现代自动化集成体系架构的现状

一．自动化集成体系架构推出的背景 

　　在当今的IT 时代，生产过程自动化不仅是把它作为操作和运行生产工艺的工具，随着市场竞争不断加剧，在挖潜增效驱使下，要求自动化技术将过程信息和整个集团的生产管理、执行等信息系统全集成在一揽子解决方案中。在这种趋势下在全球有影响力的控制系统供应商现今纷纷推出全集成架构，如：

Schneider的Transparent Ready  透明就绪

Siemens 的Total Integrated Automation  全集成自动化

Rockwell Automation的Integrated Architecture  集成架构

Mitsubishi的e—Factory  可视化工厂

ABB的Industrial IT  工业信息系统

Emerson Process的Plant Web  工厂管网

Invensys Process(Foxboro)的 ECS(Enterprise Control System)—企业控制系统

Yokogawa 的Vigilant Plant  警醒的工厂

自动化全集成体系架构推出仅3，4年，但发展速度引人注目，其发展显然处于自动化技术发展的大背景中：

　　1）        市场竞争要求自动化技术不再仅仅是提供PLC或DCS的局部控制模式和独立的信息体系，而要求将自动化控制和生产管理、执行等信息系统全集成在一起的新的控制模式。

　　2）        企业过程管理与控制系统体系结构发生了本质性的变化，工业自动化的金字塔模型已由原来的5层结构简化为3层：即企业资源规划（ERP），制造执行系统 （MES ）与过程控制系统（PCS）3层，它们分别起着计划层（制定生产计划），执行层（实施生产管理与质量控制），控制层（实现逻辑、闭环和过程控制等）作用，生产过程借助于MES进行集成与协调控制，通过工厂的信息管理系统（PMIS），产品规范管理系统（PSMS），物流管理系统，设备管理系统，实验室和化验室的信息管理系统，生产定单的管理系统以及详细的生产排程和生产运营记录系统，使得制造业（包括大的水泥集团）的信息不仅具有很好的计划系统，还能使计划落实到实处，最终实现操作过程自动化，使生产更有序，更经济，既提高了生产效率，又节约了成本，公司竞争力也进一步加强。现代水泥工厂控制与管理的金字塔模型见图1。

 
图1：现代水泥工厂控制与管理的金字塔模型

　　1）长期以来工业控制领域一直把电气的逻辑和顺序控制、传动控制和过程控制、运动控制等构成不同的独立体系，而现今自动化技术发展已经为打破各控制领域各自为政的枷锁，并统一在一个平台上准备好技术和认识条件。

　　2）现场总线和工业以太网技术的发展和推广应用，为全集成自动化体系架构的形成和发展奠定了通信的基础。另外从工业编程语言、现场总线、工业以太网等各种自动化国际标准的制定和推广应用，也为全集成体系架构的发展奠定了标准化的基础
我国水泥行业在国内有影响有实力的大集团有几十家，如海螺、华新、冀东、亚泰、三狮等，它们属下有许多水泥熟料厂和粉磨站，几乎分布在全国各地，如海螺集团的水泥熟料厂分布在离资源近的安徽、广西、广东、湖南等地，而根据水泥市场的需求，粉磨站分布在上海、宁波、南通、张家港等城市附近，它必需综合调度其生产、管理和销售等；另随着节能，环保需要，大集团还必须考虑电能、热能的综合应用，粉尘以及SO2的排放，为此进一步提高这些大集团的管控水平是十分需要和迫切，自动化全集成体系架构的推出，为水泥行业大集团提升生产、管理、控制水平创造了条件，如华新集团下属有许多分公司，水泥熟料厂大多采用西门子公司的PCS7系统，西门子公司推出的全集成自动化TIA （Total Integrated Automation ）为集团实现自动化集成体系架构创造了条件，它在执行层MES中可通过生产建模器进行集成与协调控制，做到了生产过程的高效和成本优化的集成，其核心是：集成的配置和编程，集成的数据管理，集成的通讯，使整个企业内的管理、销售、业务、工程设计，运行操作、维护，均工作于统一的信息平台，用统一的网络和数据库，PROFINET和标准的以太网，实现无缝的连接，扩展了自动化范围和功能，做到华新集团生产过程的高效和成本优化的集成，最终实现集团的资源管理共享和绩效最佳。

二．自动化集成体系架构的特点

　　上述控制系统供应商纷纷推出自动化全集成架构多种不同的架构，他们有各自设计的理念，但有其共同点： 

 　强调企业信息和控制系统的集成，即自动化控制系统—制造（或生产）执行系统—业务管理系统（企业资源规划）的集成。 

 　强调为工程设计和组态（工艺设计、设备设计、自动化设计和编程等）、调试投运、运行操作、资产管理和优化、维护等各环节提供统一平台。 

　　在控制层强调用统一平台解决电控、仪控、运控等多专业的功能性的要求。 

　　强调控制层、执行层和管理层不同网络的无缝连接和提供信息数据的高效交换。 

　　强调与第三方系统和软件的协同和连接。

　PLC和DCS主流厂商由于应用领域不同，也存在明显的差异

　PLC主流厂商尤其重视全集成架构的离散制造业应用，尤其重视PLC、运动控制、传动等的工程设计统一平台和不同网络，包括现场总线、专用网络和以太网等的无缝连接。

　DCS主流厂商尤其重视全集成架构在流程行业应用，因此强调工艺设计和自动化设计的统一平台和各种不同类型的仪表用现场总线、工业以太网的无缝连接，以及和第三方仪表系统设计软件的连接、数据交换和数据共享。

　DCS主流厂商继承原有优势，重视资产设备的管理，从基本管理发展到资产设备的组合优化管理，进而发展变化为生产绩效、商务绩效的全面管理。与此同时，PLC主流厂商也开始把资产设备管理纳入自动化体系全集成架构。为实现低成本实现管理信息与控制信息的集成，有的公司已开始有效工作，如三菱电机开发了装插在其高端PLC机架上MES接口模块，通过以太网可直接连接Oracle ,MS Access, MS SQL Server等数据库。

三．水泥行业应用自动化集成体系架构的设想

　　我国新型干法水泥厂在我国水泥行业的比例已近一半，据统计在新型干法水泥厂采用ABB的自动化控制系统占主导地位，早期的MASTER系统还有一些工厂在用，但目前用得最多是Industry IT AC800F，(Freelance2000)，也有少量水泥厂采用AC800M，如海螺集团几十个5000t/d水泥厂几乎全采用Industry IT AC800F， ABB最新推出的自动化集成体系架构Industry IT 800xA，它是在一个扩展的自动化系统框架结构内，提供统一的操作、工程和信息管理的环境和界面。扩展的自动化系统包括仪表和变频器，马达控制中心、信息管理、PLC、安全控制、先进控制以及资产优化和生产管理等，各行业还有各自的解决方案，如水泥、造纸，轧机等，新系统支持全面的OPC连接方式，并使用包括HART，PROFIBUS，FF ，TCP/IP等国际标准。目前SINOMA总包的EPC 项目已逐渐开始应用AC800M，工程设计的自动化系统包括仪表和变频器，马达控制中心、信息管理、PLC、安全控制等，随着自动化集成体系架构不断完善和软件成本下降，将进一步扩展先进控制和资产优化。笔者认为海螺集团也可能通过Industry IT 800xA把整个集团的自动化技术集成在一个体系架构中。

　　采用西门子的PCS7系统，在我国水泥行业也呈上升趋势，西门子的TIA和TIP在三方位的集成还是有一定特点，它把整个企业内部的管理、销售、业务、工程设计、运行操作、维护均工作于统一的信息平台，西门子的CEMAT的行业解决方案在国际水泥界有较大影响，华新集团已局部采用了TIA，还要进一步把安全控制、先进控制以及资产优化和生产管理纳入TIA中。
在水泥行业中ROCKWELL 的ControlLogix， 施耐德公司（ Schneider）的 Quantum，这两家公司也有相应的自动化集成架构，本文就不再介绍了。

四．结论

　　自动化集成体系架构是在ERP、MES、PCS三层结构受到普遍认可的前提下，自动化主流公司整合、改进原有控制平台和系列软件产品，为整体实现企业生产制造、生产管理的自动化和信息化，提供尽可能完善的解决方案的产物。可以预测水泥工业大集团在自动化集成体系架构更完善前提下，为进一步提高其管控水平也会采用自动化集成体系架构。