開放式工業過程自動化系統

1 概述
　　工業生產過程自動化系統經過長期不斷的發展，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，在生產過程中已發揮其重要作用，成為生產過程安全，穩定，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，從70年代簡單PLC(可編程序邏輯控制器)發展到今天的PLC系統，和從開始僅代替模擬調節系統的DCS，發展到今天融合PLC和DCS及計算機功能為一體的所謂三電一體化的DCS系統。作為今后工業過程自動化的發展趨勢，國家計委高技術產業發展司于2000年3月15日印發了《工業過程自動化高技術產業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) 工業過程自動化新一代主控系統及其綜合自動化的開發和產業化，主要包括集散控制系統(DCS)，現場總線控制系統(FCS)和以工業計算機為基礎的開放式控制系統等。重點支持若干具有工業過程綜合自動化系統產業化能力和開放能力的企業，發展具有市場竟爭力的產品，同時適當支持建設工業過程自動化的工程化驗證環境與開發能力。
　　(2) 先進控制與優化軟件開發與產業化，主要包括先進控制技術，過程優化技術，實時監控軟件平臺，信息集成軟件平臺，系統集成技術等，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化。
　　(3) 智能儀表，執行器與變送器，成套專用控制裝置和成套專用優化系統的開發與產業化。
　　就第(1)點而言，特別強調了“工業過程自動化新一代主控系統及其綜合自動化的開發和產業化。其“綜合自動化”就是要打破傳統的計算機、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。自從我們1984年提出“三電一體化的綜合自動化系統”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展，而這種發展并沒有停止，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。
　　2 生產過程自動化系統和生產管理系統的融合
　　在ISO的六層功能模型中，把從檢測、執行、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，以及計算機系統設計人員理解的不充分，長期以來，把工廠的計算機系統按六層功能模型相對應的分成六級計算機系統的多層次結構。
　　隨著計算機技術和網絡技術的發展，越來越暴露這種多層次計算機系統在數據采集，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，或者控制系統就是管理系統的觀點。美國西屋過程控制的WDPF Ovation系統就是基于這種觀點開發的，可以預計今后更多的工業過程自動化系統將會朝著這個方向發展。
　　3 軟PLC和軟DCS
　　由于計算機技術，特別是芯片技術的快速發展，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Intel 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Intel和HP兩家公司就聯合推出了64位的Itanium微處理器。自動化系統設備制造商和集成商難以跟上硬件技術的發展，往往出現自動化系統設備制造商和集成商的自動化系統設備的更新，發展。滯后于計算機技術的發展。
　　另一方面，當前的各種PLC和DCS的開發工具軟件都是和制造商的硬件系統設備捆綁在一起的，即某一制造商的PLC或DCS的開發工具軟件，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，造成人力資源極大的浪費。同時也使具有高技術含量的開發工具軟件的銷售受硬件設備銷售的制約。
　　在開放式工業計算機系統日漸成熟的今天，有的PLC和DCS制造商，為了充分發揮其在PLC和DCS開發工具軟件上的優勢和技術儲備及潛力，最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。其目的是使其開發的PLC和DCS的軟件工具與系統硬件設備分離，可以裝載在各種開放式工業計算機系統的硬軟件平臺上，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展的制約。這種變化不僅符合我國以開放式工業控制計算機系統為工業過程自動化新一代主控系統，開發實時監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過程自動化的開發和產業化的方向，也將會帶來工業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開發和制造業的注意。
　　4 生產過程控制和管理軟件的融合
　　在上述發展趨勢的推動下，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MMI(Manufacturing Management Information system)，從而根本上改變了制造業用戶開發應用程序傳統的觀念和方法。
　　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
　　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，通過國際互聯網和企業內部網收集工廠數據，監視，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，廣播和電話等等有線和無線通信方式傳送到指定的電話，還可以發送字母—數字文E-mail到指定的BP機或手機中，并由電話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操作系統的硬件平臺上使用，包括:面板式工業工作站，SMP服務器和開放式工業計算機，用軟件實現了生產過程自動化控制器的功能。這充分說明了，可以把開發生產過程自動化控制功能的工具軟件和專用的控制器硬件分開，不需要把開發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軟件開發商一個更大的發展空間，也給用戶選擇硬件的靈活性。
　　InControl軟件和Wonderware公司工業自動化套裝軟件FactorySuite 2000的其他軟件的有機結合，就可以實現在各種基于Windows NT操作系統的硬件平臺上實現生產過程自動化和生產信息管理系統功能的有機融合。
　　5 結束語
　　可以設想以開放式工業控制計算機系統和現場總線構成的生產過程自動化系統的硬件結構，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工具軟件，將成為生產過程自動化和信息管理系統解決方案的重要方式之一。這不僅使生產過程自動化系統的結構大為簡化，降低了系統設備投資，提高了系統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，滿足從各種小規模系統到大規模系統應用的需要。