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淺談工業(yè)自動化改造的應(yīng)用

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淺談工業(yè)自動化改造的應(yīng)用

  【摘要】

  本文以一個信息化改造項(xiàng)目為例討論了實(shí)時系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的集成。我曾參加了一個中等規(guī)模的現(xiàn)代化生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)字化改造項(xiàng)目,該企業(yè)擁有4座自動化連續(xù)式工作的窯爐,以及8座自動化間隙式工作的窯爐以及多臺半自動的中大型輔助機(jī)器。該企業(yè)希望能將這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,并且重點(diǎn)要建立起一個中央監(jiān)控室,能實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)督和記錄兩大任務(wù),前者用于防止意外事故,后者可用于向該企業(yè)的決策人員和技術(shù)開發(fā)部門提供信息。

  通過我們的開發(fā)組與該企業(yè)相關(guān)人員一起努力,分四個步驟共同完成了這一工作。第一步是實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的數(shù)字化輸出;第二步是建立中央監(jiān)控室的監(jiān)督和記錄功能;第三步健全監(jiān)控室的控制功能及相應(yīng)信號的輸出;第四步則是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備自動化控制的數(shù)字信號接入功能。

  我在其中的主要工作有三個方面:

 。1)作為公司開發(fā)組和企業(yè)間聯(lián)絡(luò)的橋梁;

 。2)負(fù)責(zé)確定該項(xiàng)目中各部分之間的分工,在發(fā)生沖突或出現(xiàn)問題時提出相應(yīng)的具體解決辦法;

 。3)幫助解決與協(xié)調(diào)在工作過程中出現(xiàn)的各種困難。

  【正文】

  現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展生產(chǎn)與提高效率的根本途徑之一是加速信息化的進(jìn)程。在所從事的專業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中,我參與開發(fā)項(xiàng)目的這家企業(yè)可以認(rèn)為已經(jīng)具有相當(dāng)程度的現(xiàn)代化的基礎(chǔ)了,比如它已擁有4條自動化連續(xù)式工作的窯爐、8座自動化間隙式工作的窯爐和多臺半自動的中大型輔助機(jī)器。但是這些設(shè)備的自動化控制在改造前還主要依靠模擬量控制,也不具備信息與數(shù)據(jù)的記錄、匯總與分析功能。該企業(yè)一方面出于對今后發(fā)展的需要,希望記錄下這些設(shè)備在工作過程中連續(xù)的狀態(tài)參數(shù)的變化情況,有運(yùn)行的日志與歷史記錄,以提供給其技術(shù)開發(fā)部門,作為產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)研究中的參考;進(jìn)一步還可提供給企業(yè)管理部門決策分析時的參考。另一方面,企業(yè)希望能夠?qū)υO(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)有全面的監(jiān)督和一定的緊急控制與應(yīng)變的能力,能對生產(chǎn)設(shè)備的操作意外和設(shè)定不當(dāng),或者發(fā)生突然的未預(yù)料到的事件,防止造成事故與損失。

  我們根據(jù)該企業(yè)的要求,結(jié)合項(xiàng)目的資金、時間、人員等現(xiàn)實(shí)狀況,再三考慮了該企業(yè)的經(jīng)營情況、產(chǎn)品的市場和前景、項(xiàng)目開發(fā)所面臨的風(fēng)險等諸多因素,經(jīng)過仔細(xì)分析,得出了如下的4條意見:

 。╨)由于資金的限制,切實(shí)地在相應(yīng)各個環(huán)節(jié)上節(jié)約成本是相當(dāng)重要的,因此要盡可能地在原有設(shè)施與條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造,而不是進(jìn)行根本性的替換;

 。2)此企業(yè)需要的是“實(shí)時控制系統(tǒng)和企業(yè)信息系統(tǒng)的初步集成”,而不是一個功能相當(dāng)豐富和完善的系統(tǒng),該企業(yè)現(xiàn)階段既不具備開發(fā)這樣一個系統(tǒng)的能力和條件,也不具備管理維護(hù)和應(yīng)用高級集成系統(tǒng)的相關(guān)人員,所以,項(xiàng)目的目標(biāo)應(yīng)當(dāng)切合于目前條件下企業(yè)的總體要求。這樣既有利于控制成本,也有利于減少項(xiàng)目風(fēng)險;

 。3)由于該企業(yè)的生產(chǎn)情況和資金、人員的限制,項(xiàng)目必須分階段地進(jìn)行。大體上可劃分為如下四個階段:①實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的數(shù)字化輸出;②建立中央監(jiān)控室的監(jiān)督和記錄功能;③健全中央監(jiān)控的控制功能和相應(yīng)信號的輸出;④實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備自動化控制的數(shù)字信號接入功能;

 。4)參與本項(xiàng)目涉及到的雙方的大多數(shù)人員都不精通對方的專業(yè)領(lǐng)域,因此必須在加強(qiáng)互相溝通的同時,確定明確的分工關(guān)系。

  上述四條意見在經(jīng)過雙方的磋商與研究后,獲得了雙方全體項(xiàng)目參與人員的一致認(rèn)同,成為這個項(xiàng)目開發(fā)過程中雙方必須理解與遵循的準(zhǔn)則。

  在第一階段,我們開展了對半自動的中大型輔助機(jī)器的自動化改造。事實(shí)上,該企業(yè)早有這類打算,并且已做了相應(yīng)的技術(shù)儲備,因而這一部分的工作由該企業(yè)自身的技術(shù)人員全權(quán)負(fù)責(zé)并加以實(shí)施。項(xiàng)目中所涉及到的所有自動化生產(chǎn)設(shè)備都已具有依據(jù)狀態(tài)參數(shù)模擬信號量進(jìn)行控制的能力,對于所采集到的狀態(tài)參數(shù)模擬量,企業(yè)曾計(jì)劃采用一類以模擬信號遠(yuǎn)程地傳至中央監(jiān)控室,再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的方案。此方案對企業(yè)來說實(shí)現(xiàn)比較簡單,但存在著成本較高、遠(yuǎn)傳過程易受到干擾等不利因素。隨著模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備成本的顯著下降和可靠性提高,經(jīng)我們建議和雙方討論,企業(yè)有決心在生產(chǎn)設(shè)備的控制設(shè)備上就地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場模數(shù)轉(zhuǎn)換,再遠(yuǎn)傳數(shù)字信號至監(jiān)控室,這一工作同樣地由熟悉這項(xiàng)技術(shù)的企業(yè)技術(shù)人員實(shí)行。

  第二階段的工作主要由我方開發(fā)組成員負(fù)責(zé)。我們將人員大體上分為3組,第一組主要是根據(jù)企業(yè)長期累積的資料以及公開發(fā)表的相關(guān)技術(shù),建立起一個合理有效的模型,其中包括諸如數(shù)據(jù)采樣記錄的間隔時間,不同生產(chǎn)階段的數(shù)據(jù)處理時所采用的數(shù)學(xué)模型等數(shù)據(jù)處理的相關(guān)內(nèi)容;第二組負(fù)責(zé)監(jiān)控記錄軟件的輸入輸出接口,用戶圖形界面的選定和設(shè)計(jì)等軟件外圍功能的實(shí)現(xiàn);第三組則集中力量編寫一個簡單實(shí)用的、針對性強(qiáng)和小巧的相關(guān)數(shù)據(jù)記錄的專用數(shù)據(jù)庫。這一階段是控制質(zhì)量和成本的關(guān)鍵性階段。出于對成本的考慮,以及根據(jù)數(shù)據(jù)的流量不很大,對數(shù)據(jù)的實(shí)時性處理要求不是很高(通常情況下,設(shè)備的實(shí)時控制仍由原來的自動化系統(tǒng)所承擔(dān))的實(shí)際情況,中央監(jiān)控室采用了一套有雙機(jī)備份的服務(wù)器作為數(shù)據(jù)處理用的服務(wù)器,另一套同樣有雙機(jī)備份的服務(wù)器作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,并且沒有使用價格昂貴的商用數(shù)據(jù)庫,而采用了由自己開發(fā)的一個經(jīng)濟(jì)實(shí)用的專用數(shù)據(jù)庫。

  第三階段可以看成是第二階段的自然延伸,在第二階段成功的基礎(chǔ)上,利用第二階段模塊處理后所獲得的數(shù)據(jù),依據(jù)設(shè)備的多種臨界指標(biāo),進(jìn)行相應(yīng)的判斷,允許在緊急情況下,發(fā)出相應(yīng)的警報(bào),并同時依據(jù)設(shè)備本身的相應(yīng)緊急情況處理辦法,發(fā)出控制信號加以處理實(shí)現(xiàn)。這一階段的關(guān)鍵有兩方面內(nèi)容:一個問題是要求數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備擁有相對較高的可靠性與可用性,另一個問題是要注意做好與自動化設(shè)備原有控制系統(tǒng)的自我保護(hù)功能的配合協(xié)調(diào)工作。

  第四階段則仍然由該企業(yè)的技術(shù)人員為主實(shí)施,在實(shí)現(xiàn)過程中主要是解決好第三階段所遇到的上述兩個關(guān)鍵問題。對于第一個問題,使用了更好的設(shè)備和部件來實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換和動態(tài)控制;對于第二個問題,則在控制設(shè)備中設(shè)立了優(yōu)先級判斷,使自我保護(hù)裝置的啟動優(yōu)先級離開中央監(jiān)控室(由于自我保護(hù)啟動速度更快,但是功能較弱)而加以解決。

  從總的項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)程上來看,一、四兩個階段相連貫,二、三兩個階段相連貫,而它們之間則可并行地進(jìn)行,從而滿足了時間進(jìn)度上的要求。

  今后,本項(xiàng)目所采用的這類技術(shù)可能要走向全自動化。項(xiàng)目中涉及到的數(shù)據(jù)量將會更大得多,實(shí)時性要求也會更高。我們應(yīng)注意使現(xiàn)有成熟的商業(yè)系統(tǒng)與產(chǎn)品如何應(yīng)用到其中去,使之能盡快地滿足企業(yè)的要求,節(jié)約成本,并且減少開發(fā)的風(fēng)險。

  評注:本項(xiàng)目初步實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)控制與信息系統(tǒng)的第一階段集成,項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)目標(biāo)明確,效果直接。摘要中寫了項(xiàng)目的背景與作者所從事的工作,正文中條理較清晰地列舉了項(xiàng)目實(shí)施的策略、過程與主要技術(shù)。(本文主要參考了上海沈子敬等人的論文)

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