《系統(tǒng)、控制技術(shù)的新發(fā)展》系列學(xué)術(shù)第六次活動

　　自動化技術(shù)迎接智能制造的挑戰(zhàn)，自動化產(chǎn)業(yè)為智能制造更好服務(wù)

　　會議紀(jì)要

　　一、概況

　　制造業(yè)，特別是裝備制造業(yè)是為國民經(jīng)濟各行業(yè)提供技術(shù)裝備的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是各行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級、技術(shù)進步的重要保障和國家綜合實力的集中體現(xiàn)。世界技術(shù)進步與經(jīng)濟發(fā)展表明：發(fā)展智能制造是提升制造業(yè)效能，促進經(jīng)濟發(fā)展的大趨勢。

　　為了配合十二五規(guī)劃發(fā)展先進制造業(yè)的部署，中國自動化學(xué)會儀表與裝置專業(yè)委員會于2011年6月16日在上海浦東新國際博覽中心召開第十五屆國際工業(yè)自動化與控制技術(shù)展覽會期間，舉辦了“系統(tǒng)、控制技術(shù)的新發(fā)展”系列學(xué)術(shù)第六次活動，以“自動化技術(shù)迎接智能制造的挑戰(zhàn)，自動化產(chǎn)業(yè)為智能制造更好服務(wù)”為主題的學(xué)術(shù)會議，吸引200余人參會。

　　南京菲尼克斯電氣有限公司、西門子(中國)有限公司、上海恩德斯豪斯自動化有限公司、CC-Link協(xié)會、德國倍福自動化有限公司、上海工業(yè)自動化儀表研究院的7位專家作了精彩的大會報告。中國自動化學(xué)會理事、儀表與裝置專業(yè)委員會常務(wù)委員彭瑜教授與中國自動化學(xué)會常務(wù)理事、儀表與裝置專業(yè)委員會常務(wù)委員任德祥教授分別主持上下午的大會報告。參會人士普遍反映：這次學(xué)術(shù)交流會的主題具有前沿性，專家報告分析精辟，技術(shù)先進，對于大家拓寬視野、引導(dǎo)和推動我國自動化行業(yè)的發(fā)展有重要意義。

　　二、大會報告

　　首先，由南京菲尼克斯電氣有限公司杜品圣博士作“自動化實現(xiàn)未來，自動化成就‘十二五’”的報告，他深刻地論述了三個方面：

　?、僮詣踊l(fā)展的黃金時間已到：經(jīng)過2009年世界經(jīng)濟危機之后，自動化技術(shù)已成為經(jīng)濟形勢全面復(fù)興的驅(qū)動力。以德國為例，從2010年11月德國紐倫保自動化展得知，德國主要工業(yè)自動化技術(shù)的提供商和制造商在2010年都取得了驚人的業(yè)績，如PhoenixContact、B&R、Turck、Lenze、Weidmüller、Beckhoff等公司銷售收入增長率達(dá)30%～50%，而當(dāng)年德國經(jīng)濟的增長率為3%，為什么自動化公司會如此迅速增長呢？主要是由于新經(jīng)濟體國家特別是中國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，新市場、新能源戰(zhàn)略領(lǐng)域的不斷拓展和推動，以及德國十年(2010～2020年)自動化計劃的貫徹執(zhí)行。這表明自動化技術(shù)是開拓新領(lǐng)域、新市場的開路先鋒，世界經(jīng)濟的規(guī)律需要自動化技術(shù)的發(fā)展。

　?、诘聡曜詣踊媱潱旱聡鴮τ?020年自動化技術(shù)的定義，包含的技術(shù)為電子電氣技術(shù)、機電一體化技術(shù)、生產(chǎn)工藝流程、計算機和IT技術(shù)、傳感器和變送器、驅(qū)動和執(zhí)行系統(tǒng)、通信技術(shù)、以及上述的綜合技術(shù)等。德國高新技術(shù)策略將自動化應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域有機地結(jié)合，提出了八大方向：新能源，能效，醫(yī)療技術(shù)，智能化樓宇，數(shù)字媒體，公共安全，交通運輸及物流，汽車電子。德國十年自動化發(fā)展計劃對德國政府提出了要求，即自動化技術(shù)發(fā)展的十大必要條件，主要內(nèi)容為：自動化技術(shù)對于經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展的重要性必須在政界、教育和社會上得到高度重視；自動化技術(shù)必須得到廣泛的宣傳；當(dāng)今通過自動化技術(shù)發(fā)展而達(dá)到的成果和經(jīng)驗須在未來得到持續(xù)的保證；對于國際領(lǐng)先的德國自動化技術(shù)應(yīng)提供有力的投入；以自動化技術(shù)為主導(dǎo)的科技中心必須占領(lǐng)自動化技術(shù)的卓越的領(lǐng)先地位；必須加強自動化領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化工作；要加強自動化領(lǐng)域的技術(shù)交流與合作；對未來自動化技術(shù)開發(fā)及其不同領(lǐng)域所期望的解決方法有明確的路徑和方案；自動化需要特殊的人才，包括領(lǐng)軍人物、科研人員、工程師，技術(shù)員和熟練工人；高度重視對于自動化領(lǐng)域的接班人的培養(yǎng)，必須從中學(xué)開始使得學(xué)生熱愛技術(shù)工作，特別是培養(yǎng)熱愛自動化行業(yè)。

　?、圩詣踊a(chǎn)品的制造商如何面臨世界經(jīng)濟與技術(shù)的挑戰(zhàn)。例如中國的“十二五”計劃重點提出的7個發(fā)展新方向為能源、水、環(huán)境，人口和健康，城鎮(zhèn)化和城市發(fā)展，信息處理，公共安全，城市發(fā)展和交通運輸。對對自動化提出了新要求，為此作為自動化技術(shù)和應(yīng)用的主力軍——自動化產(chǎn)品的制造商，應(yīng)按照“十二五”計劃發(fā)展自己的產(chǎn)品市場，管理、研發(fā)及戰(zhàn)略規(guī)劃。須進行組織機構(gòu)的全盤整頓和調(diào)整；建立面向系統(tǒng)解決方案的研究開發(fā)、生產(chǎn)、市場的體系；建立以技術(shù)為導(dǎo)向的發(fā)展模式。例如，德國某家自動化產(chǎn)品制造商，按自動化發(fā)展方向，把企業(yè)結(jié)構(gòu)以工業(yè)、能源、醫(yī)療衛(wèi)生三個應(yīng)用領(lǐng)域為中心作了調(diào)整。菲尼克斯集團公司也將以產(chǎn)品為導(dǎo)向的事業(yè)部機構(gòu)轉(zhuǎn)化為市場為導(dǎo)向系統(tǒng)解決方案的業(yè)務(wù)模式結(jié)構(gòu)，建立“六新”(新市場、新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用、新方法、新體制)戰(zhàn)略部，菲尼克斯中國公司成立投資有限公司，整合全球資源；建立行業(yè)自動化系統(tǒng)方案部，打造具有全球勝任力的自主創(chuàng)新型的產(chǎn)品研發(fā)管理隊伍，真正構(gòu)建面向中國市場的新產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、管理的產(chǎn)業(yè)鏈。

　　西門子(中國)有限公司廖妍女士闡述“工程技術(shù)跨入新時代——TIA博途”。她介紹；TIA博途(TotallyIntegratedAutomationPortal)是西門子于2010年11月推出的新一代工程軟件統(tǒng)一平臺，它解決了以往單獨的軟件包在數(shù)據(jù)一致性和用戶界面集成方面的許多局限性(如數(shù)據(jù)不一致、界面不統(tǒng)一等)。通過對所有的自動化任務(wù)(如配置、通信、診斷等)采用統(tǒng)一的操作理念、數(shù)據(jù)與項目的一致性、強化的庫概念，使其成為HMI、Metwork、PLC、Drives、Safety、Diagnosis都可共享的工程平臺，它是后臺的公共軟件平臺，因此不作為一個產(chǎn)品出售，用戶只需購買SIMATICSTEP7V11和SIMATICWinCCV11兩個軟件產(chǎn)品即可體驗TIA博途的功能，這個新一代工程軟件平臺支持西門子現(xiàn)有的硬件與軟件，由于其高可用性、協(xié)同工作與開放性，也是西門子未來軟硬件創(chuàng)新的基石。

　　TIA博途的性能有3大亮點：

　?、僦庇^全新集成了面向任務(wù)的智能化編輯界面和開發(fā)環(huán)境，使得用戶學(xué)習(xí)和使用的過程中變得更加容易。如Portalview使新用戶可快速入門；有面向任務(wù)的全新導(dǎo)航界面；具有統(tǒng)一布局的各類型編輯器；過程可視化，使SCADA以簡馭繁，最復(fù)雜的組態(tài)也變得簡單；在STEP7中可無縫集成故障安全型功能等。

　?、诟咝⑺械墓こ倘蝿?wù)，從PLC到人機界面均在統(tǒng)一的開發(fā)框架下完成，從而可有效地節(jié)約工程開發(fā)時間和成本。如清晰的硬件和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣M態(tài)布局；數(shù)據(jù)自動化一致性及匹配功能，保證工程質(zhì)量；快速靈活的高效編程；控制器與HMI的完美交互；完善庫概念，可節(jié)約成本、積累經(jīng)驗；可隨時訪問當(dāng)前系統(tǒng)運行狀態(tài)，包括自動進行系統(tǒng)診斷，能比以往更簡單的方式顯示診斷信息。

　?、劭煽考纯芍貜?fù)使用已有的工程項目，又可在集成全新軟件產(chǎn)品的平臺上創(chuàng)建新的項目，從而保證了項目投資；有可靠的密碼保護功能，如針對單個或多個模塊的密碼保護，針對項目庫的密碼保護，對畫面也會進行保護等?？傊?，今后西門子大量的創(chuàng)新自動化產(chǎn)品將TIA博途這一軟件平臺推出，不斷有效地改善企業(yè)的生產(chǎn)效率。

　　上海恩德斯豪斯自動化設(shè)備有限公司劉寬先生介紹“基于FDT技術(shù)的設(shè)備管理及應(yīng)用”。他說：FDT(FieldDeviceTool)是針對工廠設(shè)備資產(chǎn)進行管理的技術(shù)，世界上許多知名的廠商如西門子、橫河、EH，包括中國的浙大中控制、上海自儀等公司都支持這種技術(shù)。FDT是工廠應(yīng)用不同廠商不同設(shè)備的整合平臺，在當(dāng)今的工廠中控室里，(以前FDT只用于DCS，現(xiàn)在已可用于PLC)，通過這個統(tǒng)一平臺，不僅可以看到儀表的測量值，也可觀察有關(guān)儀表的問題，建立設(shè)備文檔管理等，這樣，即使人員多批次調(diào)動，當(dāng)需要更換設(shè)備時，仍可及時調(diào)出文檔進行核查；當(dāng)操作系統(tǒng)崩潰時，也可查找有關(guān)設(shè)備運行信息，如設(shè)備操作活動日志等。依據(jù)工廠生命周期概念，基于FDT技術(shù)的設(shè)備管理內(nèi)容如：儀表管理從工廠設(shè)計選型開始；啟動階段設(shè)備管理，如儀表選型計算，儀表采購，訂單跟蹤，儀表安裝，儀表調(diào)試等；運營階段設(shè)備管理，如儀表診斷，預(yù)維護，更換與備品備件等。一般來說，工廠啟動階段設(shè)備出現(xiàn)的問題概率在68%，而在運營階段為14%。啟動階段典型的總是如設(shè)計不足，制造質(zhì)量不佳，錯誤安裝，錯誤開車，錯誤操作，過多不必要維護，過多無效維護，以及因人員素質(zhì)低等。

　　FDT架構(gòu)包括3部分：

　　①框架應(yīng)用程序，即操作系統(tǒng)(可應(yīng)用于DCS、PLC、工程工具等)，它類似于電腦軟件，提供的功能有一般環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)配置，導(dǎo)航，設(shè)備管理，資料庫存儲。

　?、贔DT接口，即集成標(biāo)準(zhǔn)。

　?、墼O(shè)備類型管理器(DTM)，DTM是實際設(shè)備的驅(qū)動程序，由設(shè)備生產(chǎn)商提供，需要安裝在PC上，可以在任意的框架應(yīng)用程序中使用，它提供圖形化的用戶界面，允許獲得所有設(shè)備參數(shù)。DTM有兩種類型，一是通信DTM，它是通信設(shè)備的驅(qū)動程序，例如PC中的通信網(wǎng)卡、分接器、網(wǎng)關(guān)、連接設(shè)備等；二是設(shè)備DTM，它是現(xiàn)場設(shè)備的驅(qū)動程序，現(xiàn)場設(shè)備如記錄儀、閥門、傳感器、電動機和泵等。目前市場上有超過2000款設(shè)備的DTM和15種FDT框架應(yīng)用程序。為了保證質(zhì)量，眾多不同的供應(yīng)商所提供的DTM和框架應(yīng)用程序之間經(jīng)常進行互操作性項目合作，建立了DTM認(rèn)證流程，最近以建立了框架認(rèn)證流程。已認(rèn)證的DTM列表可通過FDT官網(wǎng)獲取。

　　CC-Link協(xié)會龔明先生敘述“基于以太網(wǎng)的整合網(wǎng)絡(luò)CC-LinkIE鋪就智能制造之路”。他說：當(dāng)前準(zhǔn)備制造正在不斷向智能化系統(tǒng)方向發(fā)展，其發(fā)展特征是技術(shù)和融合化；產(chǎn)品的高技術(shù)化、綠色化，即產(chǎn)品的高附加值化、智能化和系統(tǒng)化；系統(tǒng)管理集成化(包括系統(tǒng)、軟件、技術(shù)和接口集成)和網(wǎng)絡(luò)化。其中，因現(xiàn)代制造業(yè)面臨重重挑戰(zhàn)，智能化工廠對網(wǎng)絡(luò)需求不斷提高；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在加速裝備制造業(yè)全球化的進程，并正在改變其生產(chǎn)和流通方式；智能化網(wǎng)絡(luò)已成為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展趨勢。根據(jù)智能化制造的需求，用戶需要開放靈活的網(wǎng)絡(luò)，以便于從眾多廠商選擇多樣的產(chǎn)品，不被單一廠家的變化所左右；通過多廠家產(chǎn)品的構(gòu)成，可降低成本，并可保證當(dāng)今和未來的投資。CC-Link整合網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，能解決制造業(yè)的諸多挑戰(zhàn)，如設(shè)備運轉(zhuǎn)率提高，品質(zhì)損耗減少，生產(chǎn)性能提高，加工時間、開發(fā)周期、制造周期縮短等。2006年產(chǎn)生CC-Link，2007年推出CC-LinkIE控制器網(wǎng)絡(luò)，2009年研發(fā)了CC-LinkIE現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，CC-LinkIE能滿足智能制造的上述需求。其中：

　?、貱C-LinkIE控制器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)格基本通信功能有網(wǎng)絡(luò)型共享內(nèi)存通信(循環(huán)通信，用于實時通信)和報文通信(瞬時通信，用于非實時通信)；通信速度與拓?fù)錇?Gb/s、以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)路；為保證高可靠數(shù)據(jù)傳送功能，采用令牌方式；網(wǎng)絡(luò)型共享內(nèi)存容量，最大為256kB；通信介質(zhì)，采用IEEE802.3z多模光纖(GI)；每層網(wǎng)絡(luò)的總連接站數(shù)為120臺；使用多模光纖時，站間距離最長為550m，總延長距離最長為66000m。

　　②CC-LinkIE現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)格以太網(wǎng)規(guī)格，基于IEEE802.3ab(1000BASE-T)；通信速度1Gb/s；通信介質(zhì)為屏蔽雙絞電纜(5e類)；通信控制方式，采用令牌通信方式；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇删€型、星型、環(huán)型；主站和從站合計最大連接站數(shù)254臺；最大站間距離100m。利用CC-LinkIE可構(gòu)建小、中、大規(guī)模和智能制造系統(tǒng)，目前已用于許多領(lǐng)域，由于實時性能很好，在煤礦、采礦等領(lǐng)域也得到很好應(yīng)用。今后計劃：CC-LinkIE現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的一致性測試規(guī)范將更完善；進一步完善用于聯(lián)網(wǎng)的元器件應(yīng)對安全網(wǎng)絡(luò)；不久將發(fā)布CC-LinkIE運動控制網(wǎng)絡(luò)規(guī)范。未來對應(yīng)的安全網(wǎng)絡(luò)和運動控制網(wǎng)絡(luò)將更加完善地連接不同的設(shè)備，提供更加完善的智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，幫助用戶鋪就智能制造之路。

　　西門子(中國)有限公司楊自鳴先生簡述“COMOS軟件——一體化工程設(shè)計到一體化運營的智能解決方案”。他說：智能制造離不開各種硬件與軟件的集成運行，而西門子工業(yè)軟件能提供全球工業(yè)軟件市場的所有核心要素，如計算機輔助設(shè)計和工程(CAx)、協(xié)作式產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(cPDM)、數(shù)字化制造(DM)、工廠設(shè)計軟件(即COMOS)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)。其中COMOS軟件解決方案，適用于整個工廠生命周期中涉及的工廠設(shè)計與運營，使產(chǎn)能最大化。

　　COMOS產(chǎn)品分為4類：

　　①COMOSPlatform是COMOS解決方案的基礎(chǔ)，提供面向?qū)ο蟮娜謹(jǐn)?shù)據(jù)一致性管理，其效益是有唯一的數(shù)據(jù)庫，確保數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程中沒有數(shù)據(jù)丟失和沖突；優(yōu)化工廠和工藝。

　　②COMOSProcess是工藝工程解決方案，涵蓋概念設(shè)計，2D/3D設(shè)計和建造多階段，其效益是滿足復(fù)雜需求的高效工程設(shè)計流程，縮短項目周期。

　?、跜OMOSAutomation是涵蓋一體化電氣和儀表控制設(shè)計以及數(shù)字化工程的解決方案，其效益是軟硬件之間無縫，且可靠地進行數(shù)據(jù)交換。

　　④COMOSOperations是工廠運行和維護階段專業(yè)的工廠管理解決方案，其效益是為工廠的可持續(xù)運行提供高顏色策略支持，降低風(fēng)險和費用。

　　這4類COMOS解決方案采用模塊化的設(shè)計，這些模塊在下列5個階段提供和主要功能如：

　?、倩A(chǔ)工程設(shè)計詳實工藝工程數(shù)據(jù)表，功能流程圖設(shè)計，工藝流程圖設(shè)計等。

　?、谠敿?xì)工程設(shè)計階段設(shè)備和裝配工程設(shè)計，布局工程設(shè)計，管路布置設(shè)計，儀表與控制位置圖，邏輯圖等。

　?、凼┕るA段采購文檔，安裝文檔，電氣原理圖，調(diào)試，試車等。

　?、茉囓囯A段調(diào)試，功能測試，修訂管理，最終計劃，工廠技改計劃等。

　　COMOS模塊使串行設(shè)計變?yōu)椴⑿性O(shè)計，數(shù)據(jù)都在COMOS的唯一數(shù)據(jù)庫中，能保證在工程設(shè)計的各階段中安全無縫傳輸數(shù)據(jù)。在中國COMOS已用于中國石油化式股份有限公司等。

　　德國倍福自動化有限公司周耀綱先生詳述“XFC極速控制技術(shù)及其應(yīng)用”，他介紹：XFC是在4種組件——TwinCAT、EtherCAT、IPC和EtherCATI/O基礎(chǔ)上產(chǎn)生的技術(shù)，能全方位提升控制系統(tǒng)的性能。XFC主要有5種技術(shù)組成：

　?、俜植际綍r鐘它使I/O實現(xiàn)同步，與通信延遲和控制拌動無關(guān)。分布式時鐘是XFC技術(shù)的基礎(chǔ)，也是EtherCAT技術(shù)的基本功能，所有的EtherCAT設(shè)備都具有本地時鐘，并通過EtherCAT通信自動化連續(xù)地與其它所有的時鐘保持同步，通信所用時間偏差可以得到補償，所有時鐘之間的最大偏差都小于100ns。分布式時鐘的當(dāng)前時間也可作為系統(tǒng)時間，因為它可以被整個系統(tǒng)使用。

　?、跁r間戳它使I/O的過程數(shù)據(jù)還額外包含一個系統(tǒng)時間信息。時間戳為過程數(shù)據(jù)提供高精度的時間信息，可用于輸入信號、記錄信號發(fā)生的時間和輸出信號控制輸出的時間。

　?、鄹咚買/O傳統(tǒng)的方法要達(dá)到100μs的周期時間，需要依賴專用的、獨立的控制器，但有許多缺點。而XFC的高速I/O采用高速信號檢測技術(shù)，輸出一個非常短的脈沖，數(shù)字量I/O上升沿時間為1μs，A/D、D/A轉(zhuǎn)換時間為10μs。

　?、艹蓸釉诿總€I/O掃描周期捕捉和輸出一批數(shù)據(jù)，使控制獲得更高的連續(xù)性。通常為了提高采樣率都是通過縮短掃描周期來實現(xiàn)，而掃描周期又不能無限制的縮短。而XFC的超采樣數(shù)據(jù)類型能夠?qū)崿F(xiàn)在一個掃描周期內(nèi)對一個輸入值多次等時間間隔采樣，記錄到一個數(shù)組里面，并在一個掃描周期內(nèi)傳輸?shù)娇刂破?。對于輸出值，能夠使輸出在一個掃描周期內(nèi)改變多次。超采樣系統(tǒng)描述了在一個通信周期中采樣(改變)的次數(shù)，即使是在一般的通信周期時間條件下，也可以輕松地達(dá)到200kHz的采樣率。

　?、菸⒃隽坷眯盘柕纳仙睾拖陆笛氐臅r間來計算微增量。這樣，在使用標(biāo)準(zhǔn)的編碼器時，可在低速情況下也能獲得更準(zhǔn)確的位置值；可獲得更準(zhǔn)確的速度計算；不需要濾波器，因為濾波將會導(dǎo)致響應(yīng)時間變慢。采用微增量技術(shù)可使機器運轉(zhuǎn)更平穩(wěn)，可提升多軸系統(tǒng)的同步性能。具體應(yīng)用XFC技術(shù)的案例：如加拿大Husky公司生產(chǎn)的Jogole杯子年產(chǎn)量54568421個，老產(chǎn)品單個重量22g，采用XFC技術(shù)后的新產(chǎn)品單個重量為20g，每年節(jié)約125507kg，每年節(jié)約價值18.2651萬美元的原材料。

　　上海工業(yè)自動化儀表研究院彭瑜教授綜述“工業(yè)通信技術(shù)新觀察”。首先，他指出：IEC和ISO近年設(shè)立的聯(lián)合工作組JWG14提出了《工業(yè)自動化能效》的文件，正在廣泛征求意見。這標(biāo)志著繼測量控制和功能安全之后，提高能源的利用效率，已經(jīng)列入工業(yè)自動化的三大任務(wù)之一。按照《工業(yè)自動化能效》文件的定義，能效是輸出的性能(績效)、服務(wù)、貨品或能量與輸入能量之間的比率，或其它的定量關(guān)系。這里應(yīng)注意的是，上述的輸入和輸出都必須是明確定量、定性的，而且是可以度量或測量的。

　　接著，他就近些年來圍繞工業(yè)通信技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域的長足發(fā)展，從降低能耗、提高工業(yè)自動化能效和改善功能安全兩方面進行觀察的結(jié)果作深入的論述。

　　第一方面，利用工業(yè)通信技術(shù)幫助節(jié)能——PROFIenergy和SercosEmergy。眾所周知，節(jié)能是國民經(jīng)濟發(fā)展的永恒主題，各國都引起了高度重視，近些年來，像ProfiNet、SercosⅢ、CC-Link以及ODVA等工業(yè)通信協(xié)議的組織紛紛投入人力和財力來研究如何在工業(yè)控制現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)日趨成熟和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，為減少制造工業(yè)的能耗必須建立的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化機制，以濃度地挖掘系統(tǒng)潛在的節(jié)能潛力。其中，ODVA從2011年開始正在制定十年的能源路線圖。

　　在挖掘節(jié)能潛力方面，上述工業(yè)通信協(xié)議的組織有3大共識：

　?、僦挥袑δ芎陌磿r間和按生產(chǎn)設(shè)備部件進行細(xì)分和精確的監(jiān)測實現(xiàn)可視化，才可能有針對性的采取對應(yīng)的節(jié)能措施；

　　②節(jié)能的視野應(yīng)該廣闊，不僅要關(guān)注耗能設(shè)備的節(jié)能潛力，還應(yīng)關(guān)注供能設(shè)備的節(jié)能潛力；

　?、鄢浞滞诰蚬I(yè)通信總線的潛力，在現(xiàn)有控制總線已經(jīng)取得廣泛認(rèn)同和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，不另添通信系統(tǒng)，只要適當(dāng)添加能耗檢測模塊以及在應(yīng)用層上增添節(jié)能行規(guī)(或節(jié)能功能塊)就能增加檢測能耗的功能。

　　經(jīng)過積極努力，已取得初步成果如：

　?、偃鹗柯?lián)邦蘇黎世技術(shù)大學(xué)對制造業(yè)典型機械裝置隨時間細(xì)分的功耗測試表明；如果功率輸入為100%，其中只有25%是機械設(shè)備加工所需要的功率消耗，其余75%均為間接功耗和無效功耗。這說明節(jié)能潛力很大，特別是如何應(yīng)對無負(fù)荷工況下消耗20%的能源，應(yīng)找出對應(yīng)的措施，而目前，在相當(dāng)程度上忽略了控制這個能耗的潛力；這還啟示我們，要節(jié)能需要對能源消耗按時間做精確的檢測和記錄；同時要特別關(guān)注控制系統(tǒng)在短時間的狀態(tài)變化下潛在的節(jié)能潛力，通過適當(dāng)切換生產(chǎn)線或機械裝置所連接的驅(qū)動設(shè)備、I/O、傳感器等，讓這些生產(chǎn)線或機械裝置進入節(jié)能狀態(tài)。

　?、诘聡谘芯磕苄r發(fā)現(xiàn)，對于大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)來說，將是電功率按加工和非加工的時間段來分析，只31%的電能真正用在產(chǎn)品的生產(chǎn)加工期間，換言之就是有69%的電能卻消耗在非生產(chǎn)加工的輔助期間。

　　③德國汽車制造商協(xié)會AIDA于2008年啟動了將汽車制造生產(chǎn)線的自動化系統(tǒng)和能源系統(tǒng)整合為一體的計劃，希望能找到一種既能大幅度降低能耗以投資較少的標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。

　?、墁F(xiàn)在西門子公司已有PROFIenergy將生產(chǎn)的控制系統(tǒng)和能源的管理系統(tǒng)合二為一。PROFIenergy是在ProfiNet基礎(chǔ)上開發(fā)的應(yīng)用行規(guī)。它使用現(xiàn)有的ProfiNet機制，僅利用ProfiNet網(wǎng)絡(luò)運行中的非周期時間槽傳遞節(jié)能命令，使現(xiàn)場的耗能設(shè)備和整個生產(chǎn)單元參與實施智能能源管理策略。這一機制使得PROFIenergy完全可在現(xiàn)有的ProfiNet控制系統(tǒng)中運行，而不會對原有的控制系統(tǒng)產(chǎn)生任何負(fù)面影響。經(jīng)應(yīng)用，有明顯的節(jié)能效果。

　　⑤SercosEnergy是基于實時工業(yè)以太網(wǎng)SercosⅢ的能源行規(guī)，其研發(fā)思路完全與PROFIenergy相同，不同的是它更細(xì)分了機械設(shè)備不同階段的耗能，因為ProfiNet更多是用于生產(chǎn)線，而Sercos更多用在機械裝置，如不同設(shè)備間的同步等。此外，SercosⅢ能源行規(guī)獨特之處在于它將能源行規(guī)分為兩個層次：一是對機械裝備進行工廠管理的上層，提供長期生產(chǎn)停頓和長期故障的信息；二是生產(chǎn)負(fù)載的機械控制的下層，則承擔(dān)為降低能耗而對機械特定故障和當(dāng)前過程做出反應(yīng)。

　　第二方面，openSAFETY——全球第一個開源的、安全應(yīng)用層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：工業(yè)級的安全現(xiàn)場總線和安全工業(yè)以太網(wǎng)開發(fā)的投資大、風(fēng)險較多、耗時較長，有什么途徑和方法能盡可能地規(guī)避這種風(fēng)險，解決提升和擴展現(xiàn)有工業(yè)通信規(guī)范的安全性能呢？openSAFETY是解決這一難題的范例，它是一種全開放的、可為各種工業(yè)通信總線實現(xiàn)功能安全的機制。該協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：在物理層可以是以太網(wǎng)，也可以是RS485、CAN、USB、LVDS(即RS644)；在第二至第六層可以是任意現(xiàn)場總線，或者是無線協(xié)議；它只在第七層即應(yīng)用層做了定義。其亮點和技術(shù)優(yōu)勢很多，如對所有的現(xiàn)場總線來說只用一個統(tǒng)一的安全應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)；由于安全節(jié)點之間通信的高效率，容易實現(xiàn)生產(chǎn)率最大化，可減少工程投運、調(diào)試、維護時間，經(jīng)TÜV認(rèn)證滿足SIL3協(xié)議，已開始在運動控制和過程控制中應(yīng)用等。

　　三、小結(jié)

　　本次學(xué)術(shù)活動深入剖析自動化動向與成果，使大家共享最新信息，下列3方面更使大家感受至深。

　?、僭谌蛑悄苤圃炜焖侔l(fā)展的大背景下，工業(yè)軟件與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展極快，尤為引人注目。本次會議由著名廠商、專家介紹這方面的新技術(shù)使人耳目一新，不僅有助于在我國的推廣應(yīng)用，也定將促進我國自動化技術(shù)的提高。

　?、诠I(yè)自動化的任務(wù)，上世紀(jì)只是實現(xiàn)“檢測控制”，新世紀(jì)初增加“功能安全”，近年來又要求“改善能效”。所有從事工業(yè)自動化的企業(yè)和專業(yè)人士，都應(yīng)牢記這三大任務(wù)，轉(zhuǎn)變觀念、提高認(rèn)識，實踐使命。

　?、垡恍┕I(yè)發(fā)達(dá)國家已真正認(rèn)識到自動化是經(jīng)濟發(fā)展的引擎，如德國已將自動化發(fā)展計劃上升為國家規(guī)劃，引導(dǎo)政府有關(guān)部門、企業(yè)、教育界對自動化的重視，因此自動化技術(shù)創(chuàng)新不斷，為世界經(jīng)濟發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。對照我國狀況，這方面差距很大，即使國家“十二五”規(guī)劃，似乎也沒有正視自動化的作用。國內(nèi)外經(jīng)驗表明，只有重視自動化，才能加快自動化技術(shù)創(chuàng)新，促進經(jīng)濟優(yōu)質(zhì)、持續(xù)發(fā)展。

　　中國自動化學(xué)會儀表與裝置專業(yè)委員會

　　2011年6月