[摘要]常用的工業控製方式通常為PLC控製和DCS係統,而兩者具有各自的局限性。伴隨著計算機技術的發展,出現了組態軟件,這種開放、靈活、通用的控製方式,迅速顯示出強勁的生命力,在各種控製係統中得到了廣泛的應用,市場份額日益增大。
工(gong)業(ye)自(zi)誕(dan)生(sheng)之(zhi)時(shi),就(jiu)離(li)不(bu)開(kai)對(dui)於(yu)各(ge)種(zhong)能(neng)影(ying)響(xiang)或(huo)體(ti)現(xian)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)數(shu)據(ju)的(de)監(jian)測(ce)和(he)控(kong)製(zhi)。按(an)照(zhao)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)變(bian)量(liang)時(shi)間(jian)和(he)幅(fu)度(du)的(de)連(lian)續(xu)性(xing),工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)的(de)典(dian)型(xing)過(guo)程(cheng)可(ke)以(yi)分(fen)為(wei):連續過程(Continuous Process)、離散過程(Discrete Process)和批量過程(Batch Process)。其中批量過程往往是由離散過程和連續過程組合而成。
監測是控製的先決條件,否則控製無從談起。依據工業生產中離散過程和連續過程的劃分,工業控製大體沿著一下兩條主線發展:
diyitiaozhuxianshiduilisankongzhixitongdekongzhi,yekeyishuoshiluojikongzhihuozhechengxukongzhi,congzaoqidejixiedianciyuanlidejidianqikongzhi,fazhanweiyidianziluojidianluweizhudekongzhi,jinerchanshengleyishuzijishuheweichuliqiweihexindePLC(Programmable Logic Controller),其發展趨勢可視為更快、更小、更可靠、更靈活、成本更低;
第(di)二(er)條(tiao)主(zhu)線(xian)是(shi)對(dui)連(lian)續(xu)過(guo)程(cheng)的(de)控(kong)製(zhi),和(he)離(li)散(san)控(kong)製(zhi)相(xiang)比(bi),連(lian)續(xu)控(kong)製(zhi)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)產(chan)品(pin)種(zhong)類(lei)更(geng)多(duo),技(ji)術(shu)上(shang)也(ye)更(geng)為(wei)複(fu)雜(za)。從(cong)初(chu)期(qi)的(de)機(ji)械(xie)控(kong)製(zhi)器(qi)到(dao)基(ji)地(di)式(shi)儀(yi)表(biao),進(jin)而(er)發(fa)展(zhan)為(wei)氣(qi)動(dong)或(huo)者(zhe)電(dian)動(dong)單(dan)元(yuan)式(shi)組(zu)合(he)儀(yi)表(biao),一(yi)直(zhi)到(dao)分(fen)布(bu)式(shi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)DCS(Distributed Control System)的產生。DCS本身也是儀表控製係統和計算機控製係統的結合體,其發展趨勢是控製範圍更廣、可靠性更高,精度和實時性更高,綜合成本更低。
隨著科技的快速發展,現今,最新型的PLC也開始融入對模擬量的采集和控製,不局限在單獨的離散控製之上,而第四代的DCS係統控製範圍也更為廣泛。兩者之間的界限也日漸模糊。大型的PLC結合上層監控軟件某種程度上也可以構成DCS,而DCS係統中PLC也得到了廣泛的使用。
無論是PLC控製還是DCS係統,雖然都具有各自的優勢,而且得到了廣泛的應用,但是也都有著其各自的局限性:PLC控製對於連續的模擬量而言相對薄弱,而且PLC本身的存儲數據能力較低,人機界麵相對不夠直觀;DCS係統成本較高,各個廠家的DCS係統的開發性還較低,用戶難以自由選擇軟硬件。
工業控製,無論是早期的繼電器控製,還是最新的PLC或DCS係統,其本質都是獲取現場信息,進行信息處理,將處理結果反饋到現場控製中,如圖1所示:
循環圖 圖1控製流程
現代工業工控依然是遵循著采集、處理、控製的模式,其發展深受計算機技術的影響,從1958年9月,美國投入使用第一台用於現場監控的計算機以來,計算機已經深深的融入到工業控製領域。
隨著個人電腦的快速普及和性能的快速提升,基於個人電腦的監控係統(PC Based)的應用也日益廣泛,其典型代表是組態軟件(SCADASupervisory Control And Data Acquisition)的出現。
二十世紀八十年代,伴隨著計算機的發展,出現了最早的組態軟件,至今已經湧現了相當數量的組態軟件產品:iFix,InTouch,Wincc等,國內也出現了性價比很高的軟件:組態王、紫金橋等。從最初的Dos環境,到Windows,從簡單的監控到各種複雜的控製,組態軟件功能日益強大。以筆者熟悉的紫金橋組態軟件為例(其他組態軟件可能稍有區別,具體可參見各軟件的說明),組態軟件的架構如下: 圖2組態軟件架構
現場設備通過各種IO接口,將數據傳送到實時數據庫,實時數據庫將其處理後通過人機界麵(View)顯xian示shi給gei用yong戶hu,用yong戶hu也ye可ke以yi將jiang操cao作zuo命ming令ling下xia置zhi給gei實shi時shi數shu據ju庫ku,進jin而er通tong過guo數shu據ju庫ku下xia置zhi到dao現xian場chang設she備bei中zhong。在zai這zhe種zhong架jia構gou中zhong相xiang對dui於yu用yong戶hu,其qi不bu必bi了le解jie實shi時shi數shu據ju庫ku是shi如ru何he和he不bu同tong的de現xian場chang設she備bei進jin行xing通tong訊xun的de,隻zhi需xu通tong過guo人ren機ji界jie麵mian進jin行xing相xiang關guan的de設she定ding就jiu行xing了le,在zai這zhe裏li組zu態tai軟ruan件jian起qi到dao了le操cao作zuo平ping台tai的de作zuo用yong,屏ping蔽bi了le用yong戶hu和he現xian場chang設she備bei的de直zhi接jie關guan聯lian,相xiang當dang於yu計ji算suan機ji中zhong“操作係統”,用戶操作電腦,無需關心底層顯卡的工作機製,硬盤的具體讀寫,隻需和操作係統進行對話即可。
組zu態tai軟ruan件jian本ben身shen也ye可ke以yi依yi據ju用yong戶hu的de要yao求qiu通tong過guo腳jiao本ben或huo者zhe在zai界jie麵mian上shang的de一yi些xie設she定ding自zi動dong的de控kong製zhi現xian場chang設she備bei的de運yun行xing。也ye可ke以yi將jiang多duo套tao組zu態tai軟ruan件jian組zu合he成cheng一yi個ge分fen布bu式shi的de網wang絡luo構gou架jia,先xian將jiang現xian場chang數shu據ju采cai集ji到dao單dan套tao組zu態tai軟ruan件jian中zhong,此ci時shi該gai組zu態tai軟ruan件jian一yi方fang麵mian依yi據ju需xu求qiu可ke以yi監jian控kong本ben地di的de設she備bei,另ling一yi方fang麵mian起qi到dao采cai集ji服fu務wu器qi的de作zuo用yong,可ke以yi將jiang數shu據ju傳chuan送song到dao充chong當dang服fu務wu器qi的de組zu態tai軟ruan件jian或huo實shi時shi數shu據ju庫ku中zhong,做zuo進jin一yi步bu的de彙hui總zong處chu理li,具ju體ti構gou架jia圖tu如ru圖tu3所示: 圖3 組態軟件網絡構架
相對於PLC控製和DCS係統,組態軟件的這種架構決定其具有的天然優勢:
* 高度開放的接口相對於各個硬件廠家所推的監控軟件而言,第三方的組態軟件則開放得多。無論是怎樣的現場總線,還是OPC,或(huo)者(zhe)是(shi)自(zi)定(ding)義(yi)的(de)通(tong)訊(xun)格(ge)式(shi),隻(zhi)要(yao)能(neng)確(que)定(ding)通(tong)訊(xun)協(xie)議(yi),都(dou)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)相(xiang)應(ying)的(de)驅(qu)動(dong),關(guan)聯(lian)該(gai)設(she)備(bei),進(jin)而(er)監(jian)測(ce)控(kong)製(zhi)。這(zhe)樣(yang),用(yong)戶(hu)就(jiu)擁(yong)有(you)了(le)最(zui)大(da)的(de)選(xuan)擇(ze)餘(yu)地(di),幾(ji)乎(hu)可(ke)以(yi)任(ren)意(yi)的(de)選(xuan)擇(ze)各(ge)家(jia)硬(ying)件(jian)產(chan)品(pin)來(lai)組(zu)合(he)成(cheng)自(zi)己(ji)所(suo)需(xu)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong);這樣就構成了以組態軟件為控製核心的監控係統。 * 快速的界麵設定通過組態軟件可以輕鬆的繪製各種人機界麵,簡單的幾個操作和設定就可以實現最常用的曆史曲線、報表、報警、各種動畫等,相比較高級的編程工具VB、VC容易了很多。 * 自由的組網方式圍繞著組態軟件,可以根據工程需要,輕鬆構建所需的網絡,實現真正的分布式結構,網絡間的傳輸介質也多種多樣。 * 低成本一方麵,組態軟件通常可以運行在Windows環境下,一台PC機,或者工控機都可以運行組態軟件,無論是組態軟件本身,還是整體控製係統,其成本都相對較低。 * 較jiao高gao的de開kai發fa效xiao率lv由you於yu組zu態tai軟ruan件jian本ben身shen是shi個ge半ban成cheng品pin,很hen多duo底di層ceng的de通tong訊xun控kong製zhi等deng操cao作zuo都dou已yi被bei封feng裝zhuang起qi來lai,所suo以yi用yong戶hu在zai此ci平ping台tai上shang做zuo進jin一yi步bu開kai發fa就jiu輕qing鬆song很hen多duo,可ke以yi節jie省sheng大da量liang時shi間jian,進jin一yi步bu降jiang低di了le成cheng本ben。 * yingyongfanweiguangfanwulunshiyongyugongchangdezhengtijiankong,haishipeitaoxianchangshebei,zutairuanjiandeshiyonghuanjingkedakexiao,duotaozutairuanjiankeyixingchengdichengbenfenbushidejiankongxitong,erdantaoruanjianyekeyidandupeitaoxianchangshebei,qidaoshangweijidezuoyong,keyijilulishishuju,tigongmeiguanderenjijiemian,tishenglechanpindekejihanliang,xingchengruanyingyitidejiejuefangan。 * 多duo樣yang的de數shu據ju接jie口kou組zu態tai軟ruan件jian可ke以yi將jiang采cai集ji的de曆li史shi數shu據ju保bao存cun到dao本ben地di或huo者zhe遠yuan程cheng服fu務wu器qi上shang的de實shi時shi數shu據ju庫ku中zhong,也ye可ke以yi將jiang原yuan始shi數shu據ju或huo者zhe統tong計ji值zhi等deng數shu據ju保bao存cun到dao各ge種zhong關guan係xi數shu據ju庫ku中zhong,比bi如ruOracle、 Sqlsever等。通過組態軟件的數據平台,現場數據可以輕鬆傳到更高一層的軟件係統中,比如ERP係統等,方便了用戶的操作和管理。 * 豐富的控製功能組態軟件通常都支持功能豐富易用的腳本控製,紫金橋組態軟件中可以設置窗口腳本、應用腳本、數據刷新腳本、數據庫腳本、對dui象xiang腳jiao本ben等deng,同tong時shi提ti供gong了le近jin千qian個ge腳jiao本ben函han數shu,靈ling活huo準zhun確que的de使shi用yong腳jiao本ben和he其qi函han數shu,可ke以yi輕qing鬆song實shi現xian各ge種zhong複fu雜za的de控kong製zhi流liu程cheng。當dang前qian的de組zu態tai軟ruan件jian同tong時shi也ye提ti供gong了le批pi次ci處chu理li、配方等工具,進一步的方便了用戶的使用。
由於組態軟件運行在PC機上,受各種條件的製約,其控製精度有時還達不到毫秒級,通常可以精確到幾十毫秒,可以滿足絕大多數的控製場合。與DCS係統相比較,組態軟件出現較晚,而且本身不包含硬件係統,在一些特殊場合下的控製,比如PID控(kong)製(zhi)等(deng)方(fang)麵(mian)做(zuo)得(de)還(hai)不(bu)夠(gou)。兩(liang)者(zhe)應(ying)用(yong)的(de)範(fan)圍(wei)也(ye)不(bu)同(tong),前(qian)者(zhe)主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)大(da)型(xing)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)監(jian)控(kong),而(er)後(hou)者(zhe)應(ying)用(yong)範(fan)圍(wei)日(ri)漸(jian)廣(guang)泛(fan),小(xiao)到(dao)監(jian)控(kong)一(yi)台(tai)設(she)備(bei),大(da)到(dao)一(yi)個(ge)成(cheng)千(qian)上(shang)萬(wan)數(shu)據(ju)點(dian)的(de)監(jian)控(kong),做(zuo)一(yi)個(ge)不(bu)是(shi)很(hen)恰(qia)當(dang)的(de)比(bi)喻(yu),DCS相當於一個大型的計算機,具有其專有的軟硬件設備,而組態軟件相當於一台PC機,更小而更為靈活通用,多台PC機又能構成一個分布式網絡。紫金橋監控軟件曾成功地應用於大慶天然氣監控係統,該係統高達4萬餘個監控點。
組態軟件操作平台
雖(sui)然(ran)組(zu)態(tai)軟(ruan)件(jian)本(ben)身(shen)還(hai)有(you)很(hen)多(duo)的(de)局(ju)限(xian)性(xing),但(dan)是(shi)隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)的(de)推(tui)移(yi)和(he)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan),其(qi)也(ye)在(zai)不(bu)斷(duan)的(de)進(jin)步(bu),提(ti)供(gong)的(de)功(gong)能(neng)更(geng)豐(feng)富(fu),整(zheng)體(ti)性(xing)能(neng)更(geng)穩(wen)定(ding),使(shi)用(yong)會(hui)更(geng)便(bian)捷(jie),應(ying)用(yong)會(hui)更(geng)廣(guang)泛(fan)。無(wu)論(lun)是(shi)離(li)散(san)控(kong)製(zhi)還(hai)是(shi)連(lian)續(xu)控(kong)製(zhi),組(zu)態(tai)軟(ruan)件(jian)都(dou)可(ke)以(yi)勝(sheng)任(ren)。可(ke)以(yi)預(yu)言(yan),以(yi)組(zu)態(tai)軟(ruan)件(jian)為(wei)控(kong)製(zhi)平(ping)台(tai),結(jie)合(he)PLC、智能儀表或數采模塊或板卡等硬件設備的控製係統,展現了一種新型的工控模式,這種小型化、分布式、低成本、高靈活性和高開發效率的方式,會得到快速的發展,日漸得到大家的認可,將在工控領域中將占有重要的地位。