三大技術(shù)定義工業(yè)控制系統未來(lái)
自動(dòng)化與工業(yè)控制系統通常簡(jiǎn)稱(chēng)為ICS，它是工業(yè)設施與自動(dòng)化系統的中樞神經(jīng)。在ISA-99/IEC62443標準中，工業(yè)控制系統指的是“一個(gè)包括人員、硬件以及軟件，能夠對工業(yè)過(guò)程的安全性、可靠性造成影響的集合”。
工業(yè)控制系統通常具有以下四個(gè)功能：
1.測量——獲取傳感器數據并將其作為下一步處理的輸入或直接作為輸出；
2.比較——將獲取的傳感器數據與預先設定的數據進(jìn)行比較；
3.計算——計算歷史誤差、當前誤差與后續誤差；
4.矯正——基于測量、比較及計算的結果對自動(dòng)化過(guò)程進(jìn)行調整。
上述四個(gè)功能通常由工業(yè)控制系統中的五個(gè)部件完成：傳感器——用于測量目標的物理參數；轉換器——將測量所得的電學(xué)/非電學(xué)測量值轉換為可用的電信號；發(fā)射器——負責控制系統中的電信號的發(fā)送；控制器——為整個(gè)控制系統提供控制邏輯與輸入輸出接口；執行器——用于改變控制過(guò)程。
現代工業(yè)控制系統就是由各種傳感器、控制器、執行器以及各種具有具體功能的子系統構成的具有復雜結構的控制網(wǎng)絡(luò )。工業(yè)控制系統的變革仍在繼續，有以下三個(gè)主要發(fā)展方向：新型現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統、基于PC的工業(yè)控制計算機以及管控一體化系統集成技術(shù)。
現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統
由于技術(shù)的發(fā)展，計算機控制系統的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式氣動(dòng)儀表控制系統、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統以及集散控制系統(DCS)后，將朝著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(FCS)的方向發(fā)展?，F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（FCS）是連接現場(chǎng)智能設備和自動(dòng)化控制設備的雙向串行、數字式、多節點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò )。它也被稱(chēng)為現場(chǎng)底層設備控制網(wǎng)絡(luò )。新一代的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統正從實(shí)驗室走向實(shí)用化，必然會(huì )影響工業(yè)控制系統的前景。很多人相信，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統將與分布式控制系統逐步融合，并最后取而代之?？梢灶A見(jiàn)，能遵循現場(chǎng)總線(xiàn)通信協(xié)議或能與其交換信息的可編程邏輯控制器將成為下一代PLC的主流，充分發(fā)揮其在處理開(kāi)關(guān)量方面的優(yōu)勢。
固然以現場(chǎng)總線(xiàn)為基礎的FCS發(fā)展很快，但FCS發(fā)展還有很多工作要做，如統一標準、儀表智能化等。另外，傳統控制系統的維護和改造還需要DCS，因此FCS完全取代傳統的DCS還需要一個(gè)較長(cháng)的過(guò)程，同時(shí)DCS本身也在不斷的發(fā)展與完善。確定的是，結合DCS、產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)、先進(jìn)控制等新技術(shù)的FCS將具有強大的生命力。產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)以及現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)作為一種靈活、方便、可靠的數據傳輸方式，在產(chǎn)業(yè)現場(chǎng)得到了越來(lái)越多的應用，并將在控制領(lǐng)域中占有更加重要的地位。
工業(yè)PC
工業(yè)PC自上世紀90年代初進(jìn)入軍工業(yè)自動(dòng)化以來(lái)，正勢不可擋地深入各領(lǐng)域，獲得了廣泛應用。究其原因，在于PC機的開(kāi)放性，具有豐富的硬件資源、軟件資源和人力資源，能夠得到廣大工程技術(shù)人員的支持，也為廣大人群所熟悉?；赑C（包括嵌入式PC）的工業(yè)控制系統，正以每年20%以上的速率增長(cháng)。各大可編程邏輯控制器廠(chǎng)商、工業(yè)控制系統集成商也接受了工業(yè)PC的技術(shù)路線(xiàn)，使基于PC的工業(yè)控制技術(shù)成為本世紀初的主流技術(shù)之一。
工業(yè)PC低成本的這一特點(diǎn)，也是其有望成為工業(yè)控制自動(dòng)化主流的另一重要因素。在傳統自動(dòng)化系統中，基礎自動(dòng)化部分基本被PLC和DCS壟斷，過(guò)程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化部分主要由各種高端過(guò)程計算機或小型機組成，其硬件、系統軟件和應用軟件的價(jià)格之高令眾多企業(yè)望而卻步。在企業(yè)發(fā)展的前中期，選擇走低成本工業(yè)控制自動(dòng)化的道路是企業(yè)的首選，并且由于基于工業(yè)PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠，具有易于被操作和維護人員接受、易于安裝和使用以及可實(shí)現高級診斷功能等特點(diǎn)，為系統集成商提供了更靈活的選擇，因此越來(lái)越多的制造商開(kāi)始在部分生產(chǎn)中采用工業(yè)PC控制方案。
可以預見(jiàn)，工業(yè)PC與PLC的競爭將主要在高端應用上，其數據復雜且設備集成度高。從發(fā)展趨勢看，控制系統的將來(lái)很可能會(huì )介于工業(yè)PC和PLC之間，而這些融合的跡象也已經(jīng)出現。今后在相當長(cháng)的一段時(shí)間內，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、可程序設計邏輯控制器與工業(yè)PC將會(huì )相互補充，相互促進(jìn)，但工業(yè)PC的優(yōu)勢將更加突出，其應用范圍會(huì )迅速擴大到全部的工業(yè)控制領(lǐng)域。
管控一體化系統集成
隨著(zhù)Internet技術(shù)深入到工業(yè)控制領(lǐng)域，控制系統與管理系統的結合成為必然，這使得工業(yè)自動(dòng)化界渴望已久的管控一體化、工業(yè)企業(yè)信息化以及基于網(wǎng)絡(luò )的自動(dòng)化的目標成為可能。管控一體化可以使企業(yè)選擇到真正符合新經(jīng)濟時(shí)代的最佳解決方案，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，增強市場(chǎng)競爭能力。因此，工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展新方向是通過(guò)以太網(wǎng)和Web技術(shù)實(shí)現開(kāi)放型分布式智能系統，基于以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議的技術(shù)標準，提供模塊化、分布式、可重用的工業(yè)控制方案。其最主要的方面就是發(fā)展基于網(wǎng)絡(luò )的工程化工業(yè)控制與管理軟件。
建設管控一體化系統，包括多種系統的集成和多種技術(shù)的集成。在多種系統集成方面，首先是現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )多種系統的集成，這其中包含三種集成模型。第一是現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS與DCS的集成，即FCS實(shí)現基本的測控回路，DCS作為高一層的管理協(xié)調者實(shí)現復雜的先進(jìn)控制和優(yōu)化功能。第二是現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS、DCS與PLC的集成，即邏輯聯(lián)鎖比較復雜的場(chǎng)合使用PLC、FCS實(shí)現基本的測控回路，DCS作為高一層的管理協(xié)調者，實(shí)現復雜的先進(jìn)控制和優(yōu)化功能。第三是多種FCS的集成，解決不同通信協(xié)議的轉換問(wèn)題，重點(diǎn)研究不同現場(chǎng)總線(xiàn)設備的互操作性和統一的組態(tài)、監控和軟件的研制，以實(shí)現無(wú)縫集成而不損失或者影響各個(gè)獨立系統的功能和性能。其次是管理網(wǎng)絡(luò )與控制網(wǎng)絡(luò )的集成，在未來(lái)的企業(yè)管理中，大量的數據來(lái)自控制網(wǎng)絡(luò )，建設企業(yè)應用軟件系統，包括實(shí)時(shí)數據庫、歷史數據庫、數據發(fā)布、數據挖掘、模型計算、過(guò)程仿真、配方設計、運行優(yōu)化、參數檢測、偏差分析和故障診斷等，通過(guò)在Internet/Web應用網(wǎng)絡(luò )環(huán)境上建立各類(lèi)數據庫，才能真正實(shí)現管控一體化。它向下可以為控制軟件提供智能決策，向上可以為管理軟件提供有價(jià)值的數據。
在多種技術(shù)集成方面，包括設備互操作技術(shù)、通用數據交換技術(shù)、EtherNET和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)等多種技術(shù)的集成。其中通用數據交換技術(shù)又包括了DDE動(dòng)態(tài)數據交換技術(shù)、NetDDE網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)交換技術(shù)、ODBC開(kāi)放數據庫互聯(lián)技術(shù)、COM/DCOM組件對象模型以及OPC技術(shù)。而EtherNET TCP/IP技術(shù)可以實(shí)現工業(yè)現場(chǎng)的控制參數和各網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的狀態(tài)直接在企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )內傳輸和共享，從而避免了PLC、DCS和FCS存在多種協(xié)議而難以集成的局面。
相信在不久的將來(lái)，在上述三項技術(shù)的推動(dòng)下，我們能夠看到工業(yè)控制領(lǐng)域的再一次質(zhì)的飛躍，而人類(lèi)文明也會(huì )隨之繼續前進(jìn)。（來(lái)源：中國工控網(wǎng)）
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