【中国科学报】织就工业互联网 加速“智造”升级

  不久前,中央全面深化改革委员会第十四次会议强调,以智能制造为主攻方向,加快工业互联网创新发展,加快制造业生产方式和企业形态根本性变革。今年的政府工作报告也明确指出,发展工业互联网,推进智能制造。

  近日,中国科学院沈阳自动化研究所(以下简称沈阳自动化所)所长于海斌在接受《中国科学报》采访时表示:“工业无线控制系统对于工业节能减排、安全生产意义重大,以油田、电网为代表的关系国民经济命脉的重大工业设施,尤其需要工业无线控制技术提供智能化、数字化的解决方案。”

  于海斌率领团队深耕工业无线控制技术已有17年,不仅创建了国际领先的工业无线控制技术体系,还牵头制定了我国在工业无线控制领域首个国际电工委员会(IEC)国际标准——WIA-PA标准。相关成果在国家电网、中石油和鞍钢等行业龙头企业开展了标杆应用,近3年为企业带来经济效益近3亿元,也使我国工业无线控制技术达到国际领先水平。

  从无到有 搭建工业无线控制技术体系

  2003年,刚凭借“现场总线分布控制系统开发及应用”获国家科技进步奖二等奖的于海斌把目光投向了工业无线技术。

  工业无线技术兴起于21世纪初。该技术通过支持设备间的交互,提供低成本、高可靠、高灵活的新一代泛在制造信息系统和环境,进而推动工业信息化系统的功能扩展与提升,是实现提高生产效率、提升生产质量、节约能源和降低排放的重要使能技术。

  如今,无处不在的Wi-Fi可以轻松实现终端联网,但工厂里的设备之间如何实现无线互联?

  于海斌解释道,工业互联网的核心是互联网信息技术(IT)系统与工控系统操作技术(OT)系统深度融合,而工业无线网络是实现IT/OT融合的革命性技术。工业互联网使得控制系统摆脱了线缆的束缚,实现大规模的感知部署,形成数据驱动的优化控制新模式。

  沈阳自动化所工业控制网络与系统研究室主任曾鹏介绍说,近些年来,该所在国内牵头开展工业无线核心技术攻关,着眼于高并发控制信息实时可靠传输、超低功耗高精度感知和协同控制平台多源异构数据集成三大技术难点,从无到有逐步搭建起了工业无线控制技术体系。

  其中,沈阳自动化所科研团队自主研发的时空频三元联合调控机制、资源弹性调度方法和信道动态选择方法,达到了千点级工业无线网络秒级确定性时延和99%以上传输可靠性的国际领先指标。

  做国际标准 赢得国际话语权

  “当年,我们在技术研发上做了许多工作,但企业不敢使用。于是我们开始思考,技术到底要做到什么程度,才能保证企业在工业无线环境下的生产是安全可靠的呢?”于海斌回忆称,恰逢德国的流程工业自动化系统用户协会(NAMUR)发布了一份报告,明晰了相关指标,这也为下一步创新工作指明了方向——“做标准,不仅要做国家的,还要做世界的。”

  2008年,在科技部、国家标准委等有关部门组织下,沈阳自动化所牵头协同全国工业过程测量和控制标准化技术委员会,开始着手“工业用无线通信技术”国家标准体系研究和关键标准的起草工作,并同步推进国际标准的起草工作。

  2011年7月,WIA-PA标准作为中华人民共和国国家标准GB/T 26790.1-2011正式发布。同时,经历了提案建议、委员会草案、委员会修正草案等不同阶段的审议和投票,WIA-PA于2011年11月被国际电工委员会定为国际标准。

  “当时IEC工业过程测量、控制与自动化技术委员会参与投票的有26个P成员国(IEC拥有投票权的成员国),我们获得了100%的通过率,那是非常令人骄傲的结果。”于海斌说。

  据介绍,WIA-PA作为国际三大流程自动化无线网络技术标准之一,还获得了2016年国际自动化学会(ISA)“卓越技术创新奖”,标志着我国在工业无线领域的研究和应用已处于国际领先地位,为中国在工业网络技术领域赢得了话语权。

  2015年,经过IEC和欧洲电工技术标准化委员会联合投票,WIA-PA正式被采纳为欧洲标准。这对于WIA-PA产品进入欧洲市场、促进国际智能制造产能合作方面起到了重要作用。

  频获大单 行业应用显成效

  今年6月,基于WIA-PA技术孵化的产业化公司——沈阳中科奥维科技股份有限公司(以下简称中科奥维)收获了2020年度第一笔千万级订单,产品先后中标中石油大庆油田数字化建设工程项目、辽河油田油气生产物联网工程项目。

  据悉,大庆油田是我国最大的油田,也是世界上为数不多的特大型陆相砂岩油田之一,曾鹏告诉《中国科学报》:“中科奥维的中标,标志着沈阳自动化所工业无线测控网络技术创新在前序工作基础上,进一步服务于我国油田领域数字化建设。”

  近年来,国际油价大幅波动,尤其是进入2020年以来,国际油价暴跌,低油价或是今后能源行业尤其是石油行业不得不面对的常态,提质增效已经成为油田发展的迫切需求,促使石油企业由“数字化”进入到“智慧化”的发展道路。

  “物联网基础设施是实现油田生产全面互联和实时信息采集的关键,是智慧油田建设的基础性工作。”曾鹏说,WIA-PA技术具有的低时延、高可靠、广覆盖、高安全性等特点尤其适用于油田大规模网络建设。

  沈阳自动化所结合油田生产需求,开发了基于WIA-PA技术标准的油井远程监测与优化控制系统。该系统已在大庆油田和辽河油田稳定运行2~3年,覆盖700余口油井、建立了近4000个无线监测点位,油田降本增效成效显著。2020年,该系统将继续在中石油大庆油田、辽河油田等开展更大规模应用,预计新增点数将达到近5万点。

  除了服务智慧油田建设,沈阳自动化所科研团队还为国家电网搭建了覆盖输变配用过程的电网全域状态监测服务系统。曾鹏介绍道,该系统首次实现电网长距离、大跨度输变电设施广域的实时在线监测和安全预警,在国内首次将全域状态监测系统融入电网调度,实现了运营监测、配网调度和异常告警的一体化集成,为企业降低故障率75%,降低巡检劳动量达30%。

  此外,科研团队还在鞍钢建成了连退炉炉辊轴承无线测温系统,帮助企业实现关键设备轴承在线监测与诊断,避免了点检不及时和设备故障等导致的停机问题,在行业内率先实现连退轧制线的预测性维护。

  展望“十四五”,于海斌表示:“我们将在前期科研工作的基础上,继续加强工业互联网核心技术创新,以提升我国制造业数字化、网络化、智能化发展水平为目标,将创新技术与促进制造业生产方式根本性变革精准对接。”

  (原载于《中国科学报》 2020-07-31 第3版 转移转化)

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