工业自动化与智能化建筑 点击：3892 | 回复：15
发表于：2004-01-09 13:06:00
楼主
关键词:工业自动化 DCS/PLC/ESD FCS ERP/MIS 智能仪表 IB/BA/3A PDS
一、工业自动化的定义 所谓工业自动化，应该包括一次检测单元、变送单元，比较运算单元及执行单元。工业自动化需构成一个完整的回路/系统（即DCS/PLC/ESD系统），来实现现场各种参数（主要包括压力、温度、物位及流量四大参数）的巡回检测，自动运算(数学运算和逻辑运算）、报警、调节及联动。工业自动化被广泛运用于石油、化工、冶金、造纸、电力等行业。工厂内各装置都是基于比较成熟的工艺包而建造起来的，没有成熟的工艺包当然也就谈不上工业自动化。工业自动化不同于一般的制造业，它的工艺流程比制造业要复杂得多，它更强调各专业的协作性。一套装置按照设计图纸来划分专业，应包括土建、设备（结构、静设备和动设备）、工艺（包括给排水、暖通专业）、电气（接地、照明和动力）、仪表（包括常规仪表、特殊仪表及计算机）、通信和消防等专业。这里所说的仪表及工业自动化，也叫自控、工控。
二、我国工业自动化的发展及现状
我国工业自动化的发展是随着变送器的发展而逐渐成熟起来的。
●八十年代以前，我国工业自动化的一次检测和二次调节基本上是通过压缩空气（也叫净化风）来传输信号的（标准信号为0.02--0.1MP ) ，传输介质为紫铜管和塑料管。这种气动调节比较原始，一般通过气动调节器（二次表）进行调节，调节精度不高，而且仪表操作和维护比较落后。
●八十年代以后，由于电动仪表的产生，特别是D-Ⅱ型表及D-Ⅲ表在工业自动化领域的广泛利用，似有气动仪表完全被D-Ⅱ、D－Ⅲ型表取而代之之势。由于国际标准传输信号4-20mA.DC，供电24VDC）的确立和智能变送器的诞生，我国自行研制的D－Ⅱ型表（未采用国际标准传输信）和D－Ⅲ仪表（采用标准传输信号）只是智能仪表（内装微处理器芯片）的一个过渡产品。
●八十年代末九十年代初，由于微处理器逐渐被应用于变送器及调节器里面，特别是DCS（Distributed Control system ) 技术的成熟，使得整个工业自动化逐渐向智能化过渡。原来使用的D－Ⅲ型变送器和调节器也跟不上自动化迅猛发展的步伐。我国最早引进的DCS系统产品是日本横河(YOKOGAWA)产品，随后美国HONEYWELL 公司的DCS系统大举进军中国，逐鹿工业自动化市场，现已在中国占有相当大的份额。
●九十年代，DCS/PLC/ESD系统已在工业自动化领域广泛应用，新建厂一般是成套引进，老厂也积极地进行技术改造、扩容，更换变送器及新增DCS系统。现在工厂内已很难看到原来的D－Ⅲ型变送器及调节器了。近几年来，由于我国工程技术人员对DCS认识的加深和技术的日趋成熟，我国已有自己的DCS产品（如浙大中控、北京和利时的小型DCS），不过其核心部件还需引进，再加上我国在智能变送器领域一片空白，几乎全部依靠进口，所以要使我国DCS系统完全国产化还需一段时日。
三、DCS/PLC/ESD在工业自动化领域的应用
●DCS，即分散控制系统。通过该系统可实现工艺参数的集中显示、分散调节。在正常运行过程中，数据采集、比较计算及过程调节是连续的。DCS不同于一般数控是因为DCS所监控的数据始终是连续的（4-20mA.DC），其参数设置有一定的范围，而且始终在这一范围内变动。
DCS系统的内部通信和数据传输是通过数据总线来完成的。目前大型DCS系统数据总线尚未有统一标准，仅局限于几个著名厂家制订的行业标准。目前用的比较成熟的现场总线通信协议有HART、FF、PROFIBUS、LONWORK、WORDFIP、CANBUS等。随着开放性通信协议标准的逐步成熟以及智能仪表在工业领域的应用，现场仪表逐渐发挥其自动调节功能，从而逐步减轻了中控室DCS的高度集散性。DCS未来的发展方向将是DCS到FCS（Field Control System）和FA(Factroy Automation)方面发展，从而将原DCS 80% 的控制功能交给现场仪表来完成，DCS主要用于工厂自动化管理（当然还有少部分控制功能）。现在国际上知名的几个大公司开发出的新型DCS组态软件中都融入了MIS（MANAGEMENT INFORMATION SYSTEM），从而实现了FROM DCS TO FCS 的过渡。如FISHER-ROSEMOUNT CO. 的DELTA V 、RS3，YOKOGAWA Co. 的ETS(Enterprise Technical Solusion)以及HONEYWELL Co.TDC-3000中的TPS(Total Plant Solusion)中都融入了MIS系统。
●PLC(Programal Logical Controller)，可编程逻辑控制，及我们所说的连锁控制。它有点类似于数控和程控交换，其检测的参数仅为某一范围内的几个点，它是通过各类工艺开关（如压力开关、流量开关、液位开关等）将这些开关信号传送到中央处理单元进行逻辑运算来实现整个回路或系统的报警和联动。大型PLC以SIEMENS的PCS7最为著名，其组态软件中也融入了PID调节和MIS/ERP系统软件。
●ESD，紧急停车系统，仅控制整个系统中可能造成危险事故或严重影响产品质量时所采取的紧急措施。ESD必须设置手动停车按钮和报警装置。
DCS+PLC+ESD即构成整个工业自动化。由于工业自动化所控制的回路比较多，各类参数错综复杂，与其它专业（如设备、工艺、电气）联系紧密，故其操作和维护的分工协作问题比较突出，这就需要我们的工程技术人员知识全面，机－电－仪技术都得懂。主管工程师还需要有一定的协调组织能力。目前国内具备这种良好综合素质的技术管理人才还比较少。
总而言之，工业自动化在我国的发展速度是比较快的。90年代，随着DCS/PLC/ESD技术的日益完善，新的产品不断充斥市场，旧的产品逐渐被淘汰出局。这就要求我们的工程技术人员要不断地接触新的产品和技术，不断学习新的知识来适应我国自动化生产的需要。目前国内代理工控机的厂商比较多，最常见的有IBM/COMPAQ工控机，SIEMENS 工控机。SIEMENS工控机以PLC及电控见长，而IBM/COMPAQ公司不以工控机为其主要产品。国内大多数厂商仅停留在产品的代理上，一般不做工控方面的系统集成和软件开发。工控机的系统集成实际上只是集成一个小型的DCS系统。大型DCS系统产品及应用软件一般是由厂家供货，厂家负责组态及软件调试。在我所接触的几个大型DCS系统中，一般都带有1-2套工控机，装在上位机室和工程师站，仅控制装置中的几个重要参数，如产品质量及生产指标等。但大多数工厂在装置正常运行过程中一般都将此工控机闲置不用，而是作为少数几个工程技术人员的办公设备而已。当然国外引进装置也缺少不了HELON系统（一种高级消防系统），呼叫系统（作为内部通信），电视监控系统和可燃气体监测系统。黑笼系统仅作为主控室内烟雾检测、报警及自动喷淋，其利用率很低。在正常运行状态下，由于烟雾检测灵敏度较高，时常会发生误报警和自动喷淋，所以厂内一般将自动喷淋系统设置为手动，最后将报警扬声器也干脆关闭不用。顺便提一下，在工业自动化领域都缺少不了UPS（Uninterrupt Power System），它不同于黑笼系统，在正常运行状态下能够将报警装置关闭。因为整个自控系统的供电都来自于UPS，虽然UPS都设置有主、旁路电源，可实现实际掉电的双保险。一旦双保险失败，整个自控系统将处于停电瘫痪状态，必将导致整个装置停车。装置一旦停车，如要重新启动其前期准备工作（退料、吹扫、蒸煮设备及管道）及投料工作是十分麻烦的，这需要组织各专业人员共同协作来完成，会给整个装置带来较大的损失。目前工业自动化领域用得最多的UPS是法国梅兰日兰产品。其质量及性能比较可靠。
四、智能化建筑在我国的实施
世界上第一座智能化建筑（Intelligent Building , 即 IB）是1984年在美国的哈特福德市（Hartford) 建造起来的。由于楼内铺设了大量的通信电缆，增加了程控交换机和计算机等办公自动化设备，楼宇内配电、供水、空调及防火等系统均由计算机控制和管理，因而用户享有电子邮件、文字处理、语音传输、科学计算、信息检索和市场行情资料查询等全方位的服务。虽然租金提高了20%,但客户反而增加了。其投资仅占整个大厦全部预算的5%----10%. 这部分资金大约需三年左右收回，因而房地产商们非常热衷于投资智能大厦。近几年，我国智能大厦发展也很快。我国具有代表性的智能大厦有：北京的恒基中心、新华社办公大楼、中化大厦，上海证券大厦、广州的中天广场、济南的山东省商业大厦、沈阳北站综合中心等。
智能大厦跟综合布线是分不开的。近几年，国内智能大厦和综合布线被炒得很凶，具体实施起来却不尽人意，往往是厂家牵着总承包商的鼻子走，业主又受总承包商的摆布。这类工程一般工期较短，故不可能在土建、给排水、暖通、设备及电气专业施工完后再施工，往往只能见缝插针，难免会造成交叉作业和专业冲突而反工。按照施工程序来讲，自控、通信和计算机专业施工应排在其它专业最后，如果不受材料到货及其它专业拖延工期的影响，所有设备及综合布线施工一般在3-4个月可以完成。问题是事与愿违，正常施工需要3-4个月，整改及收尾可能需要4-6个月。这也足以说明我国大型建筑工程管理水平的一般。我觉得一项智能化建筑工程从设计------设备／材料采购------施工（包括调试-------投运------交工），做好详细的工程进度网络及计划落实至关重要。计划不能保
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