自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)的集成技術(shù)及其發(fā)展研究

楊軍（山信軟件股份有限公司萊蕪自動(dòng)化分公司，山東萊蕪，271104）

自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)的集成技術(shù)及其發(fā)展研究

楊軍
（山信軟件股份有限公司萊蕪自動(dòng)化分公司，山東萊蕪，271104）

信息技術(shù)的發(fā)展使得集成化日益發(fā)展為繼自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)數(shù)字化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化之后的第4個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。文章基于對(duì)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)集成的內(nèi)涵把握，研究了其相應(yīng)的集成技術(shù)與發(fā)展。

集成；標(biāo)準(zhǔn)；組態(tài)

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化與現(xiàn)代化背景日益加劇的背景之下，自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化之后，有了新的集成化的要求，這亦是工業(yè)領(lǐng)域低投入與高產(chǎn)出的需求。因而有必要對(duì)工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)的集成及其集成技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容與發(fā)展進(jìn)行探討。

1 自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)的集成

信息時(shí)代下的自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)以數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化以及集成化的目標(biāo)在發(fā)展，這種集成既包括控制系統(tǒng)的集成，又包括儀控、電控以及全場(chǎng)管控的一體化，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息系統(tǒng)監(jiān)控層、制造執(zhí)行系統(tǒng)以及企業(yè)資源計(jì)劃三層結(jié)構(gòu)的全面設(shè)計(jì)。分析監(jiān)控層，應(yīng)包括軟件集成與硬件集成兩層內(nèi)容，其中，軟件集成用于傳送、存儲(chǔ)與處理數(shù)據(jù)及信息，通過(guò)人機(jī)界面執(zhí)行控制決策；硬件集成則以輸入或輸出的信號(hào)為依據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)選型、控制站臺(tái)數(shù)與I/O模塊的確定，并在人機(jī)界面要求下設(shè)定操作站、工程師站、打印機(jī)以及系統(tǒng)服務(wù)器等設(shè)備的臺(tái)數(shù)，同時(shí)，與制造執(zhí)行系統(tǒng)以及企業(yè)資源計(jì)劃兩層建立起聯(lián)系。

自20世紀(jì)70年代以來(lái)，自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)的數(shù)字化特征日益明顯，但其在前期的應(yīng)用中存在“信息孤島”的現(xiàn)象，標(biāo)準(zhǔn)有待統(tǒng)一。這一情況直到90年代才得到了相應(yīng)的解決，但由此而產(chǎn)生的新矛盾亦不容忽視。進(jìn)入21世紀(jì)后，多種現(xiàn)場(chǎng)總線并存的HEC61158與IEC62026等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)得以形成，加之CAN、MODBUS、LonWorks以及工業(yè)以太網(wǎng)等的廣泛應(yīng)用，日益凸顯了系統(tǒng)集成工作的重要性。

2 自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)的集成技術(shù)及發(fā)展

2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

局域網(wǎng)的通信標(biāo)準(zhǔn)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵，系統(tǒng)集成的完成以其模型框架為支撐。1983年，ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織通過(guò)了ISO/ OSI參數(shù)模型，它將通信過(guò)程分段，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行不同邏輯與物理層次的劃分。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)各層功能以借助硬件對(duì)較低層協(xié)議予以實(shí)現(xiàn)，借助軟件對(duì)較高層協(xié)議予以實(shí)現(xiàn)為其基本方法，這其中便包括軟硬件的集成。

在多年的實(shí)踐過(guò)程中，ISO15745標(biāo)準(zhǔn)得以發(fā)布，它對(duì)系統(tǒng)集成應(yīng)用需求與接口兩個(gè)問(wèn)題予以解決。標(biāo)準(zhǔn)共包括1個(gè)通用描述與3個(gè)參數(shù)。其中，通用描述提出開(kāi)放系統(tǒng)的應(yīng)用集成框架AIF，對(duì)部分元素與規(guī)則做出定義，并通過(guò)相應(yīng)的集成模型對(duì)需求予以表達(dá)，此過(guò)程兼有應(yīng)用互操作專(zhuān)用規(guī)范AIP的開(kāi)發(fā)，用于表示接口規(guī)范，開(kāi)發(fā)過(guò)程中所需要的描述與表達(dá)通過(guò)UML與XML來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2 組態(tài)技術(shù)

組態(tài)包括配置、組態(tài)與布局等內(nèi)容，自動(dòng)化對(duì)組態(tài)技術(shù)的理解通常為面向控制策略的軟件組態(tài)，它基于基本控制算法對(duì)各功能塊以及功能塊與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行連接，同時(shí)對(duì)與儀表相類(lèi)似的具體規(guī)格與參數(shù)的選擇予以涉及。軟件組態(tài)中提及的軟件是以自動(dòng)化工程師與工藝工程師為對(duì)象設(shè)置的“工控編程”，組態(tài)則是各模塊完成控制策略，面向最終用戶的集成技術(shù)的核心。現(xiàn)有的工控系統(tǒng)包括控制策略組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)以及設(shè)備組態(tài)等內(nèi)容。為了在較大程度上縮短工程周期，新工程在開(kāi)工之前大多對(duì)離線組態(tài)方法予以，而在投運(yùn)過(guò)程中的小范圍調(diào)整則多用線組態(tài)方法。

此處對(duì)控制策略組態(tài)進(jìn)行詳細(xì)分析。“內(nèi)部?jī)x表”接線圖法與電氣盤(pán)“梯形”圖法是工控編程中應(yīng)用率極高的兩種方法，它們?cè)谶M(jìn)行組態(tài)之時(shí)一般對(duì)便攜式手持編程器或PC機(jī)內(nèi)裝組態(tài)工具軟件予以采用。由于不同制造廠會(huì)使用具有一定差異化的產(chǎn)品組態(tài)工具與方法，這突出了標(biāo)準(zhǔn)化工作在集成技術(shù)中的重要性。在包含連續(xù)控制在內(nèi)的分批控制中，執(zhí)行ANSI/ISA-88.01-1995標(biāo)準(zhǔn)，PLC中還有IEC61131-3，后者對(duì)離散控制、分批控制以及連續(xù)控制予以涵蓋。近年來(lái)，IEC61499項(xiàng)目得到了開(kāi)展，它對(duì)IEC61131-3予以拓展，以通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的模塊化分布系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)為對(duì)象，基于數(shù)字技術(shù)支撐，控制器能夠在更高層面實(shí)現(xiàn)開(kāi)放，應(yīng)用程序具有可移植性，DLC、PLC、PAC以及IPC等均以此為發(fā)展走向。

為了向系統(tǒng)工程師的應(yīng)用提供便利，可以按照控制策略組態(tài)技術(shù)的思路對(duì)組態(tài)模板與人機(jī)界面組態(tài)等進(jìn)行控制，直到先進(jìn)控制與管控一體化系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了對(duì)組態(tài)技術(shù)的采用。在這種狀態(tài)下，系統(tǒng)工程師只需對(duì)菜單或連接進(jìn)行點(diǎn)擊便能組態(tài)相應(yīng)的系統(tǒng)，由此，系統(tǒng)的集成技術(shù)便能真正成為“輕松集成”。

2.3 設(shè)備描述與管理技術(shù)

作為數(shù)字化了的應(yīng)用行規(guī)，設(shè)備描述能夠加深對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與主系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)（如數(shù)據(jù)類(lèi)型、應(yīng)用功能等）的了解，其實(shí)現(xiàn)以設(shè)備描述語(yǔ)言DDL為支撐，通過(guò)采用可讀結(jié)構(gòu)文本，基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備利用DDL進(jìn)行設(shè)備描述與源程序的編寫(xiě)，在設(shè)備描述編譯器的作用下轉(zhuǎn)化為可讀輸出文件，以此幫助控制系統(tǒng)制造商理解設(shè)備各項(xiàng)數(shù)據(jù)所具有的意義。進(jìn)入21世紀(jì)后，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61804成立，以DDL為基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)提供了大約16種基本構(gòu)建（含快、變量、數(shù)組等）。現(xiàn)階段，F(xiàn)F已經(jīng)完成了相關(guān)于過(guò)程控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的設(shè)備描述工作，并有近400種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與近20種主機(jī)系統(tǒng)接受并通過(guò)了互操作性認(rèn)證。

基于設(shè)備描述技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)的數(shù)字化與智能化發(fā)展已經(jīng)步入了一個(gè)更新的階段，在設(shè)備管理系統(tǒng)中，集成了設(shè)備控制信息、運(yùn)行狀態(tài)信息以及設(shè)備制造安裝信息等內(nèi)容。近年來(lái)，設(shè)備管理系統(tǒng)得到了大幅度的發(fā)展，它們大多會(huì)在DCS系統(tǒng)中增加一個(gè)顯示操作站，這個(gè)操作站內(nèi)部裝有AMS設(shè)備管理系統(tǒng)軟件，通過(guò)在同一局域網(wǎng)中進(jìn)行設(shè)置，設(shè)備管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)管理并維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功能，亦即對(duì)設(shè)備進(jìn)行組態(tài)管理與故障診斷，同時(shí)對(duì)標(biāo)定所連設(shè)備予以調(diào)試，系統(tǒng)中的設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)也會(huì)由此接受自動(dòng)維護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)的集成化發(fā)展有利于我國(guó)技術(shù)的革新與生產(chǎn)力的提升，能夠?yàn)槟茉吹墓?jié)約、勞動(dòng)力的節(jié)省以及資源的有效利用貢獻(xiàn)一己之力。自動(dòng)化市場(chǎng)的需求方是可以行使選擇權(quán)的，自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)的集成化發(fā)展在自動(dòng)化工程中是能夠取得大作為的，因此應(yīng)得到一定程度的重視與發(fā)展。

[1]田娜.工業(yè)自動(dòng)化儀表與自動(dòng)化控制技術(shù)探討[J].像素技術(shù)與裝備，2016（4）：86-88.

[2]胡心科.試論工業(yè)自動(dòng)化儀表發(fā)展趨勢(shì)[J].住宅與房地產(chǎn)，2015（19）：63.

楊軍，男，1970年，籍貫山東濟(jì)南，中級(jí)工程師，研究方向自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)。

The research on integrated technology and its development of automatic instrument system

Yang Jun
（Shanxin software co., ltd. Laiwu automation branch，Laiwu Shandong，271104）

The development of information technology makes integration increasingly become fourth development tendency after digitization, intelligent and networked. Based on the connotation of automatic instrument system integration, the paper makes a research on its integrated technology and development.

Integration; standard; configuration