論遠程測控系統(tǒng)產業(yè)的發(fā)展

北京市自動化系統(tǒng)成套工程公司前總工程師 卞正崗

論遠程測控系統(tǒng)產業(yè)的發(fā)展

北京市自動化系統(tǒng)成套工程公司前總工程師 卞正崗

1 遠程測控系統(tǒng)產業(yè)的現(xiàn)狀

中國國際遠程測控系統(tǒng)發(fā)展應用高峰論壇已經成功舉辦五屆。2014年9月24日的論壇上，大家分享了SCADA+RTU相關的技術和產業(yè)發(fā)展等方面的內容：大港油田地面系統(tǒng)已形成了以遠程測控系統(tǒng)為核心的數字化管控一體化系統(tǒng)；ABB在城市智能水網監(jiān)視與泄露檢測領域已獲得可觀的收益；和利時在煤礦安全生產綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，采用HOLLiSCADA+PLC/RTU模式，已經有多項業(yè)績；安控公司在無線RTU、無線I/O方面已取得進展；天津市政工程設計研究院還報告了SCADA的數據采集系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)和控制系統(tǒng)在污水處理行業(yè)應用的現(xiàn)狀和目標；艾默生介紹了其SCADA、RTU在油氣井場的應用，指出可整體提高油氣田生產各環(huán)節(jié)的自動化水平，可做到油氣田不再需要人工巡檢，現(xiàn)場到控制室，直至集團總部實現(xiàn)智能化。最后總結出遠程測控系統(tǒng)已從“單一型、分散型，逐步走向網絡化、智能化”。

再回憶前幾屆論壇，相關廠商在拓寬應用領域方面還做了很多工作，如輸油氣管道、電力、冶金、智能建筑、智能交通等行業(yè)的應用都已有很多成功案例，這為開拓市場立下了汗馬功勞。在系統(tǒng)架構、接入傳感器、云計算和大數據、數據挖掘各種軟件產品的引入等方面，已做了一些有益的嘗試，下面我就這些問題，從產業(yè)化的角度，做一些拋磚引玉式的闡述，僅供參考。

2 關于系統(tǒng)架構及其他

上世紀末已形成了工業(yè)自動化系統(tǒng)IPC、DCS、PLC三足鼎立的局面。由于集成化技術的發(fā)展，在2003年發(fā)布了ISO15745標準，全稱為“工業(yè)自動化系統(tǒng)和系統(tǒng)集成——開放系統(tǒng)應用集成框架”，這個ISO國際標準化組織，力圖以此解決系統(tǒng)集成的應用需求和接口兩個基本問題。實際上這也是對當時自動化產品現(xiàn)狀的反映。標準中也是IPC（工業(yè)PC）的系統(tǒng)構成作為一章獨立表述。作為工業(yè)PC機在以后的發(fā)展中，與OPC、組態(tài)軟件及PC總線擴展板及I/O板卡等結合，獨立進行系統(tǒng)集成，按相關行業(yè)需求，特別是在測試或特殊需要較多的小行業(yè)里得到較多應用。以工業(yè)PC機為核心可構成數據、采集器或控制器等節(jié)點，工業(yè)PC機構成操作器或人機界面則應用更多。

近十年來，由于遠程測控系統(tǒng)的需求旺盛，許多工程公司及系統(tǒng)提供商提出遠程測控系統(tǒng)（RMCS）、分散型控制系統(tǒng)（DCS）、可編程控制器系統(tǒng)（PLC）三足鼎立的系統(tǒng)構成形式。又由于以太網技術的發(fā)展，與之配套的集成器、交換機的出現(xiàn)，RMCS、DCS、PLC的主體系統(tǒng)結構又出現(xiàn)趨同化的趨勢，所以當下遠程測控系統(tǒng)與IPC、DCS、PLC三足鼎立形成時期的IPC與遠程測控系統(tǒng)對應的情況并不相同，但基于IPC的PC-based系統(tǒng)解決方案仍然是主流。

再看近十年來，IPC工控機的發(fā)展情況。通用型工控機和嵌入式工控機都得到發(fā)展，硬件及配套軟件得到不斷更新，處理器性能、內存、網絡接口、顯示及I/O和機箱結構、體積、重量、功耗等方面都有進步，小型化、智能化、低功耗已成為發(fā)展趨勢。除國產大陸品牌外，外商和臺商特別是西門子和研華、凌華等表現(xiàn)很突出，如西門子的SIMATIC IPC3000 SMART工控機產品采用4U標準機架，產自成都基地，本地制造，本地服務，從而提升了西門子工控機產品的競爭力。研華除在硬件上不斷更新外，還做出了備受好評的自動化售檢票AFC系統(tǒng)這樣的行業(yè)專用機，為產業(yè)化做出了典范，還在昆山啟動了創(chuàng)新研發(fā)中心（A+TC），并重新開發(fā)物聯(lián)網軟件：以研華WebAccess的瀏覽器架構軟件為基礎，搭配SUSI智能設備云端管理平臺，提供物聯(lián)網數據采集使用的圖控軟件、智能影像系統(tǒng)軟件、智能互動多媒體系統(tǒng)軟件。凌華研發(fā)出了MIX系列，MATRIX系列（MEX-1300、MXE-5400、MXC-2300、MXC-6300）的嵌入式工控機，以及基于CoMe載板架構的全系列嵌入式主板，滿足了眾多行業(yè)在系統(tǒng)穩(wěn)定度、電源功耗、行動便攜等方面的需求，并開發(fā)了SEMA軟件，可以通過互聯(lián)網來監(jiān)控主板上所有的系統(tǒng)運作參數。

北京康拓公司起步比研華等公司都早，中關村的STD總線工控機產品，為中關村產業(yè)的興旺立下了汗馬功勞。2011年3月組建的軒宇空間科技有限公司，更不可同日而語，因為我國航天事業(yè)突飛猛進，而他們的測控技術經過了實戰(zhàn)的考驗。據2014年10月《自動化博覽》中《軒宇空間，實現(xiàn)高新技術產業(yè)化》一文中所寫，軒宇空間已經完成30余套衛(wèi)星姿軌控制和系統(tǒng)及測試設備80余套衛(wèi)星中心控制器、星載計算機等單機功能測試設備，100余套微信敏感器、執(zhí)行機構的部件級測試設備，具體實例有嫦娥五號系列飛行器所組成的單機、部件及系統(tǒng)級測試設備。為了滿足不同用戶測試系統(tǒng)集成需求，通用產品有PCI、CPC總線數據采集板卡、PXI、PXI-E總線采集控制產品、3U/6U工控機、一體式工控機、嵌入式主控制器等。他們的宗旨是“源于航天、軍民融合、面向世界”，相信他們將會在后文中提到的“智慧地球”的應用領域中發(fā)揮更多的作用。

遠程測控系統(tǒng)以通用的IPC工控機為主要節(jié)點，以以太網構成的扁平化網絡為主流，滿足大多數行業(yè)的需求，這是常態(tài)。在實際發(fā)展中應達到客戶對開放性、高性價比、易用性、易維護性、高品質的服務等方面的要求，還要讓客戶有多種選擇。所以嵌入式工控機、PLC控制器、PAC、RTU、無線產品等與通用IPC兼容發(fā)展，各種軟件與之橫向、縱向集成，形成豐富多彩的系統(tǒng)也是必然的發(fā)展趨勢。

遠程測控系統(tǒng)為了適應測控和管理的要求，除了目前已流行的現(xiàn)場層、監(jiān)控層、MES/ERP管理層多層結構外，還將發(fā)展無主或多主自治式的體系結構，這種徹底分散型結構，是大系統(tǒng)的一種形式，這與互聯(lián)網的發(fā)展（e網到底）和最準確的感知及最安全的決策的需求相呼應，這是智能化、智慧化的一種表現(xiàn)。對于目前常態(tài)的多層結構的管理層，應完善頂層設計，應與實際管理一致，逐步做到遠程測控系統(tǒng)成為實際管理不可或缺的一部分。

總之，研討遠程測控系統(tǒng)的架構，是要實際考慮產業(yè)化的需求，把產業(yè)做實，又要順應智慧工廠、智慧城市、智慧地球和精神文明、物質文明、生態(tài)文明發(fā)展的潮流，才能使遠程測控系統(tǒng)的產業(yè)化是實實在在的，又是充滿活力的。

3 應用市場的細分和開拓

在遠程測控系統(tǒng)市場開拓過程中，形成規(guī)模的先后，有輸油輸氣管道、油氣田測控、輸配電的數字化管理、城市軌道交通等管理、智能建筑等；而在此之前已發(fā)展起來的數字化工廠中的DCS以外的系統(tǒng)如火氣系統(tǒng)等10多種系統(tǒng)，也多屬于測控系統(tǒng)；數字地球的理念提出后，逐漸發(fā)展成智慧城市、智慧地球及傳感網、物聯(lián)網等產業(yè)，也與遠程測控系統(tǒng)相融合?，F(xiàn)在就以智慧工廠、智慧城市、智慧地球為題，分述于后。

3.1 智慧工廠

3.1.1 流程工業(yè)

這是最有基礎的細分市場，我們都知道大型石化工廠中除DCS以外，有十多種與之平行的系統(tǒng)，多屬于遠程測控系統(tǒng)，重點的分析有如下特點：

（1）由于傳感器的發(fā)展，特別是價格較低的傳感器大量使用而出現(xiàn)的測控系統(tǒng)，如氣敏元件對滅火、有毒氣體檢測報警的需求而出現(xiàn)了F＆G火氣系統(tǒng)。

（2）由于PAT過程分析技術的發(fā)展，價格較低的分析儀器使用量增加，優(yōu)化控制要求提高，分析儀器日常監(jiān)視維護工作量增加，而形成了分析儀管理和數據采集系統(tǒng)（AMADAS）。

（3）為了滿足操作人員培訓，為了管控一體化，為了優(yōu)化控制而形成的仿真系統(tǒng)、操作培訓系統(tǒng)（OTS）。

（4）其他還有物流控制系統(tǒng)（MAS）、能源管理系統(tǒng)、罐區(qū)裝車儲運、油品調和等界外系統(tǒng)等。

（5）艾默生公司提出普適測量與綜合控制的理念，這適用于眾多行業(yè)。對流程工業(yè)來說，眾多測量參數中，用于回路控制的是少數，大多數是用于監(jiān)視，又如目前已經興起的設備管理，也只是針對自動化相關的部分現(xiàn)場檢測儀表和執(zhí)行器，而更重要的工藝設備、旋轉設備只有少數的健康狀況儀表得到監(jiān)視，這將為無線的測控系統(tǒng)開拓很多應用空間。

3.1.2 離散工業(yè)

這是指機械制造業(yè)及眾多食品輕工，包括流程工業(yè)的后期處理階段（灌裝、包裝等）、電子產品制造等以開關量為主、模擬量為鋪的離散自動化領域，這個領域，單機自動化由于采用PLC可編程控制器及以電動機控制為主的運動控制為主，但仍有大量手工勞動，而單機以上的監(jiān)控系統(tǒng)則在實際產業(yè)中仍然較少，即使是機械制造行業(yè)中也只有汽車制造行業(yè)使用機械手、機器人已經成形，所以這個領域中遠程測控系統(tǒng)大有可為。

（1）輕工行業(yè)中，如生產鞋、襪、拉鏈的群控系統(tǒng)，單機自動化基本做到了，這樣一個車間有多臺單機的群控問題，遠程測控系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)是可以分享的市場。

（2）新興檢測、控制手段出現(xiàn)也為遠程測控系統(tǒng)進入離散自動化開創(chuàng)了條件，如機器視覺，現(xiàn)今的工業(yè)相機已有了通用的USB、Gige（千兆以太網）等接口，遠程測控系統(tǒng)是以PC為基礎的系統(tǒng)，比PLC系統(tǒng)開放性強，所以占有這方面的市場。

（3）離散工業(yè)是加工一件一件的零件、部件、商品，儲運都是一件一件、一箱一箱的，立體倉庫也是一個一個貨位，所以RFID和現(xiàn)在流行的二維碼等，都是遠程測控系統(tǒng)便于互連、互通、互操作的，所以可以與DCS、PLC系統(tǒng)競爭，占有這方面市場。自動化系統(tǒng)中，識別、尋找、跟蹤、統(tǒng)計等功能已經成為常態(tài)，如能實現(xiàn)這些功能，就是對市場的開拓。

（4）產業(yè)結構要調正，中國制造業(yè)要翻身，就要實現(xiàn)智能制造，依靠的平臺就是遠程測控系統(tǒng)，所以可開拓的產業(yè)是很多的。

3.2 智慧城市

這個市場發(fā)展歷史較久，如智能建筑或稱樓宇自動化，由于暖通空調發(fā)展較早，已有40年以上的歷史。但今日的智慧城市的業(yè)務范圍或其信息量遠超過智能建筑一個細分市場，特別是城鎮(zhèn)化已成為主流的今天，我國已啟動了三批智慧城市試點的申報，所以市場很大（約有400個城市）。

（1）智能建筑與智能電網：這已經形成產業(yè)。就遠程測控系統(tǒng)來說，這要順應這兩個行業(yè)的歷史，特別是現(xiàn)場層已有多種數據通信方式占領了市場，而且對應水表、熱力表、煤氣表、電表都有專門的接口或通信芯片，與管理層連接方式也很成熟，能滿足計量、收費的要求，當然今后應逐步使現(xiàn)場儀表、接口方式等融合，有利于使用維護。

（2）智能交通、城市地鐵為主的軌道交通的監(jiān)控系統(tǒng)已經形成了產業(yè)，但智能交通應包括人、票、車、路，完整系統(tǒng)的管理監(jiān)控，建立相應的遠程測控系統(tǒng)，建立指揮中心。據相關資料指出，我國智能交通市場規(guī)模，將由2012年的300億元增至2015年的1000億元，所以遠程測控系統(tǒng)有可能成為中心，配合安全系統(tǒng)、指揮中心……共同來分享這塊大蛋糕。

（3）公共資源的監(jiān)控和管理：一個現(xiàn)代化城市，民生中最重要的公共資源要做到心中有數，所以倉庫、物流、能源、商業(yè)、醫(yī)藥等公共資源要由遠程監(jiān)控系統(tǒng)來進行量化管控，要有常態(tài)、動態(tài)、突發(fā)事件的不同預案，要把離散的、事務性的數據都納入一個數據庫中，建立數據模型，仿真運轉，求出公平、公正、公開的面對市民的說法、做法，做市長的好助手。

（4）關于智慧環(huán)境（環(huán)控）：特別是大城市，環(huán)保局、水務局等機構下已有多種檢測部門，把他們構成智慧城市的遠程測控系統(tǒng)、指揮中心，是很有必要的。這應列入中等以上城市民生裝備之中。

3.3 智慧地球

以概念來說，智慧地球是無所不包的，但對于遠程測控系統(tǒng)來說，它又是與之聯(lián)系有限的，或者說人們不常把這兩者聯(lián)系起來。但時代不同了，我們應順時勢而為之。自2009年IBM的CEO彭明盛提出“智慧地球”以來，特別是1993年建成的GPS系統(tǒng)（Global Positioning System）并開放免費使用，且在汽車上廣泛使用。由于我國北斗一號系統(tǒng)進入實際應用以來，又在2014年第25屆多國儀表展覽會期間舉辦了空間儀器國際學術會議，引起一些從事遠程測控系統(tǒng)的人士重視，再看看本文前面介紹的502所，是我們自動化行業(yè)、儀器儀表行業(yè)的老朋友，所以可以放眼去瞧瞧，拭目以待。

地球的信息太多，需要感知的太多，人們生活在一個地球上，有限的資源、很多災害、生態(tài)的惡化，都需要從感知的信息中進一步的分析、推理，用智慧智能化去興利除害，所以今后將會出現(xiàn)許多熱點，細分出許多市場，使遠程測控系統(tǒng)得到發(fā)展。

（1）GPS全球定位系統(tǒng)：利用24顆地球衛(wèi)星發(fā)射的信息進行導航、定位、授時（這在DCS及其它遠程測控系統(tǒng)中已有應用實例），向全世界提供連續(xù)、實時、高精度的三維位置、三維速度和時間信息。系統(tǒng)包括空間部分、地面監(jiān)視系統(tǒng)、用戶設備GPS信號接收機三部分，接收機的民用部分，儀器儀表行業(yè)已經能用單片機或嵌入式IPC研發(fā)生產相關產品。GPS信號接收機的普及，將為遠程測控系統(tǒng)的市場開發(fā)提供契機。

（2）GIS地理信息系統(tǒng)：它是利用計算機技術實現(xiàn)地理信息的收集、處理、存儲、分析和應用的系統(tǒng)。它可以解決與分布、位置有關的基本問題、趨勢分析、模式問題、模擬問題等。這在“智慧城市”的城市管理中廣泛應用，最簡單的如乘車路線的信息查詢系統(tǒng)等。

（3）RS遙感技術：這是測控技術的一種，已從靜態(tài)到動態(tài)、從區(qū)域到全球、從地標到太空，其特色是多傳感器、高分辨率和多時相。我國已從應用國外衛(wèi)星資料到自主發(fā)射遙感衛(wèi)星，自己開發(fā)出一批硬件和軟件，而且進入國際市場，應用于眾多行業(yè)。

（4）3S集成：即GPS、GIS、RS集成，這是大勢所趨，遠程測控系統(tǒng)應在其中占有一席之地。大家熟知的GPS和電子地圖的車載導航系統(tǒng)、機載GPS進行航空攝影測量系統(tǒng)，只是GPS、GIS兩者的集成。

（5）精準農業(yè)農田地理信息系統(tǒng)：農業(yè)上大片農田的耕C作，用GPS、GIS的集成實現(xiàn)無人或有人智能化拖拉機的耕田已經M應用較多，而3S集成系統(tǒng)，則可以實現(xiàn)農業(yè)生產信息管理及農田Y投入的調節(jié)和控制，從而達到提高效益、避免資源浪費、減少環(huán)CM境污染的目的，具體如在輔助決策系統(tǒng)下生成指導農田內定位作MY業(yè)管理的處方圖，提供給智能農機實施定位作業(yè)管理等。這僅是CY一個行業(yè)的例子，遠程測控系統(tǒng)把收集的大量數據和圖像、音像CMY等各種信息，經過大數據、云計算等幫助，實現(xiàn)對天災等的預報K已經是提上日程的生態(tài)文明的要務了！

4 其他

客制化和人機界面兩件事，是影響系統(tǒng)結構和市場細分和開拓的大課題，《自動化博覽》2014年第10期中刊出施耐德電氣提出可視化功能實現(xiàn)遠程操控的問題，指出somachine V4.1軟件整合了web Visualization功能，無需HMI設備，OEM用戶可以隨時隨地直觀了解機器運行狀況，并且通過蘋果、安卓和Window操作系統(tǒng)等智能終端設備，進行機器設備的無線遠程監(jiān)控、診斷和維護。在4G和移動互聯(lián)（智能手機）的今天，人機界面和客制化將是豐富多彩的，所以注定遠程測控系統(tǒng)也是豐富多彩的。

卞正崗（1936-），男，教授級高級工程師，1961年畢業(yè)于清華大學電機系，早年從事電機及微型電機研究，后多年從事工業(yè)自動化儀表、集散系統(tǒng)和現(xiàn)場總線的研制和自動化系統(tǒng)集成的工程實踐，享受政府特殊津貼，中國自動化學會科普工作委員會委員，曾獲得有色總公司科技進步一等獎和國家機械總局科技進步三等獎。