流程工业自动化的现状和压力

 

1 流程工业自动化的现状

自1970年PLC和DCS进入自动化领域之后,处于ISA 95的L1和L2的控制层的自动化硬件和软件结构一直没有变动,迄今为止自动化市场的结构也一直围绕着捆绑式的自动化硬件和软件在演进。每一个自动化的供应商都开发自己的软件环境,并将这种软件环境转交给用户。而通常用户并不了解这一软件环境,只能通过供应商提供的控制器组态软件工具与控制器交互。这种结构方式与1970年的小型计算机市场非常类似,几乎每个小型机的供应商都是以硬件软件捆绑的应用方式和软件工具,以及自己的渠道伙伴和软件供应商进入和占领市场。

企业控制的系统集成国际标准IEC/ISO 62264脱胎于ISA 95。虽然这一标准是在计算机集成制造系统(computer integrated manufacturing systems,CIMS)模型的基础上发展起来的,适用于流程工业、离散制造业和批量过程工业。工业4.0中,RAMI4.0参考架构模型中的“Hierarchy Levels”的维度[1],主要是借鉴了ISA 95的概念。由于用户对此ISA 95参考模型的认可和青睐,在美国和欧洲工业软件的开发厂商一般都以此模型为依据。为了更好地服务于智能制造和IIoT的需要,增加了L5企业云集成的ISA 95的参考模型如图1所示。

2 流程工业自动化的压力

当前工业制造厂面对市场竞争的巨大压力,力求降低对控制系统的投资成本和缩减自动化资产生命周期,改善其运营操作的盈利能力。许多在役的控制系统的软硬件主要是专用而且封闭的,维护和升级的成本昂贵,一旦有需要与一流的第三方部件集成,耗资不菲。尤其在目前IT快速深入地滲透和融合到企业的管理和运营的方方面面的形势下,在役的控制系统通常不具备本质的信息安全特质,造成了巨大的风险和隐患。还有一个问题就是,现有的DCS不能有效而恰当地保护设备资产和其他资本投资。

关心现有系统运用新技术的升级迁移是现有的工厂和成套设备的又一个关键问题。制造厂不允许按整个规模替代已安装和运行多年的工业控制系统(industrial control system,ICS),这可能会对运行造成很大的破坏。而现有系统的数据库积累和容纳了大量具有智能特性的数据。由于这些都是在专有系统中实现的,很难用文件来描述,或者难以升级迁移到新的平台。制造厂需要非破坏性的路径使他们能够对现有系统进行更新和升级改造。

今天,上海电子展小编就以埃克森美孚为例,其炼化工厂每天从500万个变量(tags)中产生13亿个数据记录,这还不包括机械数据。存取这么多数据的能力,以及对数据进行分析利用并转换为活跃的可起作用的信息,是业务的关键需要。企业迫切需要从系统到边缘再到云端实现分析的APPs,可是目前却不那么容易完成,必须用开放、具有可互操作性而且本质安全的系统架构来替代现有的封闭专用工业控制系统。