卞正崗
關鍵詞：工廠自動化 FA I/O系統 現場總線 本質安全防爆
10月16日，在我國首次實現載人航天飛行取得圓滿成功的日子里，正巧2003 FA/PA第七屆國際現代工廠/過程自動化技術與裝備展覽會開幕了。
這次展覽會在北京中國國際展覽中心舉行，會期4天，由中國機電一體化技術應用協會主辦，體現自動化專業性，比一般儀器儀表展覽會涵蓋面小，但突出工廠自動化(FA)和過程自動化(PA)，具有一定深度。其展覽范圍界定為如下14項：工廠/過程自動化技術與裝備、工業控制機及其系統、PLC及相關技術、工業機器人及相關技術、數控系統、計算機輔助設計與制造、現場總線技術及產品、自動化儀器儀表、變頻調速與伺服控制、傳感器與自動測量裝置、液壓與氣動元件、自動化立體倉庫、諧波傳動技術、機械工程。計劃明年將增加“嵌入式技術”一項展覽內容。參展單位160多家，國際上有施耐德、菲尼克斯、西門子、NI、橫河、魏德米勒、艾默生網絡、羅克韋爾、貝加萊、悉雅特、穆勒電氣、安川、日立、富士電機、奧托尼克斯、倍福、P+F、美國SIXNET等多家公司，還有PLCopen國際組織及中國現場總線Profibus技術資格中心這類世界性技術服務組織參展。國內則有眾多廠商參加，如亞控、三維力控等。這次展覽會是在國內汽車制造業迅速發展、先進制造技術受到極大重視的形勢下舉辦的，所以FA內容比PA突出。同期還舉辦了多場工業自動化技術論壇，以下分點敘述。
一 主辦單位
中國機電一體化技術應用協會下屬可編程序控制器分會、機器人工程分會、數控技術應用分會、現場總線Profibus專業委員會，從事促進機械技術與電子技術的結合，促進機電一體化技術和產品的開發、應用、推廣，促進用微電子技術改造我國傳統產業等項工作。其依托單位北京機械工業自動化研究所，本次展會陣容強大。該所成立將近50年，是國家大型高科技企業，機、光、電專業齊備，有一批高素質科技人員。這次展出現場總線、機器人、配電系統智能控制中心等一批有特色的展品，顯示其系統工程實力，也展示了行業管理及信息媒體的能力。他們在現場總線技術方面除對Profibus的全面技術支持及行業工作以外，還致力于異構系統互連的推廣工作，為相關OPC、PLCopen等系統集成關健技術也做了很多有益的工作，是國內技術領頭單位。機器人方面，已可提供各種機器手部件、機器人部件和系統，用于焊接等工藝條件要求高、工作環境惡劣的工業制造和裝配，物流及倉儲等工程，電氣物理設備等。其配電系統智能控制中心已有JZNO3型系列產品，與常規配電柜組合后可構成高性能智能配電系統，起到可靠性高、節能效果顯著、管理方便、智能化程度高的作用，其中多重軟件聯鎖能防止誤操作、自動補償功率因數、自動記錄運行參數和故障報警操作內容，可無人值守等。目前已有很多應用實績(工廠和各種建筑物、市政設施的配電工程)、資質資格齊全，正繼續向馬達控制中心(MCC)智能化方向發展，為工廠自動化作出更大貢獻。
總之，我國機、光、電專業齊全且集設計、開發、生產、安裝和服務為一體的企業化高科技團隊是實現工廠自動化的基石，應積極給予扶持。
二 PLC及系統發展空間廣闊
我國GDP每年增長超過7%，給PLC創造了廣闊的發展空間。從技術上看，PLC的系列化(巨型、大、中、小、微型)、開放性(網絡方面的工業以太網)、兼容性(IEC 61131-3標準的推廣)，及應用領域從順序控制向過程控制、運動控制、傳動控制管控一體化方向擴展等特點，均很明顯。從生產上看，國外公司在我國設廠以及合作生產、OEM方式生產等都在發展。另外，國外廠家進入中國比以往成倍增加，而且有的公司發展很快，如德國公司的PLC產品，影響不斷擴大，這與和利時公司搞OEM生產有關。當然其產品很有特色，如System 200V的模塊化、35mm導軌安裝、兼容各種現場總線(Profibus、CANopen、DeviceNet、Ethernet/TCP/IP、Interbus、SERCOS等)。其余系列從單機到大系統，都有較好的性價比，所以市場占有率迅速擴大。
與各廠家相比，后加入PLC行業的橫河公司，可算是異軍突起。這次展出的FA-M3R系列產品，具有世界領先水平。超高速處理能力達每秒20M步；可自由擴展，一個主單元最多允許8192點I/O；尺寸小巧(高度100mm×深度88mm)，基板寬度最小147mm(3個I/O卡時)，最大527mm(15個I/O卡時)；有150類功能模塊(這次展出了8軸位置控制模塊，而且有實物電動機作表演)；提供多種通信，可遠程OME(通過公共電話網或以太網)；提供整套安全的遠程在線維護功能；CPU多語言結構，可同時容納4個CPU模塊；標準梯形圖編程軟件，具備可操作性和可再利用性；支持多種存儲媒體。目前，橫河已在日本市場大中型PLC名列第二，2002年起已正式向中國市場推出，并取得好評。這些已比筆者在本刊今年第八期《關于PLC及其應用的回顧與展望》一文中所述的FA-MZ與西門子公司S7-300、A-B公司SLC500相比，又前進了一大步。我國具有自主知識產權的DCS廠家，如能向橫河學習，一定能自主開發出國產高性能PLC，這是并不武斷的預言。
三 分布式I/O系統日趨流行
工廠自動化正向產品多樣化、高質量、低成本方向發展，而多樣化中，網絡設備、開放型I/O、計算機控制這3種技術是市場趨勢。在自動化市場中，DCS、PLC、IPC三足鼎立的局面正因此而逐漸變化。在現場總線技術發展過程中，FCS思路在貫徹過程中形成的分布式I/O系統簡稱I/O系統，現在是日趨流行。當然I/O系統的流行，也與系統集成、嵌入式系統技術發展有關。其實分散式控制或自治服務的控制思想在多年前已經形成，隨著現場總線、智能化儀表(單回路調節器等)、模塊化儀表的出現，美國Action、OPTO 22公司都是較早從事I/O模塊及系統的產品開發。這次展會上公司提供SixTRAK Local I/O、Ether TRAK Ethernet I/O、Remote TRAK RS-485 I/O模塊及采用Linux嵌入式技術的IPmTM開放控制器等資料、圖板，并指出其從1980年發展至今創造的多個里程碑。一方面說明這些企業從事I/O系統持之以恒的方向，另一方面是市場在這方面的需求。另外的例子很多，如羅克韋爾A-B的POINT I/O，號稱是目前市場上最小分布式I/O系統，只需很小DIN導軌和封裝空間等；采用DeviceNet，為自啟動模式(需RSNet Worx for DeviceNet的3.1版本)，速度快，曾用于美國BGK公司提供的汽車噴漆等生產線，即規模大、安裝難，要求自控設備占用空間小、易于維修的場合。實踐證明，它能使安裝時間和成本減少30%～50%，可把接線和組裝時間減少1/3，排除故障時間減少一半等。
總的來說，在某些FA應用場合，采用I/O系統可做到容易使用、與其他系統兼容、高質量和可靠性、數據傳輸速度快及容易設置和安裝、編程簡單化等，所以它贏得了市場。
四 現場總線技術仍是展會的一大熱點
現場總線產品連接器或端子盤、電纜等，展品很多。Phoenix公司Fieldline系統具有IP67保護等級，具有開放性和靈活性，可提供Interbus、Profibus-DP、DeviceNet、CANopen、Ethernet、As-i現場總線耦合器或控制方式，且具有輸入/輸出信號、電動機啟動器、安全氣動裝置、控制系統等功能，結構緊湊、外形美觀。西門子公司在Profibus-PA方面進展很快，因流程控制現場防爆要求，現已能滿足：由PTB與著名制造商聯合完成的FISCO(現場總線本安型概念)模型/1/2/型，保證“i”本安型現場總線可用于危險區。該模型主要特點是只有一臺供電設備與現場總線相連，其他均為耗電設備，因此只有這臺設備需配備限電流/限電壓安全回路。Profibus-PA有樹型、總線型及兩者復合型結構，與防爆相關的信號耦合器、電源、終端電阻、分配器、電纜的選用及屏蔽和接地、功率平衡、認證與鑒定等均有相關資料，可滿足設計、采購、安裝施工等要求，而且不斷有成功應用于實際流程工業的工程實例。
魏德米勒(Weidm?ler)公司提供Profibus-PA和FF總線的連接器及附件，其中包括FF本安防爆的FBCon連接器、鋁質或不銹鋼外殼熔斷器以及過壓保護等產品。該公司FF總線連接器可做到在連接現場設備或更改維護系統時無須中斷整個總線系統，其相關技術參數為：工作溫度達-40℃～+85℃；防護等級IP66；過電壓保護參數為額定電壓30VDC/21VAC，額定電流500mA，額定釋放電流10kA(線對線、線對地)，輸出電壓65V。
有鑒于此，我國一方面要加速現場總線產品的研發，另一方面要學會自行應用國際上已有的產品和技術進行工程設計，使之用于過程工業中，盡快發揮其降低費用、易于維護、安全可靠等優越性，使之產生經濟效益，為生產服務。
五 其他產品及技術
展會上，系統集成相關的產品及技術也引起人們很大興趣，國內監控軟件(此稱SCADA軟件)廠家已有近10家參展，其中亞控仍然陣容強大，三維力控也發展很快，世紀星3年內也已售出2000套軟件。PLCopen是一個世界性非贏利組織，采用會員制，主要推廣IEC 61131-3標準，我們應支持它，這對發展PLC編程軟件很有利。展會上檢測、執行部分展品也很多，如圖爾克接近開關類產品，以及美國邦納公司光電傳感器，激光、超聲波、光幕等位移、距離、液位、料位、物體外形等精密測量及在線檢測產品，都是工程自動化所必需的。有十多家公司提供用于交流電動機變頻調速的變頻器，可見該產品市場潛力之大，其他如意大利歐美爾公司氣動執行器和法國倫茨公司交流伺服控制器等也有不少展品。在顯示器方面，以LCD液晶顯示為主的趨勢很明顯，而且其提供HMI成套功能產品的勢頭也很大。十維電信設備有限公司是大唐電信和國家電信科學技術研究院的分支機構，這次亦參加FA/PA展會，說明電信業對工業IT的重視，無論是其光纖數據網絡、工業寬帶無線數據產品或工業數字圖像媒體等對于自動化行業都十分有用，我們要合作把我國工業IT搞上去，讓精確而實時的數字信號和信息，成為信息社會的基礎，使信息時代為人類造福。
卞正崗先生，北京泰科威科技有限公司總工程師。
《世界儀表與自動化》