開放式工業(yè)過程自動化系統(tǒng)
一、概述
工業(yè)生產過程自動化系統(tǒng)經過長期不斷的發(fā)展，特別是在充分利用計算機技術的基礎上取得了很大的進步，在生產過程中已發(fā)揮其重要作用，成為生產過程安全，穩(wěn)定，自動化運行不可缺少的工具。
以微處理器為核心的自動化系統(tǒng)，從70年代簡單PLC(可編程序邏輯控制器)發(fā)展到今天的PLC系統(tǒng)，和從開始僅代替模擬調節(jié)系統(tǒng)的DCS，發(fā)展到今天融合PLC和DCS及計算機功能為一體的所謂三電一體化的DCS系統(tǒng)。作為今后工業(yè)過程自動化的發(fā)展趨勢，國家計委高技術產業(yè)發(fā)展司于2000年3月15日印發(fā)了《工業(yè)過程自動化高技術產業(yè)化重大專項實施方案》，該《實施方案》指出:專項擬支持以下幾個方面：
1、工業(yè)過程自動化新一代主控系統(tǒng)及其綜合自動化的開發(fā)和產業(yè)化，主要包括集散控制系統(tǒng)(DCS)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)和以工業(yè)計算機為基礎的開放式控制系統(tǒng)等。重點支持若干具有工業(yè)過程綜合自動化系統(tǒng)產業(yè)化能力和開放能力的企業(yè)，發(fā)展具有市場竟爭力的產品，同時適當支持建設工業(yè)過程自動化的工程化驗證環(huán)境與開發(fā)能力。
2、先進控制與優(yōu)化軟件開發(fā)與產業(yè)化，主要包括先進控制技術，過程優(yōu)化技術，實時監(jiān)控軟件平臺，信息集成軟件平臺，系統(tǒng)集成技術等，專項將重點支持上述具有特色和市場價值的系列軟件的產業(yè)化。
3、智能儀表，執(zhí)行器與變送器，成套控制裝置和成套優(yōu)化系統(tǒng)的開發(fā)與產業(yè)化。
就第(1)點而言，特別強調了“工業(yè)過程自動化新一代主控系統(tǒng)及其綜合自動化的開發(fā)和產業(yè)化。其“綜合自動化”就是要打破傳統(tǒng)的計算機、PLC、DCS的分工界限，構成有機組成的三電一體化的綜合自動化系統(tǒng)。自從我們1984年提出“三電一體化的綜合自動化系統(tǒng)”的觀點以來，十幾年來的事實證明這種預計是正確的。促成這種轉變的動力是科學技術的發(fā)展，是計算機技術、網絡技術、數據庫技術、顯示技術及多媒體技術的發(fā)展，而這種發(fā)展并沒有停止，并涵蓋著更多更廣泛的內容，如語音技術、有線和無線通信技術，Web信息服務技術等。所以，當今“綜合自動化”的內涵有著更深刻、更廣泛的含義，甚至可以包容我們工作，生活的各個方面。
二、生產過程自動化系統(tǒng)和生產管理系統(tǒng)的融合
在ISO的六層功能模型中，把從檢測、執(zhí)行、驅動到公司(總廠)一級的控制和管理共分成六層功能。構成這種多層功能結構的出發(fā)點，是按工廠經營、生產管理、控制功能的劃分，而不是按控制和管理計算機系統(tǒng)硬件結構來劃分的。只不過過去，特別是七十年代和八十年代初，由于當初計算機技術和網絡技術的限制，以及計算機系統(tǒng)設計人員理解的不充分，長期以來，把工廠的計算機系統(tǒng)按六層功能模型相對應的分成六級計算機系統(tǒng)的多層次結構。
隨著計算機技術和網絡技術的發(fā)展，越來越暴露這種多層次計算機系統(tǒng)在數據采集，管理，數據和知識的共享，硬軟件資源共享，數據通信，軟件開發(fā)等等中的各種弊端，特別是在設備控制，過程控制，生產控制之間。以至很早就有人提出管控一體化，或者控制系統(tǒng)就是管理系統(tǒng)的觀點。美國西屋過程控制的WDPF Ovation系統(tǒng)就是基于這種觀點開發(fā)的，可以預計今后更多的工業(yè)過程自動化系統(tǒng)將會朝著這個方向發(fā)展。
三、軟PLC和軟DCS
由于計算機技術，特別是芯片技術的快速發(fā)展，按照摩爾定律微處器芯的速度性能每18個月將提高一倍。因此，當In Pentium處理器問世后不久，Pentium 2，3以及主頻為1.4GHz的Pentium 4處理器就相繼提供給市場。當廣大用戶還未來得及使用Pentium 4處理器時，5月29日In和HP兩家公司就聯(lián)合推出了64位的Itanium微處理器。自動化系統(tǒng)設備制造商和集成商難以跟上硬件技術的發(fā)展，往往出現(xiàn)自動化系統(tǒng)設備制造商和集成商的自動化系統(tǒng)設備的更新，發(fā)展。滯后于計算機技術的發(fā)展。
另一方面，當前的各種PLC和DCS的開發(fā)工具軟件都是和制造商的硬件系統(tǒng)設備捆綁在一起的，即某一制造商的PLC或DCS的開發(fā)工具軟件，只能在該制造商提供的硬件上使用。對于使用多種PLC和DCS的用戶就要熟悉和掌握多種PLC和DCS的硬件和軟件，使用戶要投入大量人力和財力，當更換新的第三方的PLC和DCS時，就得重新進行人員培訓，造成資源極大的浪費。同時也使具有高技術含量的開發(fā)工具軟件的銷售受硬件設備銷售的制約。
在開放式工業(yè)計算機系統(tǒng)日漸成熟的今天，有的PLC和DCS制造商，為了充分發(fā)揮其在PLC和DCS開發(fā)工具軟件上的優(yōu)勢和技術儲備及潛力，zui大限度的保護用戶在軟件人才和資源的投資，提高其在市場上的竟爭力，提出了“軟PLC”和“軟DCS”的設想和開始實現(xiàn)。其目的是使其開發(fā)的PLC和DCS的軟件工具與系統(tǒng)硬件設備分離，可以裝載在各種開放式工業(yè)計算機系統(tǒng)的硬軟件平臺上，不僅方便了用戶，而且也解除了硬件設備對制造商軟件銷售和發(fā)展的制約。這種變化不僅符合我國以開放式工業(yè)控制計算機系統(tǒng)為工業(yè)過程自動化新一代主控系統(tǒng)，開發(fā)實時監(jiān)控軟件平臺和信息集成軟件平臺等重大專項實施方案所支持的工業(yè)過程自動化的開發(fā)和產業(yè)化的方向，也將會帶來工業(yè)過程自動化用戶從設計，使用，維護的變化，這不得不引起我們注意，特別是PLC和DCS開發(fā)和制造業(yè)的注意。
四、生產過程控制和管理軟件的融合
在上述發(fā)展趨勢的推動下，集過程自動化和信息管理的集成化軟件也應運而生，軟件集成的功能也日益豐富和增強。Wonderware公司的套裝化軟件Factory Suite 2000就是滿足這種要求開發(fā)和集成的。它是從工廠底層，從操作員開始，以一個從下到上的層次結構為生產制造管理系統(tǒng)提供信息，與ERP、MES、EAM等相結合的，從下到上的生產制造和管理信息系統(tǒng)MMI(Manufacturing Management Information system)，從而根本上改變了制造業(yè)用戶開發(fā)應用程序傳統(tǒng)的觀念和方法。
FactorySuite 2000包括如下的核心軟件:
InTouch:過程圖形化軟件；InTrack:資源管理和WIP(Work in Process)跟蹤軟件；Industrial SQL Server:實時，關系型工廠數據庫；InControl:基于PC機的過程控制軟件；InBatch:柔性批處理管理系統(tǒng)。
I/O Server和OPC程序庫:具有750多個I/O驅動程序和OPC客戶程序，連接各種PLC，DCS，RTS，現(xiàn)場總線，回路控制器，測量設備，條碼閱讀機等設備。
FactorySuite Web Server:集成的Internet/Intranet服務器軟件，通過互聯(lián)網和企業(yè)內部網收集工廠數據，監(jiān)視，瀏覽畫面和應用程序。
SCADAlram:一個基于Windows的通信軟件，用來連接工業(yè)自動化軟件，提供實時智能報警通知，數據采集，并可通過各種通信裝置遠程控制。SCADAlram智能地將報警變信息成語音，通過揚聲器，內部通信系統(tǒng)，廣播和等等有線和無線通信方式傳送到的，還可以發(fā)送字母—數字文到的BP機或手機中，并由或手機進行各種參數的遠程設定和控制。
其中，InControl就是基于Windows NT的實時控制軟件，可在任何一個支持Windows NT操作系統(tǒng)的硬件平臺上使用，包括:面板式工業(yè)工作站，SMP服務器和開放式工業(yè)計算機，用軟件實現(xiàn)了生產過程自動化控制器的功能。這充分說明了，可以把開發(fā)生產過程自動化控制功能的工具軟件和的控制器硬件分開，不需要把開發(fā)自動化控制功能的工具軟件和硬件始終捆綁在一起，這就不僅給自動化系統(tǒng)軟件開發(fā)商一個更大的發(fā)展空間，也給用戶選擇硬件的靈活性。
InControl軟件和Wonderware公司工業(yè)自動化套裝軟件FactorySuite 2000的其他軟件的有機結合，就可以實現(xiàn)在各種基于Windows NT操作系統(tǒng)的硬件平臺上實現(xiàn)生產過程自動化和生產信息管理系統(tǒng)功能的有機融合。
五、結束語
可以設想以開放式工業(yè)控制計算機系統(tǒng)和現(xiàn)場總線構成的生產過程自動化系統(tǒng)的硬件結構，再配以如像Wonderware公司FactorySuite 2000這樣集過程控制和生產信息管理功能一體的開發(fā)工具軟件，將成為生產過程自動化和信息管理系統(tǒng)解決方案的重要方式之一。這不僅使生產過程自動化系統(tǒng)的結構大為簡化，降低了系統(tǒng)設備投資，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護性。而隨著生產過程自動化和信息管理軟件功能的日益豐富和增強，可以在不影響硬件系統(tǒng)設備更改的情況下，方便的提高生產過程自動化和生產信息管理的應用水平，滿足從各種小規(guī)模系統(tǒng)到大規(guī)模系統(tǒng)應用的需要。
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