模塊化時代到來了嗎？

文/ Sabine Mühlenkamp

過程自動化 Process Automation

模塊化時代到來了嗎？

文/ Sabine Mühlenkamp

模塊的自動化——這種設(shè)備類型是流程工業(yè)中的一個權(quán)宜之計嗎？不是，當(dāng)你聽到去年SPS IPC2016驅(qū)動技術(shù)交流會上的發(fā)言之后您就會清楚，關(guān)注這一話題的不僅僅是制藥領(lǐng)域和精細(xì)化工領(lǐng)域的企業(yè)，而且石油天然氣工業(yè)領(lǐng)域的Brownfield公司也對這一話題極為關(guān)注。

盡管流程工業(yè)領(lǐng)域中自動化部件的用戶不厭其煩地強(qiáng)調(diào)，傳統(tǒng)的自動化金字塔是非常成熟可靠的自動化技術(shù)，卻沒有徹底解決問題，但是還是感覺到了這一領(lǐng)域中的技術(shù)更新和變化。不僅是在去年德國Namur大會上，在PROCESS雜志執(zhí)行主編Anke Geipel-Kern女士2016年11月底主持的ZVEI德國電氣和電子制造商協(xié)會和VDMA德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)協(xié)會聯(lián)合舉辦的研討會上，用戶、自動化技術(shù)供應(yīng)商和模塊生產(chǎn)廠家都一致認(rèn)為：模塊化設(shè)備的時代已經(jīng)到來了。

Invite、拜耳公司和多特蒙德技術(shù)大學(xué)合辦的研究中心，幾年來就一直圍繞著未來的流程設(shè)備應(yīng)該是什么樣的在忙碌著，想把批次生產(chǎn)與連續(xù)性生產(chǎn)兩種不同的流程工藝生產(chǎn)過程合二為一。然而他們的努力卻因目前的自動化而阻力重重。“當(dāng)機(jī)械方面大功告成的時候，自動化技術(shù)方面卻問題如山。”Invite研究所的Jens Bernshausen博士說道。由于各個模塊之間缺少與上一級主控系統(tǒng)的集成性，因此在模塊更換中就談不上什么靈活性。

雖然總是不斷涌現(xiàn)一些新的模塊，但它們很難集成到一起；正如Sartorius Stedim系統(tǒng)公司的Johannes Wagner博士根據(jù)他多年來的經(jīng)驗所講的那樣：“目前我們能夠把模塊化單元按照遠(yuǎn)程控制方式集成到流程工藝系統(tǒng)中去，但這是一件非常艱苦的攻關(guān)。”這并不是自動化技術(shù)供應(yīng)商自己的問題。ABB公司Axel Haller博士，ZVEI德國電氣和電子制造商協(xié)會的發(fā)言人說的非常清楚，“模塊的自動化”就是今天流程設(shè)備主控系統(tǒng)遇到的一些挑戰(zhàn)，例如在流程設(shè)備靈活性和快速調(diào)整方面。“我們需要的是智能化的、能夠相互通信對話的模塊。” Haller先生說。

來自工業(yè)領(lǐng)域的壓力

尤其是來自制藥工業(yè)領(lǐng)域和生物技術(shù)領(lǐng)域的壓力，實時上市的時間越來越短，而且越來越多的是用戶定制特殊解決方案。“我們不僅要考慮部件，而且還要考慮設(shè)備方面的問題。”GEA公司的Thomas Mader先生強(qiáng)調(diào)說道。他堅信這里就要討論自動化領(lǐng)域的一些基本問題。模塊化設(shè)備的自動化方案，就像他在有關(guān)工作組中所說的那樣，自動化解決方案不能只在小型的、靈活性的設(shè)備模塊中實現(xiàn)，而是要在Brownf i eld公司生產(chǎn)的大型流程設(shè)備中實現(xiàn)。“在石油—天然氣領(lǐng)域中總是不斷地出現(xiàn)這樣的情況，我們總是要更換一些用了很長時間的流程設(shè)備部件。目前我們是1：1的更換，而有著新功能的新模塊總是要很費力才能與老控制系統(tǒng)匹配連接起來。”Clariant公司的Michael Pelz先生，Namur協(xié)會工作組的成員確認(rèn)說道。當(dāng)前討論的模塊化方案將來要取代老設(shè)備中的舊設(shè)備，新模塊的新功能在編程工作量不大的情況下與流程設(shè)備的主控系統(tǒng)相互連接，通過程序工程師的工作站就能完成任務(wù)。

SPS 2016模塊自動化交流會的參加者，主持人Anke Geipel-Kern女士（PROCESS執(zhí)行主編），從左至右：Michael Pelz先生（Clariant公司）、Johannes Wagner博士（Sartorius公司）、Axel Haller博士（ABB公司）、Thomas Mader先生（Gea公司）、Jens Bernshausen博士（Invite研究所）

工業(yè)4.0的模塊化流程設(shè)備也個令人感興趣的東西，因為這是一種智能化的設(shè)備方案。或者正像流程設(shè)備用戶Pelz先生一針見血指出的那樣：“當(dāng)前的工業(yè)4.0解決方案是在單片機(jī)基礎(chǔ)上討論的解決方案，這根本就是一個矛盾。”參加討論的人員對這一問題都持樂觀的態(tài)度。一方面，這種想法，對互換性和可比性的擔(dān)憂早在幾年前與自動化技術(shù)企業(yè)的第一次大討論中就已經(jīng)解決了；另一方面，在過去5年里市場提出的要求已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，例如：目前的制藥企業(yè)正面臨著巨大的動蕩，因此它們在機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的模塊化方面下了很大的功夫。機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域中的每一項發(fā)明都推動著模塊化技術(shù)的發(fā)展。

展望未來

與會者一致認(rèn)為Namur協(xié)會的MTP模塊類型包是一個突破性的飛躍。將來，MTP模塊類型包技術(shù)將有可能改變工程項目的施工方案。因為Namur的MTP模塊化類型包非常簡單、易于操作。可以想象，它會讓流程工藝技術(shù)人員只依靠自己的力量就能實現(xiàn)流程設(shè)備的自動化。

讓智能進(jìn)入模塊

過去，傳統(tǒng)的流程設(shè)備模塊都是由上一級主控系統(tǒng)控制的；主控系統(tǒng)控制著模塊化設(shè)備中的執(zhí)行器和傳感器，與它們進(jìn)行通信聯(lián)系。這種控制方法要求在流程設(shè)備控制系統(tǒng)中編寫一些控制程序。現(xiàn)在，人們想著把這樣的智能化控制植入到設(shè)備模塊中去。MTP就是模塊類型包的英文（Module Type Package）縮寫，表示的是各個模塊之間能夠交換信息的智能化。這里具有決定性意義的是：這里的信息交換是在標(biāo)準(zhǔn)化格式中進(jìn)行的。也就是說，不論是哪一家公司研發(fā)生產(chǎn)的控制系統(tǒng)，每一個都能讀懂這些信息。2016年度的Namur大會上展示了一個這樣的MTP模塊類型樣機(jī)，樣機(jī)是由7家生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的（Yokogawa公司、ABB公 司、Wago公 司、Phoenix Contact公司、西門子公司、Emerson公司、Pepperl+Fuchs公司、Hima公司和Festo公司）；例如，它能夠在一個公共的HMI人機(jī)界面中交換不同生產(chǎn)廠家控制系統(tǒng)的圖像信息。

本文作者系PROCESS德文版自由撰稿人。