在安全领域已有30年的工程经验,所以值得信赖。而且紧急停车ESD安全系统可以完全集成到系统800XA基本过程控制系统(BPCS),从而提供了一个统一的操作、工程和信息管理环境。又AC800M-HI高完整性安全控制器具有SIL3等级认证,而且包括了单一配置和冗余配置均可达到安全完整性等级,冗余机制让控制器的配置高达四重化。安全和控制的组合,能够为应用程序提供安全和即时交互,从而带来一系列优点,包括更好的技术方案,降低整个系统生命周期内的成本。配套的I/O部分,采用S800I/O家族中的经SIL3认证的高完整性I/O模块,数字输入模块支撑本地时戳的SOE功能。在访问管理方面,内置的防火墙和确认规程,避免因疏忽/意外而造成的误动作,保护SIL等级的应用。信息管理方法可给出安全合格报告,如超驰报告、阀门确认报告、阀门漏检测报告、自动停车报告(验证工艺停车或者紧急停车是否成功),后者包括所有系统停车的概览,并为操作员提供详细的因果关系数据,包括所实施的操作状态。
  
  ABB公司DCS专门技术属性对象(AspectObjectsTM)和组态软件中的控制模块(ControlModules原贝利公司功能码,长期用于电力等行业制作SAMA图,有丰富工程实践基础),及ESD功能库、ESD应用的功能块(带有安全认证标记的功能块)都是值得称道的。统一的数据库环境,做到让我们直接从资产(对象)数据源获取信息(属性),而无需知道数据来源,无需担心数据的完整性和一致性。
  
  (3)azbil阿自倍尔公司:日本自动化仪表系统制造商山武公司是原3大公司横河、北辰、山武三家中,与美国霍尼韦尔公司合资的一家公司,他们在技术引进消化吸收方面,经过了TDC2000、TDC3000的道路(至今还有霍尼韦尔TPC类似的APC-5000)及1996年自主研发的Harmonas、Industral-DEOR-100、R110、R200及Harmonas-DEOR-201、R300、R310、R320直至2011年6月发表的Harmonas-DEOR-400的过程,这是值得我们借鉴的一个企业或产品发展的实例。这次展会除介绍了Harmons-DEOR400系统外,还展出了装置管理系统InnovativeFieldOrganizer,该系统提供对应数字通信功能(HART、FF)的现场仪表的控制系统,可大幅提高仪表维护效率。
  
  R400系统融入了HART、FF总线技术以及设备智能化管理系统(IFO),更注重系统可靠性和使用的便利性,充分体现了“以人为中心的自动化”的产品设计理念。其主要特点为:
  
  1)采用全开放式体系结构:通用HP工作站操作站,100M工业以
  
  太网为通信网,采用Window-xp中文操作系统,支持OPC接口,采用InTouch制作流程画面,采用Excel制作报表。
  
  2)安全可靠:系统电源、控制网络、IO总线标准冗余配置,控制器更是采用3选2的冗余结构,实现了无间断控制,比两重化控制器具有更高的安全性和可靠性。
  
  3)系统结构灵活,扩展方便,一个系统可以控制从不足500点I/O到100000点I/O的工艺过程,控制器功能强大,单个控制器可带120个I/O模块,支持640个控制回路。
  
  4)基于NAMUR107故障诊断国际标准的智能化仪表管理系统。便于用户的熟悉和识别。
  
  (4)其它:西门子公司参展以仪表为主,系统SIMATICPCS7及PLC等系统已为国人所知。上自仪的SupMAX800已获得广泛应用,而且现场总线控制系统技术已融入DCS系统中,HART、EPA、Profibus、FF都获得相关一致性检测、互可操作检测合格证书。重庆川仪公司的PAS-100,中环天仪TP-6000等DCS产品也在发展,北京四方继保自动化公司CSPA-2000分布式自动化系统用于火力发电、风电场等自动化业绩不斐。南京科远公司NT6000分散控制系统在国内热工自动化,方面表现不俗。沈阳中科博微公司为中科院自动化所相关企业,具有现场总线全套相关技术,从现场总线通信芯片FBC0409、HART通信芯片HT1200M,直至现场总线电源调节器、现场总线终端匹配器,FF协议现场总线安全栅,多种开发系统、开发工具,各种现场总线变送器,网络化控制系统NCS4000,而且有多项工程实践经验,提供各种服务,帮助国内外仪表制造商完成现场总线产品的开发研制任务等。展会上菲尼克斯、ema也展示现场总线相关产品。
  
  3、PLC系统和PAC系统
  
  2011年多国展上,PLC产品还是不少的,特点是生产DCS厂家也有不少开发了PLC产品,更有PLC厂家也开始提供PAC系统相关产品。南京科远公司在原来生产SC200一体化PLC和SC300系列PLC系统基础上生产SC400可编程控制系统,它是新一代中型控制系统,综合了DCS、PLC、PAC等各类控制系统特点,控制器采用低功耗32位高性能室温处理器,Vxworks实时操作系统,全面冗余技术,控制器最高255个用户任务分配,最快任务周期可至10ms,系统运行10000个PID功能块负荷率<30%。北京四方继保自动化股份有限公司的CSC-850大型可编程自动化控制器,是典型的PAC系统,做到将PLC可靠、稳定特点和PC系统开放和功能的优点完美结合在一起,吸收了计算机软硬件技术的精华,融合了控制技术的发展成果,除完成PLC系统各项功能外,还支持GPS时钟对时功能,对时方式有:网络对时、脉冲对时、IRIG-B三种方式,CSC-850的CPU模块所采用的嵌入式实时操作系统为微内核的架构,具有支持多种处理器、丰富的网络协议、良好的兼容性和裁减性等特点,同时具有程序动态链接和下载的功能;在任务调度、中断处理及网络处理,特别是微秒级中断处理方面具有优势;具有类似Linux中的底半处理机制,这样既可避开中断服务程序编写的限制,又进一步缩小了中断延迟;采用领先的CyberLogic编程系统,具有抢占多任务处理的实时行为,通过本地机器代码执行可达到最高性能。PAC技术符合创新的理念,应得到业界重视。其它PLC参展厂家尚有腾控科技等公司。
  
  4、其它系统
  
  作为控制系统的延伸,由于以太网技术及无线通讯技术发展而形成一些新型系统;SCADA和RTU用于更多行业或不同现场的监控系统正在形成热点;又一些专用的系统也正在形成产业。所以本节以参展企业为主分项叙述如下:
  
  (1)美国OPTO22公司的SNAP系统:在多年从事工业I/O模块和控制系统技术的基础上,抱着“e网到底”的理念,1996年推出全新SNAPI/O系统,1998年推出基于10/100M以太网的工业控制器及基于以太网的智能I/O处理器单元UITimateIO,2000年以后,I/O技术及企业数据库相连的联网通信功能,实现了“e网拉平”,满足了新旧系统的整合,2005年推出SNAPPAC以太网控制系统,包括以下4个部分:
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