《系統(tǒng)、控制技術(shù)的新發(fā)展》系列學(xué)術(shù)第六次活動(dòng)

　　自動(dòng)化技術(shù)迎接智能制造的挑戰(zhàn)，自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)為智能制造更好服務(wù)

　　會(huì)議紀(jì)要

　　一、概況

　　制造業(yè)，特別是裝備制造業(yè)是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)提供技術(shù)裝備的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是各行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、技術(shù)進(jìn)步的重要保障和國(guó)家綜合實(shí)力的集中體現(xiàn)。世界技術(shù)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展表明：發(fā)展智能制造是提升制造業(yè)效能，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大趨勢(shì)。

　　為了配合十二五規(guī)劃發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)的部署，中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)儀表與裝置專業(yè)委員會(huì)于2011年6月16日在上海浦東新國(guó)際博覽中心召開第十五屆國(guó)際工業(yè)自動(dòng)化與控制技術(shù)展覽會(huì)期間，舉辦了“系統(tǒng)、控制技術(shù)的新發(fā)展”系列學(xué)術(shù)第六次活動(dòng)，以“自動(dòng)化技術(shù)迎接智能制造的挑戰(zhàn)，自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)為智能制造更好服務(wù)”為主題的學(xué)術(shù)會(huì)議，吸引200余人參會(huì)。

　　南京菲尼克斯電氣有限公司、西門子(中國(guó))有限公司、上海恩德斯豪斯自動(dòng)化有限公司、CC-Link協(xié)會(huì)、德國(guó)倍福自動(dòng)化有限公司、上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院的7位專家作了精彩的大會(huì)報(bào)告。中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)理事、儀表與裝置專業(yè)委員會(huì)常務(wù)委員彭瑜教授與中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)常務(wù)理事、儀表與裝置專業(yè)委員會(huì)常務(wù)委員任德祥教授分別主持上下午的大會(huì)報(bào)告。參會(huì)人士普遍反映：這次學(xué)術(shù)交流會(huì)的主題具有前沿性，專家報(bào)告分析精辟，技術(shù)先進(jìn)，對(duì)于大家拓寬視野、引導(dǎo)和推動(dòng)我國(guó)自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展有重要意義。

　　二、大會(huì)報(bào)告

　　首先，由南京菲尼克斯電氣有限公司杜品圣博士作“自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)未來，自動(dòng)化成就‘十二五’”的報(bào)告，他深刻地論述了三個(gè)方面：

　?、僮詣?dòng)化發(fā)展的黃金時(shí)間已到：經(jīng)過2009年世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)之后，自動(dòng)化技術(shù)已成為經(jīng)濟(jì)形勢(shì)全面復(fù)興的驅(qū)動(dòng)力。以德國(guó)為例，從2010年11月德國(guó)紐倫保自動(dòng)化展得知，德國(guó)主要工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的提供商和制造商在2010年都取得了驚人的業(yè)績(jī)，如PhoenixContact、B&R、Turck、Lenze、Weidmüller、Beckhoff等公司銷售收入增長(zhǎng)率達(dá)30%～50%，而當(dāng)年德國(guó)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)率為3%，為什么自動(dòng)化公司會(huì)如此迅速增長(zhǎng)呢？主要是由于新經(jīng)濟(jì)體國(guó)家特別是中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，新市場(chǎng)、新能源戰(zhàn)略領(lǐng)域的不斷拓展和推動(dòng)，以及德國(guó)十年(2010～2020年)自動(dòng)化計(jì)劃的貫徹執(zhí)行。這表明自動(dòng)化技術(shù)是開拓新領(lǐng)域、新市場(chǎng)的開路先鋒，世界經(jīng)濟(jì)的規(guī)律需要自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。

　　②德國(guó)十年自動(dòng)化計(jì)劃：德國(guó)對(duì)于2020年自動(dòng)化技術(shù)的定義，包含的技術(shù)為電子電氣技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、生產(chǎn)工藝流程、計(jì)算機(jī)和IT技術(shù)、傳感器和變送器、驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行系統(tǒng)、通信技術(shù)、以及上述的綜合技術(shù)等。德國(guó)高新技術(shù)策略將自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域有機(jī)地結(jié)合，提出了八大方向：新能源，能效，醫(yī)療技術(shù)，智能化樓宇，數(shù)字媒體，公共安全，交通運(yùn)輸及物流，汽車電子。德國(guó)十年自動(dòng)化發(fā)展計(jì)劃對(duì)德國(guó)政府提出了要求，即自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的十大必要條件，主要內(nèi)容為：自動(dòng)化技術(shù)對(duì)于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展的重要性必須在政界、教育和社會(huì)上得到高度重視；自動(dòng)化技術(shù)必須得到廣泛的宣傳；當(dāng)今通過自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展而達(dá)到的成果和經(jīng)驗(yàn)須在未來得到持續(xù)的保證；對(duì)于國(guó)際領(lǐng)先的德國(guó)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)提供有力的投入；以自動(dòng)化技術(shù)為主導(dǎo)的科技中心必須占領(lǐng)自動(dòng)化技術(shù)的卓越的領(lǐng)先地位；必須加強(qiáng)自動(dòng)化領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化工作；要加強(qiáng)自動(dòng)化領(lǐng)域的技術(shù)交流與合作；對(duì)未來自動(dòng)化技術(shù)開發(fā)及其不同領(lǐng)域所期望的解決方法有明確的路徑和方案；自動(dòng)化需要特殊的人才，包括領(lǐng)軍人物、科研人員、工程師，技術(shù)員和熟練工人；高度重視對(duì)于自動(dòng)化領(lǐng)域的接班人的培養(yǎng)，必須從中學(xué)開始使得學(xué)生熱愛技術(shù)工作，特別是培養(yǎng)熱愛自動(dòng)化行業(yè)。

　?、圩詣?dòng)化產(chǎn)品的制造商如何面臨世界經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的挑戰(zhàn)。例如中國(guó)的“十二五”計(jì)劃重點(diǎn)提出的7個(gè)發(fā)展新方向?yàn)槟茉?、水、環(huán)境，人口和健康，城鎮(zhèn)化和城市發(fā)展，信息處理，公共安全，城市發(fā)展和交通運(yùn)輸。對(duì)對(duì)自動(dòng)化提出了新要求，為此作為自動(dòng)化技術(shù)和應(yīng)用的主力軍——自動(dòng)化產(chǎn)品的制造商，應(yīng)按照“十二五”計(jì)劃發(fā)展自己的產(chǎn)品市場(chǎng)，管理、研發(fā)及戰(zhàn)略規(guī)劃。須進(jìn)行組織機(jī)構(gòu)的全盤整頓和調(diào)整；建立面向系統(tǒng)解決方案的研究開發(fā)、生產(chǎn)、市場(chǎng)的體系；建立以技術(shù)為導(dǎo)向的發(fā)展模式。例如，德國(guó)某家自動(dòng)化產(chǎn)品制造商，按自動(dòng)化發(fā)展方向，把企業(yè)結(jié)構(gòu)以工業(yè)、能源、醫(yī)療衛(wèi)生三個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橹行淖髁苏{(diào)整。菲尼克斯集團(tuán)公司也將以產(chǎn)品為導(dǎo)向的事業(yè)部機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)為導(dǎo)向系統(tǒng)解決方案的業(yè)務(wù)模式結(jié)構(gòu)，建立“六新”(新市場(chǎng)、新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用、新方法、新體制)戰(zhàn)略部，菲尼克斯中國(guó)公司成立投資有限公司，整合全球資源；建立行業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)方案部，打造具有全球勝任力的自主創(chuàng)新型的產(chǎn)品研發(fā)管理隊(duì)伍，真正構(gòu)建面向中國(guó)市場(chǎng)的新產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、管理的產(chǎn)業(yè)鏈。

　　西門子(中國(guó))有限公司廖妍女士闡述“工程技術(shù)跨入新時(shí)代——TIA博途”。她介紹；TIA博途(TotallyIntegratedAutomationPortal)是西門子于2010年11月推出的新一代工程軟件統(tǒng)一平臺(tái)，它解決了以往單獨(dú)的軟件包在數(shù)據(jù)一致性和用戶界面集成方面的許多局限性(如數(shù)據(jù)不一致、界面不統(tǒng)一等)。通過對(duì)所有的自動(dòng)化任務(wù)(如配置、通信、診斷等)采用統(tǒng)一的操作理念、數(shù)據(jù)與項(xiàng)目的一致性、強(qiáng)化的庫(kù)概念，使其成為HMI、Metwork、PLC、Drives、Safety、Diagnosis都可共享的工程平臺(tái)，它是后臺(tái)的公共軟件平臺(tái)，因此不作為一個(gè)產(chǎn)品出售，用戶只需購(gòu)買SIMATICSTEP7V11和SIMATICWinCCV11兩個(gè)軟件產(chǎn)品即可體驗(yàn)TIA博途的功能，這個(gè)新一代工程軟件平臺(tái)支持西門子現(xiàn)有的硬件與軟件，由于其高可用性、協(xié)同工作與開放性，也是西門子未來軟硬件創(chuàng)新的基石。

　　TIA博途的性能有3大亮點(diǎn)：

　?、僦庇^全新集成了面向任務(wù)的智能化編輯界面和開發(fā)環(huán)境，使得用戶學(xué)習(xí)和使用的過程中變得更加容易。如Portalview使新用戶可快速入門；有面向任務(wù)的全新導(dǎo)航界面；具有統(tǒng)一布局的各類型編輯器；過程可視化，使SCADA以簡(jiǎn)馭繁，最復(fù)雜的組態(tài)也變得簡(jiǎn)單；在STEP7中可無縫集成故障安全型功能等。

　　②高效將所有的工程任務(wù)，從PLC到人機(jī)界面均在統(tǒng)一的開發(fā)框架下完成，從而可有效地節(jié)約工程開發(fā)時(shí)間和成本。如清晰的硬件和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣M態(tài)布局；數(shù)據(jù)自動(dòng)化一致性及匹配功能，保證工程質(zhì)量；快速靈活的高效編程；控制器與HMI的完美交互；完善庫(kù)概念，可節(jié)約成本、積累經(jīng)驗(yàn)；可隨時(shí)訪問當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，包括自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)診斷，能比以往更簡(jiǎn)單的方式顯示診斷信息。

　?、劭煽考纯芍貜?fù)使用已有的工程項(xiàng)目，又可在集成全新軟件產(chǎn)品的平臺(tái)上創(chuàng)建新的項(xiàng)目，從而保證了項(xiàng)目投資；有可靠的密碼保護(hù)功能，如針對(duì)單個(gè)或多個(gè)模塊的密碼保護(hù)，針對(duì)項(xiàng)目庫(kù)的密碼保護(hù)，對(duì)畫面也會(huì)進(jìn)行保護(hù)等?？傊?，今后西門子大量的創(chuàng)新自動(dòng)化產(chǎn)品將TIA博途這一軟件平臺(tái)推出，不斷有效地改善企業(yè)的生產(chǎn)效率。

　　上海恩德斯豪斯自動(dòng)化設(shè)備有限公司劉寬先生介紹“基于FDT技術(shù)的設(shè)備管理及應(yīng)用”。他說：FDT(FieldDeviceTool)是針對(duì)工廠設(shè)備資產(chǎn)進(jìn)行管理的技術(shù)，世界上許多知名的廠商如西門子、橫河、EH，包括中國(guó)的浙大中控制、上海自儀等公司都支持這種技術(shù)。FDT是工廠應(yīng)用不同廠商不同設(shè)備的整合平臺(tái)，在當(dāng)今的工廠中控室里，(以前FDT只用于DCS，現(xiàn)在已可用于PLC)，通過這個(gè)統(tǒng)一平臺(tái)，不僅可以看到儀表的測(cè)量值，也可觀察有關(guān)儀表的問題，建立設(shè)備文檔管理等，這樣，即使人員多批次調(diào)動(dòng)，當(dāng)需要更換設(shè)備時(shí)，仍可及時(shí)調(diào)出文檔進(jìn)行核查；當(dāng)操作系統(tǒng)崩潰時(shí)，也可查找有關(guān)設(shè)備運(yùn)行信息，如設(shè)備操作活動(dòng)日志等。依據(jù)工廠生命周期概念，基于FDT技術(shù)的設(shè)備管理內(nèi)容如：儀表管理從工廠設(shè)計(jì)選型開始；啟動(dòng)階段設(shè)備管理，如儀表選型計(jì)算，儀表采購(gòu)，訂單跟蹤，儀表安裝，儀表調(diào)試等；運(yùn)營(yíng)階段設(shè)備管理，如儀表診斷，預(yù)維護(hù)，更換與備品備件等。一般來說，工廠啟動(dòng)階段設(shè)備出現(xiàn)的問題概率在68%，而在運(yùn)營(yíng)階段為14%。啟動(dòng)階段典型的總是如設(shè)計(jì)不足，制造質(zhì)量不佳，錯(cuò)誤安裝，錯(cuò)誤開車，錯(cuò)誤操作，過多不必要維護(hù)，過多無效維護(hù)，以及因人員素質(zhì)低等。

　　FDT架構(gòu)包括3部分：

　?、倏蚣軕?yīng)用程序，即操作系統(tǒng)(可應(yīng)用于DCS、PLC、工程工具等)，它類似于電腦軟件，提供的功能有一般環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)配置，導(dǎo)航，設(shè)備管理，資料庫(kù)存儲(chǔ)。

　　②FDT接口，即集成標(biāo)準(zhǔn)。

　　③設(shè)備類型管理器(DTM)，DTM是實(shí)際設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，由設(shè)備生產(chǎn)商提供，需要安裝在PC上，可以在任意的框架應(yīng)用程序中使用，它提供圖形化的用戶界面，允許獲得所有設(shè)備參數(shù)。DTM有兩種類型，一是通信DTM，它是通信設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，例如PC中的通信網(wǎng)卡、分接器、網(wǎng)關(guān)、連接設(shè)備等；二是設(shè)備DTM，它是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如記錄儀、閥門、傳感器、電動(dòng)機(jī)和泵等。目前市場(chǎng)上有超過2000款設(shè)備的DTM和15種FDT框架應(yīng)用程序。為了保證質(zhì)量，眾多不同的供應(yīng)商所提供的DTM和框架應(yīng)用程序之間經(jīng)常進(jìn)行互操作性項(xiàng)目合作，建立了DTM認(rèn)證流程，最近以建立了框架認(rèn)證流程。已認(rèn)證的DTM列表可通過FDT官網(wǎng)獲取。

　　CC-Link協(xié)會(huì)龔明先生敘述“基于以太網(wǎng)的整合網(wǎng)絡(luò)CC-LinkIE鋪就智能制造之路”。他說：當(dāng)前準(zhǔn)備制造正在不斷向智能化系統(tǒng)方向發(fā)展，其發(fā)展特征是技術(shù)和融合化；產(chǎn)品的高技術(shù)化、綠色化，即產(chǎn)品的高附加值化、智能化和系統(tǒng)化；系統(tǒng)管理集成化(包括系統(tǒng)、軟件、技術(shù)和接口集成)和網(wǎng)絡(luò)化。其中，因現(xiàn)代制造業(yè)面臨重重挑戰(zhàn)，智能化工廠對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求不斷提高；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在加速裝備制造業(yè)全球化的進(jìn)程，并正在改變其生產(chǎn)和流通方式；智能化網(wǎng)絡(luò)已成為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)智能化制造的需求，用戶需要開放靈活的網(wǎng)絡(luò)，以便于從眾多廠商選擇多樣的產(chǎn)品，不被單一廠家的變化所左右；通過多廠家產(chǎn)品的構(gòu)成，可降低成本，并可保證當(dāng)今和未來的投資。CC-Link整合網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，能解決制造業(yè)的諸多挑戰(zhàn)，如設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率提高，品質(zhì)損耗減少，生產(chǎn)性能提高，加工時(shí)間、開發(fā)周期、制造周期縮短等。2006年產(chǎn)生CC-Link，2007年推出CC-LinkIE控制器網(wǎng)絡(luò)，2009年研發(fā)了CC-LinkIE現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，CC-LinkIE能滿足智能制造的上述需求。其中：

　　①CC-LinkIE控制器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)格基本通信功能有網(wǎng)絡(luò)型共享內(nèi)存通信(循環(huán)通信，用于實(shí)時(shí)通信)和報(bào)文通信(瞬時(shí)通信，用于非實(shí)時(shí)通信)；通信速度與拓?fù)錇?Gb/s、以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)路；為保證高可靠數(shù)據(jù)傳送功能，采用令牌方式；網(wǎng)絡(luò)型共享內(nèi)存容量，最大為256kB；通信介質(zhì)，采用IEEE802.3z多模光纖(GI)；每層網(wǎng)絡(luò)的總連接站數(shù)為120臺(tái)；使用多模光纖時(shí)，站間距離最長(zhǎng)為550m，總延長(zhǎng)距離最長(zhǎng)為66000m。

　　②CC-LinkIE現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)格以太網(wǎng)規(guī)格，基于IEEE802.3ab(1000BASE-T)；通信速度1Gb/s；通信介質(zhì)為屏蔽雙絞電纜(5e類)；通信控制方式，采用令牌通信方式；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇删€型、星型、環(huán)型；主站和從站合計(jì)最大連接站數(shù)254臺(tái)；最大站間距離100m。利用CC-LinkIE可構(gòu)建小、中、大規(guī)模和智能制造系統(tǒng)，目前已用于許多領(lǐng)域，由于實(shí)時(shí)性能很好，在煤礦、采礦等領(lǐng)域也得到很好應(yīng)用。今后計(jì)劃：CC-LinkIE現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的一致性測(cè)試規(guī)范將更完善；進(jìn)一步完善用于聯(lián)網(wǎng)的元器件應(yīng)對(duì)安全網(wǎng)絡(luò)；不久將發(fā)布CC-LinkIE運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)規(guī)范。未來對(duì)應(yīng)的安全網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)將更加完善地連接不同的設(shè)備，提供更加完善的智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，幫助用戶鋪就智能制造之路。

　　西門子(中國(guó))有限公司楊自鳴先生簡(jiǎn)述“COMOS軟件——一體化工程設(shè)計(jì)到一體化運(yùn)營(yíng)的智能解決方案”。他說：智能制造離不開各種硬件與軟件的集成運(yùn)行，而西門子工業(yè)軟件能提供全球工業(yè)軟件市場(chǎng)的所有核心要素，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和工程(CAx)、協(xié)作式產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(cPDM)、數(shù)字化制造(DM)、工廠設(shè)計(jì)軟件(即COMOS)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)。其中COMOS軟件解決方案，適用于整個(gè)工廠生命周期中涉及的工廠設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)，使產(chǎn)能最大化。

　　COMOS產(chǎn)品分為4類：

　?、貱OMOSPlatform是COMOS解決方案的基礎(chǔ)，提供面向?qū)ο蟮娜謹(jǐn)?shù)據(jù)一致性管理，其效益是有唯一的數(shù)據(jù)庫(kù)，確保數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程中沒有數(shù)據(jù)丟失和沖突；優(yōu)化工廠和工藝。

　?、贑OMOSProcess是工藝工程解決方案，涵蓋概念設(shè)計(jì)，2D/3D設(shè)計(jì)和建造多階段，其效益是滿足復(fù)雜需求的高效工程設(shè)計(jì)流程，縮短項(xiàng)目周期。

　　③COMOSAutomation是涵蓋一體化電氣和儀表控制設(shè)計(jì)以及數(shù)字化工程的解決方案，其效益是軟硬件之間無縫，且可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　?、蹸OMOSOperations是工廠運(yùn)行和維護(hù)階段專業(yè)的工廠管理解決方案，其效益是為工廠的可持續(xù)運(yùn)行提供高顏色策略支持，降低風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用。

　　這4類COMOS解決方案采用模塊化的設(shè)計(jì)，這些模塊在下列5個(gè)階段提供和主要功能如：

　　①基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)詳實(shí)工藝工程數(shù)據(jù)表，功能流程圖設(shè)計(jì)，工藝流程圖設(shè)計(jì)等。

　?、谠敿?xì)工程設(shè)計(jì)階段設(shè)備和裝配工程設(shè)計(jì)，布局工程設(shè)計(jì)，管路布置設(shè)計(jì)，儀表與控制位置圖，邏輯圖等。

　　③施工階段采購(gòu)文檔，安裝文檔，電氣原理圖，調(diào)試，試車等。

　?、茉囓囯A段調(diào)試，功能測(cè)試，修訂管理，最終計(jì)劃，工廠技改計(jì)劃等。

　　COMOS模塊使串行設(shè)計(jì)變?yōu)椴⑿性O(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)都在COMOS的唯一數(shù)據(jù)庫(kù)中，能保證在工程設(shè)計(jì)的各階段中安全無縫傳輸數(shù)據(jù)。在中國(guó)COMOS已用于中國(guó)石油化式股份有限公司等。

　　德國(guó)倍福自動(dòng)化有限公司周耀綱先生詳述“XFC極速控制技術(shù)及其應(yīng)用”，他介紹：XFC是在4種組件——TwinCAT、EtherCAT、IPC和EtherCATI/O基礎(chǔ)上產(chǎn)生的技術(shù)，能全方位提升控制系統(tǒng)的性能。XFC主要有5種技術(shù)組成：

　?、俜植际綍r(shí)鐘它使I/O實(shí)現(xiàn)同步，與通信延遲和控制拌動(dòng)無關(guān)。分布式時(shí)鐘是XFC技術(shù)的基礎(chǔ)，也是EtherCAT技術(shù)的基本功能，所有的EtherCAT設(shè)備都具有本地時(shí)鐘，并通過EtherCAT通信自動(dòng)化連續(xù)地與其它所有的時(shí)鐘保持同步，通信所用時(shí)間偏差可以得到補(bǔ)償，所有時(shí)鐘之間的最大偏差都小于100ns。分布式時(shí)鐘的當(dāng)前時(shí)間也可作為系統(tǒng)時(shí)間，因?yàn)樗梢员徽麄€(gè)系統(tǒng)使用。

　?、跁r(shí)間戳它使I/O的過程數(shù)據(jù)還額外包含一個(gè)系統(tǒng)時(shí)間信息。時(shí)間戳為過程數(shù)據(jù)提供高精度的時(shí)間信息，可用于輸入信號(hào)、記錄信號(hào)發(fā)生的時(shí)間和輸出信號(hào)控制輸出的時(shí)間。

　　③高速I/O傳統(tǒng)的方法要達(dá)到100μs的周期時(shí)間，需要依賴專用的、獨(dú)立的控制器，但有許多缺點(diǎn)。而XFC的高速I/O采用高速信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，輸出一個(gè)非常短的脈沖，數(shù)字量I/O上升沿時(shí)間為1μs，A/D、D/A轉(zhuǎn)換時(shí)間為10μs。

　　④超采樣在每個(gè)I/O掃描周期捕捉和輸出一批數(shù)據(jù)，使控制獲得更高的連續(xù)性。通常為了提高采樣率都是通過縮短掃描周期來實(shí)現(xiàn)，而掃描周期又不能無限制的縮短。而XFC的超采樣數(shù)據(jù)類型能夠?qū)崿F(xiàn)在一個(gè)掃描周期內(nèi)對(duì)一個(gè)輸入值多次等時(shí)間間隔采樣，記錄到一個(gè)數(shù)組里面，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)傳輸?shù)娇刂破?。?duì)于輸出值，能夠使輸出在一個(gè)掃描周期內(nèi)改變多次。超采樣系統(tǒng)描述了在一個(gè)通信周期中采樣(改變)的次數(shù)，即使是在一般的通信周期時(shí)間條件下，也可以輕松地達(dá)到200kHz的采樣率。

　?、菸⒃隽坷眯盘?hào)的上升沿和下降沿的時(shí)間來計(jì)算微增量。這樣，在使用標(biāo)準(zhǔn)的編碼器時(shí)，可在低速情況下也能獲得更準(zhǔn)確的位置值；可獲得更準(zhǔn)確的速度計(jì)算；不需要濾波器，因?yàn)闉V波將會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間變慢。采用微增量技術(shù)可使機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)，可提升多軸系統(tǒng)的同步性能。具體應(yīng)用XFC技術(shù)的案例：如加拿大Husky公司生產(chǎn)的Jogole杯子年產(chǎn)量54568421個(gè)，老產(chǎn)品單個(gè)重量22g，采用XFC技術(shù)后的新產(chǎn)品單個(gè)重量為20g，每年節(jié)約125507kg，每年節(jié)約價(jià)值18.2651萬美元的原材料。

　　上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院彭瑜教授綜述“工業(yè)通信技術(shù)新觀察”。首先，他指出：IEC和ISO近年設(shè)立的聯(lián)合工作組JWG14提出了《工業(yè)自動(dòng)化能效》的文件，正在廣泛征求意見。這標(biāo)志著繼測(cè)量控制和功能安全之后，提高能源的利用效率，已經(jīng)列入工業(yè)自動(dòng)化的三大任務(wù)之一。按照《工業(yè)自動(dòng)化能效》文件的定義，能效是輸出的性能(績(jī)效)、服務(wù)、貨品或能量與輸入能量之間的比率，或其它的定量關(guān)系。這里應(yīng)注意的是，上述的輸入和輸出都必須是明確定量、定性的，而且是可以度量或測(cè)量的。

　　接著，他就近些年來圍繞工業(yè)通信技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域的長(zhǎng)足發(fā)展，從降低能耗、提高工業(yè)自動(dòng)化能效和改善功能安全兩方面進(jìn)行觀察的結(jié)果作深入的論述。

　　第一方面，利用工業(yè)通信技術(shù)幫助節(jié)能——PROFIenergy和SercosEmergy。眾所周知，節(jié)能是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的永恒主題，各國(guó)都引起了高度重視，近些年來，像ProfiNet、SercosⅢ、CC-Link以及ODVA等工業(yè)通信協(xié)議的組織紛紛投入人力和財(cái)力來研究如何在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)日趨成熟和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，為減少制造工業(yè)的能耗必須建立的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)制，以濃度地挖掘系統(tǒng)潛在的節(jié)能潛力。其中，ODVA從2011年開始正在制定十年的能源路線圖。

　　在挖掘節(jié)能潛力方面，上述工業(yè)通信協(xié)議的組織有3大共識(shí)：

　　①只有對(duì)能耗按時(shí)間和按生產(chǎn)設(shè)備部件進(jìn)行細(xì)分和精確的監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)可視化，才可能有針對(duì)性的采取對(duì)應(yīng)的節(jié)能措施；

　　②節(jié)能的視野應(yīng)該廣闊，不僅要關(guān)注耗能設(shè)備的節(jié)能潛力，還應(yīng)關(guān)注供能設(shè)備的節(jié)能潛力；

　?、鄢浞滞诰蚬I(yè)通信總線的潛力，在現(xiàn)有控制總線已經(jīng)取得廣泛認(rèn)同和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，不另添通信系統(tǒng)，只要適當(dāng)添加能耗檢測(cè)模塊以及在應(yīng)用層上增添節(jié)能行規(guī)(或節(jié)能功能塊)就能增加檢測(cè)能耗的功能。

　　經(jīng)過積極努力，已取得初步成果如：

　　①瑞士聯(lián)邦蘇黎世技術(shù)大學(xué)對(duì)制造業(yè)典型機(jī)械裝置隨時(shí)間細(xì)分的功耗測(cè)試表明；如果功率輸入為100%，其中只有25%是機(jī)械設(shè)備加工所需要的功率消耗，其余75%均為間接功耗和無效功耗。這說明節(jié)能潛力很大，特別是如何應(yīng)對(duì)無負(fù)荷工況下消耗20%的能源，應(yīng)找出對(duì)應(yīng)的措施，而目前，在相當(dāng)程度上忽略了控制這個(gè)能耗的潛力；這還啟示我們，要節(jié)能需要對(duì)能源消耗按時(shí)間做精確的檢測(cè)和記錄；同時(shí)要特別關(guān)注控制系統(tǒng)在短時(shí)間的狀態(tài)變化下潛在的節(jié)能潛力，通過適當(dāng)切換生產(chǎn)線或機(jī)械裝置所連接的驅(qū)動(dòng)設(shè)備、I/O、傳感器等，讓這些生產(chǎn)線或機(jī)械裝置進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)。

　　②德國(guó)在研究能效時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)來說，將是電功率按加工和非加工的時(shí)間段來分析，只31%的電能真正用在產(chǎn)品的生產(chǎn)加工期間，換言之就是有69%的電能卻消耗在非生產(chǎn)加工的輔助期間。

　?、鄣聡?guó)汽車制造商協(xié)會(huì)AIDA于2008年啟動(dòng)了將汽車制造生產(chǎn)線的自動(dòng)化系統(tǒng)和能源系統(tǒng)整合為一體的計(jì)劃，希望能找到一種既能大幅度降低能耗以投資較少的標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。

　?、墁F(xiàn)在西門子公司已有PROFIenergy將生產(chǎn)的控制系統(tǒng)和能源的管理系統(tǒng)合二為一。PROFIenergy是在ProfiNet基礎(chǔ)上開發(fā)的應(yīng)用行規(guī)。它使用現(xiàn)有的ProfiNet機(jī)制，僅利用ProfiNet網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中的非周期時(shí)間槽傳遞節(jié)能命令，使現(xiàn)場(chǎng)的耗能設(shè)備和整個(gè)生產(chǎn)單元參與實(shí)施智能能源管理策略。這一機(jī)制使得PROFIenergy完全可在現(xiàn)有的ProfiNet控制系統(tǒng)中運(yùn)行，而不會(huì)對(duì)原有的控制系統(tǒng)產(chǎn)生任何負(fù)面影響。經(jīng)應(yīng)用，有明顯的節(jié)能效果。

　?、軸ercosEnergy是基于實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)SercosⅢ的能源行規(guī)，其研發(fā)思路完全與PROFIenergy相同，不同的是它更細(xì)分了機(jī)械設(shè)備不同階段的耗能，因?yàn)镻rofiNet更多是用于生產(chǎn)線，而Sercos更多用在機(jī)械裝置，如不同設(shè)備間的同步等。此外，SercosⅢ能源行規(guī)獨(dú)特之處在于它將能源行規(guī)分為兩個(gè)層次：一是對(duì)機(jī)械裝備進(jìn)行工廠管理的上層，提供長(zhǎng)期生產(chǎn)停頓和長(zhǎng)期故障的信息；二是生產(chǎn)負(fù)載的機(jī)械控制的下層，則承擔(dān)為降低能耗而對(duì)機(jī)械特定故障和當(dāng)前過程做出反應(yīng)。

　　第二方面，openSAFETY——全球第一個(gè)開源的、安全應(yīng)用層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：工業(yè)級(jí)的安全現(xiàn)場(chǎng)總線和安全工業(yè)以太網(wǎng)開發(fā)的投資大、風(fēng)險(xiǎn)較多、耗時(shí)較長(zhǎng)，有什么途徑和方法能盡可能地規(guī)避這種風(fēng)險(xiǎn)，解決提升和擴(kuò)展現(xiàn)有工業(yè)通信規(guī)范的安全性能呢？openSAFETY是解決這一難題的范例，它是一種全開放的、可為各種工業(yè)通信總線實(shí)現(xiàn)功能安全的機(jī)制。該協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：在物理層可以是以太網(wǎng)，也可以是RS485、CAN、USB、LVDS(即RS644)；在第二至第六層可以是任意現(xiàn)場(chǎng)總線，或者是無線協(xié)議；它只在第七層即應(yīng)用層做了定義。其亮點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)很多，如對(duì)所有的現(xiàn)場(chǎng)總線來說只用一個(gè)統(tǒng)一的安全應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)；由于安全節(jié)點(diǎn)之間通信的高效率，容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率最大化，可減少工程投運(yùn)、調(diào)試、維護(hù)時(shí)間，經(jīng)TÜV認(rèn)證滿足SIL3協(xié)議，已開始在運(yùn)動(dòng)控制和過程控制中應(yīng)用等。

　　三、小結(jié)

　　本次學(xué)術(shù)活動(dòng)深入剖析自動(dòng)化動(dòng)向與成果，使大家共享最新信息，下列3方面更使大家感受至深。

　　①在全球智能制造快速發(fā)展的大背景下，工業(yè)軟件與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展極快，尤為引人注目。本次會(huì)議由著名廠商、專家介紹這方面的新技術(shù)使人耳目一新，不僅有助于在我國(guó)的推廣應(yīng)用，也定將促進(jìn)我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)的提高。

　?、诠I(yè)自動(dòng)化的任務(wù)，上世紀(jì)只是實(shí)現(xiàn)“檢測(cè)控制”，新世紀(jì)初增加“功能安全”，近年來又要求“改善能效”。所有從事工業(yè)自動(dòng)化的企業(yè)和專業(yè)人士，都應(yīng)牢記這三大任務(wù)，轉(zhuǎn)變觀念、提高認(rèn)識(shí)，實(shí)踐使命。

　　③一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已真正認(rèn)識(shí)到自動(dòng)化是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的引擎，如德國(guó)已將自動(dòng)化發(fā)展計(jì)劃上升為國(guó)家規(guī)劃，引導(dǎo)政府有關(guān)部門、企業(yè)、教育界對(duì)自動(dòng)化的重視，因此自動(dòng)化技術(shù)創(chuàng)新不斷，為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。對(duì)照我國(guó)狀況，這方面差距很大，即使國(guó)家“十二五”規(guī)劃，似乎也沒有正視自動(dòng)化的作用。國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)表明，只有重視自動(dòng)化，才能加快自動(dòng)化技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)優(yōu)質(zhì)、持續(xù)發(fā)展。

　　中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)儀表與裝置專業(yè)委員會(huì)

　　2011年6月