信息技术推动自动化
以信息技术改造制造业,以信息化推进自动化,已成为业界的共识,当前从车间层现场到工厂管理
IT技术与自动化结合
计算机技术、网络技术和先进的控制技术相结合,已不再停留在理论和实验阶段如模型预测、神经元和神经网络、模糊控制,动态前馈PID,多变量控制。自适应和自寻优等先进控制算法已进入实践并用于DCS,PLC等控制器中,而且这种趋势在加快。此外组件(包括中间件、固件、可编程阵列)、公共数据库、局域网、互联网、无线技术等渗透控制系统使控制系统扁平化,实现了跨平台、跨地区的控制。
自动化技术的互补与渗透
DCS,PLC,IPC是自动控制领域的三大支柱,它们之间竞争激烈,但又取长补短和相互渗透、相互溶合;因而形成新的混合型控制系统,国际知名的资讯集团ARC Group称之为PAC,即可编程自动化系统,这是自动化领域中最为重要的发展趋势之一,PAC的主要特点是:构建一个公共的、集成的开发环境,提供通用开发平台、共用标签和单一的数据库,以满足多领域自动化系统设计和集成的需要。一个集中的控制引擎,可以实现多领域的控制功能。允许在同一平台上根据调度运行多个不同功能的应用程序,并根据要求在各程序之间进行资源分配。采用开放的、可自由组合的模块化的硬件架构,减少系统升级带来的开销。支持IEC61158等现场总线国际标准以实现高度分散的自动化环境。支持事实上的工业以太网标准,可以方便地和企业组的ERP,MRP,MIS,MES集成。使用开放的网络协议和符合国际标准的编程语言来保证用户的投资及多供应商网络的数据交换,目前已有多种商品化的PAC问世,可以预言PAC今后会有较大的发展。
自动化更关注安全
安全生产越来越引起人们的关注,人的生命高于一切,已成为衡量现代工业的重要指标,对于安全事故多发的我国,意义尤其重大。目前世界已相继推出的国际和地区标准有IEC61508和IEC61511、IEC62061(针对过程和控制设备);DIN V19250/DIN VDE0801的AK1到AK6;EN954-1的类别到类别4,EN50159等,一般以SIL(整体安全等级)来评估风险程度,相应于这些标准的产品例如Rockwell Automation的Gruard PLC; SIEMENS的故障安全容错S7 F/FH系统等,有的配置专用的安全模块(一般以黄色标识)和相应的组态软件,并由被动的维护、诊断发展到预防性安全措施。网络安全已越来越重要,例如专业生产安全装置的Pilz Automation的Safety Bus P最近发布新的可编程安全系统CPSS7 SB2。SIEMENS公司成立集成安全技术中心来帮助客户满足有关安全的国际标准和不断增长的安全需求,对现场总线开了PROFIsafe协议。Rockwell Automation公司推出CIPsafety和DeviceNetsafety。Phoenix Contact公司开发了Interbus Safety,Mitsubishi公司研发了CClink Safety等。对现场总线应用于易燃易爆的安全区域,FISCO(Fieldbus intrinsically Safe Concept)已进入PROFIBUS-PA技术的范畴,它适用于EEx iaIIC和EEx ibIIC/IIB。最近发布的FNICO模型,它允许在Class 1,Division 2,易燃易爆区域安装非防爆型现场总线节点。 控制系统由集中向分散化发展
分布式智能I/O仍然是一个热点。智能化分布式I/O是一个有自治能力的节点,一般有其本身的处理器。如美国OPTO 22公司的SNAP Vltimte I/O,它将控制,SCADA,企业资源管理系统(ERP/MRP,企业资源库)接口,Web服务器组合在一个框架内,并可链接到中央计算机,从而将控制系统从传统的三层结构简化为二层结构。这种控制器可以直接安装在现场,甚至空间十分有限的地方,许多有名的PLC厂商大都推出分布式I/O,如SIEMENS公司的ET 200系列;Rockwell Automation 的Flex Armor I/O;GE Fanuc公司的Genius I/O;Wago公司的WAGO-SPEED
工业以太网从幕后走向前台
几年来,工业以太网发展迅速,由于高速以太交换式以太网、环网冗余,全双工通信技术的发展,通信的确定性和实时性,安全性和稳定性已有很大程度的提高,实时域和非实时域的隔离已逐步得到解决。一般工业以太网的实时响应时间已达到5~10ms,甚至更快,工业加固的以太网器件如工业级导轨或收发器、交换器、集线器和DB-9插件,使可靠性进一步加强,促使以太网从管理层、控制层向现场层渗透,与IT世界连通。根据国际知名的ARC资讯集团所进行的关于全球以太网市场的调研,预期今后5年内将以51.4%以复合年增长率增长,到2009年将达到670万个节点,这个调研报告还包括交换器等设备,其年复合增长率为49.9%。
无线通信技术正方兴未艾地用于工业自动化系统,成为工控领域中迅速发展的热点之一,也是工业自动化产品的一个新增长点。例如在水处理工厂或水库、管道输送、敷设电缆以及维护需要很高成本的场合及人们难以接近的或严酷环境,例如石化工厂的现场,实行远程监控和物流等,运行于2.4GHz ISM波段的跳频扩频(FHSS)无线传输技术具有优良的抗干扰性和高可靠性,无线网状网络(Wireless Mesh Network)扩大了无线传输的覆盖范围。这是一种点对点或多跳网络,通过中间节点的路由可以快速(大约100ms)传送数据,网络是自组态和自恢复的,因为如果一条链路出现故障,数据包将自动选择其它路径进行传输,无线通信的数据安全性是人们所关心的,但可以通过加密编码(128位或者194位)和动态变化的安全密码。采用IEEE 802.1X安全方案,使用名称、口令和证书等防止非授权的访问、数据鉴别技术、实施带安全路由的虚拟专用网络。
运动控制更加智能
如今的运动控制已被赋予高度智能化控制系统、视觉系统和运动控制系统正在逐渐集成为一个整体。新型的驱动器可以进行实时故障诊断,允许用户为上百个驱动器参数(例如扭矩,速度,加/减速度,位置,运动曲线以及温度等)的任何一个设定公差带;可根据运算法则配置成复合参数(例如运动部件的摩擦力);可生成屏幕或通过电子邮件提醒用户目前系统的运行状态和所需的预防性维护,调节驱动器的内在参数用以优化机器的处理过程,集成质量控制功能于驱动器中,产生实时产品/过程质量控制数据以提供主控制器系统进行跟踪,贯穿整个设备/生产线的运动控制信息的无缝传输,减少了停工期,提高生产效率和降低运行成本。集成的安全功能,它符合EN954和IEC 61508标准,例如有操作人员进入设备工作区,则立即降低这个轴的速度甚至进行紧急停机。紧急停机模式自适应控制算法增加多轴系统PID位置和速度控制的精度,应用于纳米科技和半导体芯片的制造。向用户提供OPC和TCP/IP通信协议,集成商务和网络系统,使驱动器能够像分布式服务器那样发布信息和通过网络进行访问。
人机界面更人性化
人机界面已全系列化。包括手持式、面板式、台式和PC机式,今日的人机界面已不仅仅限于SCADA以及编程、监控和诊断等功能。在工业自动化领域,人机界面可以为操作和管理人员提供越来越多的信息,功能强大的模块化软件和多客户机/服务器结构,使人机界面成为企业实时生产信息以及商务垂直集成的统一的软件平台,它亦是连通到互联网外部世界的媒介。人机界面还可以作为控制引擎,通过驱动器或OPC来驱动各种I/O模块。总而言之,人机界面已演变为一个完整的系统。对人机界面影响最大的是开放的体系结构和连通性。Ethernet的应用,远程系统监控的 Web浏览器,开发异构系统间通信的OPC服务器和无线通信能力加强。这些都是构建人机界面系统的重要因素。
变频器性能更加扩展
变频器的应用领域已由常规的风机、泵等拓展到食品、饮料和物料,因而其功能也得到提升并多样化。一方面是全数字化、功能齐全,能够补偿负荷变的自适应、调谐技术,特别是分布式具有通信、联网功能和集成PLC的高端变频器。另一方面是简易或专用的变频器以及机电一体化、小型化的变频器。就控制技术而言,DTC直接转矩(磁通)控制、无传感器矢量控制是发展方向,目前电流响应能达到0.1到0.5ms,速度响应约为2ms。速度调节的发展趋势是提高速度控制精度,如调速范围(一般开环时,速度控制精度为0.5%,对应于全范围,调速比为1:100;闭环时,速度控制精度为0.05%,对应于全范围,调速比为1:100或更高)和加强运算能力。此外如加强低速性能(包括低速时的过载转矩),稳定的、四象限运行能力以及驱动多台电机时的负荷平衡等。
RFID(射频识别)技术异军突起
不断提高速度、柔性和自动化水平的生产线以及对产品质量日益严格的要求,传统的人工或光电传感器检测已远远不能满足要求,促使机器视