楊軍（山信軟件股份有限公司萊蕪自動化分公司，山東萊蕪，271104）

自動化儀表與系統(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個發(fā)展趨勢。文章基于對自動化儀表與系統(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；標準；組態(tài)

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)自動化與現(xiàn)代化背景日益加劇的背景之下，自動化儀表與系統(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。因而有必要對工業(yè)自動化儀表與系統(tǒng)的集成及其集成技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容與發(fā)展進行探討。

1 自動化儀表與系統(tǒng)的集成

信息時代下的自動化儀表與系統(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、電控以及全場管控的一體化，實現(xiàn)對信息系統(tǒng)監(jiān)控層、制造執(zhí)行系統(tǒng)以及企業(yè)資源計劃三層結(jié)構(gòu)的全面設(shè)計。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、存儲與處理數(shù)據(jù)及信息，通過人機界面執(zhí)行控制決策；硬件集成則以輸入或輸出的信號為依據(jù)進行系統(tǒng)選型、控制站臺數(shù)與I/O模塊的確定，并在人機界面要求下設(shè)定操作站、工程師站、打印機以及系統(tǒng)服務(wù)器等設(shè)備的臺數(shù)，同時，與制造執(zhí)行系統(tǒng)以及企業(yè)資源計劃兩層建立起聯(lián)系。

自20世紀70年代以來，自動化儀表與系統(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，標準有待統(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。進入21世紀后，多種現(xiàn)場總線并存的HEC61158與IEC62026等國際標準得以形成，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 自動化儀表與系統(tǒng)的集成技術(shù)及發(fā)展

2.1 技術(shù)標準

局域網(wǎng)的通信標準是網(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國際標準化組織通過了ISO/ OSI參數(shù)模型，它將通信過程分段，并對網(wǎng)絡(luò)功能進行不同邏輯與物理層次的劃分。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點各層功能以借助硬件對較低層協(xié)議予以實現(xiàn)，借助軟件對較高層協(xié)議予以實現(xiàn)為其基本方法，這其中便包括軟硬件的集成。

在多年的實踐過程中，ISO15745標準得以發(fā)布，它對系統(tǒng)集成應(yīng)用需求與接口兩個問題予以解決。標準共包括1個通用描述與3個參數(shù)。其中，通用描述提出開放系統(tǒng)的應(yīng)用集成框架AIF，對部分元素與規(guī)則做出定義，并通過相應(yīng)的集成模型對需求予以表達，此過程兼有應(yīng)用互操作專用規(guī)范AIP的開發(fā)，用于表示接口規(guī)范，開發(fā)過程中所需要的描述與表達通過UML與XML來實現(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，自動化對組態(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各功能塊以及功能塊與現(xiàn)場設(shè)備進行連接，同時對與儀表相類似的具體規(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化工程師與工藝工程師為對象設(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，新工程在開工之前大多對離線組態(tài)方法予以，而在投運過程中的小范圍調(diào)整則多用線組態(tài)方法。

此處對控制策略組態(tài)進行詳細分析?！皟?nèi)部儀表”接線圖法與電氣盤“梯形”圖法是工控編程中應(yīng)用率極高的兩種方法，它們在進行組態(tài)之時一般對便攜式手持編程器或PC機內(nèi)裝組態(tài)工具軟件予以采用。由于不同制造廠會使用具有一定差異化的產(chǎn)品組態(tài)工具與方法，這突出了標準化工作在集成技術(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標準，PLC中還有IEC61131-3，后者對離散控制、分批控制以及連續(xù)控制予以涵蓋。近年來，IEC61499項目得到了開展，它對IEC61131-3予以拓展，以通過通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的模塊化分布系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)為對象，基于數(shù)字技術(shù)支撐，控制器能夠在更高層面實現(xiàn)開放，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)的思路對組態(tài)模板與人機界面組態(tài)等進行控制，直到先進控制與管控一體化系統(tǒng)都實現(xiàn)了對組態(tài)技術(shù)的采用。在這種狀態(tài)下，系統(tǒng)工程師只需對菜單或連接進行點擊便能組態(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)備描述能夠加深對現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與主系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)（如數(shù)據(jù)類型、應(yīng)用功能等）的了解，其實現(xiàn)以設(shè)備描述語言DDL為支撐，通過采用可讀結(jié)構(gòu)文本，基金會現(xiàn)場總線FF的現(xiàn)場設(shè)備利用DDL進行設(shè)備描述與源程序的編寫，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)備各項數(shù)據(jù)所具有的意義。進入21世紀后，國際標準IEC61804成立，以DDL為基礎(chǔ)，標準提供了大約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)于過程控制的現(xiàn)場設(shè)備的設(shè)備描述工作，并有近400種現(xiàn)場設(shè)備與近20種主機系統(tǒng)接受并通過了互操作性認證。

基于設(shè)備描述技術(shù)的發(fā)展，自動化儀表與系統(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、運行狀態(tài)信息以及設(shè)備制造安裝信息等內(nèi)容。近年來，設(shè)備管理系統(tǒng)得到了大幅度的發(fā)展，它們大多會在DCS系統(tǒng)中增加一個顯示操作站，這個操作站內(nèi)部裝有AMS設(shè)備管理系統(tǒng)軟件，通過在同一局域網(wǎng)中進行設(shè)置，設(shè)備管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)管理并維護現(xiàn)場設(shè)備的功能，亦即對設(shè)備進行組態(tài)管理與故障診斷，同時對標定所連設(shè)備予以調(diào)試，系統(tǒng)中的設(shè)備數(shù)據(jù)庫也會由此接受自動維護。

3 結(jié)語

自動化儀表與系統(tǒng)的集成化發(fā)展有利于我國技術(shù)的革新與生產(chǎn)力的提升，能夠為能源的節(jié)約、勞動力的節(jié)省以及資源的有效利用貢獻一己之力。自動化市場的需求方是可以行使選擇權(quán)的，自動化儀表與系統(tǒng)的集成化發(fā)展在自動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)自動化儀表與自動化控制技術(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)自動化儀表發(fā)展趨勢[J].住宅與房地產(chǎn)，2015（19）：63.

楊軍，男，1970年，籍貫山東濟南，中級工程師，研究方向自動化儀表與系統(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