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底层现场仪表是我国自控产业链发展软肋

—— 现场仪表制约我国自动化发展

行业聚焦点中国仪表网2014年02月26日 09:21人气:7510

  导读:工业自动化控制是工业技术进步的重要方向,是机电一体化、推进两化融合的基础工作。近年来,我国工业自动化领域取得了不俗成绩,但是我国自控产业链的两头——底层的现场仪表尤其是变送器和执行机构、上层的综合自动化软件是最薄弱环节。
  
  中国仪表网讯 工业自动化控制是工业技术进步的重要方向,是机电一体化、推进两化融合的基础工作。但是,多年来一直缺少国家层面的关注和战略性安排,处于严重落后阶段,并存有重大隐患。
  
  什么是工厂自动化领域的自动控制技术?简单讲,用于连续流程的电力、化工即DCS,用于非连续过程的冶金、造纸、纺织、机械加工等制造领域及环保等为PLC。PLC用途广泛,既解决单机自控,也提供流水线和工厂自动化解决方案。
  
  我国连续流程自动化DCS发展比较快,以能源和重化工为主,主要在应用方面,并且多年来得到国家政策支持,所以行业内部的认识和重视程度比较高,与国际先进水平的差距正在缩短。在断续流程自动化国外通常说“工厂自动化”Factory Automation,简称FA领域,面临的问题却越来越紧迫。
  
  国际工控技术与产业的发展趋势
  
  工业自动化控制是工业技术进步的重要方向:解决效率、产品质量、可靠性、一致性的基础技术。
  
  普及工控是推进产业结构优化升级,以“信息技术改造传统产业”,推进两化融合的基础工作。
  
  近几十年,随着ICT技术突飞猛进的发展,工业自控系统和仪表仪器技术进步很快,呈微型化、数字化、智能化、网络化、集成化等特点。
  
  一般认为,工业自动化有两个主要领域:以过程流体运动控制技术支撑的流程自动化PA和以运动控制技术支撑的工厂自动化FA或离散型生产自动化。前者从传统的模拟式回路仪表起步,综合ICT控制技术,发展为分布式或集散式控制系统DCS。其高度的可靠性、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网能力等优点,成为计算机工业控制系统的主流,广泛应用于大型、设备众多、工况复杂的流程型装备的自动控制,如大型化工厂、火电厂等。
  
  可编程控制器PLC:以继电器技术为基础,综合ICT技术,以程序化方式实现设备的电气控制。PLC结构紧凑、响应快、现场环境适应性与可靠性好耐振动、噪声、灰尘、油污等、抗干扰能力强、价格较低,是与DCS并驾齐驱的另一主流控制系统。
  
  工业自动控制技术路线呈互相渗透、互相融合的趋势。PLC应用范围向中小型过程控制系统、近程维护服务系统、节能监控等领域扩展,在某些应用上取代了DCS。DCS也应用PLC与工控计算机联合组网。总的趋势是更加开放细化分工合作、标准化、产品化、集成化。
  
  上世纪90年代以来,现场总线技术FCS迅速发展。这是安装在生产现场的数字式智能化仪表与测控设备,与自动控制装置或系统间的多点通信、全分散、开放式的底层控制网络系统。
  
  世界工控行业经过几十年的大浪淘沙,已形成少数跨国公司规模生产、瓜分全球市场的寡头垄断局面。原来的几百个厂商目前只剩下几十个,最著名者如西门子、ABB、Honeywell、三菱、菲尼克斯等,其工控产品均号称兼具DCS/PLC/FCS功能,在质量、价格、售后服务方面已经赢得了市场信誉。
  
  工业信息化是电子通信技术ICT与先进制造技术融合的产物,是设备可控性、测控设备适用性及信息优化应用的综合成果。自控系统和仪表仪器是现代工业装备以及交通、能源、国防、重大公益设备等的神经中枢、运行中心和安全屏障,其功能是监测控制整个工艺流程和产品质量,保障工业重大装备安全可靠运行和实现高效优化。
  
  所以,推进制造环节自动化,是提升我国工业竞争力的核心技术之一,是两化融合的基础。推进工控技术自主创新,掌握工控行业发展主导权,扭转目前过分依赖国外技术和受制于人的被动局面,是当前振兴装备工业的一个核心问题,是不能回避的战略任务。
  
  我国工控行业总体落后的现状与原因
  
  国产控制系统难以进入重大工程的关键、核心、主体装备,这一市场的大部分仍被国外工控系统垄断。
  
  工控发展滞后是中国工业大而不强的关键原因之一,也对产业安全和国家经济安全带来威胁。
  
  目前我国自主发展PLC工控系统,最需要的是形成一个具有较高通用性的工控系统平台。
  
  我国的工控行业目前总体上处于弱势地位,与国际先进水平仍有10~15年的差距。行业情况可概括为:技术差距大、市场信任度低、外资强势竞争等。
  
  一用于重大装备的DCS取得重要进展,现场仪表和顶层系统薄弱。
  
  上世纪80年代,我国使用的DCS产品全部是国外产品,当时国家组织对进口成套重大装备的自控系统进行技术消化,原机械、电力两部协同攻关,率先在大型火电机组领域实现突破。目前自主研制的超临界300~600MW火电机组主控DCS系统已装机数十套、经受了多年运行检验。在这个过程中,一些中资企业脱颖而出,如北京和利时、浙大中控、新华中控等。上海自动化仪表、国电智深公司也在300~600MW机组主控DCS具备了相同能力。但由于工程应用能力、质量、声誉等原因,这些产品的应用对象,除电力外,仍以中小工程项目为主,或用于大型工程项目的非主要部分,用量更大的大型石化工程主控系统尚未能进入。
  
  我国自控产业链的两头——底层的现场仪表尤其是变送器和执行机构、上层的综合自动化软件是最薄弱环节。我国自行设计制造的智能变送器只占国内市场的9%。顶层综合控制软件能力弱,一方面是因为工控企业对用户的工艺特征理解不深刻,经验积累不足,从而制约了顶层集成能力和快速进入细分市场的能力工控企业受制于国家关于设计企业资质门槛的规定也是一方面原因。用户市场对本国工控技术/产品的不认同,制约了自主研发的工控产品实践提高的机会。
  
  由于上述原因,国产控制系统难以进入重大工程的关键、核心、主体装备,这一市场的大部分仍被国外工控系统垄断。
  
  二用于广大离散型工厂自动化的PLC系统,情况不容乐观。
  
  当前PLC技术的应用范围,涵盖了除大型化工、电力企业之外的几乎所有工业行业。但是,目前我国PLC应用市场,95%以上被外国产品占领,本国企业处于绝对劣势。
  
  跨国公司的产品享受零部件进口免税等政策优惠,本国厂商在家门口面对强势国际竞争,毫无招架之力。
  
  三PLC系统难自立,行业研发平台缺失。
  
  一是本国企业和机构,规模小、业务分散,形不成气候。此类企业中,有些是原工业部门承担行业共性技术的研究所或大学科研单位改制而来,如和利时、浙大中控、北京机械自动化研究所等。
  
  二是到目前为止,我国企业尚未真正掌握FA工控的核心技术。本国PLC厂商技术都是架构在外国的控制技术上,主干基础硬件几乎全部由外国公司提供,基础软件也依赖进口。我国PLC厂商的业务,只是局限在运用进口硬件与基础软件,针对具体工艺控制的需求,运用ICT技术进行集成、做应用软件。在系统的设计诀窍方面,在系统可靠性、产品质量一致性、可靠性、市场信誉方面,与国外先进水平尚有较大差距。就是国内引为自豪的数控系统,情况也大体如此。
  
  三是作为科研型的工控企业,由于规模小和专业分散,缺乏国内统一标准的硬件和基础软件支撑,单打独斗,形不成规模。
  
  四是受外资控制与挤压,竞争能力差。我国一些企业曾经自主开发PLC硬件平台,但产品刚有眉目,跨国公司立即降价。由于PLC系统是技术密集型的成熟产品,本国产品初次面世,性能与价格都缺乏竞争优势。加上缺乏国家政策支持,在市场上根本无法立足,陷入了“市场信誉度低—缺乏实践与改进机会—市场信誉进一步降低”的恶性循环。
  
  五是产学研结合的现实困境:国家工业管理机构多次变更,一些共性技术研究所改企业,原有的研究进程中断,技术积累流失或老化。
  
  自主发展能力关系国家工业发展战略
  
  工控行业自主发展能力关系国家的工业发展战略,也考验其战略规划的眼光。
  
  建设企业为主体、官产学研用相结合的创新体系和相应的行业管理机制,是国际通用模式。
  
  通过对工控产业现状和问题的调研,感到我国工业的指导思想和体制政策方面,有若干值得思考之处。
  
  一关于工业发展的战略指导思想。
  
  改革开放推动了我国在市场化条件下加入世界产业分工体系。在用劳动密集型产品换取国外技术密集型产品的同时,关系到工业结构中必须坚守的战略要点如工控行业,也不自觉地遵从“国际分工”,给产业升级带来不利的影响。
  
  上世纪80年代引进国外先进生产线,为节约外汇仅对单台自动化技术感兴趣,指导思想是能用人工的尽量用人工。由于当时对工厂自动化的意义认识不完整,重点考虑效率,把自动生产线加工精度和质量放在第二位,以致错过了赶上工厂自动化国际潮流的历史机遇。
  
  国家在重大装备的发展规划中,把重点放在“可购买性差的战略性产品”上。而市场规模较大的中小型PLC系统,由于进口方便、政策鼓励,又受到用户追捧,其消化创新、自主发展的问题就容易被管理层忽视。对事关战略的核心技术持“能买就买”、“买不到才自己干”的被动响应的态度,等于不自觉地跟随西方划定的国际分工格局,模糊了自己的努力目标。
  
  二关于工业发展规划中的倾向性。
  
  我国各类发展规划中,制定重点项目,通常选择通过重大产品带动研发的方式,特别是具有重大标志性、产业拉动作用较显著的主机产品,如核电、新能源、大飞机、汽车、数控机床等。这一原则本身是正确的。但在具体执行中,容易发生畸轻畸重的倾向。
  
  一是“有形先于无形,整机重于零部件”。传统思维将“制造业”与“电子信息”分开,但现代装备制造已经基本实现控制系统与机电系统的融合。而我国的工业规划至今还将工业自动控制置于“配角”地位。推进两化融合,必须转变固有的“制造业”思维定式。
  
  二是缺乏工业的整体发展意识。工业结构呈“主机—控制—零部件—材料—工艺”的金字塔形结构。工业的“中间部门”如内燃机、泵阀液压密封紧固件等通用基础件、材料,以及共性制造技术、机电一体化的控制装置等,其技术的不断进步,是各类主机品质性能得以提高的基础,是工业竞争力的根基。基础长期依赖外来技术,国家的工业发展就等于建立在沙滩上。
  
  在工控领域,也存在畸重畸轻问题。国家比较重视DCS系统,尤其是重大装备自控系统中的主控DCS部分,但对其两端则投入不足;对量大面广的PLC系统,因有可买性、小企业多、行业组织难等问题,则至今未能列入“十二五”发展规划。
  
  在中间产品、基础材料和制造工艺方面,目前与国际先进水平差距较大。尤其中间产品领域主要是中小企业,面对德国西门子、博世这样的零部件巨型跨国企业的强势压迫,广大中小企业只能维持生存,没有充当技术创新主体的实力。而这一领域恰恰是最需要加强基础科技支持的。
  
  三建设企业为主体、官产学研用相结合的创新体系和相应的行业管理机制,是国际通用模式。
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