隨著(zhù)我國過(guò)程工業(yè)的超常規飛速發(fā)展,在過(guò)程自動(dòng)化的基本內涵未變的前提下,過(guò)程自動(dòng)化的外延,所采用的各項技術(shù)和工具卻在迅速地改變,有的甚至產(chǎn)生了革命性的變革。下面以電力過(guò)程工業(yè)為縮影,對近年來(lái)過(guò)程自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。
對于電力而言,傳統發(fā)電過(guò)程和新興發(fā)電過(guò)程始終是兩位一體、相互交織著(zhù)向前延伸。原先的傳統發(fā)電工業(yè)近幾年來(lái)發(fā)展迅猛,如常規的火電機組大踏步向著(zhù)大容量、高參數邁進(jìn)(如發(fā)電裝機由單機300MW跨越到單機1000MW等級容量,參數等級由亞臨界參數進(jìn)入了超臨界、超超臨界參數);其次是傳統發(fā)電過(guò)程中又融入了如IGCC(煤氣化聯(lián)合循環(huán))、AFBC(常壓循環(huán)流化床鍋爐)和PFBC(增壓流化床燃燒鍋爐)等先進(jìn)的潔凈煤燃燒技術(shù),使得在環(huán)保壓力下似乎窮途末路的臟煤也向著(zhù)清潔能源靠攏。另外,太陽(yáng)能、燃料電池、生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、地熱能等新興發(fā)電技術(shù)也在不斷涌現。 嶄新的過(guò)程現象,為過(guò)程自動(dòng)化注入了新的內容和活力,也為過(guò)程自動(dòng)化的飛速發(fā)展奠定了堅實(shí)的基礎。
過(guò)程自動(dòng)化的發(fā)展變化可歸納為以下4個(gè)主要方面:
⑴過(guò)程自動(dòng)化正從純粹的過(guò)程控制領(lǐng)域向過(guò)程和商業(yè)綜合控制領(lǐng)域過(guò)渡。自從計算機技術(shù)首次應用以來(lái),自動(dòng)化和IT分別是兩個(gè)獨立的領(lǐng)域。目前的趨勢是正在逐漸打破這種傳統的分隔,建立一個(gè)貫穿發(fā)電廠(chǎng)全過(guò)程的、直至商業(yè)企業(yè)級計算機環(huán)境的單一控制管理系統。如Invensys 和inFusion企業(yè)控制系統,就是將諸如傳統狹義范圍內的過(guò)程自動(dòng)化系統(包括DCS/PLC控制系統、安全保護系統、智能現場(chǎng)設備、全廠(chǎng)資源管理和優(yōu)化系統)和商業(yè)性能管理(包括ERP、人力資源、產(chǎn)品成本計算、先進(jìn)的規劃和進(jìn)度安排、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)相關(guān)方管理等)融合集成為一個(gè)廣義范圍內的單一企業(yè)控制管理系統,從而有助于工業(yè)企業(yè)整合其操作/運行和維修/維護資源,進(jìn)一步優(yōu)化企業(yè)的APM(資源性能管理)。
⑵控制系統開(kāi)始采用基于Internet技術(shù)(如Jini/Java/Web等),從而確保在適當的時(shí)間和地點(diǎn)獲取適當的信息,以實(shí)現投資和維護成本的最小化。如Siemens發(fā)電部推出的SPPA—T3000系統,采用類(lèi)似Internet基本結構的表示層,處理層和數據層三層結構,全部采用基于 Web 技術(shù),是一個(gè)完全Web化的系統。包括運行、工程、維護、診斷、存檔、現場(chǎng)的全部數據均嵌入在每個(gè)部件中,應用軟件完全是采用基于嵌入式部件服務(wù)(Embedded Component Services)概念,實(shí)現全部數據的確良集成化和全局化。其有益之處是,一方面該體系結構與IT世界的主流結構相吻合,從而較容易實(shí)現企業(yè)廣度范圍內的各類(lèi)子系統的通信無(wú)縫集成,另一方面也便于系統維護和管理,從而最大限度地降低營(yíng)運成本。
⑶依托包括智能檢測儀表、現場(chǎng)總線(xiàn)和企業(yè)級總線(xiàn)技術(shù),構成集成化、智能化、高度自動(dòng)化、基于數字總線(xiàn)的全數字化控制管理系統。其中,首先最重要的是通過(guò)采用現場(chǎng)總線(xiàn)和智能儀表和設備,將智能化、數字化、網(wǎng)絡(luò )化拓展到過(guò)程自動(dòng)化的最底層—設備級,從而充分利用智能儀表的診斷功能和智能化功能,實(shí)現設備的狀態(tài)檢修和資源管理。其次,又可通過(guò)其特有的分布智能,、一方面利用其內嵌智能功能模塊,實(shí)現現場(chǎng)級控制功能的智能化,改善控制系統的響應性和魯棒性;另一方面,又能通過(guò)其特有的自校正、自診斷功能,減少危險區域儀表的巡檢、檢驗和校正等工作量,大大提升電廠(chǎng)安全性能。再次,通過(guò)對現場(chǎng)閥門(mén)磨損、變送器積污等全范圍設備或工藝系統性能降低的監測,實(shí)現ASP(異常狀態(tài)的預防)功能,因而極大地改善過(guò)程控制的可用率,創(chuàng )造出良好的經(jīng)濟和社會(huì )效益。據美國Emerson過(guò)程管理公司和JDI承包公司2004年發(fā)表的“數字總線(xiàn)技術(shù)對新建發(fā)電工程的經(jīng)濟影響”研究報告稱(chēng):對于一個(gè)典型的600MW超臨界燃煤機組,在采用集成化、智能化、高度自動(dòng)化的基于數字通信公路的系統后,可節省高達成2000萬(wàn)美元的設備、安裝和施工費。
⑷在A(yíng)I技術(shù)和計算機技術(shù)的助推下,在嚴酷的環(huán)境保護和市場(chǎng)競爭壓力下,過(guò)程工業(yè)開(kāi)始越來(lái)越多地采用專(zhuān)家控制、模糊控制、學(xué)習控制、神經(jīng)控制、預測控制、自適應控制等各類(lèi)智能控制算法或系統。
可以預見(jiàn)在不遠的將來(lái),在無(wú)線(xiàn)通信等前沿技術(shù)的推動(dòng)下,過(guò)程自動(dòng)化將會(huì )進(jìn)一步產(chǎn)生深遠的變革和提升。(張晉賓,中國儀器儀表學(xué)會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)及管控一體化分會(huì )委員)