卞正岗
关键词：工厂自动化 FA I/O系统 现场总线 本质安全防爆
10月16日，在我国首次实现载人航天飞行取得圆满成功的日子里，正巧2003 FA/PA第七届国际现代工厂/过程自动化技术与装备展览会开幕了。
这次展览会在北京中国国际展览中心举行，会期4天，由中国机电一体化技术应用协会主办，体现自动化专业性，比一般仪器仪表展览会涵盖面小，但突出工厂自动化(FA)和过程自动化(PA)，具有一定深度。其展览范围界定为如下14项：工厂/过程自动化技术与装备、工业控制机及其系统、PLC及相关技术、工业机器人及相关技术、数控系统、计算机辅助设计与制造、现场总线技术及产品、自动化仪器仪表、变频调速与伺服控制、传感器与自动测量装置、液压与气动元件、自动化立体仓库、谐波传动技术、机械工程。计划明年将增加“嵌入式技术”一项展览内容。参展单位160多家，国际上有施耐德、菲尼克斯、西门子、NI、横河、魏德米勒、艾默生网络、罗克韦尔、贝加莱、悉雅特、穆勒电气、安川、日立、富士电机、奥托尼克斯、倍福、P+F、美国SIXNET等多家公司，还有PLCopen国际组织及中国现场总线Profibus技术资格中心这类世界性技术服务组织参展。国内则有众多厂商参加，如亚控、三维力控等。这次展览会是在国内汽车制造业迅速发展、先进制造技术受到极大重视的形势下举办的，所以FA内容比PA突出。同期还举办了多场工业自动化技术论坛，以下分点叙述。
一 主办单位
中国机电一体化技术应用协会下属可编程序控制器分会、机器人工程分会、数控技术应用分会、现场总线Profibus专业委员会，从事促进机械技术与电子技术的结合，促进机电一体化技术和产品的开发、应用、推广，促进用微电子技术改造我国传统产业等项工作。其依托单位北京机械工业自动化研究所，本次展会阵容强大。该所成立将近50年，是国家大型高科技企业，机、光、电专业齐备，有一批高素质科技人员。这次展出现场总线、机器人、配电系统智能控制中心等一批有特色的展品，显示其系统工程实力，也展示了行业管理及信息媒体的能力。他们在现场总线技术方面除对Profibus的全面技术支持及行业工作以外，还致力于异构系统互连的推广工作，为相关OPC、PLCopen等系统集成关健技术也做了很多有益的工作，是国内技术领头单位。机器人方面，已可提供各种机器手部件、机器人部件和系统，用于焊接等工艺条件要求高、工作环境恶劣的工业制造和装配，物流及仓储等工程，电气物理设备等。其配电系统智能控制中心已有JZNO3型系列产品，与常规配电柜组合后可构成高性能智能配电系统，起到可靠性高、节能效果显著、管理方便、智能化程度高的作用，其中多重软件联锁能防止误操作、自动补偿功率因数、自动记录运行参数和故障报警操作内容，可无人值守等。目前已有很多应用实绩(工厂和各种建筑物、市政设施的配电工程)、资质资格齐全，正继续向马达控制中心(MCC)智能化方向发展，为工厂自动化作出更大贡献。
总之，我国机、光、电专业齐全且集设计、开发、生产、安装和服务为一体的企业化高科技团队是实现工厂自动化的基石，应积极给予扶持。
二 PLC及系统发展空间广阔
我国GDP每年增长超过7%，给PLC创造了广阔的发展空间。从技术上看，PLC的系列化(巨型、大、中、小、微型)、开放性(网络方面的工业以太网)、兼容性(IEC 61131-3标准的推广)，及应用领域从顺序控制向过程控制、运动控制、传动控制管控一体化方向扩展等特点，均很明显。从生产上看，国外公司在我国设厂以及合作生产、OEM方式生产等都在发展。另外，国外厂家进入中国比以往成倍增加，而且有的公司发展很快，如德国公司的PLC产品，影响不断扩大，这与和利时公司搞OEM生产有关。当然其产品很有特色，如System 200V的模块化、35mm导轨安装、兼容各种现场总线(Profibus、CANopen、DeviceNet、Ethernet/TCP/IP、Interbus、SERCOS等)。其余系列从单机到大系统，都有较好的性价比，所以市场占有率迅速扩大。
与各厂家相比，后加入PLC行业的横河公司，可算是异军突起。这次展出的FA-M3R系列产品，具有世界领先水平。超高速处理能力达每秒20M步；可自由扩展，一个主单元最多允许8192点I/O；尺寸小巧(高度100mm×深度88mm)，基板宽度最小147mm(3个I/O卡时)，最大527mm(15个I/O卡时)；有150类功能模块(这次展出了8轴位置控制模块，而且有实物电动机作表演)；提供多种通信，可远程OME(通过公共电话网或以太网)；提供整套安全的远程在线维护功能；CPU多语言结构，可同时容纳4个CPU模块；标准梯形图编程软件，具备可操作性和可再利用性；支持多种存储媒体。目前，横河已在日本市场大中型PLC名列第二，2002年起已正式向中国市场推出，并取得好评。这些已比笔者在本刊今年第八期《关于PLC及其应用的回顾与展望》一文中所述的FA-MZ与西门子公司S7-300、A-B公司SLC500相比，又前进了一大步。我国具有自主知识产权的DCS厂家，如能向横河学习，一定能自主开发出国产高性能PLC，这是并不武断的预言。
三 分布式I/O系统日趋流行
工厂自动化正向产品多样化、高质量、低成本方向发展，而多样化中，网络设备、开放型I/O、计算机控制这3种技术是市场趋势。在自动化市场中，DCS、PLC、IPC三足鼎立的局面正因此而逐渐变化。在现场总线技术发展过程中，FCS思路在贯彻过程中形成的分布式I/O系统简称I/O系统，现在是日趋流行。当然I/O系统的流行，也与系统集成、嵌入式系统技术发展有关。其实分散式控制或自治服务的控制思想在多年前已经形成，随着现场总线、智能化仪表(单回路调节器等)、模块化仪表的出现，美国Action、OPTO 22公司都是较早从事I/O模块及系统的产品开发。这次展会上公司提供SixTRAK Local I/O、Ether TRAK Ethernet I/O、Remote TRAK RS-485 I/O模块及采用Linux嵌入式技术的IPmTM开放控制器等资料、图板，并指出其从1980年发展至今创造的多个里程碑。一方面说明这些企业从事I/O系统持之以恒的方向，另一方面是市场在这方面的需求。另外的例子很多，如罗克韦尔A-B的POINT I/O，号称是目前市场上最小分布式I/O系统，只需很小DIN导轨和封装空间等；采用DeviceNet，为自启动模式(需RSNet Worx for DeviceNet的3.1版本)，速度快，曾用于美国BGK公司提供的汽车喷漆等生产线，即规模大、安装难，要求自控设备占用空间小、易于维修的场合。实践证明，它能使安装时间和成本减少30%～50%，可把接线和组装时间减少1/3，排除故障时间减少一半等。
总的来说，在某些FA应用场合，采用I/O系统可做到容易使用、与其他系统兼容、高质量和可靠性、数据传输速度快及容易设置和安装、编程简单化等，所以它赢得了市场。
四 现场总线技术仍是展会的一大热点
现场总线产品连接器或端子盘、电缆等，展品很多。Phoenix公司Fieldline系统具有IP67保护等级，具有开放性和灵活性，可提供Interbus、Profibus-DP、DeviceNet、CANopen、Ethernet、As-i现场总线耦合器或控制方式，且具有输入/输出信号、电动机启动器、安全气动装置、控制系统等功能，结构紧凑、外形美观。西门子公司在Profibus-PA方面进展很快，因流程控制现场防爆要求，现已能满足：由PTB与著名制造商联合完成的FISCO(现场总线本安型概念)模型/1/2/型，保证“i”本安型现场总线可用于危险区。该模型主要特点是只有一台供电设备与现场总线相连，其他均为耗电设备，因此只有这台设备需配备限电流/限电压安全回路。Profibus-PA有树型、总线型及两者复合型结构，与防爆相关的信号耦合器、电源、终端电阻、分配器、电缆的选用及屏蔽和接地、功率平衡、认证与鉴定等均有相关资料，可满足设计、采购、安装施工等要求，而且不断有成功应用于实际流程工业的工程实例。
魏德米勒(Weidm?ler)公司提供Profibus-PA和FF总线的连接器及附件，其中包括FF本安防爆的FBCon连接器、铝质或不锈钢外壳熔断器以及过压保护等产品。该公司FF总线连接器可做到在连接现场设备或更改维护系统时无须中断整个总线系统，其相关技术参数为：工作温度达-40℃～+85℃；防护等级IP66；过电压保护参数为额定电压30VDC/21VAC，额定电流500mA，额定释放电流10kA(线对线、线对地)，输出电压65V。
有鉴于此，我国一方面要加速现场总线产品的研发，另一方面要学会自行应用国际上已有的产品和技术进行工程设计，使之用于过程工业中，尽快发挥其降低费用、易于维护、安全可靠等优越性，使之产生经济效益，为生产服务。
五 其他产品及技术
展会上，系统集成相关的产品及技术也引起人们很大兴趣，国内监控软件(此称SCADA软件)厂家已有近10家参展，其中亚控仍然阵容强大，三维力控也发展很快，世纪星3年内也已售出2000套软件。PLCopen是一个世界性非赢利组织，采用会员制，主要推广IEC 61131-3标准，我们应支持它，这对发展PLC编程软件很有利。展会上检测、执行部分展品也很多，如图尔克接近开关类产品，以及美国邦纳公司光电传感器，激光、超声波、光幕等位移、距离、液位、料位、物体外形等精密测量及在线检测产品，都是工程自动化所必需的。有十多家公司提供用于交流电动机变频调速的变频器，可见该产品市场潜力之大，其他如意大利欧美尔公司气动执行器和法国伦茨公司交流伺服控制器等也有不少展品。在显示器方面，以LCD液晶显示为主的趋势很明显，而且其提供HMI成套功能产品的势头也很大。十维电信设备有限公司是大唐电信和国家电信科学技术研究院的分支机构，这次亦参加FA/PA展会，说明电信业对工业IT的重视，无论是其光纤数据网络、工业宽带无线数据产品或工业数字图像媒体等对于自动化行业都十分有用，我们要合作把我国工业IT搞上去，让精确而实时的数字信号和信息，成为信息社会的基础，使信息时代为人类造福。
卞正岗先生，北京泰科威科技有限公司总工程师。
《世界仪表与自动化》