一．自動化集成體系架構推出的背景?
在當今的IT 時代，生產過程自動化不僅是把它作為操作和運行生產工藝的工具，隨著市場競爭不斷加劇，在挖潛增效驅使下，要求自動化技術將過程信息和整個集團的生產管理、執(zhí)行等信息系統(tǒng)全集成在一攬子解決方案中。在這種趨勢下在全球有影響力的控制系統(tǒng)供應商現(xiàn)今紛紛推出全集成架構，如：
Schneider的Transparent Ready? 透明就緒
Siemens 的Total Integrated Automation? 全集成自動化
Rockwell Automation的Integrated Architecture? 集成架構
Mitsubishi的e—Factory? 可視化工廠
ABB的Industrial IT? 工業(yè)信息系統(tǒng)
Emerson Process的Plant Web? 工廠管網
Invensys Process(Foxboro)的 ECS(Enterprise Control System)—企業(yè)控制系統(tǒng)
Yokogawa 的Vigilant Plant? 警醒的工廠
自動化全集成體系架構推出僅3，4年，但發(fā)展速度引人注目，其發(fā)展顯然處于自動化技術發(fā)展的大背景中：
1）??????? 市場競爭要求自動化技術不再僅僅是提供PLC或DCS的局部控制模式和獨立的信息體系，而要求將自動化控制和生產管理、執(zhí)行等信息系統(tǒng)全集成在一起的新的控制模式。
2）??????? 企業(yè)過程管理與控制系統(tǒng)體系結構發(fā)生了本質性的變化，工業(yè)自動化的金字塔模型已由原來的5層結構簡化為3層：即企業(yè)資源規(guī)劃（ERP），制造執(zhí)行系統(tǒng) （MES ）與過程控制系統(tǒng)（PCS）3層，它們分別起著計劃層（制定生產計劃），執(zhí)行層（實施生產管理與質量控制），控制層（實現(xiàn)邏輯、閉環(huán)和過程控制等）作用，生產過程借助于MES進行集成與協(xié)調控制，通過工廠的信息管理系統(tǒng)（PMIS），產品規(guī)范管理系統(tǒng)（PSMS），物流管理系統(tǒng)，設備管理系統(tǒng)，實驗室和化驗室的信息管理系統(tǒng)，生產定單的管理系統(tǒng)以及詳細的生產排程和生產運營記錄系統(tǒng)，使得制造業(yè)（包括大的水泥集團）的信息不僅具有很好的計劃系統(tǒng)，還能使計劃落實到實處，最終實現(xiàn)操作過程自動化，使生產更有序，更經濟，既提高了生產效率，又節(jié)約了成本，公司競爭力也進一步加強?，F(xiàn)代水泥工廠控制與管理的金字塔模型見圖1。
圖1：現(xiàn)代水泥工廠控制與管理的金字塔模型
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圖1：現(xiàn)代水泥工廠控制與管理的金字塔模型
1）長期以來工業(yè)控制領域一直把電氣的邏輯和順序控制、傳動控制和過程控制、運動控制等構成不同的獨立體系，而現(xiàn)今自動化技術發(fā)展已經為打破各控制領域各自為政的枷鎖，并統(tǒng)一在一個平臺上準備好技術和認識條件。
2）現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網技術的發(fā)展和推廣應用，為全集成自動化體系架構的形成和發(fā)展奠定了通信的基礎。另外從工業(yè)編程語言、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網等各種自動化國際標準的制定和推廣應用，也為全集成體系架構的發(fā)展奠定了標準化的基礎
我國水泥行業(yè)在國內有影響有實力的大集團有幾十家，如海螺、華新、冀東、亞泰、三獅等，它們屬下有許多水泥熟料廠和粉磨站，幾乎分布在全國各地，如海螺集團的水泥熟料廠分布在離資源近的安徽、廣西、廣東、湖南等地，而根據(jù)水泥市場的需求，粉磨站分布在上海、寧波、南通、張家港等城市附近，它必需綜合調度其生產、管理和銷售等；另隨著節(jié)能，環(huán)保需要，大集團還必須考慮電能、熱能的綜合應用，粉塵以及SO2的排放，為此進一步提高這些大集團的管控水平是十分需要和迫切，自動化全集成體系架構的推出，為水泥行業(yè)大集團提升生產、管理、控制水平創(chuàng)造了條件，如華新集團下屬有許多分公司，水泥熟料廠大多采用西門子公司的PCS7系統(tǒng)，西門子公司推出的全集成自動化TIA （Total Integrated Automation ）為集團實現(xiàn)自動化集成體系架構創(chuàng)造了條件，它在執(zhí)行層MES中可通過生產建模器進行集成與協(xié)調控制，做到了生產過程的高效和成本優(yōu)化的集成，其核心是：集成的配置和編程，集成的數(shù)據(jù)管理，集成的通訊，使整個企業(yè)內的管理、銷售、業(yè)務、工程設計，運行操作、維護，均工作于統(tǒng)一的信息平臺，用統(tǒng)一的網絡和數(shù)據(jù)庫，PROFINET和標準的以太網，實現(xiàn)無縫的連接，擴展了自動化范圍和功能，做到華新集團生產過程的高效和成本優(yōu)化的集成，最終實現(xiàn)集團的資源管理共享和績效最佳。
二．自動化集成體系架構的特點
上述控制系統(tǒng)供應商紛紛推出自動化全集成架構多種不同的架構，他們有各自設計的理念，但有其共同點：
強調企業(yè)信息和控制系統(tǒng)的集成，即自動化控制系統(tǒng)—制造（或生產）執(zhí)行系統(tǒng)—業(yè)務管理系統(tǒng)（企業(yè)資源規(guī)劃）的集成。
強調為工程設計和組態(tài)（工藝設計、設備設計、自動化設計和編程等）、調試投運、運行操作、資產管理和優(yōu)化、維護等各環(huán)節(jié)提供統(tǒng)一平臺。
在控制層強調用統(tǒng)一平臺解決電控、儀控、運控等多專業(yè)的功能性的要求。?
強調控制層、執(zhí)行層和管理層不同網絡的無縫連接和提供信息數(shù)據(jù)的高效交換。
強調與第三方系統(tǒng)和軟件的協(xié)同和連接。
PLC和DCS主流廠商由于應用領域不同，也存在明顯的差異
PLC主流廠商尤其重視全集成架構的離散制造業(yè)應用，尤其重視PLC、運動控制、傳動等的工程設計統(tǒng)一平臺和不同網絡，包括現(xiàn)場總線、專用網絡和以太網等的無縫連接。
DCS主流廠商尤其重視全集成架構在流程行業(yè)應用，因此強調工藝設計和自動化設計的統(tǒng)一平臺和各種不同類型的儀表用現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網的無縫連接，以及和第三方儀表系統(tǒng)設計軟件的連接、數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享。
DCS主流廠商繼承原有優(yōu)勢，重視資產設備的管理，從基本管理發(fā)展到資產設備的組合優(yōu)化管理，進而發(fā)展變化為生產績效、商務績效的全面管理。與此同時，PLC主流廠商也開始把資產設備管理納入自動化體系全集成架構。為實現(xiàn)低成本實現(xiàn)管理信息與控制信息的集成，有的公司已開始有效工作，如三菱電機開發(fā)了裝插在其高端PLC機架上MES接口模塊，通過以太網可直接連接Oracle ,MS Access, MS SQL Server等數(shù)據(jù)庫。
三．水泥行業(yè)應用自動化集成體系架構的設想
我國新型干法水泥廠在我國水泥行業(yè)的比例已近一半，據(jù)統(tǒng)計在新型干法水泥廠采用ABB的自動化控制系統(tǒng)占主導地位，早期的MASTER系統(tǒng)還有一些工廠在用，但目前用得最多是Industry IT AC800F，(Freelance2000)，也有少量水泥廠采用AC800M，如海螺集團幾十個5000t/d水泥廠幾乎全采用Industry IT AC800F， ABB最新推出的自動化集成體系架構Industry IT 800xA，它是在一個擴展的自動化系統(tǒng)框架結構內，提供統(tǒng)一的操作、工程和信息管理的環(huán)境和界面。擴展的自動化系統(tǒng)包括儀表和變頻器，馬達控制中心、信息管理、PLC、安全控制、先進控制以及資產優(yōu)化和生產管理等，各行業(yè)還有各自的解決方案，如水泥、造紙，軋機等，新系統(tǒng)支持全面的OPC連接方式，并使用包括HART，PROFIBUS，F(xiàn)F ，TCP/IP等國際標準。目前SINOMA總包的EPC 項目已逐漸開始應用AC800M，工程設計的自動化系統(tǒng)包括儀表和變頻器，馬達控制中心、信息管理、PLC、安全控制等，隨著自動化集成體系架構不斷完善和軟件成本下降，將進一步擴展先進控制和資產優(yōu)化。筆者認為海螺集團也可能通過Industry IT 800xA把整個集團的自動化技術集成在一個體系架構中。
采用西門子的PCS7系統(tǒng)，在我國水泥行業(yè)也呈上升趨勢，西門子的TIA和TIP在三方位的集成還是有一定特點，它把整個企業(yè)內部的管理、銷售、業(yè)務、工程設計、運行操作、維護均工作于統(tǒng)一的信息平臺，西門子的CEMAT的行業(yè)解決方案在國際水泥界有較大影響，華新集團已局部采用了TIA，還要進一步把安全控制、先進控制以及資產優(yōu)化和生產管理納入TIA中。
在水泥行業(yè)中ROCKWELL 的ControlLogix， 施耐德公司（ Schneider）的 Quantum，這兩家公司也有相應的自動化集成架構，本文就不再介紹了。
四．結論
自動化集成體系架構是在ERP、MES、PCS三層結構受到普遍認可的前提下，自動化主流公司整合、改進原有控制平臺和系列軟件產品，為整體實現(xiàn)企業(yè)生產制造、生產管理的自動化和信息化，提供盡可能完善的解決方案的產物。可以預測水泥工業(yè)大集團在自動化集成體系架構更完善前提下，為進一步提高其管控水平也會采用自動化集成體系架構。
【作者：張衛(wèi)民 】
