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对于化工企业来说，模块化自动化系统提供的灵活性为加快其产品上市速度、延长正常运行时间和降低生产成本提供了一个更有吸引力的途径。
化工企业需要提高生产过程的敏捷性，这促使他们寻求一种新型的过程控制系统，以帮助他们更好地适应变化。标准化的“即插即用”模块化自动化解决方案有助于创建动态自动化解决方案，以帮助企业快速适应当今和未来不断变化的需求。
作为一个市场规模超过5.2万亿美元行业的一部分，全球化工企业正面临着日益复杂的挑战，这促使他们重新思考传统的生产和过程控制方法。一个关键挑战是对可持续发展的日益关注。人们越来越期望生产商通过开发和实施更环保的生产技术、更高效的化学品回收和更少的废物，来找到最大限度减少碳排放和减少生态足迹的方法。
不可预测的原材料成本以及供应链中断也对化工行业产生了影响，尤其是在涉及化工生产过程中至关重要的原料和能源方面。石油和天然气价格的波动可能会显著影响生产成本和盈利能力。
此外，监管审查也在不断升级，世界各国政府都在加强监管，以更好地控制排放并确保化学品的安全处理。遵守这些法规可能需要大量的资源、时间和成本，需要对新技术和基础设施进行大量投资控制工程网版权所有，并密切关注现有生产过程的性能。
化工行业竞争激烈，再加上对定制化和更快交付时间的需求不断增长，都要求企业能够快速适应这些情况，无论是通过提高其过程效率还是快速开发新产品。人工智能（AI）、机器学习和物联网等数字技术的进步，为实现更高水平的生产灵活性提供了越来越多的机会，但将这些技术整合到现有的过程控制架构中也带来了自身的挑战。
另一个亟待解决的问题是该行业面临着日益严重的技能短缺。难以吸引和留住熟练的技术工人，意味着工程团队的人手正变得越来越紧张，迫使生产商寻找更有效地利用现有人员的新方法，包括更大程度地采用自动化和数字技术。
重新思考过程控制系统的设计
应对这些挑战需要彻底摆脱传统上用于管理和控制工厂的整体式自动化系统。在这些系统中，主控制器用于执行定制化的源代码，以管理整个生产线的顺序控制、运动控制和输入/输出（I/O）。由于这些系统通常是为特定的工厂布局、产品范围和理想产能而设计和优化的，因此它们在适应未来变化方面的灵活性非常有限。
这些系统适用于需求周期恒定或高度可预测的、生产单一产品的传统大批量生产，缺乏必要的灵活性，无法应对当今生产商面临的越来越多的挑战，尤其是在满足更快、更灵活的生产需求方面。随着定制化趋势的不断增强，生产商需要从面向大规模生产的生产线转向为小批量生产设计的生产线。
为特定工厂或过程设计的系统很难在其它工厂复制，对于多地点运营的公司来讲，这可能存在潜在问题。特别是，由于系统和支持系统的专业技术最终很可能因地而异，要在质量、成本和能耗等方面实现全公司一致的基准可能会很复杂。
这必然需要从两个方面重新思考过程控制系统的设计。首先，需要从传统的集中式架构转向能够快速响应生产变化的新架构，以确保在不大幅增加成本的情况下实现最高效率。
其次，在采取这一措施时，有机会考虑如何最好地整合工业4.0和物联网技术所提供的机遇，这些技术可用于优化过程和工人绩效，并改变工厂的维护和运营。
控制系统的设计人员正在解决本文开头提及的化工企业所面临的诸多挑战，他们采用边缘和云计算来支持新技术，为增强与生产工厂的互动提供了更多的可能性。例如，使用先进的传感器和分析来优化能源使用并最大限度地减少废品，以履行行业的环境责任并节约成本。这种对可持续性的关注，不仅减少了该行业的生态足迹，还提高了其经济可行性，并通过改进监测和报告来帮助确保符合法规要求。
先进的控制算法还有助于做出更明智的决策，以提供更好的产品质量和一致性，减少手动过程可能出现的变异性，并提高生产效率，使企业能够更灵活地应对市场需求并超越竞争对手。
与此同时，随着技能缺口的影响愈发明显，一系列具有直观界面和智能诊断功能的新解决方案正在开发中www.cechina.cn，从智能手持设备到增强现实（AR）头显，这些工具可以用于提升工程团队的绩效，无论他们是在控制室还是在现场进行维护作业。
▲化工行业竞争激烈，再加上对定制化和更快交付时间的需求不断增长，都要求公司能够快速适应这些情况，无论是通过提高其过程效率还是快速开发新产品。
更高效的模块化自动化系统
模块化自动化概念为实现动态、灵活的过程控制系统所需的灵活性提供了解决方案，该系统能够应对当前和未来的生产挑战。
通过将系统分解为离散的模块，模块化自动化为每个独立的处理过程都配备了自身的智能功能控制工程网版权所有，然后反馈到中央控制器中。由于控制功能被分配给每个较小、功能较弱、成本较低的控制器，因此中央控制器不必像传统整体式架构中使用的控制器那样强大。
由于每个模块实际上都采用了类似于“厂中厂”的组织模式，因此过程可以半自主运行，无需完全重写整个流程的代码即可进行更改或优化。可以调整或删除现有过程的一部分，或者添加新的部分，而不会影响周围的其它模块或以任何方式影响过程。
将控制功能去中心化，可以收集每个单独模块的更多数据，从而优化生产线的特定部分，而不是将所有数据集中到一个中心点。这使得生产线能够更敏捷、更灵活地适应产品变化或生产量的调整。从整体式自动化系统转向模块化自动化系统，可以将停机时间减少50%，自动化工程的资本支出减少50%，并降低20%的全生命周期管理成本。此外，上市时间也可以缩短多达40%，因为新产品生产流程的实施时间减少，产品能够更快地推向市场。
确保互操作性
长期以来，自动化制造商已经意识到，那些提供很少或根本不具备互操作性的专有系统，会严重限制过程控制系统的能力及其适应变化的能力。这种限制会阻碍创新，并将客户绑定在特定的系统上。
因此，在自动化技术和实现最大互操作性所需的标准化方面，协作和透明度一直是其关键驱动力。当今的模块化自动化技术基于VDI/VDE/NAMUR 2658标准，该标准规范了模块类型包（MTP）之间的互操作性框架，MTP构成了系统中每个单独模块与其上中央控制器之间的层。MTP包含了模块集成到自动化系统所需的所有信息，包括存档、人机界面（HMI）、过程控制、历史记录和安全。
遵循VDI/VDE/NAMUR 2658标准可确保任何模块都可以集成到任何自动化系统中，从而实现多个系统供应商和产品系列之间完全的互操作性。这一优势使模块化自动化具有吸引力，因为OEM和客户不再局限于现有系统，而是可以自由享受真正不可知的自动化环境所带来的好处。
模块化方法的另一个好处，是能够更快地响应需求变化，无论是在数量还是产品方面。为特定应用创建MTP块的能力，有助于在不影响其它模块的情况下，提高和降低产能。因此，模块化自动化的一个关键优势是能够快速增加或减少数量，以满足不断变化的生产需求。与通常涉及调整现有流程以增加或减少其产能的扩展相比，模块化系统只需根据需要增加或减少一个生产单元即可。除了提高灵活性外，这种方法还有助于降低增产的风险和干扰，因为在添加新系统的同时可以保持生产。
▲与通常涉及调整现有流程以增加或减少其产能的扩展相比，模块化系统只需根据需要增加或减少一个生产单元即可。
DCS角色的转变
虽然分布式控制系统（DCS）提供了一种经过验证的长期方法来提供工厂安全高效运行所需的功能，但它们越来越需要能够适应工业用户不断变化的需求。特别是，现在用户期望系统能够变得更动态，以解锁不断扩大的技术范围所提供的可能性，这些技术将助力下一代过程控制系统的发展。
模块化自动化所带来的机遇，改变了DCS的角色，使其从一个集中化、复杂的系统转变为更具灵活性、可扩展性和用户友好的系统，从而更好地满足现代工业过程的动态需求。实际上，DCS的角色演变成为一种过程协调系统，负责管理诸如启动生产过程、收集运行性能反馈、处理信息以及向每个模块返回指令等任务和流程。通过使每个模块能够预测其他模块的动作，过程协调系统确保整个生产过程的各个部分协同工作控制工程网版权所有，以实现最佳生产效率。
这种模块化的方法使“即插即用”成为可能。如今，新的模块可以被直接嵌入现有的生产过程中，并能够在更广泛的自动化架构中无缝运行，MTP的作用类似于安装在PC上的驱动程序。除了加快实施速度外，该方法还可以更容易地在多个站点之间复制操作流程并建立一致的最佳实践。
释放新的可能性
对于化工企业而言，“即插即用”模式所带来的可能性为加快上市时间、提高设备运行时间和降低生产成本提供了一个极具吸引力的途径。此外，通过使制造商能够迅速适应并根据客户和市场需求增减其流程和系统，该模式为简化新产品的引入以及以最少的工程工作量调整生产能力提供了一种方法。
通过采用标准化的模块和接口，模块化自动化使工厂能够实现更高的工程效率，从而降低成本。可以在不需要实际硬件的情况下对过程进行设计和测试控制工程网版权所有，维护变得更加简单和经济高效，因为可以在整个系统不离线的情况下对单个模块进行维护。
此外，模块化自动化支持精细的数据收集方法，允许优化单个生产线组件。它还与“设计网络安全”战略相一致，提供了分区的安全保障措施，可以比独立系统更能有效地遏制网络威胁，而且不会导致停产。
这种模块化方法特别适合精细化工生产的特殊要求，其小批量、生产周期短或有限数量的多种产品并行生产。它为传统的自动化系统提供了一种更标准化的现成替代方案，帮助化工公司解决劳动力短缺问题，在实现自动化系统的设计、实施和维护过程中，减少对昂贵的工程、采购和施工（EPC）服务的依赖。
化工行业正处于技术革命的风口浪尖，模块化自动化和物联网融合在一起，提供了前所未有的实时数据和自动化功能。模块化自动化与物联网相结合不仅改变了工厂的设计和制造，还提供了经济高效的解决方案，简化了工程，提高了生产灵活性，并帮助化工生产商抓住新的市场机会。
物联网传感器正在实现实时过程监控、预测性维护、供应链优化、节能以及远程监控，所有这些都提高了产品质量、安全性、工厂效率和环境合规性。物联网与模块化自动化的融合正在推动化工行业的转型，提高安全性、效率、产品质量和环境可持续性。由于该行业面临着当前和未来的挑战，这些技术将共同塑造未来的过程控制系统奠定了基础，为提高生产和性能释放新的潜力。
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