開放式工業(yè)過程自動(dòng)化系統(tǒng)
Open Type Production Process Automatic System

摘 要:本文簡(jiǎn)述了軟PLC和軟DCS的原理，介紹了集生產(chǎn)過程自動(dòng)化和生產(chǎn)信息管理為一體的集成軟件，和開放式計(jì)算機(jī)構(gòu)成的開放式生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞:軟PLC 軟DCS 綜合自動(dòng)化 系統(tǒng)
Abstract:This paper brief narrated principle of the soft PLC and soft DCS,also introduced an open type production process automatic system.This system is composed of integration soft the legrrated production management and open type computer.
Keywords:Soft PLC Soft DCS Process automation System

1 概述
工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)過長(zhǎng)期不斷的發(fā)展，特別是在充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上取得了很大的進(jìn)步，在生產(chǎn)過程中已發(fā)揮其重要作用，成為生產(chǎn)過程安全，穩(wěn)定，自動(dòng)化運(yùn)行不可缺少的工具。
以微處理器為核心的自動(dòng)化系統(tǒng)，從70年代簡(jiǎn)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(diào)節(jié)系統(tǒng)的DCS，發(fā)展到今天融合PLC和DCS及計(jì)算機(jī)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(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)家計(jì)委高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展司于2000年3月15日印發(fā)了《工業(yè)過程自動(dòng)化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重大專項(xiàng)實(shí)施方案》，該《實(shí)施方案》指出:專項(xiàng)擬支持以下幾個(gè)方面:
(1) 工業(yè)過程自動(dòng)化新一代主控系統(tǒng)及其綜合自動(dòng)化的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，主要包括集散控制系統(tǒng)(DCS)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)和以工業(yè)計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的開放式控制系統(tǒng)等。重點(diǎn)支持若干具有工業(yè)過程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化能力和開放能力的企業(yè)，發(fā)展具有市場(chǎng)竟?fàn)幜Φ漠a(chǎn)品，同時(shí)適當(dāng)支持建設(shè)工業(yè)過程自動(dòng)化的工程化驗(yàn)證環(huán)境與開發(fā)能力。
(2) 先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，主要包括先進(jìn)控制技術(shù)，過程優(yōu)化技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)，信息集成軟件平臺(tái)，系統(tǒng)集成技術(shù)等，專項(xiàng)將重點(diǎn)支持上述具有特色和市場(chǎng)價(jià)值的系列軟件的產(chǎn)業(yè)化。
(3) 智能儀表，執(zhí)行器與變送器，成套專用控制裝置和成套專用優(yōu)化系統(tǒng)的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。
就第(1)點(diǎn)而言，特別強(qiáng)調(diào)了“工業(yè)過程自動(dòng)化新一代主控系統(tǒng)及其綜合自動(dòng)化的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。其“綜合自動(dòng)化”就是要打破傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)、PLC、DCS的分工界限，構(gòu)成有機(jī)組成的三電一體化的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。自從我們1984年提出“三電一體化的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)”的觀點(diǎn)以來，十幾年來的事實(shí)證明這種預(yù)計(jì)是正確的。促成這種轉(zhuǎn)變的動(dòng)力是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、顯示技術(shù)及多媒體技術(shù)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(nèi)容，如語(yǔ)音技術(shù)、有線和無線通信技術(shù)，Web信息服務(wù)技術(shù)等。所以，當(dāng)今“綜合自動(dòng)化”的內(nèi)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(gè)方面。
2 生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)的融合
在ISO的六層功能模型中，把從檢測(cè)、執(zhí)行、驅(qū)動(dòng)到公司(總廠)一級(jí)的控制和管理共分成六層功能。構(gòu)成這種多層功能結(jié)構(gòu)的出發(fā)點(diǎn)，是按工廠經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)管理、控制功能的劃分，而不是按控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)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(dāng)初計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的限制，以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員理解的不充分，長(zhǎng)期以來，把工廠的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按六層功能模型相對(duì)應(yīng)的分成六級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，越來越暴露這種多層次計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集，管理，數(shù)據(jù)和知識(shí)的共享，硬軟件資源共享，數(shù)據(jù)通信，軟件開發(fā)等等中的各種弊端，特別是在設(shè)備控制，過程控制，生產(chǎn)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(diǎn)。美國(guó)西屋過程控制的WDPF Ovation系統(tǒng)就是基于這種觀點(diǎn)開發(fā)的，可以預(yù)計(jì)今后更多的工業(yè)過程自動(dòng)化系統(tǒng)將會(huì)朝著這個(gè)方向發(fā)展。
3 軟PLC和軟DCS
由于計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是芯片技術(shù)的快速發(fā)展，按照摩爾定律微處器芯的速度性能每18個(gè)月將提高一倍。因此，當(dāng)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(chǎng)。當(dāng)廣大用戶還未來得及使用Pentium 4處理器時(shí)，5月29日Intel和HP兩家公司就聯(lián)合推出了64位的Itanium微處理器。自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備制造商和集成商難以跟上硬件技術(shù)的發(fā)展，往往出現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備制造商和集成商的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備的更新，發(fā)展。滯后于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。
另一方面，當(dāng)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(shè)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(duì)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(cái)力，當(dāng)更換新的第三方的PLC和DCS時(shí)，就得重新進(jìn)行人員培訓(xùn)，造成人力資源極大的浪費(fèi)。同時(shí)也使具有高技術(shù)含量的開發(fā)工具軟件的銷售受硬件設(shè)備銷售的制約。
在開放式工業(yè)計(jì)算機(jī)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(shì)和技術(shù)儲(chǔ)備及潛力，最大限度的保護(hù)用戶在軟件人才和資源的投資，提高其在市場(chǎng)上的竟?fàn)幜?，提出?ldquo;軟PLC”和“軟DCS”的設(shè)想和開始實(shí)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(shè)備分離，可以裝載在各種開放式工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬軟件平臺(tái)上，不僅方便了用戶，而且也解除了硬件設(shè)備對(duì)制造商軟件銷售和發(fā)展的制約。這種變化不僅符合我國(guó)以開放式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為工業(yè)過程自動(dòng)化新一代主控系統(tǒng)，開發(fā)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)和信息集成軟件平臺(tái)等重大專項(xiàng)實(shí)施方案所支持的工業(yè)過程自動(dòng)化的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的方向，也將會(huì)帶來工業(yè)過程自動(dòng)化用戶從設(shè)計(jì)，使用，維護(hù)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。
4 生產(chǎn)過程控制和管理軟件的融合
在上述發(fā)展趨勢(shì)的推動(dòng)下，集過程自動(dòng)化和信息管理的集成化軟件也應(yīng)運(yùn)而生，軟件集成的功能也日益豐富和增強(qiáng)。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(gè)從下到上的層次結(jié)構(gòu)為生產(chǎn)制造管理系統(tǒng)提供信息，與ERP、MES、EAM等相結(jié)合的，從下到上的生產(chǎn)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(yīng)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(shí)時(shí)，關(guān)系型工廠數(shù)據(jù)庫(kù)
InControl:基于PC機(jī)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(kù):具有750多個(gè)I/O驅(qū)動(dòng)程序和OPC客戶程序，連接各種PLC，DCS，RTS，現(xiàn)場(chǎng)總線，回路控制器，測(cè)量設(shè)備，條碼閱讀機(jī)等設(shè)備。
FactorySuite Web Server:集成的Internet/Intranet服務(wù)器軟件，通過國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)收集工廠數(shù)據(jù)，監(jiān)視，瀏覽畫面和應(yīng)用程序。
SCADAlram:一個(gè)基于Windows的通信軟件，用來連接工業(yè)自動(dòng)化軟件，提供實(shí)時(shí)智能報(bào)警通知，數(shù)據(jù)采集，并可通過各種通信裝置遠(yuǎn)程控制。SCADAlram智能地將報(bào)警變信息成語(yǔ)音，通過揚(yáng)聲器，內(nèi)部通信系統(tǒng)，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(fā)送字母—數(shù)字文E-mail到指定的BP機(jī)或手機(jī)中，并由電話或手機(jī)進(jìn)行各種參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)定和控制。
其中，InControl就是基于Windows NT的實(shí)時(shí)控制軟件，可在任何一個(gè)支持Windows NT操作系統(tǒng)的硬件平臺(tái)上使用，包括:面板式工業(yè)工作站，SMP服務(wù)器和開放式工業(yè)計(jì)算機(jī)，用軟件實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制器的功能。這充分說明了，可以把開發(fā)生產(chǎn)過程自動(dòng)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(fā)自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)軟件開發(fā)商一個(gè)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(dòng)化套裝軟件FactorySuite 2000的其他軟件的有機(jī)結(jié)合，就可以實(shí)現(xiàn)在各種基于Windows NT操作系統(tǒng)的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化和生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)功能的有機(jī)融合。
5 結(jié)束語(yǔ)
可以設(shè)想以開放式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，再配以如像Wonderware公司FactorySuite 2000這樣集過程控制和生產(chǎn)信息管理功能一體的開發(fā)工具軟件，將成為生產(chǎn)過程自動(dòng)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(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，降低了系統(tǒng)設(shè)備投資，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。而隨著生產(chǎn)過程自動(dòng)化和信息管理軟件功能的日益豐富和增強(qiáng)，可以在不影響硬件系統(tǒng)設(shè)備更改的情況下，方便的提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化和生產(chǎn)信息管理的應(yīng)用水平，滿足從各種小規(guī)模系統(tǒng)到大規(guī)模系統(tǒng)應(yīng)用的需要。