本文作者万学达先生，中国寰球化学工程公司高级顾问、教授级高级工程师。 关键词：过程工业自动化　管理控制一体化　供应链管理　电子商务 一 过程自动化与信息技术有不解之缘 生产过程是指物料经过许多加工步骤而成为产品的过程。它表现为物流变化的过程，而与物流相伴的有信息流——体现物流性质(化学成分、物理性质等)和操作条件(温度、压力、流量、液位等)的各种信息。在粗放的手工业作坊，人们通过对火候、冷热、色泽、性状等的观察来调整生产过程。而在现代化工厂里，人们便应用相应的信息技术(检测技术、计量科学、信息论、控制论、系统论、微电子学和计算科学)来控制和管理生产过程乃至企业的经营活动，从而发展社会生产以满足多方面的需要。可以说，过程工业自动化与信息技术有着不解之缘，离开了信息技术，工业自动化就难以实现。 1946年出现了第一台电子计算机Eniac，1959年便有人在化肥厂和炼油厂试用工业控制计算机(Process Control Computer，如TR300和GE312)来控制生产过程，20世纪60年代里还不断有人用小型计算机(Minicomputer，如IBM1800和PDP-8、11)来控制一些化工和炼油生产过程。60年代末和70年代初，由于可靠性、成本、效益等问题，计算机控制转入低潮。微处理器出现后，70年代中期，一些厂家(如Honeywell、横河、Siemens，Modicom等)推出了分散控制系统(DCS)和可编程逻辑控制器(PLC)，将工业自动化向前推进了一大步。当时工业自动化走在了微处理器应用的前列(相对于民用而言)。也正因为如此，厂家必须自行解决数据公路、控制网络、网关和通信协议等问题。这就走了一趟弯路，形成许多专有技术和封闭不开放的系统，既多耗费人力物力、增加系统成本，又给用户带来许多不便。80年代出现了微机(PC)，并迅速得到广泛的应用，网络技术也得到飞速发展，并且系统的开放性和技术的标准化也获得重视。如今Internet遍布全球各地，微机、笔记本电脑和掌上电脑(商务通)使用普遍，涌现了人类社会的第三次技术革命浪潮，簇拥着21世纪进入信息时代。我们要乘着这一浪潮，充分应用信息技术，在系统开放性、技术标准化和应用广度等方面多做工作，使过程工业自动化发挥更大的作用，创造更多的效益。 二 高新技术和材料的应用使工业仪表异彩纷呈 货物交接、质量凭证、操作优化、生产安全、环境保护、设备维修等方面的需要，对工业仪表的品种、规格、精确度、性能等方面提出了更多更高的要求。由于新技术和新材料的应用，工业仪表向数字化、微型化、多变量和智能化的方向发展，日益显得异彩纷呈。 计量仪表和系统在大宗原油及石油产品的贸易交接中显得非常重要，为此美国石油学会(API)制订了《用科里奥利式流量计测量单相碳氢化合物流体中间产品及成品》和《用科里奥利式流量计测量原油》的标准，并将于2001年内完成《用超声式流量计测量液态碳氢化合物》标准草案。为了修正采油时气泡对纯油和水分测量的影响，高准(Micro Motion)公司推出了NOC 300系列纯油计算机。在测量中相应地还需要一些贮罐计量系统和自动装卸站。对于煤炭、铁矿砂等大宗散装物料的交接计量也要求使用准确可靠的计量仪表和系统。 中间产品和成品的质量必须符合生产控制和客户的要求，除采用各种单一组分/特性的器件外，一些重要的生产过程逐渐采用技术先进的多组分在线分析仪器，如近红外(NIR)、质谱、色谱(或质谱与色谱联用)等，一些生化过程采用专门的生化传感器(Biosensor)。在分析仪器无法使用时，往往使用软仪表(如人工神经网络)来代替。 为加强环保、安全监测，在有关场所要设置监测报警(及安全联锁)系统，如有机易爆、有毒气体探测器，或易挥发有机物(VOC)监测系统及连续排放监测系统(CEMS)。有的监测系统还与企业管理信息系统相连，定期作出排放监测报告，报送有关(如地方环保)管理部门。近来单点监测逐步发展为使用开路式(Open-path)分析仪器(红外、近红外或紫外)，可实现区域或周边的监测(如Boreal激光公司生产的Gas Finder)，而且更为经济有效。 数字化、多变量和专用集成电路(ASIC)等的广泛应用，出现了许多智能传感器和执行器。它们不仅可检测有关过程变量，还能提供一些关于仪表的状态和诊断的信息，便于仪表的调试投运，并且有助于仪表维护和管理。 进入信息时代，随着各种(光、电、物理、机械、化学、生物)传感技术和先进加工工艺(厚膜电路、光学系统、微型电子机械系统MEMS和微型全分析系统?AS)的进展和广泛应用，会不断地涌现出许多玲珑精致、性能高而价格适宜的传感器和执行器，为工业自动化仪表园地增添景色。 三 各类控制系统互补发展，形成齐备的过程自动化系统(PAS) 在20世纪80年代，工业自动化领域大体上是DCS、PLC与PC-CS(基于微机的控制系统)三足鼎立，而以DCS为主。到90年代，一些DCS厂家为了改变系统封闭、价格昂贵等弊病，针对中小规模市场的需要，向开放性和标准化迈进了一步，推出了一些新的DCS(如DeltaV、PlantScape、Advant、Micro I/A、CS 1000、APACS+、HAMONAS、Freelance 2000、PCS7等)。它们在操作站一级大都采用Pentium处理器、Windows NT 操作系统，有的还采用了较为通用的人机界面(如InTouch)。最近，Invensys(Foxboro)推出I/A系列新的服务器平台Server 70，运行于Windows NT的终端服务器版本，可与原有运行Unix的I/A系统相连，还可同时支持多达20个远程客户机。控制器一级最为封闭，ABB为了解决它所支持的几种DCS的融合与发展问题，新近推出800型现场控制器，可与Symphony、Advant、 Freelance及Sattline等系统协同工作。这些都是使原来封闭的DCS逐步融合，走向开放的一些措施，而且这种趋势还将继续发展下去。 有些应用场合需要兼有连续控制、逻辑控制/顺序控制的功能，于是出现了复合控制系统(Hybrid Control System, HCS)。它可以是基于DCS而增添逻辑顺序功能，或基于PLC而增添连续控制功能，也可以是兼有连续控制、逻辑、顺序功能的基于微机的控制系统。许多批量生产装置(如医药、生物化工、精细化工等)常常需要采用复合控制系统。针对批量控制，ISA还制订了专门的标准(ISA S88)，不少厂商也推出了批量控制软件(如InBatch)。 有的现场总线(如FF-H1)将通信和控制功能下放到现场智能设备(变送器、控制阀等)中，便形成现场总线控制系统(FCS)，它仅将监视操作集中在操作级。目前可实施的现场总线控制系统有Smar 302 FCS，艾默生过程管理的DeltaV系统的现场总线模块、智能变送器、执行器以及NT的FP-3000型FCS。现场总线控制系统进一步将控制功能分散，增强了灵活性和可靠性，便于设计、安装、调试和维护，但是目前设备种类还不齐全，供货量还不大，价格也偏高。随着时间的推进，它的前景还是被人们看好的。 针对较小规模(单元或区段)控制系统的需要，Siemens/Moore推出了Procidia互联网控制系统(Internet Control System， ICS)，这也是一种复合控制系统。它只需PLC的成本，却具有DCS的控制能力，又像回路调节器那样简单易用。它由即插即用的综合控制器、输入/输出模块和电源组件构成，还带有操作站。ICS采用OPC和Web技术，具有与以太网通信的能力，可通过Internet/Intranet浏览，甚至更改操作参数。这种系统为应用信息技术改造传统的小型化工企业和生产装置开辟了一条很好的途径。 在自动化厂商针对不同应用场合推出许多数字化、分散式控制系统(逐渐更多地注意到开放性和标准化)的同时，一些大公司正在推出更大规模、更高层次的全面自动化体系结构(如艾默生过程管理的PlantWeb、Honeywell的TotalPlant、Siemens的TIA-Total Integrated Automation)，有人统称之为过程自动化解决方案(Process Automation Solutions，PAS)。这些厂商已经不再仅仅是自动化硬件制造厂商，他们除提供工业自动化设备外，还提供各种软件(系统软件、中间件及各种应用软件)、各种服务，乃至从现场到企业的系统集成。 四 先进过程控制和工厂信息系统得到更加广泛的应用 在相当长的一段时间里，企业安装的DCS大多仅使用一些基本控制回路(PID、比值、前馈、串级等)，初装费用高，且投资效果不够理想。近20多年来，通过研发、试用、改进和商品化，先进过程控制、优化控制和工厂信息系统逐渐得到推广应用，在一些主要的炼油、石化、化肥、制药和精细化工生产装置都有相当程度的应用。目前至少有几十家过程控制软件厂商的几百种过程控制软件包，在上千个生产装置中使用，大多获得较好的效益(保质、增产、降耗、增安、盈利)。在经济全球化的进程中，先进控制、优化控制和工厂信息系统将会得到更加广泛的应用。 对于多变量非线性的化工过程，比较有效的办法是采用基于模型的预测控制(MBPC)。这一类的控制软件已经开发了不少(如IDCOM、DMC、DMCplus、SMCA、QDMC、Connoisseur、RMPCT等)，