近幾十年,隨著ICT技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展,工業(yè)自控系統(tǒng)和儀表儀器技術(shù)進(jìn)步很快,呈微型化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化等特點(diǎn)。
一般認(rèn)為,工業(yè)自動(dòng)化有兩個(gè)主要領(lǐng)域:以過(guò)程(流體運(yùn)動(dòng))控制技術(shù)支撐的流程自動(dòng)化(PA)和以運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)支撐的工廠自動(dòng)化(FA或離散型生產(chǎn)自動(dòng)化)。前者從傳統(tǒng)的模擬式回路儀表起步,綜合ICT控制技術(shù),發(fā)展為分布式(或集散式)控制系統(tǒng)DCS。其高度的可靠性、方便的組態(tài)軟件、豐富的控制算法、開(kāi)放的聯(lián)網(wǎng)能力等優(yōu)點(diǎn),成為計(jì)算機(jī)工業(yè)控制系統(tǒng)的主流,廣泛應(yīng)用于大型、設(shè)備眾多、工況復(fù)雜的流程型裝備的自動(dòng)控制,如大型化工廠、火電廠等。
可編程控制器(PLC):以繼電器技術(shù)為基礎(chǔ),綜合ICT技術(shù),以程序化方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備的電氣控制。PLC結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適應(yīng)性與可靠性好(耐振動(dòng)、噪聲、灰塵、油污等)、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格較低,是與DCS并駕齊驅(qū)的另一主流控制系統(tǒng)。
工業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)路線呈互相滲透、互相融合的趨勢(shì)。PLC應(yīng)用范圍向中小型過(guò)程控制系統(tǒng)、近程維護(hù)服務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)控等領(lǐng)域擴(kuò)展,在某些應(yīng)用上取代了DCS。DCS也應(yīng)用PLC與工控計(jì)算機(jī)聯(lián)合組網(wǎng)??偟内厔?shì)是更加開(kāi)放(細(xì)化分工合作)、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品化、集成化。
上世紀(jì)90年代以來(lái),現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)FCS迅速發(fā)展。這是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字式智能化儀表與測(cè)控設(shè)備,與自動(dòng)控制裝置或系統(tǒng)間的多點(diǎn)通信、全分散、開(kāi)放式的底層控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
世界工控行業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的大浪淘沙,已形成少數(shù)跨國(guó)公司規(guī)模生產(chǎn)、瓜分全球市場(chǎng)的寡頭壟斷局面。原來(lái)的幾百個(gè)廠商目前只剩下幾十個(gè),最著名者如西門子、ABB、HONEYWELL、三菱、菲尼克斯等,其工控產(chǎn)品均號(hào)稱兼具DCS/PLC/FCS功能,在質(zhì)量、價(jià)格、售后服務(wù)方面已經(jīng)贏得了市場(chǎng)信譽(yù)。
工業(yè)信息化是電子通信技術(shù)(ICT)與先進(jìn)制造技術(shù)融合的產(chǎn)物,是設(shè)備可控性、測(cè)控設(shè)備適用性及信息優(yōu)化應(yīng)用的綜合成果。自控系統(tǒng)和儀表儀器是現(xiàn)代工業(yè)裝備以及交通、能源、國(guó)防、重大公益設(shè)備等的神經(jīng)中樞、運(yùn)行中心和安全屏障,其功能是監(jiān)測(cè)控制整個(gè)工藝流程和產(chǎn)品質(zhì)量,保障工業(yè)重大裝備安全可靠運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)高效優(yōu)化。
所以,推進(jìn)制造環(huán)節(jié)自動(dòng)化,是提升我國(guó)工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的核心技術(shù)之一,是兩化融合的基礎(chǔ)。推進(jìn)工控技術(shù)自主創(chuàng)新,掌握工控行業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán),扭轉(zhuǎn)目前過(guò)分依賴國(guó)外技術(shù)和受制于人的被動(dòng)局面,是當(dāng)前振興裝備工業(yè)的一個(gè)核心問(wèn)題,是不能回避的戰(zhàn)略任務(wù)。
國(guó)產(chǎn)控制系統(tǒng)難以進(jìn)入重大工程的關(guān)鍵、核心、主體裝備,這一市場(chǎng)的大部分仍被國(guó)外工控系統(tǒng)壟斷。工控發(fā)展滯后是中國(guó)工業(yè)大而不強(qiáng)的關(guān)鍵原因之一,也對(duì)產(chǎn)業(yè)安全和國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全帶來(lái)威脅。
目前我國(guó)自主發(fā)展PLC工控系統(tǒng),最需要的是形成一個(gè)具有較高通用性的工控系統(tǒng)平臺(tái)。
我國(guó)的工控行業(yè)目前總體上處于弱勢(shì)地位,與國(guó)際先進(jìn)水平仍有10~15年的差距。行業(yè)情況可概括為:技術(shù)差距大、市場(chǎng)信任度低、外資強(qiáng)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)等。
?。ㄒ唬┯糜谥卮笱b備的DCS取得重要進(jìn)展,現(xiàn)場(chǎng)儀表和頂層系統(tǒng)薄弱。
上世紀(jì)80年代,我國(guó)使用的DCS產(chǎn)品全部是國(guó)外產(chǎn)品,當(dāng)時(shí)國(guó)家組織對(duì)進(jìn)口成套重大裝備的自控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)消化,原機(jī)械、電力兩部協(xié)同攻關(guān),率先在大型火電機(jī)組領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。目前自主研制的超臨界300~600MW火電機(jī)組主控DCS系統(tǒng)已裝機(jī)數(shù)十套、經(jīng)受了多年運(yùn)行檢驗(yàn)。在這個(gè)過(guò)程中,一些中資企業(yè)脫穎而出,如北京和利時(shí)、浙大中控、新華中控等。上海自動(dòng)化儀表、國(guó)電智深公司也在300~600MW機(jī)組主控DCS具備了相同能力。但由于工程應(yīng)用能力、質(zhì)量、聲譽(yù)等原因,這些產(chǎn)品的應(yīng)用對(duì)象,除電力外,仍以中小工程項(xiàng)目為主,或用于大型工程項(xiàng)目的非主要部分,用量更大的大型石化工程主控系統(tǒng)尚未能進(jìn)入。
我國(guó)自控產(chǎn)業(yè)鏈的兩頭——底層的現(xiàn)場(chǎng)儀表(尤其是變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu))、上層的綜合自動(dòng)化軟件是最薄弱環(huán)節(jié)。我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造的智能變送器只占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的9%。頂層綜合控制軟件能力弱,一方面是因?yàn)楣た仄髽I(yè)對(duì)用戶的工藝特征理解不深刻,經(jīng)驗(yàn)積累不足,從而制約了頂層集成能力和快速進(jìn)入細(xì)分市場(chǎng)的能力(工控企業(yè)受制于國(guó)家關(guān)于設(shè)計(jì)企業(yè)資質(zhì)門檻的規(guī)定也是一方面原因)。用戶市場(chǎng)對(duì)本國(guó)工控技術(shù)/產(chǎn)品的不認(rèn)同,制約了自主研發(fā)的工控產(chǎn)品實(shí)踐提高的機(jī)會(huì)。
由于上述原因,國(guó)產(chǎn)控制系統(tǒng)難以進(jìn)入重大工程的關(guān)鍵、核心、主體裝備,這一市場(chǎng)的大部分仍被國(guó)外工控系統(tǒng)壟斷。
?。ǘ┯糜趶V大離散型工廠自動(dòng)化的PLC系統(tǒng),情況不容樂(lè)觀。
當(dāng)前PLC技術(shù)的應(yīng)用范圍,涵蓋了除大型化工、電力企業(yè)之外的幾乎所有工業(yè)行業(yè)。但是,目前我國(guó)PLC應(yīng)用市場(chǎng),95%以上被外國(guó)產(chǎn)品占領(lǐng),本國(guó)企業(yè)處于絕對(duì)劣勢(shì)。
跨國(guó)公司的產(chǎn)品享受零部件進(jìn)口免稅等政策優(yōu)惠,本國(guó)廠商在家門口面對(duì)強(qiáng)勢(shì)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng),毫無(wú)招架之力。
?。ㄈ㏄LC系統(tǒng)難自立,行業(yè)研發(fā)平臺(tái)缺失。
一是本國(guó)企業(yè)和機(jī)構(gòu),規(guī)模小、業(yè)務(wù)分散,形不成氣候。此類企業(yè)中,有些是原工業(yè)部門承擔(dān)行業(yè)共性技術(shù)的研究所或大學(xué)科研單位改制而來(lái),如和利時(shí)、浙大中控、北京機(jī)械自動(dòng)化研究所等
二是到目前為止,我國(guó)企業(yè)尚未真正掌握FA工控的核心技術(shù)。本國(guó)PLC廠商技術(shù)都是架構(gòu)在外國(guó)的控制技術(shù)上,主干基礎(chǔ)硬件幾乎全部由外國(guó)公司提供,基礎(chǔ)軟件也依賴進(jìn)口。我國(guó)PLC廠商的業(yè)務(wù),只是局限在運(yùn)用進(jìn)口硬件與基礎(chǔ)軟件,針對(duì)具體工藝控制的需求,運(yùn)用ICT技術(shù)進(jìn)行集成、做應(yīng)用軟件。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)訣竅方面,在系統(tǒng)可靠性、產(chǎn)品質(zhì)量(一致性、可靠性)、市場(chǎng)信譽(yù)方面,與國(guó)外先進(jìn)水平尚有較大差距。就是國(guó)內(nèi)引為自豪的數(shù)控系統(tǒng),情況也大體如此。
三是作為科研型的工控企業(yè),由于規(guī)模小和專業(yè)分散,缺乏國(guó)內(nèi)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的硬件和基礎(chǔ)軟件支撐,單打獨(dú)斗,形不成規(guī)模。
四是受外資控制與擠壓,競(jìng)爭(zhēng)能力差。我國(guó)一些企業(yè)曾經(jīng)自主開(kāi)發(fā)PLC硬件平臺(tái),但產(chǎn)品剛有眉目,跨國(guó)公司立即降價(jià)。由于PLC系統(tǒng)是技術(shù)密集型的成熟產(chǎn)品,本國(guó)產(chǎn)品初次面世,性能與價(jià)格都缺乏競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。加上缺乏國(guó)家政策支持,在市場(chǎng)上根本無(wú)法立足,陷入了“市場(chǎng)信譽(yù)度低—缺乏實(shí)踐與改進(jìn)機(jī)會(huì)—市場(chǎng)信譽(yù)進(jìn)一步降低”的惡性循環(huán)。
五是產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的現(xiàn)實(shí)困境:國(guó)家工業(yè)管理機(jī)構(gòu)多次變更,一些共性技術(shù)研究所改企業(yè),原有的研究進(jìn)程中斷,技術(shù)積累流失或老化。
因?yàn)榘l(fā)展階段問(wèn)題,我國(guó)目前比較重視可購(gòu)買性差的、有戰(zhàn)略性強(qiáng)度以及拉動(dòng)性較大的產(chǎn)業(yè),如核電站、風(fēng)電、太陽(yáng)能、大飛機(jī)、汽車等,但是上述這些產(chǎn)業(yè)都少不了PLC,每一臺(tái)機(jī)器都是要一臺(tái)甚至多臺(tái)PLC來(lái)控制。
控制系統(tǒng)應(yīng)該是屬于第二層次,但是不等于其重要性也是第二層次。
一個(gè)PLC通用平臺(tái),無(wú)論是作為信息化產(chǎn)品、控制技術(shù)產(chǎn)品還是兩化融合的骨干產(chǎn)品,都應(yīng)該被重點(diǎn)關(guān)注。遺憾的是,國(guó)家的裝備制造業(yè)振興規(guī)劃只有在基礎(chǔ)零部件的最后一句提到了工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng),但是基礎(chǔ)零部件跟工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)關(guān)系并不大,技術(shù)的復(fù)雜性和非單一性比鑄件、鍛件等基礎(chǔ)零部件要強(qiáng)得多,將其歸入基礎(chǔ)零部件是不科學(xué)的。
有些產(chǎn)品雖然成熟度大,但批量生產(chǎn)不容易,比如大飛機(jī),可PLC不存在這樣的問(wèn)題,國(guó)外知名企業(yè)已經(jīng)把批量化做得很完善了。然而,越是可以批量生產(chǎn)的東西,越是成熟,門檻也就越高,如果沒(méi)有國(guó)家的支持,中國(guó)的企業(yè)不可能具有實(shí)力和外國(guó)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。中國(guó)要打造的PLC平臺(tái),應(yīng)該是一個(gè)包括研發(fā)平臺(tái)、制造平臺(tái)和應(yīng)用平臺(tái)的綜合型平臺(tái)。
要解決PLC的根本問(wèn)題,研發(fā)、制造、應(yīng)用三個(gè)平臺(tái)缺一不可。這是一個(gè)大工程,可以分階段來(lái)完成,在一個(gè)五年計(jì)劃里很難全部實(shí)現(xiàn)。所以有必要列個(gè)項(xiàng)目,組織研究這個(gè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有重大意義的關(guān)鍵產(chǎn)品。在國(guó)家支撐下,建立研發(fā)、制造和應(yīng)用平臺(tái),而不單是應(yīng)用平臺(tái)。至于怎么組織、組織誰(shuí)還要進(jìn)一步討論,但是首先要把它放對(duì)位置,這涉及到我們整個(gè)斷續(xù)流程工業(yè)的發(fā)展和做大做強(qiáng)問(wèn)題,涉及到整個(gè)兩化融合是不是真正能夠在斷續(xù)流程的工業(yè)里真正地推廣下去。