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自動化儀表2020年科技發展規劃建議

點擊次數:1690 發布時間:2010-06-23
 

一、自動化儀表國內外發展現狀及問題

  DCS集散控制系統從80年代進入市場,經過20余年全面取代常規儀表控制,從幼稚走到成熟,完成了一次自動控制技術革命,確立了其技術主導和實用的地位。

  但是,由于DCS系統廣家、品牌多,通信技術復雜,兼容性、互聯性、互操作性、開放性差,安裝調試和服務成本高,這一切也就孕育了下一代的現場總線技術。從理論上相對來說DCS系統技術不如FCS現場總線系統技術,但是,目前的現場總線標準由于是妥協于各方面的既有利益,因而并沒有實現完全統一的初衷,以致仍難以真正做到開放、互聯、互操作性;這一結果卻為DCS系統提供了技術上的上升空間,也就是說將現場總線技術融合在DCS的技術進步中。

  目前的發展就體現在DCS技術與現場總線技術的融合工作中,具體的說在設備方面DCS系統PLC化;在功能方面PLC系統DCS化;同時在機箱、插件、模塊、接口、網絡通信等方面向DCS和現場總線混合系統技術方面發展。

  同時,我們還應該看到:進入21世紀,DCS系統制造廠商出現了資本并購和技術重組的明顯變化(例如:Baily control進入ABB集團;West-inghouse Process Control和Fisher-Rosemount進入Emerson集團;Foxboro control進入Invemys集團等);促使DCS系統在全盛時期過后,進人并購和重組,逐步將研究、開發、制造的能力歸于實力強大的優勢技術集團,這是市場退出機制的必然;但同時也帶來了系統、傳感器(變送器)和執行器緊密結合,自成一家的發展趨勢。這種“頭腦”向“檢測、執行”的回歸,實際上是否也是改變“頭腦靈活,而檢測、執行發展滯后”現象,而成為目前技術重組的主調呢?

  另-個必須看到的發展趨勢是:工業以太網異軍突起。與現場總線標準歷時漫長的12年制定過程形成極大反差的是工業以太在三年時間里就在現場總線技術領域中確立下來;它的zui終目的是真正實現開放性。但是,工業以太網還必須解決和正在解決實時性、供電性、本質安全性、抗工業現場惡劣環境性和一網到底等問題。

  (一)、綜上所述,國內外工業自把儀表及系統發展的動向和趨勢:

  1、現場儀表向智能型現場儀表方向發展。也即現場儀表(變送器、執行器等)向現場信息集成、全數字化、帶通信接口、智能型方向發展是必然的趨勢;而在制造技術方向,向小型化、多用途化、高穩定性、多參數測量集于一體方向發展。

  2、信息技術正在推進工業自動化控制系統技術新一輪的技術革命。也即DCS和現場總線混合系統技術的發展,走向全開放性土業以太網自動控制系統技術。

  3、“實時優化控制系統集成”是自動化控制系統致力其發展的另一趨勢。

  具體的講,它是自動控制系統中的軟件產品,而且不同行業、不同被控對象具有不同的軟件產品。其發展的技術基礎是:

  (1)現已普及并廣泛應用的DCS和PLC系統;

  (2)現代通信技術已開始并在進一步推進在工業企業中與現代控制技術相合。

  其“在線優化”的基本要素是:

  (1)過程模型:(2)目標函數:(3)優化算法;(4)數據處理:(5)動態實施:(6)模型校正。

  4、發展MFS(制造執行信息系統)是ERP(企業資源管理系統)與面向生產和加工的各種自動控制系統(DCS、PLC、FCS或混合系統)之間*的關鍵環節(橋梁)。具體的講,它也是軟件產品,而且不同行業、不同工藝流程具有不同聲的軟件產品。

  (二)我國發展自動化儀表及系統目前存在的問題

  1、至今我國基本沒有集成電路設計、制造業對工業自動化儀表強有力的持。

  隨著微電子技術和數字技術的發展,國外儀器儀表(特別是傳感器)設計者紛紛把各種儀器儀表的功能要求轉嫁給功能模塊來實現,從而為儀器儀表更新換代、拓展功能作出了不可估量的貢獻;國外甚至認為,沒有功能模塊的發展,也就沒有儀器儀表的創新發展;我國儀器儀表行業在這一方面始終處于一窮二白的地位,可以說目前我國所有儀器儀表新產品所需關鍵電路均要依賴進口,雖說可以跟隨發展,但卻受制于人,更談不上創新了。

  2、人才匱乏。特別是軟件人才和制造工藝技術人才。

  3、舊有體制束縛了技術的發展;

  (l)行業分散不利于技術集中發展。例如:在線分析儀器及系統游離在自動化儀表及系統之外,而遠遠落后于國外。

  (2)沿用原蘇聯模式的各行業的設計院(研究院)是自動化儀表及系統行業與用戶之間不可逾越的環節(這一環節在世界發達國家是不存在的)。在目前市場經濟尚不規范、各設計院正處于改革過程中,再加上總承包商的出現等情況下,更加劇了自動化儀表及系統工程項目承接的無序競爭和行業分散性,也不利于系統技術的發展。

  (3)企業的經營管理機制不適應市場經濟。

  企業現有的經營管理機制,是在舊有體制基礎上,經改革逐步形成,但由于市場經濟尚不完善,改革的不配套、過多的非經濟規律的行政干預,目前仍處于新老交替過渡階段等因素,致使企業經營管理水平不適應市場經濟規律,造成經營管理成本居高不下,技術發展及成果商品化進程緩慢。

  (4)急功近利、急于求成的指導思想,以致嚴重忽視工藝技術和基礎技術的研究發展,且設計手段十分落后。

  4、科技投入嚴重不足,且元措施保障這一投入;同時,企業自身尚不具備資本積累的機制和條件,以致企業發展成了元源之本。

  二、16年發展的戰略目標和意義

  (一)、發展戰略目標

  1、到2020年我國自動化儀表及系統行業應進入*行列,實現1-3個廠商和品牌;

  2、到2020年我國自動化儀表及系統行業在國內重大工程項B中的自配套率應達到70%以上;

  3、到2020年我國自動化儀表及系統行業應跟隨電站(火電、核電、水電、熱電、輸變電)、冶金礦山(黑色、有色)、石化(油氣田、煉油、乙烯、化纖、化肥、焦化、酸堿等)、建材(水泥、玻璃、油漆等)、輕紡(造紙、紡織、橡膠、食品、日用化學等)、醫藥(中西成藥、農藥、獸藥等)、交通(汽車、機車、船舶等)等行業大型裝備出口,實現80%以上的配套率;

  4、到2020年我國自動化儀表及系統行業應具有自己的系統工程項目軟件人才庫;

  5、到2020年我國自動化儀表及系統行業應實現以工業以太網為基礎的網絡控制系統;

  6、到2020年我國中、在線分析儀器的自配套率應達到50%;

  7、到2020年我國儀器儀表行業應在環保監測方面實現區域性網絡監控;

  8、作為自動化儀表系統技術發展的基礎應支持建立、完善、實現:

  (l)儀器儀表功能模塊、電路設計、制造基地;

  (2)儀器儀表工程技術中心(以基礎制造技術和工藝技術研發為主)和產業化基礎;

  (3)儀器儀表基礎件、通用件研究開發技術中心。

  (二)意義

  只有實現上述發展戰略目標,才能使我國真正立足于世界民族之林。

  三、重點發展的前沿和關鍵技術

  (一)、重點發展的前沿技術

  1、納米技術。進行傳感器應用納米技術的研究工作,以實現縮小其體積、提高其性能、拓展其功能的目的;并開展將納米材料應用于儀器儀表•基礎件、通用件(如:耐高溫、耐高壓、耐沖刷、耐腐蝕等)的研究工作。

  2、實時優化控制系統技術。選擇相對集中、用戶面廣的被控對象(如:大型火電機組的BEMS鍋爐燃燒系統、DEH冷輪機數字電液控制系統、煉油廠裂解裝置控制系統等)進行過程模型建立研究工作,還需確定被控對象目標函數、優化算法、動態實施方法以及對模型的修正,得出該被控對象"實時優化控制"典型軟件包產品;據知,采用實時優化控制系統技術后,在生產裝置和自動化硬件系統基本上不作大的改動的情況下其生產效率可提高15%左右。

  3、MES制造執行信息系統技術。這是為了適應經濟化趨勢日益加強、市場環境將發生根本的變化、顧客驅動將成為市場的主要特征、以顧客訂貨和市場需求為軸心的生產活動已可以不受時間和地域限制,真正實現柔性生產的新理念,而發展起來的軟件平臺,再形成完整的系統。

  4、工業以太網技術。

  (二)、重點發展的關鍵技術

  1、傳感器制造技術。特別是微電子制造技術應用到傳感器制造技術中,并應同時考慮傳感器的溫度補償、量程修正、時間漂移、數字化輸出等技術。

  2、儀器儀表制造工藝技術。我國儀器儀表產品技術約落后于國外10-15年時間,但儀器儀表制造工藝技術卻落后于國外15-20年時間,且制造工藝技術的研究開發始終普遍不被重視。

  3、儀器儀表基礎件、通用件采用新材料、低成本、確保穩定高質量、專業化制造技術。這也是我國一大薄弱環節。

  4、控制系統應用軟件技術。在這一方面我國有著一定的優勢,若能進一步組織發揮自動化儀表及系統制造企業、系統用戶、科研機構聯合作用,反過來可以促進自動控制系統和網絡技術的進步。

 
 
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