流程工业自动化发展的简要回顾

自20世纪20年代起,流程工业开始了气动仪表和气动控制器的生产现场应用,历经了单回路电子控制器(1959年)、8回路分散控制器(1970年)、100回路规模的分布式控制系统(distributed control system,DCS)(1980年)、1 000回路规模的数字式控制系统DCS(2000年)各个阶段的发展。20世纪70年代,流程工业已经运用生产数据的历史记录、现场总线网络、灵活的系统组态和规模不大的人机界面。20世纪80年代后,在L1层开始运用功能块、顺序控制和自诊断技术;在L2层已经有了按生产的需要配置不同规模的系统,大大提高了系统的可用性;在L3层相关的计算机系统已经接近当时的新水平。进入21世纪,流程工业在L1层普遍运用高性能、多功能的DCS,配有HART或FF现场总线;而在L3层大量使用低成本的服务器。

之后的发展,特别是近些年来,面临着一些亟待解决的重要问题。①许多正在运行的DCS已经服役二三十年,备品备件所需的元器件已经停产或改型,如何低成本且不停产或少停产的进行升级改造,这是用户十分关心的问题。②经过几十年运行,控制系统积累了大量的生产运行数据和智能运营的知识库,在控制系统的升级改造的过程中如何继承和保护这些软资产。③在IT技术以高度密集和高速度的方式进入流程工业的今天,运营技术 (operational technology,OT)如何能够跟上IT的步伐,又不失时机地与之融合。于是在一些有远见的用户的推动下,流程自动化行业出现了开发下一代开放的分布式自动化技术的迫切要求。

未来的控制系统追求的目标很具体:能够低成本替代原有控制系统,且可按现场需要配置系统;运用先进的边缘设备,但仍可沿用原有的I/O及其电缆布线;具备良好的工业应用软件APP的可移植性;方便与一流的部件和第三方软件集成。要求用高可用性的实时数据中心构成虚拟化的系统,对下连接由边缘设备、单通道的模块构成的分布式控制节点(distributed control node,DCN),执行常规的或智能的I/O数据采集,以及调节现场的控制回路;而在虚拟化的系统中可以运用工业APP市场流动性强的、精巧的开发工具,方便加强OT与IT的融合。这些颠覆现有和以往控制系统的技术,强烈地受到近些年来IT行业的若干个重要技术的影响和推动。这些技术影响主要表现在大量应用的系统虚拟化,云计算、广泛运用的开源软件(open source software,OSS)、新软件技术集成、软件开发和部署(DevOps),以及超高可用性的部署平台。

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