开启坚固耐用的新时代


作者:Ulrich Hempen 本文作者系Wago公司工业自动化 日期:2015/10/21 来源:《流程工业》

图片来源:Wago

Dima系统的结构和配置(虚线)以及生产过程中的通信(实线)方式。自动化模块供应商从生产的每个模块设备中获益,流程设备运营商利用各个模块的类型说明(模块类型包)完成设备集成,并从整条生产线的顺利生产中获益

流程工业的模块自动化——在生产加工领域中,模块设备早已是标准化的设备装置了。现在,模块化的生产设备也越来越多地融入到流程工业自动化技术领域。为了能够实现流程工业领域中流程设备的模块化控制,设备模块的自动化结构也必须有相应的改变。最受欢迎的是分散式智能模块解决方案,它可以替代传统基于集中控制方式的控制系统。

业内专家一致认为,流程工业设备必须有根本性的结构改变,才能满足高灵活性的要求。

在化学工业领域的不同工程项目中,流程设备有采用了模块化结构的趋势。这些设备模块包含了特定流程工艺所必须的所有元器件,按照积木原理组成不同的产品生产线,并允许它们充分自主运行。

流程工业企业能够通过使用这样的模块化装备受益,除了有很高的生产灵活性之外还能大大缩短项目施工的时间。因为模块化的流程设备满足了使用高效工程设计工具和方法的前提要求,与成套的中央控制的流程设备相比,能够在更短的时间内完成规划设计和生产制造。

在所完成的项目中,有些领域的流程设备已经采用了自动化控制单元型的设备模块。这些自动化控制的设备模块、设备单元内部都有完整的流程工艺技术方案,但只是部分实现了自动化。同样,这样的自动化设备模块在整套流程设备中的集成非常困难,因为这些集成常常需要人工设计和操作,尤其是在自动化技术领域没有提供标准化的接口时候更困难。标准化的流程设备主控系统对这些模块化设备的支持不足,因为主控系统中也没有提供开放式的数据接口。

因此,Namur技术协会在NE 148推荐技术标准中提出了开发实现流程设备模块化的自动化技术方案的建议。这一推荐标准描述了模块化的流程设备部件应如何组成一套完整的流程工艺生产线,自动化技术应发挥怎样的作用。

模块化自动化设备应完成其应有的部分流程工艺,因此需要适合的自动化控制系统。这种自动化控制系统的核心任务是实现模块化单元所有内部流程工艺过程的控制调节和监控。NE 148推荐技术标准要求自动化的设备模块应具有相关流程工艺控制功能,而上一层次的控制功能(例如产品配方的控制和管理)应由中央控制系统控制。模块化自动控制实现的前提是各个模块与中央控制系统之间有着相互联接的开放式接口。这里的标准化不仅仅只局限于数据交换、能源控制的物理层面内,而且也必须包含数据交换的逻辑接口。

最重要的是,这样的技术接口是开放式的接口,与仪器设备生产厂家无关,只有这样才能保证不同生产厂家研发生产的设备模块能够简单组成一套流程设备生产线。

Wago公司在今年的Namur大会上向流程工业企业展示了他们与德累斯顿技术大学、Helmut-Schmidt大学合作的新成果——Dima模块化系统的分散式智能控制方案,这一技术方案把NE 148推荐技术标准中的多种要求落实到元器件的系统结构中。

流程设备工程项目的规划设计只需在2个层面展开即可,第一个层面确定每一个单独的设备模块,编制好它们的控制程序。第二层面的设计就是把这每个单独的模块连接成一套流程设备,与上一级主控系统连接起来。这里使用的典型软件工具包括人机接口、程序控制、分类管理和流程工艺过程的诊断工具。

把工程项目的规划设计分为这样两个层面大大简化了项目设计,也加快了流程设备的调试速度。开发的数据交换接口和统一的通信模式保证了不同供应商生产的模块化设备组成的生产线正常运行。

在Dima模块化系统的分散式智能控制方案中,各个自动化设备模块之间以及各个模块与主控系统之间的通信采用的是以应用为主导的结构(SOA结构)。模块与主控系统之间经标准确定了模块功能的语言接口交换数据。主控系统层面可以在不知道该模块具体功能细节的情况下调用这一模块。为了让主控系统在离线状态下也能使用这些模块,配备了MTP模块类型包,这一数据描述描述了所有模块的操作功能和信息,以及模块的可视化图形。

集成化应用案例

在Dima项目的框架中,Wago公司所完成的流程设备模块集成中有西门子WinCC的Scada控制系统模块,也有通用电气Proficy Batch控制系统的自动化模块。在它们的上一级主控系统中实现了对各个自动化模块的操作控制和工况监控,可以调用它们内部的可用功能。在实施Dima方案时,开放式的通信接口是使用西门子Scada系统或者通用电气Batch系统的必要前提。

Wago公司提供的Dima解决方案供所有用户使用,并希望使用这一方案的企业和行业协会共同推动这一方案的不断改进和完善。