论远程测控系统产业的发展

北京市自动化系统成套工程公司前总工程师 卞正岗

论远程测控系统产业的发展

北京市自动化系统成套工程公司前总工程师 卞正岗

1 远程测控系统产业的现状

中国国际远程测控系统发展应用高峰论坛已经成功举办五届。2014年9月24日的论坛上，大家分享了SCADA+RTU相关的技术和产业发展等方面的内容：大港油田地面系统已形成了以远程测控系统为核心的数字化管控一体化系统；ABB在城市智能水网监视与泄露检测领域已获得可观的收益；和利时在煤矿安全生产综合监控系统中，采用HOLLiSCADA+PLC/RTU模式，已经有多项业绩；安控公司在无线RTU、无线I/O方面已取得进展；天津市政工程设计研究院还报告了SCADA的数据采集系统、监视系统和控制系统在污水处理行业应用的现状和目标；艾默生介绍了其SCADA、RTU在油气井场的应用，指出可整体提高油气田生产各环节的自动化水平，可做到油气田不再需要人工巡检，现场到控制室，直至集团总部实现智能化。最后总结出远程测控系统已从“单一型、分散型，逐步走向网络化、智能化”。

再回忆前几届论坛，相关厂商在拓宽应用领域方面还做了很多工作，如输油气管道、电力、冶金、智能建筑、智能交通等行业的应用都已有很多成功案例，这为开拓市场立下了汗马功劳。在系统架构、接入传感器、云计算和大数据、数据挖掘各种软件产品的引入等方面，已做了一些有益的尝试，下面我就这些问题，从产业化的角度，做一些抛砖引玉式的阐述，仅供参考。

2 关于系统架构及其他

上世纪末已形成了工业自动化系统IPC、DCS、PLC三足鼎立的局面。由于集成化技术的发展，在2003年发布了ISO15745标准，全称为“工业自动化系统和系统集成——开放系统应用集成框架”，这个ISO国际标准化组织，力图以此解决系统集成的应用需求和接口两个基本问题。实际上这也是对当时自动化产品现状的反映。标准中也是IPC（工业PC）的系统构成作为一章独立表述。作为工业PC机在以后的发展中，与OPC、组态软件及PC总线扩展板及I/O板卡等结合，独立进行系统集成，按相关行业需求，特别是在测试或特殊需要较多的小行业里得到较多应用。以工业PC机为核心可构成数据、采集器或控制器等节点，工业PC机构成操作器或人机界面则应用更多。

近十年来，由于远程测控系统的需求旺盛，许多工程公司及系统提供商提出远程测控系统（RMCS）、分散型控制系统（DCS）、可编程控制器系统（PLC）三足鼎立的系统构成形式。又由于以太网技术的发展，与之配套的集成器、交换机的出现，RMCS、DCS、PLC的主体系统结构又出现趋同化的趋势，所以当下远程测控系统与IPC、DCS、PLC三足鼎立形成时期的IPC与远程测控系统对应的情况并不相同，但基于IPC的PC-based系统解决方案仍然是主流。

再看近十年来，IPC工控机的发展情况。通用型工控机和嵌入式工控机都得到发展，硬件及配套软件得到不断更新，处理器性能、内存、网络接口、显示及I/O和机箱结构、体积、重量、功耗等方面都有进步，小型化、智能化、低功耗已成为发展趋势。除国产大陆品牌外，外商和台商特别是西门子和研华、凌华等表现很突出，如西门子的SIMATIC IPC3000 SMART工控机产品采用4U标准机架，产自成都基地，本地制造，本地服务，从而提升了西门子工控机产品的竞争力。研华除在硬件上不断更新外，还做出了备受好评的自动化售检票AFC系统这样的行业专用机，为产业化做出了典范，还在昆山启动了创新研发中心（A+TC），并重新开发物联网软件：以研华WebAccess的浏览器架构软件为基础，搭配SUSI智能设备云端管理平台，提供物联网数据采集使用的图控软件、智能影像系统软件、智能互动多媒体系统软件。凌华研发出了MIX系列，MATRIX系列（MEX-1300、MXE-5400、MXC-2300、MXC-6300）的嵌入式工控机，以及基于CoMe载板架构的全系列嵌入式主板，满足了众多行业在系统稳定度、电源功耗、行动便携等方面的需求，并开发了SEMA软件，可以通过互联网来监控主板上所有的系统运作参数。

北京康拓公司起步比研华等公司都早，中关村的STD总线工控机产品，为中关村产业的兴旺立下了汗马功劳。2011年3月组建的轩宇空间科技有限公司，更不可同日而语，因为我国航天事业突飞猛进，而他们的测控技术经过了实战的考验。据2014年10月《自动化博览》中《轩宇空间，实现高新技术产业化》一文中所写，轩宇空间已经完成30余套卫星姿轨控制和系统及测试设备80余套卫星中心控制器、星载计算机等单机功能测试设备，100余套微信敏感器、执行机构的部件级测试设备，具体实例有嫦娥五号系列飞行器所组成的单机、部件及系统级测试设备。为了满足不同用户测试系统集成需求，通用产品有PCI、CPC总线数据采集板卡、PXI、PXI-E总线采集控制产品、3U/6U工控机、一体式工控机、嵌入式主控制器等。他们的宗旨是“源于航天、军民融合、面向世界”，相信他们将会在后文中提到的“智慧地球”的应用领域中发挥更多的作用。

远程测控系统以通用的IPC工控机为主要节点，以以太网构成的扁平化网络为主流，满足大多数行业的需求，这是常态。在实际发展中应达到客户对开放性、高性价比、易用性、易维护性、高品质的服务等方面的要求，还要让客户有多种选择。所以嵌入式工控机、PLC控制器、PAC、RTU、无线产品等与通用IPC兼容发展，各种软件与之横向、纵向集成，形成丰富多彩的系统也是必然的发展趋势。

远程测控系统为了适应测控和管理的要求，除了目前已流行的现场层、监控层、MES/ERP管理层多层结构外，还将发展无主或多主自治式的体系结构，这种彻底分散型结构，是大系统的一种形式，这与互联网的发展（e网到底）和最准确的感知及最安全的决策的需求相呼应，这是智能化、智慧化的一种表现。对于目前常态的多层结构的管理层，应完善顶层设计，应与实际管理一致，逐步做到远程测控系统成为实际管理不可或缺的一部分。

总之，研讨远程测控系统的架构，是要实际考虑产业化的需求，把产业做实，又要顺应智慧工厂、智慧城市、智慧地球和精神文明、物质文明、生态文明发展的潮流，才能使远程测控系统的产业化是实实在在的，又是充满活力的。

3 应用市场的细分和开拓

在远程测控系统市场开拓过程中，形成规模的先后，有输油输气管道、油气田测控、输配电的数字化管理、城市轨道交通等管理、智能建筑等；而在此之前已发展起来的数字化工厂中的DCS以外的系统如火气系统等10多种系统，也多属于测控系统；数字地球的理念提出后，逐渐发展成智慧城市、智慧地球及传感网、物联网等产业，也与远程测控系统相融合。现在就以智慧工厂、智慧城市、智慧地球为题，分述于后。

3.1 智慧工厂

3.1.1 流程工业

这是最有基础的细分市场，我们都知道大型石化工厂中除DCS以外，有十多种与之平行的系统，多属于远程测控系统，重点的分析有如下特点：

（1）由于传感器的发展，特别是价格较低的传感器大量使用而出现的测控系统，如气敏元件对灭火、有毒气体检测报警的需求而出现了F＆G火气系统。

（2）由于PAT过程分析技术的发展，价格较低的分析仪器使用量增加，优化控制要求提高，分析仪器日常监视维护工作量增加，而形成了分析仪管理和数据采集系统（AMADAS）。

（3）为了满足操作人员培训，为了管控一体化，为了优化控制而形成的仿真系统、操作培训系统（OTS）。

（4）其他还有物流控制系统（MAS）、能源管理系统、罐区装车储运、油品调和等界外系统等。

（5）艾默生公司提出普适测量与综合控制的理念，这适用于众多行业。对流程工业来说，众多测量参数中，用于回路控制的是少数，大多数是用于监视，又如目前已经兴起的设备管理，也只是针对自动化相关的部分现场检测仪表和执行器，而更重要的工艺设备、旋转设备只有少数的健康状况仪表得到监视，这将为无线的测控系统开拓很多应用空间。

3.1.2 离散工业

这是指机械制造业及众多食品轻工，包括流程工业的后期处理阶段（灌装、包装等）、电子产品制造等以开关量为主、模拟量为铺的离散自动化领域，这个领域，单机自动化由于采用PLC可编程控制器及以电动机控制为主的运动控制为主，但仍有大量手工劳动，而单机以上的监控系统则在实际产业中仍然较少，即使是机械制造行业中也只有汽车制造行业使用机械手、机器人已经成形，所以这个领域中远程测控系统大有可为。

（1）轻工行业中，如生产鞋、袜、拉链的群控系统，单机自动化基本做到了，这样一个车间有多台单机的群控问题，远程测控系统与PLC系统是可以分享的市场。

（2）新兴检测、控制手段出现也为远程测控系统进入离散自动化开创了条件，如机器视觉，现今的工业相机已有了通用的USB、Gige（千兆以太网）等接口，远程测控系统是以PC为基础的系统，比PLC系统开放性强，所以占有这方面的市场。

（3）离散工业是加工一件一件的零件、部件、商品，储运都是一件一件、一箱一箱的，立体仓库也是一个一个货位，所以RFID和现在流行的二维码等，都是远程测控系统便于互连、互通、互操作的，所以可以与DCS、PLC系统竞争，占有这方面市场。自动化系统中，识别、寻找、跟踪、统计等功能已经成为常态，如能实现这些功能，就是对市场的开拓。

（4）产业结构要调正，中国制造业要翻身，就要实现智能制造，依靠的平台就是远程测控系统，所以可开拓的产业是很多的。

3.2 智慧城市

这个市场发展历史较久，如智能建筑或称楼宇自动化，由于暖通空调发展较早，已有40年以上的历史。但今日的智慧城市的业务范围或其信息量远超过智能建筑一个细分市场，特别是城镇化已成为主流的今天，我国已启动了三批智慧城市试点的申报，所以市场很大（约有400个城市）。

（1）智能建筑与智能电网：这已经形成产业。就远程测控系统来说，这要顺应这两个行业的历史，特别是现场层已有多种数据通信方式占领了市场，而且对应水表、热力表、煤气表、电表都有专门的接口或通信芯片，与管理层连接方式也很成熟，能满足计量、收费的要求，当然今后应逐步使现场仪表、接口方式等融合，有利于使用维护。

（2）智能交通、城市地铁为主的轨道交通的监控系统已经形成了产业，但智能交通应包括人、票、车、路，完整系统的管理监控，建立相应的远程测控系统，建立指挥中心。据相关资料指出，我国智能交通市场规模，将由2012年的300亿元增至2015年的1000亿元，所以远程测控系统有可能成为中心，配合安全系统、指挥中心……共同来分享这块大蛋糕。

（3）公共资源的监控和管理：一个现代化城市，民生中最重要的公共资源要做到心中有数，所以仓库、物流、能源、商业、医药等公共资源要由远程监控系统来进行量化管控，要有常态、动态、突发事件的不同预案，要把离散的、事务性的数据都纳入一个数据库中，建立数据模型，仿真运转，求出公平、公正、公开的面对市民的说法、做法，做市长的好助手。

（4）关于智慧环境（环控）：特别是大城市，环保局、水务局等机构下已有多种检测部门，把他们构成智慧城市的远程测控系统、指挥中心，是很有必要的。这应列入中等以上城市民生装备之中。

3.3 智慧地球

以概念来说，智慧地球是无所不包的，但对于远程测控系统来说，它又是与之联系有限的，或者说人们不常把这两者联系起来。但时代不同了，我们应顺时势而为之。自2009年IBM的CEO彭明盛提出“智慧地球”以来，特别是1993年建成的GPS系统（Global Positioning System）并开放免费使用，且在汽车上广泛使用。由于我国北斗一号系统进入实际应用以来，又在2014年第25届多国仪表展览会期间举办了空间仪器国际学术会议，引起一些从事远程测控系统的人士重视，再看看本文前面介绍的502所，是我们自动化行业、仪器仪表行业的老朋友，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，人们生活在一个地球上，有限的资源、很多灾害、生态的恶化，都需要从感知的信息中进一步的分析、推理，用智慧智能化去兴利除害，所以今后将会出现许多热点，细分出许多市场，使远程测控系统得到发展。

（1）GPS全球定位系统：利用24颗地球卫星发射的信息进行导航、定位、授时（这在DCS及其它远程测控系统中已有应用实例），向全世界提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息。系统包括空间部分、地面监视系统、用户设备GPS信号接收机三部分，接收机的民用部分，仪器仪表行业已经能用单片机或嵌入式IPC研发生产相关产品。GPS信号接收机的普及，将为远程测控系统的市场开发提供契机。

（2）GIS地理信息系统：它是利用计算机技术实现地理信息的收集、处理、存储、分析和应用的系统。它可以解决与分布、位置有关的基本问题、趋势分析、模式问题、模拟问题等。这在“智慧城市”的城市管理中广泛应用，最简单的如乘车路线的信息查询系统等。

（3）RS遥感技术：这是测控技术的一种，已从静态到动态、从区域到全球、从地标到太空，其特色是多传感器、高分辨率和多时相。我国已从应用国外卫星资料到自主发射遥感卫星，自己开发出一批硬件和软件，而且进入国际市场，应用于众多行业。

（4）3S集成：即GPS、GIS、RS集成，这是大势所趋，远程测控系统应在其中占有一席之地。大家熟知的GPS和电子地图的车载导航系统、机载GPS进行航空摄影测量系统，只是GPS、GIS两者的集成。

（5）精准农业农田地理信息系统：农业上大片农田的耕C作，用GPS、GIS的集成实现无人或有人智能化拖拉机的耕田已经M应用较多，而3S集成系统，则可以实现农业生产信息管理及农田Y投入的调节和控制，从而达到提高效益、避免资源浪费、减少环CM境污染的目的，具体如在辅助决策系统下生成指导农田内定位作MY业管理的处方图，提供给智能农机实施定位作业管理等。这仅是CY一个行业的例子，远程测控系统把收集的大量数据和图像、音像CMY等各种信息，经过大数据、云计算等帮助，实现对天灾等的预报K已经是提上日程的生态文明的要务了！

4 其他

客制化和人机界面两件事，是影响系统结构和市场细分和开拓的大课题，《自动化博览》2014年第10期中刊出施耐德电气提出可视化功能实现远程操控的问题，指出somachine V4.1软件整合了web Visualization功能，无需HMI设备，OEM用户可以随时随地直观了解机器运行状况，并且通过苹果、安卓和Window操作系统等智能终端设备，进行机器设备的无线远程监控、诊断和维护。在4G和移动互联（智能手机）的今天，人机界面和客制化将是丰富多彩的，所以注定远程测控系统也是丰富多彩的。

卞正岗（1936-），男，教授级高级工程师，1961年毕业于清华大学电机系，早年从事电机及微型电机研究，后多年从事工业自动化仪表、集散系统和现场总线的研制和自动化系统集成的工程实践，享受政府特殊津贴，中国自动化学会科普工作委员会委员，曾获得有色总公司科技进步一等奖和国家机械总局科技进步三等奖。