F3集装箱式生产模块项目不仅对流程工艺技术提出了新的要求，而且也对自动化技术提出了新的要求。必须全面地重新考虑目前的自动化控制方案。模块化的解决方案是最合适的自动化解决方案吗？用户是怎么看这个问题的呢？PROCESS杂志针对这些问题进行了问卷调查。

无论模块化结构流程设备开发设计的结果如何，流程工业领域中自动化技术用户在一个问题上达到了共识：好的自动化控制系统能够提前完成流程设备调试。因此，Namur AK1.12工作组提出了创新理念并进行开发，提出了许多新的要求和需要解决的问题。在这次的问卷调查中也体现了这些问题。其中，用户最大的担忧是自己的专业技术会别泄露给自动化技术生产厂商。

Namur AK工作组认为：自动化控制系统也有待于进一步开发，不仅需要开发合适的系统，而且需要开发新的项目管理模式，为用户提供模块化的流程设备在整个使用寿命周期内的技术服务。另外，在现有流程设备的基础上集成新的模块也是一个非常重要的趋势。需要在设备模块中开发一些新的接口，为了能够更有条理性，工作组首先定义了不同层次的模块化平台。

第一层次，最简单的模块化平台相当于目前使用的上一级没有集成自动化控制单元的PLS过程控制系统，在生产现场需要手工操作和手工上料。流程设备的所有数据都保存在现场，进行离线的数据管理。目前，在小型的流程设备中已经广泛应用了这样的控制系统，但在大型流程工艺设备中这种控制系统则满足不了生产控制管理的要求。尽管这一控制系统属于简单的控制系统，但资源的控制，例如各种介质的供应和排污等仍然属于自动控制。

第二层次的模块化平台将一个相当于自动化控制单元的模块集成到基本系统之中。这一单元允许利用标准接口、相当于目前的上一级系统中集成了自动化控制单元，能够实现控制功能。

技术水平最高的是第三层次，由子模块组成的模块化平台。这些子模块受上一级系统和上一级模块的控制。

面临的挑战

Namur协会工作组关注的焦点是第二层次的自动化控制模块。在实际生产中，已经有现成的自动化控制单元，但这些自动化控制单元在模块化方案在一些实际的应用中不是最佳的解决方案。例如，AK 1.12工作组提出把目前的系统（如数据监控和采集系统SCADA）与PLC可编程序控制器系统结合起来，但在完成这一任务之前还需要做许多手工操作，需要花费很多的时间。其中包括在上一级控制系统中手工制定结构数据、数据传输的人员配置或者在上一级主控系统中人工输入过程图。另外，周期性的数据传输也是一个难题，例如经标准接口传送工艺过程的数值、状态和模型等。

在一个不随时间变化的模块化结构的流程设备中，用户可以充分感受到这种自动化模块的意义和好处。流程工艺控制系统供应商实现这种自动化控制的前提是能够及时供应集装箱式流程设备，同时集装箱式流程设备生产厂生产的集装箱式设备具有合适的功能。在随时间变化的多用途模块化结构的流程设备中，生产制造的成本非常高。目前，需要交换的信号都需要事先规定好，然后在收发信号的两端做好相同的设置。因此，补充性的改动是一件非常费时费力的工作。而目前还没有一个能够向上一级主控系统“报告”哪些状态信号可以使用，哪些不可以使用的自动化控制单元标准接口。流程设备操作者只能通过与传统流程设备来比较来判断。

为了实现动态环境中的使用，必须在模块中集成新的功能。例如，主控系统的数据库应能自动更新，必要时在流程设备设计者的监督下完成模块的配置。绝不允许在主控系统配置中出现“遗留问题”。当前主控系统工作时的限制性因素必须能够自动的验证，至少能够清楚地报告并显示出来。主控系统的配置必须从操作使用的整体性角度来考察，并统一操作，利用所有的信息对流程设备进行优化。时间的同步，数据格式的比较，物理单位以及与上一级系统建立联系的生产制造执行系统（MES）接口的配置等都应能实现自动化。根据操作者的要求，报警管理、IT安全或者扩展服务器等都应能够利用远程遥控技术进行控制。另外，令人信服的流程设备调试方案应是什么样子的？谁在流程设备的使用过程中给予技术支持和技术服务？这些都是Namur工作组需要解释和说明的问题。

在F3 集装箱式生产模块项目框架内把已经实现了的自动化技术应用经验都汇总到一起。在不久前落成的Invite 研究中心（多特蒙德技术大学与拜耳技术服务公司的合资公司）揭幕仪式上，参与的工业企业都展示了自己的样板设备。同时，这一展示中心也对基于现代控制技术的自动化解决方案进行了测试。自动化技术领域中的一个理念或一个标准究竟能够多快的开发出来，并在实践中得到应用取决于市场。

模块化流程设备的自动化虽然存在一定的风险，但是它能够提供灵活、敏捷/可移动和设计效率高的解决方案。在这次问卷调查中，50%以上的被调查者坚信：到2020年，模块化流程设备的自动化在某些企业中将会扮演非常重要的角色。

考虑整体的解决方案

我们遇到的大部分问题都出自自动化控制单元。但这里不仅涉及到流程设备的使用运行费用问题，而且还涉及到生产制造费用问题。拥有多个自动化控制单元流程设备的维护保养费用明显高于系统集成设备。

实际应用需要以企业的经营战略和供应商提供的标准化接口为前提。

可以为用户设计特殊的解决方案，而为当个用户研发的新方案应集成到模块化平台中。

开发实现即插即用的标准化接口还存在一定的问题。

这有悖于自动化技术供应商的利益。

确定整个自动化项目的负责人。

这里涉及到不同的使用寿命问题，涉及到15~20年的监控管理问题。

自动化控制单元需要很高的维护保养费用，因为控制单位大多数都由低端产品组成。

自动化控制单元使用时常常出现通信故障。

一般情况下我们使用成套的EMR控制调节系统，包括自动化控制单元。在流程工艺技术领域中，自动化控制单元生产厂家的专业技术和知识不是都掌握得非常全面。

自动化控制单元就像黑盒子，在出现故障时不能进行故障诊断分析。

寻找新的解决方案

模块化的流程设备方案对所使用的零部件提出了新的要求。拜耳技术服务公司的Stephan Ochs博士、F3项目的负责人对这些新的要求做了如下说明。

PROCESS：Stephan Ochs博士，F3 集装箱式模块化流程设备项目的进展如何？

Stephan Ochs：在这一项目中，用户（未来潜在的流程设备运营商）对自动化技术提出的要求都列在了设计任务书中。我们都知道目前的模块化流程设备方案还不能很好地完成自动化控制任务。

PROCESS：您能举例说明吗？

Stephan Ochs：例如今天的过程控制系统PLS不是即插即用的控制系统，当自动的把设备部件（模块）接入到现有的PLS系统之后，过程控制系统不能很好地识别。当必须在设备运行过程中接入新的设备部件（模块）时，PLS过程控制系统也必须做好相应的结构设计。为了使标准化的设备模块能够在使用时尽可能的节约能源，这一模块必须具有向上一级自动化控制系统“报告”自己所具有的功能和相关信息。例如：一个反应器模块必须具有向上一级自动化过程控制系统报告自己是什么型号的反应器、完成基本功能的温度和搅拌时的温度以及所设置的参数、如何操作使用等。这就需要使用标准化的信息通信接口和标准化的功能描述模块。我们对此已经做了一些设想和考虑，但工业化的生产使用还需要一定的时间。

PROCESS：这一项目带给人们的最大惊喜是什么？

Stephan Ochs：最大的惊喜应该是电气设备可以在易燃易爆危险环境中使用，保证了集装箱式的模块化流程设备能够在存在有害化学介质的生产过程中使用。现在的电气解决方案已经能够在Ex d级（隔爆增安型）的环境中使用，可用于电缆布线、变频器和控制元器件的隔爆增安。在这些方面，我们肯定能够与生产厂家一起开发出最合适的解决方案。

PROCESS：一种流程工艺技术解决方案一旦开发出来，不是100%可行。自动化控制技术也是这样吗？

Stephan Ochs：从自动化技术的角度出发，我们希望灵活性要求极高的设备模块由可以在最恶劣的条件下使用的元器件构成，这些元器件不仅包括传感器，也包括执行器。但在其他应用场合中，这样的配置已经是要求“过高”。这违背了经济性原则，这样的配置使得设备造价大大地提高。是否标准化和销售量提高能否弥补这种不足，还有待于未来的检验。我们期望利用标准化的流程模块大大地降低流程设备和流程工艺技术研发的投入。

PROCESS：您的这些认识能够应用于传统的自动化项目中吗？

Stephan Ochs：典型自动化零部件的应用，例如热交换器、反应器，它们在过程控制系统PLS中使用的典型元器件在传统流程设备中使用是非常有益的。但我们现在使用的大多数都是一些元器件试制品、样件。F3 集装箱式模块化流程设备项目中的标准化接口也可以在传统的流程设备自动化领域中使用，使整个流程设备系统的集成更加简单。这有助于目前使用的自动化控制单元。