3、工業自動化軟件技術的發展
目前在國外，很多發達國家及有些發展中國家普遍采用美國Wonderware工業自動化軟件套件技術，根據用戶需求構建系統，實現對復雜工業大系統的控制與管理。例如，在20世紀90年代印度最大的TISCO鋼鐵公司采用美國Wonderware工業自動化軟件系統套件技術實現了直接與ERP通信，從Internet上直接接受用戶訂單后，通過生產執行系統(MES)把總公司和職能部門、分廠、車間直至各條生產線都采用統一的控制、數據和信息平臺納入管理，系統開發周期短，系統開發和運行、維護成本低，由于軟件組件套件技術可方便地實現系統的無縫集成，可靠性高，實現了從接受訂單、原材料訂購、產品生產、直至把產品運送到用戶手中的全公司統一的自動化監控與信息化管理，效率極高。美國Wonderware公司的軟件套裝組件系統是工業界第一個集成的工業自動化軟件包Factory Suite，它從根本上改變了人們的傳統觀念以及在制造行業存在了多年的從上到下的信息流模式。除了上述核心組件外，還有Industrial SQL數據分析工具，SCADAlarm企業級的電話/報警系統等等�？傊甒onderware的Factory Suite是套裝的軟件組件系統，可以根據需要選配組件模塊使系統實現無縫集成，給企業信息化提供了完整的解決方案。如在鋼鐵行業中，采用美國Wonderware的I/O Sever技術和InSQL Server技術，建立統一的控制、數據、信息平臺，效果極好，可實施建立產品流轉動態跟蹤系統實現從原材料到成品的全線動態跟蹤，建立生產信息動態管理系統，實現生產計劃、生產調度、庫房(包括原料、半成品庫、熱處理、成品庫)管理、生產作業和過程管理、合同管理、質量管理、工藝規程在線指導子系統、生產信息動態查詢、統計、分析管理等，由于管理與控制都是動態實現、沒有最先進的軟件技術支撐和可以無縫集成的軟件套件組件搭建系統，很難想象研發工作量有多大，成功率有多高，真正意義上的CIMS系統能否實現。
近年來工業自動化軟件技術在多個方面都有了長足的發展，其中特別值得關注的是系統開發環境和系統構架方面的新進展。集成開發環境(IDE)通過應用組件實現工程重用，Industrial Application Server的組件對象體系結構可以顯著地提高生產力。組件對象模型有利于開發代表工廠設備的可重用的應用對象。在FactorySuite IDE內部建立的應用對象包含與自動化設備有關的所有必要的元素，例如歷史參數、標記、報警與事件、文檔、腳本、安全和通信參數。可以建立、復制和部署一個可重用組件的模板庫，提高快速應用軟件開發能力。每個組件模板支架變化傳播特性，因此，一個元素的改變可以自動地被傳播到所有受影響的組件或選擇的組件，節省了寶貴的工程時間和成本。工廠模型體系結構用戶可以把預先設計的應用對象變成利用最佳慣例和公司的工程標準的模板。獲得靈活的應用對象可以包含代表物理工廠設備監控自動化策略或更高級別的生產策略的知識和應用代碼。模板庫可以把應用工程變成一個裝配過程，而不是一種程序編制工作，因而可以顯著提高不同項目的生產率。IDE是一個多開發者環境，它支持公司利用他們的工程資源，在一個項目上分配多名工程師。IDE通過利用高效率的注冊/注銷過程支持多開發人員，它為每個應用程序組件提供了一種歷史記錄審核跟蹤機制，包括用戶標識符、時期與時間戳、以及關于變化的詳細的摘要信息。由于應用配置信息保存在一個核心項目庫(SQL Server數據庫)中，因此可以對整個應用進行版本控制。注冊/注銷過程允許工程師在旅行或者離開現場時隨身攜帶組件，為他們提供了最大的靈活性。
IAS(Industrial Application Server)將工業自動化應用程序的開發設計生產力與可伸縮性帶入了一個新紀元。它提供了全新的一層實時數據獲取、報警與事件管理、數據處理服務及協作開發功能，這些功能從最底層開始就是針對用于工業自動化應用程序而設計的。IAS是簡化分布式自動化應用程序開發、部署、維護及管理的一種基礎架構，它是建立在Invensys的 ArchestrATM架構基礎上的新軟件組件。全面的 ArchestrA工廠自動化與信息架構從一開始就設計為利用最新軟件技術延長傳統系統的使用壽命。不管自動化應用程序是用在離散制造業、生產工廠、遠程 SCADA操作、公共事業，還是用在這些運營類型的任何組合中，ArchestrA架構均能將其涵蓋在內。IAS建立在ArchestrA架構上，明顯的優勢在于：分布式點到點架構；一個全球聯網的域名空間；集成化歷史、腳本、報警及安全機制；直觀的多用戶開發環境；基于組件的工廠與應用模型；符合21 CFR Part 11規范要求；對用戶而言可顯著降低工程成本；降低擁有成本；響應迅速、能適應成長需要；堅定不移的開放性。它為簡化分布式自動化應用的開發、部署、維護與管理提供了基礎。IAS提供了新一級的實時數據獲取、報警與事件管理、數據操作服務、以及協作工程能力，這些能力從一開始就是專門為工業自動化應用設計的，使制造廠家、OEM和系統集成商(SI)能夠顯著降低自動化系統的工程、購買和維護費用，同時，用戶可以靈活建造自動化系統，增強了對新的需求的響應能力。IAS是建立在Invensys 的ArchestrA 體系結構之上的一個強大的新應用平臺。綜合性的ArchestrA 工廠自動化與信息體系結構從一開始就被設計為利用最新的軟件技術延長傳統系統的壽命。不論是裝配制造廠、制煉廠、遠程SCADA運轉、公用事業或者這些業務營運類型的任何組合中的自動化應用，以ArchestrA為基礎的體系結構都能夠勝任。
從系統層次考慮，最近的工業自動化軟件系統正利用先進的軟件技術朝著集成化、網絡化、平臺化、綜合管理等方向發展。
(1) 工業自動化軟件的集成化
以前的工業自動化軟件已經考慮到對設備和多系統的集成觀點，但是集成的范圍往往集中在對局部系統或分廠系統，而沒有考慮更大范圍的集成，而新的自動化軟件系統已經考慮到大范圍、區域性以及全廠級的系統集成，提供總體的集成解決方案。
(2) 工業自動化軟件的網絡化
隨著數據的分散性以及網絡的多樣性，工業自動化軟件系統的信息正朝著信息總線的方向發展，信息總線的方式改變了過去需要將數據集中采集和處理的觀念，相當于在數據監控層鋪設了一條信息總線，各個子系統只要掛接在該信息總線上，就可以實現各個系統間的相互通訊，實現了全分布的監控系統。比如基于Wonderware FactorySuiteA2構建的監控系統，就是通過在整個系統中部署在每臺電腦中的Platform進行信息交互。由于工業自動化軟件間的信息交互越來越多，需要在單臺機器上實現對多臺機器上的軟件系統進行集中遠程管理的功能，因此網絡化的管理也是自動化軟件的發展方向。目前多家國內外的工業自動化軟件企業就實現了網絡管理，比如Wonderware公司基于微軟管理控制臺(MMC)技術的系統管理控制臺SMC(System Management Console)就可以實現對數據采集軟件、日志文件、部署的對象等實現集中的遠程管理。
(3) 工業自動化軟件中面向對象技術的應用
面向對象方法包括封裝性、繼承性、多態性等特點，這些特點使面向對象方法在軟件領域得到迅速的發展，在工業自動化領域，很多控制對象同樣具有面向對象技術中的“對象”屬性，也引起了人們的注意，控制工程師和控制軟件開發人員也試圖將面向對象的技術應用到工業自動化領域，但目前基本上仍停留在針對某個控制系統的軟件設計和控制軟件的軟件設計中，這些都說明面向對象的技術可以應用在工業自動化領域，但沒有真正將面向對象技術應用到控制系統的整體系統設計中。這就是要將面向對象的技術優勢引入到整個自動化系統的設計之中，而不是簡單的停留在某個具體的軟件設計之中的�？傊瑐鹘y的面向功能的設計方法集中在控制系統的局部，圍繞某個功能的實現為主線，而在嵌入面向對象技術的自動化軟件平臺Wonderware Industrial Application Server上，采用面向對象思想設計監控系統，要充分發揮面向對象技術的封裝性、繼承性的優勢，同時采用抽象對象的方法來看待整個監控系統的組成。Wonder- ware公司推出了一款嵌入面向對象技術的新產品—Wonderware Industrial Application Server。該產品充分發揮了面向對象的技術優勢，提供了供自動化工程師選擇使用的多個基礎模板，將程序中的面向對象技術屏蔽掉，只需要經過客戶化的配置以及擴展即可以滿足工業自動化系統的設計和規劃工作，從而使工程師從簡單復雜耗時的程序模塊設計中解放出來，將主要的精力集中在系統控制模型以及控制算法上，大大縮短了工業自動化系統的設計和上線時間，并提高了系統的重用性。
(4) 工業自動化軟件系統的平臺化
在工業自動化軟件系統的發展過程中，由于涉及到多種功能的實現，因此在20世紀80年代末期和20世紀90年代，根據模塊功能的區別，實現了軟件系統的模塊化。而由于工業自動化系統設計的范圍及廣度的增加，需要一個統一的平臺軟件，實現各個功能的統一運行。國內外大的工業自動化軟件企業都將自己的模塊化軟件統一運行在自己的平臺之上，而且該平臺具有高度的開放性和擴展性，相關廠商的產品就可以在該平臺上進行開發。
(5) 工業自動化軟件系統的綜合管理化
目前各個工業自動化軟件廠商不僅是為企業提供監控功能軟件的廠商，而且能根據工業現場的要求，提供豐富的管理軟件，向著工業自動化解決方案廠商的轉變。他們為企業提供了資產管理、質量、批次管理等豐富的軟件。而且隨著企業信息化的推進，目前都在積極提供為企業ERP進行數據支撐的MES解決方案。最明顯的就是不少廠商推出了基于S95標準的MES解決方案，比如Wonderware公司的生產事件模塊PEM(Production Events Module)就是遵循S95標準的生產效能跟蹤管理的解決方案。
在工業自動化軟件支持的數據點數、處理能力以及可伸縮性或擴展性等方面，都有明顯的發展和提高。廠商考慮越來越多的是系統隨時間推移而增值和延長項目的生命周期，從整體上提高系統建設的投資回報率。
4、工業自動化軟件系統的應用實例
電廠外圍系統是電廠生產和經營管理的重要環節，但相對于機爐控制而言，其運行方式比較簡單，基本都是就地獨立控制。
(1) 運行人員投入多，成本太高；
(2) 由于位置分散，距離集控室較遠，給系統的運行、維護和管理帶來許多困難。因此，采用先進的網絡控制技術，實現所有外圍系統集中控制，不僅可以在很多方面解決系統設計和設備存在的問題，而且將為構建統一的企業網，實現管控一體化創造一個良好的基礎。下面以筆者在某電廠外圍設備集中監控系統中的實施方案為例，介紹應用Wonderware的工業自動化軟件FactorySuite套件實現的火電廠輔助設備計算機實時監控系統。實踐證明該方案從設計到實施都取得了良好的效果。
4.1 計算機實時監控系統所需監控的子系統對象
某實時監控系統由下列子系統對象構成：(1) 化學補給水控制系統；(2) 凝結水精處理控制系統；(3) 汽水取樣及加藥系統；(4) 輸煤系統；(5) 凈水站系統；(6) 循環水泵房系統；(7) 工業水泵房系統；(8) 燃油泵房系統。
雖然各子系統部署分散，但綜合起來，其數據采集和控制現場設備是由三類由多臺SCHNEIDER MODICON的QUANTUM系列PLC、AB公司的Conlogix系列控制器和一個基于Modbus的遠程I/O組構成。
4.2 監控系統結構
鑒于上述電廠各外圍系統子系統的具體情況，根據各子系統發布情況和各系統的I/O規模，設計了4個現場I/O Server，與上位機通過網絡實施集中監控。應用InSQL建立實時數據庫系統，應用InTouch開發建立分類的圖形畫面監控工作站，應用ActiveFactory建立相應的數據分析客戶端，應用SuiteVoyager軟件建立基于圖形畫面監控工作站現場和數據分析客戶端的工業實時信息圖形門戶，實施廠內安全級別內的B/S結構的遠程工業實時信息監視，方便與電廠企業ERP系統互連。
4.3 系統軟件
系統軟件監控畫面采用層次型結構設計，各子系統之間很容易切換，直觀反映現場工況，且便于操作人員使用，簡潔、直觀、功能完善是它的最大特點。采用層次型結構便于操作人員完成多個子系統的準確切換，避免由于系統結構繁瑣造成的誤操作。各子系統也采用相近的功能菜單，切換方便，功能完善，在同一幅主畫面內可完成多項操作功能。
監控系統包括系統畫面生成、事故追憶系統、各種曲線顯示和打印、各種報表生成等。監控畫面要符合電廠監控系統人機界面的設計風格，按照分級瀏覽、逐級細化的原則設計畫面，采用彈出式窗口、下拉式菜單等多種符合Windows標準的設計手段實現畫面的切換和顯示，單個畫面的工藝流程、信息顯示(包括運行參數、狀態、故障情況等)和各種曲線要布局合理、生動，色調柔和。事故追憶系統包括所有進入控制系統的事件(如參數、反饋等)以及控制系統本身發生的事件(如卡件或通訊故障等)，所有I/O點均可以曲線的形式顯示，為實現系統運行在線分析、診斷提供豐富的數據資源。
5、結束語
盡管工業自動化系統變得越來越復雜，對自動化軟件系統的要求也越來越高，但是工業自動化系統軟件技術正在快速發展，越來越先進的新系統技術給解決復雜大系統的優化控制與實現管理扁平化提供了強大的技術后援，鼓舞人們去解決一個又一個的技術難題。上述討論的問題，是作者多年從事工程實踐的一些認識，不知是否恰當。
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