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    1　引言

    采用過程控制系統(tǒng)監(jiān)視并控制消費(fèi)品和商品生產(chǎn)的方方面面是長久以來的標(biāo)準(zhǔn)方式。為了建立全方位、全自動化的生產(chǎn)設(shè)施，在使用PCS連接本已高度自動化的機(jī)器時，車間環(huán)境也適用同樣的監(jiān)控要求。貝加萊已開發(fā)的APROL過程控制系統(tǒng)能夠通過幾種不同的通信方式與自動化設(shè)備互聯(lián)，它在處理從操作數(shù)據(jù)記錄到整個系統(tǒng)控制等實(shí)際任務(wù)中已證明是理想的應(yīng)用選擇。

    產(chǎn)品制造商面臨持續(xù)改善他們的自動化系統(tǒng)的壓力，這有以下三方面主要原因。首先，取得競爭優(yōu)勢要求能夠以較低的成本提供相同功能和性能的產(chǎn)品，或者以不超過目前的成本提供更多的功能性，這兩點(diǎn)只能通過加強(qiáng)現(xiàn)有的自動化系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。其次，較高的自動化程度可以提高復(fù)制生產(chǎn)過程的精確性，從而使這些過程更加安全，并且使成品的總體質(zhì)量更高，事實(shí)上，消費(fèi)者和用戶在這方面正變得愈加苛刻，這也起到了重要的推動作用。最后，在不增加生產(chǎn)過程成本的情況下顯著提高能效的唯一方式是：考慮到眾多相關(guān)關(guān)鍵因素（包括外圍設(shè)備）后，不斷積極地對生產(chǎn)過程進(jìn)行重新調(diào)整，也就是說，這需要再次提高整個系統(tǒng)的自動化程度。

    單個機(jī)器或生產(chǎn)機(jī)組已經(jīng)達(dá)到很高的自動化程度，這種趨勢必將延續(xù)到未來。伴隨這一趨勢的事實(shí)是：工業(yè)控制系統(tǒng)正在不斷提高其性能和效率，這些系統(tǒng)能夠采用基于以太網(wǎng)的高速現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)通信，并且可以升級至具備智能驅(qū)動系統(tǒng)和集成安全技術(shù)。機(jī)器被納入各自的實(shí)時環(huán)境也可以提高自動化水平。正有越來越多曾經(jīng)用于控制自動化過程的手持終端集成到主機(jī)周圍使用，或者將機(jī)器和其它設(shè)備組合到一起以提高整體效率。

    2　從機(jī)器到車間

    合乎邏輯的下一步是將整條生產(chǎn)線整合到一個完整的自動化解決方案中，這種解決方案必須由每一個單獨(dú)的機(jī)器以及位于機(jī)器前、中、后的公司內(nèi)部物流系統(tǒng)組成，即需要考慮整個生產(chǎn)過程中物料的所有處理環(huán)節(jié)。該方案還要求通過系統(tǒng)對生產(chǎn)過程和設(shè)備進(jìn)行規(guī)劃和仿真。產(chǎn)品制造商在開發(fā)產(chǎn)品的時候便考慮到生產(chǎn)過程通過自動化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)效率的提升，因此這些系統(tǒng)正在變得越來越受歡迎。

    這種整體自動化解決方案要求系統(tǒng)在處理這些任務(wù)的同時還能夠?qū)ο到y(tǒng)的修改保持開放，能夠考慮到功率特性及樓宇技術(shù)等外部影響因素，并且能夠?qū)蝹€機(jī)器上的控制器組合成一個網(wǎng)絡(luò)，而不限制它們各自在程序上的獨(dú)立功能。此外，它還必須能夠直接控制并查詢傳感器和傳動機(jī)構(gòu)，從而使單獨(dú)控制的設(shè)備間不會發(fā)生程序割裂。

    廣泛分布于制造業(yè)中的SCADA系統(tǒng)即使不受機(jī)器上單個控制系統(tǒng)的約束，也無法應(yīng)對這些要求，因?yàn)檫@些系統(tǒng)缺少處理這些廣泛的控制和監(jiān)視任務(wù)的必要性能。無論如何，目前市場上的傳統(tǒng)系統(tǒng)不具備足夠的靈活性，無法輕松編程，缺少與子系統(tǒng)之間必要的兼容性，無法直接對現(xiàn)有的硬件進(jìn)行尋址。

    3　來自過程技術(shù)領(lǐng)域的過程控制系統(tǒng)

    然而，就自動化生產(chǎn)層面而言，事實(shí)上必需的系統(tǒng)已經(jīng)存在。它們不僅應(yīng)用于機(jī)械自動化領(lǐng)域，而且還出現(xiàn)在反應(yīng)器、鍋爐以及像過程工業(yè)、冶金、化工和制藥等行業(yè)中，這些行業(yè)采用過程控制系統(tǒng)對全自動化生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控。這些系統(tǒng)的功能范圍以及成熟度都已經(jīng)在過程技術(shù)領(lǐng)域得到了多年的證明，這一點(diǎn)毋庸置疑。既然聯(lián)網(wǎng)在車間中已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，那么我們絕對沒有理由懷疑同樣可以將它應(yīng)用到消費(fèi)品和商品的生產(chǎn)上。

    憑借APROL過程控制系統(tǒng)，貝加萊現(xiàn)在提供一款可以處理更高級別控制和顯示任務(wù)的產(chǎn)品。它最初的設(shè)計是一個SCADA系統(tǒng)，多年來已發(fā)展成為一個成熟的過程控制系統(tǒng)，可以為客戶提供從現(xiàn)場層一直到管理信息層完整且全面的監(jiān)管。因此，APROL過程控制系統(tǒng)主要應(yīng)用在過程自動化領(lǐng)域，涵蓋從醫(yī)藥行業(yè)測試系統(tǒng)到鋼鐵行業(yè)大型系統(tǒng)等。

    4　生產(chǎn)車間中的透明度

    從該系統(tǒng)的角度來看，在過程應(yīng)用和制造應(yīng)用之間不存在實(shí)質(zhì)性的差別，唯一真正的區(qū)別是，如何準(zhǔn)備必須呈現(xiàn)在批次報告中的歷史數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。由于過程控制系統(tǒng)總是被用作信息源，因此過程數(shù)據(jù)記錄會鏈接至歷史數(shù)據(jù)、當(dāng)前趨勢和離散事件已被列入標(biāo)準(zhǔn)功能。記錄用戶交互動作的審計追蹤功能同樣如此，這些日益嚴(yán)格的規(guī)范要求對每個批次進(jìn)行歸檔，從而可以輕松管理它們。之外，用于過程顯示和控制的圖形化用戶界面也是一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)功能。生產(chǎn)規(guī)劃和仿真系統(tǒng)之間可以通過數(shù)據(jù)庫接口、網(wǎng)絡(luò)接口或OPC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在流程工業(yè)中同樣可以通過配方實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

    5　兩個不同世界之間的連接

    用于采集生產(chǎn)機(jī)組數(shù)據(jù)的控制器可以被連接至整個系統(tǒng)，各種不同品牌和型號的控制器可以通過傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)連接。而使用貝加萊的控制器可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的系統(tǒng)集成，這是因?yàn)锳PROL過程控制系統(tǒng)還包括Automation Studio自動化運(yùn)行和開發(fā)軟件環(huán)境，可以對使用中的硬件和現(xiàn)場總線進(jìn)行編程和配置。因此，APROL過程控制系統(tǒng)的用戶也可以利用Automation Studio的所有功能特點(diǎn)，結(jié)合APROL在過程數(shù)據(jù)記錄方面的自身系統(tǒng)功能，為有效監(jiān)控機(jī)器及其組件提供了一個全面的平臺。

    最有意思的在于操作數(shù)據(jù)和更高級別的控制可以輕松遍及整個工廠，這包括機(jī)器與機(jī)器之間沒有自己控制器的設(shè)備以及單獨(dú)的驅(qū)動器、傳感器和傳動機(jī)構(gòu)，精通機(jī)械自動化的X20控制器就可以應(yīng)用于此。遠(yuǎn)程輸入與輸出模塊以及驅(qū)動器可以通過基于以太網(wǎng)的POWERLINK實(shí)現(xiàn)查詢與控制，從而使得配置整個生產(chǎn)過程的監(jiān)控成為可能。系統(tǒng)還可以集成樓宇技術(shù)，例如，維持適宜的環(huán)境條件如空氣流通、制冷或遮陽等也可以減少能耗。因此，在生產(chǎn)過程中的溫度狀況可以隨批次數(shù)據(jù)一起記錄在批次報告中。

    6　強(qiáng)勁且安全

    在與不同的貝加萊系統(tǒng)平臺一起使用時，輸入與輸出模塊僅代表數(shù)以百萬計已安裝并驗(yàn)證的組件，這些極其緊湊的模塊化組件可以被安裝在導(dǎo)軌上，也可以被設(shè)計為IP67防護(hù)等級應(yīng)用于控制柜外。openSAFETY在硬件組合方式和總線規(guī)范方面也可以和X20系列產(chǎn)品相兼容，配合這些組件的SafeLOGIC安全型控制器可以和SafeIO模塊以及帶SafeMC功能的安全型驅(qū)動器一起工作。在APROL環(huán)境中使用安全型控制器，不僅可以實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的信息交換，而且還可以安裝安全開關(guān)以保護(hù)機(jī)器設(shè)備。

    APROL因其易于安裝和低硬件成本優(yōu)勢而著稱，該系統(tǒng)可以安裝在任何地方，只要有一臺PC即可，在公司內(nèi)的任意位置都可以對其進(jìn)行操作。因?yàn)锳PROL使用Linux作為其操作系統(tǒng)，因此可以在一個辦公室中設(shè)置多臺計算機(jī)作為操作客戶端，從而輕松實(shí)現(xiàn)多用戶訪問。與此同時，APROL提供了構(gòu)建冗余系統(tǒng)的可能性，尤其是在自動化生產(chǎn)應(yīng)用中，這是一個非常有用的功能特點(diǎn)，因?yàn)槿绻O(shè)備發(fā)生故障，那么無冗余功能的過程控制系統(tǒng)幾乎無法維持較高的生產(chǎn)率。在當(dāng)今高度競爭的市場中，尤其是在需要按時交貨的情況下，具有冗余功能的硬件系統(tǒng)以及實(shí)時與歷史數(shù)據(jù)庫交流都可以確保生產(chǎn)系統(tǒng)的高可用性。

    7　在工業(yè)應(yīng)用中取得成功

    現(xiàn)在已經(jīng)有大量用戶在使用貝加萊APROL過程控制系統(tǒng)，他們將工廠設(shè)備按層級整合為一個完整的系統(tǒng)，并在中央控制室中對其進(jìn)行監(jiān)控。以一家著名的農(nóng)用機(jī)械制造商為例，他們已經(jīng)將其噴涂系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)工作，超過7000個輸入和輸出點(diǎn)連接至APROL控制系統(tǒng)，他們將此視為對其整個生產(chǎn)設(shè)施實(shí)施全自動化的初始階段。同樣，對于另一家塑料建材生產(chǎn)商而言，他們將APROL引入其生產(chǎn)車間僅花費(fèi)了很短的時間，他們現(xiàn)在這樣做可以確保對日益嚴(yán)峻的文檔規(guī)范做出充分的響應(yīng)，從而為公司節(jié)省時間。現(xiàn)在對于制造商而言，他們不僅在交貨時可以附帶批次報告，而且可以在生產(chǎn)線上的任意位置隨時監(jiān)測并優(yōu)化生產(chǎn)過程。

    APROL擁有廣泛的功能，甚至可以通過MATLAB/Simulink集成系統(tǒng)仿真，它能夠在一個完整的同構(gòu)系統(tǒng)中結(jié)合自動化應(yīng)用的不同層面。由于具備直接整合外部系統(tǒng)和信號的能力，所以APROL還可以通過全流程服務(wù)能力來確保系統(tǒng)在其整個生命周期內(nèi)的可靠性與高效運(yùn)行。

    摘自《自動化博覽》4月刊