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    陳運(yùn)珍（1941-）
男，就職于北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，現(xiàn)任水工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)總工，主要研究方向?yàn)楣I(yè)電氣化與自動(dòng)化的最新技術(shù)應(yīng)用的研究、評(píng)估、論證、設(shè)計(jì)，承擔(dān)過(guò)北京及深圳市供水調(diào)度廣域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程及北京水源九廠、深圳東湖泵站等幾十項(xiàng)大中型給水排水的供配電系統(tǒng)及復(fù)雜的綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)任務(wù)、承擔(dān)過(guò)深圳雅園立交等幾十座現(xiàn)代化立交道路工程的供配電及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)、參加過(guò)“干式變壓器”等多項(xiàng)國(guó)家規(guī)范制定工作、參加過(guò)“大功率變頻裝置”等多項(xiàng)高新產(chǎn)品的評(píng)審工作，被北京市人事局等多個(gè)單位聘為評(píng)標(biāo)專家。

摘要：城市水工業(yè)是一個(gè)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)企業(yè)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展太慢，跟不上我國(guó)其他行業(yè)。21世紀(jì)是數(shù)字化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代。隨著IT技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高端的計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及監(jiān)控組態(tài)軟件和先進(jìn)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，只有創(chuàng)建最現(xiàn)代化最科學(xué)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，才能建造經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的新型水企業(yè)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化系統(tǒng)集成；CPAS；實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)；監(jiān)控組態(tài)軟件；PAC

Abstract: Municipal water industry is a traditional business. Its automation and control technology develop slowly and cannot keep the pace of other fields. The 21st century is digital, information and networking era. With the rapid development of computer technology, network technology, virtual technology, embed technology and various advanced control and monitoring technology, the construction of the modern and comprehensive automation system can contribute the continuous economic and environmental success of the water enterprise.

Key words: Automatic System Inteqration； CPAS；RTE； Confiquration Sofitware； PAC

1 中國(guó)水工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)狀評(píng)估

    1.1 現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表測(cè)控系統(tǒng)

    儀器儀表測(cè)控系統(tǒng)包括敏感元件、記錄顯示、傳感器、變送器、執(zhí)行器等若干單元。儀器儀表測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展，大體經(jīng)歷了五個(gè)階段：從指針式發(fā)展到分立式，第三代是集成電路芯片為基礎(chǔ)的數(shù)字儀器，第四代是以微處理器為核心的所謂“智能式”儀表，是以硬件或固化軟件的形式存在，缺乏靈活性。隨著微處理技術(shù)、虛擬技術(shù)、嵌入式技術(shù)、信息處理技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微細(xì)精加工技術(shù)、各種高精尖的電子元器件不斷涌現(xiàn)，第五代功能強(qiáng)大的儀器儀表測(cè)試設(shè)備正在茁壯成長(zhǎng)。

    水工業(yè)的儀器儀表也同樣經(jīng)歷了以上五個(gè)階段，但其更新?lián)Q代要比其它行業(yè)晚了十年左右。

    每個(gè)供水、排水、污水處理流程企業(yè)，有各種電量、電壓、電流、電度等參數(shù)要在線監(jiān)測(cè)，大量的水泵機(jī)組、變頻器、軟啟動(dòng)器、各種閥門，水質(zhì)各種參數(shù)如流量、水溫、余氯、水流速度、水流方向、濁度、各個(gè)構(gòu)筑物的水位也要在線監(jiān)測(cè)，水量預(yù)測(cè)、加藥系統(tǒng)的閉環(huán)監(jiān)控，加氨、加氯、加礬、臭氧消毒等等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。僅就污水處理廠來(lái)說(shuō)，在線監(jiān)測(cè)的水質(zhì)參數(shù)就很多：有進(jìn)出水的濁度、溶解氧、溫度、電導(dǎo)率、生化需氧量、化學(xué)需氧量、總有機(jī)碳、酸鹼度、總氨、總磷、懸浮固體、氰化物及砷、汞、鎘、鉻、鉛等幾十種，還有大量的電、氣、機(jī)、閥門、鼓風(fēng)氧曝、潷水裝置等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備要參于監(jiān)控。

    現(xiàn)在絕大多數(shù)的給水排水的工程都是十幾年前興建的項(xiàng)目，所有現(xiàn)場(chǎng)的光、機(jī)、電、氣、儀器儀表、傳感器、變送器、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)器都面臨更新?lián)Q代的問(wèn)題。

    1.2 水工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

    傳統(tǒng)的水工業(yè)工藝流程是以土木型構(gòu)筑物為主的，設(shè)備的自動(dòng)化程度極低。

    上世紀(jì)七十年代水工業(yè)只有極為簡(jiǎn)單的有線三遙控制。到了八十年代初，有些水廠采用電極式或者浮子式來(lái)控制水泵電機(jī)的開停。水質(zhì)參數(shù)、水量調(diào)節(jié)、鼓風(fēng)曝氣大都采用人工手段。

    從八十年代到九十年代，隨著微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，水廠單元的環(huán)節(jié)控制有了很大的發(fā)展。筆者主持設(shè)計(jì)的北京市第九水廠采用了日本橫河的μXL控制系統(tǒng)，也采用了混凝投藥的單元環(huán)節(jié)控制，以計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)控制取得了重要進(jìn)展，對(duì)一些重要參數(shù)可以在線采集;與此同時(shí)全國(guó)各大城市的水工業(yè)，引進(jìn)了世界上比較先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)，如水量預(yù)測(cè)、自動(dòng)加藥、鼓風(fēng)曝氣、臭氧處理、DCS、FCS等控制技術(shù)取得了很大的成功。

    上世紀(jì)九十年代初筆者主持設(shè)計(jì)了北京市、深圳市自來(lái)水公司的城市供水調(diào)度和源水輸送調(diào)度的廣域網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，部分?jǐn)?shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)在線的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但許多水質(zhì)參數(shù)還不能在線監(jiān)測(cè)，如硝基苯、藻毒類等各種細(xì)菌和病菌的參數(shù)。許多水廠引進(jìn)的濁度儀、COD儀、BOD儀等儀器儀表不能在苛刻的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)、使用條件要求很高，有的不符合實(shí)際的需要或者不符合中國(guó)國(guó)情，引進(jìn)的許多先進(jìn)控制系統(tǒng)解決不了實(shí)際問(wèn)題，達(dá)不到設(shè)計(jì)的預(yù)期效果，只能束之高閣，造成巨大的浪費(fèi)，教訓(xùn)是極其深刻的。

2 現(xiàn)代水工業(yè)綜合自動(dòng)化的基本概念與功能要素

    在新形勢(shì)下，如何使這個(gè)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)企業(yè)在經(jīng)濟(jì)全球化的激烈竟?fàn)幹杏辛⒆阒兀克I(yè)綜合自動(dòng)化的核心技術(shù)是什么？建立什么樣的自動(dòng)化控制系統(tǒng)？是擺在所有投身水行業(yè)的科技工作者面前的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

    首先，要清楚水流程工業(yè)現(xiàn)代化的基本概念與功能要素。

    2.1 現(xiàn)代化水工業(yè) 的基本概念

    各大城市及各工礦企業(yè)要做的給水排水或污水處理項(xiàng)目，雖實(shí)際情況有千差萬(wàn)別，然一個(gè)現(xiàn)代化的水企業(yè)的基本概念是：生產(chǎn)模式要柔性化，才能適應(yīng)當(dāng)今市場(chǎng)的各種需求；供需能力國(guó)際化，不斷地節(jié)省成本，縮短市場(chǎng)的供應(yīng)期，不斷創(chuàng)新最佳經(jīng)濟(jì)績(jī)效；產(chǎn)量研發(fā)快速化，盡快適應(yīng)水量制造周期日益縮短的趨勢(shì)；競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)聯(lián)盟化，最大限度滿足客戶的需求。

    2.2 現(xiàn)代化水工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能要素

    總結(jié)國(guó)內(nèi)外成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，就清楚的知道，像國(guó)外一些大型企業(yè)，能越做越強(qiáng)，收購(gòu)國(guó)內(nèi)其他瀕臨破產(chǎn)的公司，深刻剖析這些企業(yè)，一個(gè)立于不敗之地的水企業(yè)必須具有三個(gè)“功能要素”：

    (1) 要有極強(qiáng)的應(yīng)變能力

    一個(gè)現(xiàn)代化的水企業(yè)，必須強(qiáng)化對(duì)變化的洞察能力，對(duì)經(jīng)營(yíng)模式的重構(gòu)能力，控制系統(tǒng)要支持各工藝流程中核心技術(shù)的形成能力；系統(tǒng)要支持對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)能力。

    (2) 要有極強(qiáng)的應(yīng)變速度

    一個(gè)有科學(xué)性的水企業(yè)，對(duì)陳舊落后的工藝和設(shè)備要盡快革新，供應(yīng)鏈建立了，計(jì)劃決策，最上層的ERP系統(tǒng)和最底層的PCS的過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)要同步建設(shè)，對(duì)變化了的市場(chǎng)要做到實(shí)時(shí)同步的快速響應(yīng)；對(duì)一些沒(méi)有通信功能的老掉牙的監(jiān)測(cè)儀器儀表、傳感器、變送器、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)器和電氣機(jī)械等一切現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備要盡快數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)信息快速整合；對(duì)廠站級(jí)的控制設(shè)備，要加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，使中間環(huán)節(jié)的MES的產(chǎn)品制造執(zhí)行層具有快速實(shí)時(shí)同步響應(yīng)能力；對(duì)水質(zhì)或一些突然事件發(fā)生巨大變化時(shí)，系統(tǒng)對(duì)異常情況的對(duì)策要有同步應(yīng)變的快速性。

    (3) 要有極強(qiáng)的求知力度

    經(jīng)濟(jì)全球化后，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)是非常激烈的。對(duì)市場(chǎng)變化毫不知情，對(duì)供應(yīng)鏈知識(shí)一無(wú)所有，沒(méi)有隨機(jī)應(yīng)變的生產(chǎn)計(jì)劃決策，企業(yè)就沒(méi)有生存的能力，現(xiàn)代化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，要能支持市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的決策能力，系統(tǒng)要增強(qiáng)數(shù)據(jù)與信息資源的應(yīng)用能力，增強(qiáng)數(shù)據(jù)資源的提煉能力，增強(qiáng)成熟知識(shí)的模型轉(zhuǎn)化能力。

3 創(chuàng)建科學(xué)的實(shí)用的水工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

    40多年來(lái)，筆者參加了幾十項(xiàng)大中型的給水排水處理工程中電氣與自控方面的設(shè)計(jì)任務(wù)和評(píng)審評(píng)標(biāo)工作；承擔(dān)過(guò)北京和深圳等大城市供水調(diào)度系統(tǒng)和源水調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)；多次組織國(guó)內(nèi)外高層技術(shù)專家深入研討水工業(yè)自動(dòng)化的相關(guān)問(wèn)題。筆者以為一個(gè)實(shí)用的科學(xué)的水工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)必須有一個(gè)全數(shù)字化的儀器儀表等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)；必須有一個(gè)功能強(qiáng)大的現(xiàn)場(chǎng)可編程自動(dòng)化控制器；必須有一個(gè)功能強(qiáng)大的監(jiān)控組態(tài)軟件平臺(tái)和有本企業(yè)特色的先進(jìn)控制技術(shù)；必須有一個(gè)功能強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；必須有一個(gè)好的廠級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；這些都是自動(dòng)化集成必須同步解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。 

    3.1 現(xiàn)場(chǎng)電、儀、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)器要充分利用嵌入式技術(shù)，盡快數(shù)字化、微型化、虛擬化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化

    錢學(xué)森院士說(shuō)過(guò)：“新技術(shù)革命的關(guān)鍵技術(shù)就是信息技術(shù)，信息技術(shù)由測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)三部分組成，測(cè)量技術(shù)則是關(guān)鍵和基礎(chǔ)”。水工業(yè)車間的現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備是自動(dòng)化系統(tǒng)的最底層。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層中的設(shè)備種類繁多，有傳感器、變送器、啟動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)裝置，水泵機(jī)組、I/O部件，各種閥門，各種現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器儀表等。現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備就是綜合自動(dòng)化的基石，是源頭。

    近二十年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬技術(shù)、嵌入式技術(shù)、微處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)以及特種加工、集成 、高密封 、納米 、激光 、生物等高精尖技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，使儀器儀表測(cè)試系統(tǒng)發(fā)生了根本性的變革，以硬件為核心的傳統(tǒng)儀器儀表測(cè)試系統(tǒng)已過(guò)時(shí)了。IT技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展，把模擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的精度、分辨力、多通道、測(cè)量速度提高了幾個(gè)量級(jí)，使儀器儀表發(fā)生了質(zhì)的變化。現(xiàn)代儀器儀表產(chǎn)品將加大力度向微型化、智能化、虛擬化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

    (1) 微型化

    傳統(tǒng)的傳感器、多送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)體積大、功能弱、單一性、硬件化，無(wú)法滿足網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的要求，由于微機(jī)系統(tǒng)（MEMS）、超大規(guī)模集成（VLSI）新器件、多芯片模塊（MCM）、圓片規(guī)模集成（WSI）等大量涌現(xiàn)，采用更加精密的微控技術(shù)、微加工技術(shù)、微測(cè)檢技術(shù)、微光源等技術(shù)，使儀器儀表產(chǎn)品體積更加縮小，精度更加提高，產(chǎn)品更加豐富。

    (2) 智能化                                                                           

    傳統(tǒng)的檢測(cè)儀器只能探測(cè)一種物理量，而智能的檢測(cè)儀器可以提供整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的檢測(cè)方案。由于微處理器和人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)信息進(jìn)行處理、分析和調(diào)節(jié)，對(duì)信息誤差進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷；對(duì)非線性的信號(hào)進(jìn)行線性化處理；智能化儀器具有自診斷、自標(biāo)準(zhǔn)功能。智能化的傳感器能夠完成多參數(shù)混合檢測(cè)，適合于各不相同的工作環(huán)境，能處理探測(cè)到的大量數(shù)據(jù)，并能存儲(chǔ)這些信息數(shù)據(jù)，智能化傳感器具有網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化通信接口，將所測(cè)到數(shù)據(jù)域發(fā)送給遠(yuǎn)程用戶等。

    以美國(guó)德州儀器公司的“DSPC”為例，以DSP芯片為核心，配合先進(jìn)的混合信號(hào)電路、ASIC電路，提供整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案，到2010年，DSP 芯片的集成度將會(huì)提高11倍，在單個(gè)芯片上將會(huì)集成5億只晶體管。

    (3) 虛擬化

    1985年美國(guó)NI公司正式推出Labview 版本的虛擬儀器技術(shù)，是“科學(xué)家與工程師的語(yǔ)言”，由硬件的軟件化，軟件的模塊化而產(chǎn)生的虛擬儀器。因其靈活、高效、迅速、易用、用戶可以自定義分析算法、修改控制編程，節(jié)去了大量的硬件設(shè)備，用戶可通過(guò)鼠標(biāo)和圖標(biāo)進(jìn)行操作，大大提高了工藝流程的創(chuàng)造性、為用戶更大規(guī)模的擴(kuò)展、創(chuàng)新的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。20多年來(lái)Labview的技術(shù)，功能也在飛躍的發(fā)展。技術(shù)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)大，應(yīng)用范圍更廣的Labview8.5版本也問(wèn)世了。西門子、洛克韋爾等著名公司也相繼推出了類似的虛擬儀器產(chǎn)品。

    什么是成熟的虛擬儀器？它由高效的軟件編程環(huán)境、豐富多彩的模塊化結(jié)構(gòu)和支持模塊化I/O集成的開放的硬件構(gòu)架組成。軟件技術(shù)成了儀器組成的關(guān)鍵部件，硬件只是用來(lái)解決信號(hào)的輸入輸出，各種水質(zhì)儀器儀表，現(xiàn)場(chǎng)的電氣、機(jī)械、閥門、驅(qū)動(dòng)器的傳感原件，主要由計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成各對(duì)應(yīng)的功能,“軟件就是儀器”，是對(duì)“虛擬儀器”的最科學(xué)的形象描述。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較見(jiàn)表1。

    表1   虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較

    近年來(lái)，隨著INTERNET和嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，又產(chǎn)生了新一代的網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器。虛擬技術(shù)是水質(zhì)參數(shù)在線監(jiān)測(cè)的高效解決方案。水質(zhì)的監(jiān)測(cè)是很困難的，從進(jìn)水到出水的整個(gè)流程處理過(guò)程中，此解決方案具有可快速的全方位的對(duì)眾多水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)的儀器功能，精度指標(biāo)都集成在一個(gè)軟件庫(kù)中。通過(guò)I/O接口，完成眾多復(fù)雜系統(tǒng)的功能，并在線的及時(shí)修改編程，進(jìn)行二次開發(fā)；構(gòu)建成一個(gè)完整的多通道綜合自動(dòng)化的虛擬儀器儀表的系統(tǒng)，并可減少許多要引進(jìn)的昂貴的水質(zhì)分析儀器。某污水處理廠采用美國(guó)Labview5.1的圖形化編程軟件，同時(shí)對(duì)氟離子、氯離子、氫離子、溶解氧進(jìn)出水濁度等眾多參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè),效果良好。

    (4) 網(wǎng)絡(luò)化

    網(wǎng)絡(luò)化的測(cè)量環(huán)境將網(wǎng)上每臺(tái)計(jì)算機(jī)和各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的儀器儀表有機(jī)地聯(lián)系在一起。數(shù)以萬(wàn)計(jì)的各種性質(zhì)的海量的信息數(shù)據(jù)都傳送到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（SQL）服務(wù)器，進(jìn)行分析、處理、運(yùn)算，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)和因特網(wǎng)，網(wǎng)上任意地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)都可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取網(wǎng)上的任何一組儀器儀表的測(cè)量數(shù)據(jù)值，就可以進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)量，接入網(wǎng)絡(luò)的儀器儀表和所有的計(jì)算機(jī)軟硬件，其功能和容量可能差別很大，一旦組成有機(jī)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后，就可對(duì)不同的計(jì)算機(jī)分配不同的任務(wù)，不同功能的儀器儀表就可以統(tǒng)一調(diào)用、從而大大減化了測(cè)試系統(tǒng)設(shè)備，而性能又達(dá)到最佳，操作的工程師們可控制儀器儀表在網(wǎng)上任何地點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析處理和顯示，將各種性能的計(jì)算機(jī)和各種功能的儀器儀表，通過(guò)ETHERNET和因特網(wǎng)INTERNET，或通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，最有效的連接到同一網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)完全的GPIB控制功能和基于以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議。這種完全開放網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)采集，是更科學(xué)的廣義的信息提取、管理和應(yīng)用，也更具有時(shí)效性和共享性,信息利用效率更高,成本也大幅下降。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)信息的模擬量已經(jīng)變?yōu)槿珨?shù)字的雙向多站的數(shù)字通訊、遠(yuǎn)遠(yuǎn)超脫了傳統(tǒng)儀器儀表的含義，總監(jiān)控中心能対遠(yuǎn)端井群或閥門，實(shí)現(xiàn)真正意義上的分布式的“E網(wǎng)到底”的網(wǎng)絡(luò)控制。有的科學(xué)家提出“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”，確實(shí)是一個(gè)偉大的科學(xué)預(yù)見(jiàn)。沒(méi)有信息化，就沒(méi)有真正意義上的自動(dòng)化。

    (5) 多功能化  

    現(xiàn)代的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化儀器儀表在一個(gè)傳感器中可以安裝多個(gè)敏感元件，完全模塊化安裝，具有檢測(cè)、變換、補(bǔ)償、運(yùn)算、處理、分析和控制功能，一個(gè)儀表可以處理多個(gè)信息的采集和控制，是真正意義上的多傳感信息融合, 方便了用戶，節(jié)約了成本。由于完全模塊化，數(shù)字完全開放的儀器儀表，人們很難區(qū)分是儀器還是儀表，或是測(cè)試系統(tǒng)設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以統(tǒng)一組態(tài)，集控室的操作員能夠一目了然的了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作情況，就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整，達(dá)到優(yōu)化控制，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的遠(yuǎn)程廣域網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

    3.2 創(chuàng)建全集成的綜合自動(dòng)化架構(gòu)
   
    一個(gè)大中城市的水務(wù)集團(tuán)旗下，上水、污水、供水的泵站多達(dá)幾百座，廠站多達(dá)幾十座，上下水管網(wǎng)更是星羅棋布在全市的所有角落，各種電、氣、儀、驅(qū)動(dòng)器、閥門更是上千萬(wàn)件。上下左右的綜合集成是非常困難的，又是必須盡快解決的問(wèn)題。

    當(dāng)今綜合自動(dòng)化的體系結(jié)構(gòu)涵蓋著從底層的流程企業(yè)自動(dòng)化到公司級(jí)的管理自動(dòng)化：從自動(dòng)化控制和生態(tài)管理到企業(yè)全方位管理的信息數(shù)據(jù)要全集成，再不是過(guò)去PLC、DCS和早期FCS現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化孤島；將所有底層現(xiàn)場(chǎng)的電氣控制、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)以萬(wàn)計(jì)的儀器儀表測(cè)試系統(tǒng)都要高度的有機(jī)的融合在綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)上；而公司頂級(jí)部門面對(duì)客戶市場(chǎng)的ERP系統(tǒng)，涵蓋從生產(chǎn)到采購(gòu)、從庫(kù)存到銷售、從流程自動(dòng)化到市場(chǎng)供應(yīng)鏈、以及財(cái)務(wù)人事等廣泛的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，其功能和信息數(shù)據(jù)都要快速高效的融合集成，這中間MES系統(tǒng)起著承上啟下的橋梁作用。

    開放，就意味著在網(wǎng)絡(luò)上能互連、互通、共享和互操作。綜合自動(dòng)化集成架構(gòu)、就是將工程中工藝、機(jī)械、電氣、儀器儀表測(cè)控系統(tǒng)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、監(jiān)控組態(tài)軟件、通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)劃管理、生產(chǎn)制造執(zhí)行、商務(wù)供應(yīng)鏈、財(cái)務(wù)人事、領(lǐng)導(dǎo)決策等內(nèi)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行同步設(shè)計(jì),做到有機(jī)的整合集成，謀求實(shí)現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)效益。什么是信息控制一體化的綜合自動(dòng)化的集成？著名的美國(guó)咨詢集團(tuán)ARC的描述比較準(zhǔn)確：“從全局的觀念對(duì)整個(gè)工廠的流程所牽涉的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)單一而又統(tǒng)一的平臺(tái)來(lái)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和組態(tài)、可視化、控制、生產(chǎn)管理和調(diào)度、資產(chǎn)設(shè)備管理；具有良好的可擴(kuò)展能力、可滿足小規(guī)模的單元控制、中規(guī)模的區(qū)域控制和大規(guī)模的全廠控制的各種要求；它在公共的工程環(huán)境、統(tǒng)一的通信框架、建立在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上等幾個(gè)關(guān)鍵特征。”這就是ARC提出的協(xié)同過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)CPAS（collaborative process Automation System），如圖1所示。

圖1   CPAS系統(tǒng)示意圖

    CPAS系統(tǒng)是流程企業(yè)實(shí)現(xiàn)ERP、MES和PCS三層結(jié)構(gòu)的一種理想的優(yōu)化解決方案。用一個(gè)統(tǒng)一的軟硬件平臺(tái)提供全廠的控制功能；用一個(gè)統(tǒng)一的工程設(shè)計(jì)和監(jiān)控組態(tài)軟件，解決所有車間的電控、儀控、各種閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)和啟動(dòng)裝置、HMI、SCADA的設(shè)計(jì)和組態(tài)、以及開車調(diào)試、運(yùn)行管理、安全保障、在線的系統(tǒng)診斷等工程的一切需要。一個(gè)流程企業(yè)的自動(dòng)化水平，關(guān)鍵是信息傳遞。正是在實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)快速交換的關(guān)鍵問(wèn)題上，CPAS在三層結(jié)構(gòu)中提出的解決信息同步交換的問(wèn)題，解決了經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)制造之間的閉環(huán)控制，使電子商務(wù)和市場(chǎng)供應(yīng)鏈與工廠流程監(jiān)控協(xié)同作戰(zhàn)。追求最佳的績(jī)效，這就是CPAS的理念。

    傳統(tǒng)的PLC、DCS、早期的現(xiàn)場(chǎng)總線和早期的工業(yè)以太網(wǎng)，在數(shù)據(jù)采集上往往不能達(dá)到要求，使企業(yè)各系統(tǒng)上下難以交流、決策與車間嚴(yán)重脫節(jié)，績(jī)效低下。

    實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是MES的核心。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)、分析、運(yùn)算、處理和管理，能為客戶提供開放的二次開發(fā)平臺(tái)接口，來(lái)提升企業(yè)功能，不斷的與時(shí)俱進(jìn)的提高生產(chǎn)效率，也能發(fā)布到其它關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，提供MES、ERP系統(tǒng)所用，幫助企業(yè)決策管理。

    監(jiān)控組態(tài)軟件和先進(jìn)控制軟件是綜合自動(dòng)化的重要支柱，就像人的大腦一樣。監(jiān)控組態(tài)軟件的發(fā)展極為神速。一個(gè)高效的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)組態(tài)要智能化，功能要網(wǎng)絡(luò)化及實(shí)時(shí)化和WED模塊化，接口要標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)要兼容多種操作系統(tǒng)，要求將監(jiān)控組態(tài)軟件嵌入到信息化平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)信息化的集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與管理決策的統(tǒng)一。監(jiān)控組態(tài)軟件將進(jìn)一步向開放化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、系統(tǒng)化和上下兩端發(fā)展，成為工廠信息化的核心技術(shù)。功能強(qiáng)大的監(jiān)控組態(tài)軟件產(chǎn)品很多，如美國(guó)INTELLUTION公司的IFIX  DYIIAMICS軟件，有Wonderware公司的INTOUCH軟件，有西門子公司的WINCC軟件，有德國(guó)ARC公司的PCVUE32軟件，OPC  UA、CITECT、TIA  SERVER、ARCHESTRA、CYBOCON等知名軟件，也有國(guó)內(nèi)組態(tài)王6.6、 MCGS等軟件。

    前幾年某自來(lái)水公司，為了提高運(yùn)行可靠性，增長(zhǎng)系統(tǒng)的靈活性，選用了美國(guó)NI公司的FIX工業(yè)組態(tài)軟件和美國(guó)Wondeware公司的INTOUCH工業(yè)組態(tài)軟件，建立了統(tǒng)一的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，有很高的可靠性又方便二次開發(fā)，擴(kuò)展能力強(qiáng)，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

    某大型的傳統(tǒng)水廠改造時(shí)，選用SIMATIC  IT MES來(lái)創(chuàng)建全水廠的生產(chǎn)信息系統(tǒng)。它的軟件包括兩種軟件：HISTORIAN實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和REPORT  MANAGER軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)可實(shí)現(xiàn)全水廠的海量信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)和提取，可提供OPC服務(wù)，也可提供Web服務(wù)和其它服務(wù)，是一個(gè)典型的自動(dòng)化集成架構(gòu)，有靈活的模塊化組件、很好的開放性，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口能與第三方軟件交互，客戶可增加其它模塊，不斷完善MES系統(tǒng)的功能。操作工程師，可不用編寫代碼，主要精力可放在生產(chǎn)需求的分析和業(yè)務(wù)流程管理的優(yōu)化控制上。

    3.3 現(xiàn)場(chǎng)要選用PAC可編程自動(dòng)化控制器

    筆者認(rèn)真分析總結(jié)了我國(guó)二十年來(lái)新建和擴(kuò)建的給排水流程企業(yè)，有的選用早期的PLC和早期的現(xiàn)場(chǎng)總線；有的采用了先進(jìn)的控制軟件卻運(yùn)轉(zhuǎn)效果差強(qiáng)人意；有的花巨資引進(jìn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器儀表，也只有顯示功能，不能參加優(yōu)化監(jiān)控；有的選用了早期的以太網(wǎng)，但是數(shù)據(jù)不能傳遞，還是處于“信息孤島”狀態(tài)。所以，要重新審視我們的思路存在什么問(wèn)題，在當(dāng)今大好的形式下，如何站在經(jīng)濟(jì)全球化的起點(diǎn)上，創(chuàng)建新型的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，讓現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備1+1>>2。

    3.3.1傳統(tǒng)PLC及IPC的存在問(wèn)題

    傳統(tǒng)的PLC軟硬件結(jié)構(gòu)封閉，功能較差，不能聯(lián)網(wǎng)控制。各廠家的PLC通訊協(xié)義各自為政不能兼容，很難實(shí)現(xiàn)大延時(shí)、復(fù)雜的算法控制。現(xiàn)在有些廠商還在極力宣揚(yáng)不符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的PLC和FCS現(xiàn)場(chǎng)總線，企業(yè)在選型中要特別注意，再不要犯重蹈覆轍的錯(cuò)誤。

    傳統(tǒng)的IPC靈活性差、處理能力不強(qiáng)、在環(huán)境惡劣現(xiàn)場(chǎng)，其穩(wěn)定性和可靠性就更差。現(xiàn)在的IPC機(jī)有了很大的發(fā)展，但可靠性和穩(wěn)定性還是存在問(wèn)題。

    3.3.2流程企業(yè)自動(dòng)化集成的迅速發(fā)展，催生了PAC可編程自動(dòng)化控制器。

    作為ERP/MES/PCS三層架構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)底層，原先是DCS、FCS和PLC為主體，現(xiàn)在的工程設(shè)計(jì)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)可以選用新的PAC。PAC保持了PLC的編程方式和特點(diǎn)，具有很高的可靠性和穩(wěn)定性；具有IPC的硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的運(yùn)算和聯(lián)網(wǎng)功能，編程更加簡(jiǎn)化，更容易實(shí)現(xiàn)水工業(yè)流程中獨(dú)特的預(yù)估、加藥、加氯、氧曝等閉環(huán)的先進(jìn)控制； PAC是一個(gè)軟邏輯結(jié)構(gòu)，有極大容量的存儲(chǔ)能力，并有掉電保護(hù)的功能；PAC有標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口，能方便的與其他品牌的PLC、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、各種分析儀器、現(xiàn)場(chǎng)所有的電、氣、儀、機(jī)等設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通信；PAC的數(shù)據(jù)測(cè)試是海量的，能對(duì)應(yīng)復(fù)雜的有幾百個(gè)I/O節(jié)點(diǎn)，甚至更多的I/O節(jié)點(diǎn)；PAC的性價(jià)比高，成本更低；PAC采用了事實(shí)上的網(wǎng)絡(luò)接口、編程語(yǔ)言、安全監(jiān)控等各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與異型異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)共享，使遠(yuǎn)程監(jiān)控有了堅(jiān)實(shí)的底層基礎(chǔ)；PAC采用模塊化的軟件結(jié)構(gòu)可任意增加和裁減，非常適合各種規(guī)模的流程企業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)控制，極便于二次開發(fā)；PAC具有統(tǒng)一的軟硬件開發(fā)平臺(tái)，能滿足 多專業(yè)、多速率、多循環(huán)、多任務(wù)的非線性操作運(yùn)行的控制要求；操作工程師可通過(guò)網(wǎng)上的任一臺(tái)計(jì)算機(jī)的Web窗口獲取各站最底層的所有數(shù)據(jù)信息，并能在線的進(jìn)行系統(tǒng)診斷，尋找故障所在；與傳統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)備相比，應(yīng)該說(shuō)PAC是實(shí)現(xiàn)ERP/MES/PCS三層自動(dòng)化架構(gòu)的最好幫手，能幫助企業(yè)搶占更多的市場(chǎng)份額。PAC定是今后現(xiàn)場(chǎng)控制器的主流產(chǎn)品。

    3.3.3PAC市場(chǎng)行情

    PAC的結(jié)構(gòu)特征不是完全統(tǒng)一的。PLC的主流廠商，保留了大家熟悉的PLC編程方式，保留了邏輯控制方面固有的特點(diǎn)； 也選擇功能強(qiáng)大、穩(wěn)定性好的CPU芯片，作為新一代PLC的核心處理器，它既有傳統(tǒng)PLC的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有PC機(jī)的高性能、低價(jià)格、系統(tǒng)開放的優(yōu)點(diǎn)，二者有機(jī)的結(jié)合，產(chǎn)生了新一代的PAC可編程自動(dòng)控制器。DCS的主流廠商則重視流程行業(yè)的應(yīng)用，把研究的重心放在統(tǒng)一的平臺(tái)和與以太網(wǎng)的無(wú)縫連接上，產(chǎn)生新的PAC產(chǎn)品。

    現(xiàn)在，有許多功能強(qiáng)大和性價(jià)比極高的PAC可編程自動(dòng)化控制器，可供我們選擇，具有代表性的產(chǎn)品有：GE -FANUC公司的PAC  SYSTEM系列產(chǎn)品；Siemens公司的SIMATIC  TDC系列產(chǎn)品；Rockwell 公司的CONTROILOGIX  PAC系列產(chǎn)品；貝加萊公司的PCC系列產(chǎn)品；NI的Compact  Fieldpoint，Compactr10，Compactvi-Sion  System，Industrial Pc等；泓格科技公司的μPAC ，IPAC  ，Winpac，Linpac等；BECK OFF公司的CX100 PAC系列產(chǎn)品；研華公司的ADAM-5000，VNO-2170和AMAX-2050等PAC系列產(chǎn)品；OPTO 22公司的SNAP-PAC系列產(chǎn)品。

    3.4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)必須選用實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)RTE（Real Time Ethernet, RTE ）

    眾所周知，F(xiàn)CS現(xiàn)場(chǎng)控制總線是按照現(xiàn)場(chǎng)通訊的要求來(lái)開發(fā)的，基本滿足現(xiàn)場(chǎng)信息傳輸?shù)囊螅褂梅奖恪⒃\斷功能強(qiáng)，比DCS系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)和自動(dòng)化，數(shù)字化和開放性是它的最大的亮點(diǎn)。但是，F(xiàn)CS現(xiàn)場(chǎng)總線不能完成大數(shù)量的數(shù)據(jù)傳輸，較多采用主/從控制方式，不容易實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)傳輸要求，各大廠家開發(fā)的軟件技術(shù)互不兼容，無(wú)法實(shí)現(xiàn)總線并構(gòu)，變成一個(gè)又一個(gè)的“孤島”，使“不明就里”的廣大用戶吃盡了苦頭。

    實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)比過(guò)去常用的12種FCS現(xiàn)場(chǎng)總線，除了以上提到的之外，還具有一系列的優(yōu)勢(shì)：

    ● 采用公認(rèn)的TCP/IP通訊協(xié)議，現(xiàn)場(chǎng)層就極易與Internet連接，實(shí)現(xiàn)公司與眾多現(xiàn)場(chǎng)層流程控制的無(wú)縫鏈接。價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠，軟硬產(chǎn)品豐富，支持技術(shù)非常成熟。

    ● 隨著快速以太網(wǎng)和變換式以太網(wǎng)的迅猛發(fā)展，解決了初期工業(yè)以太網(wǎng)的確定性問(wèn)題，其通訊速率一再提高，從10Mb/s, 100 Mb/s增加到今天的1000Mb/s, 10 Gb/s。這是FCS系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，在數(shù)據(jù)吞吐量相同的情況下，意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的大幅減輕，網(wǎng)絡(luò)碰撞的幾率大大降低，大大提高了網(wǎng)絡(luò)控制的確定性和可靠性問(wèn)題。

    ● 車間現(xiàn)場(chǎng)可采用各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功能強(qiáng)大的交換機(jī)可將網(wǎng)絡(luò)細(xì)分為若干個(gè)網(wǎng)段。交換機(jī)之間，通過(guò)主干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。交換機(jī)可對(duì)網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾處理，使每個(gè)網(wǎng)段內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的傳輸只限制在本地網(wǎng)段內(nèi)進(jìn)行而不需要經(jīng)過(guò)主干網(wǎng)。使本地?cái)?shù)據(jù)傳輸不占其它網(wǎng)段的帶寬，從而大大降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

    ● 只用一根電纜就解決了一個(gè)車間或一個(gè)終端的控制供電問(wèn)題。這樣的交換式全雙工的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)就消除了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上碰撞的問(wèn)題，使Ethernet通訊的確實(shí)性和實(shí)時(shí)性又大大提高了一步。終端采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)或采用遠(yuǎn)程I/O接口就更好與主站聯(lián)網(wǎng)了。

    ● 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展的潛力巨大。監(jiān)控主站計(jì)算機(jī)，通過(guò)Internet能實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)GIS地理監(jiān)控系統(tǒng)及眾多遠(yuǎn)程的取水泵站的無(wú)縫連接，可在主站中心或任何網(wǎng)上鏈接的其他地方，進(jìn)行修改整合或監(jiān)控管理。

    今天，實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在國(guó)外和國(guó)內(nèi)水行業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用，在鋼鐵、石化、石油、輕紡、汽車、造紙、食品、水泥、冶金等流程企業(yè)都大量選用實(shí)時(shí)工業(yè)以大網(wǎng)作為廠級(jí)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，它的多主站、通用性、可以同時(shí)采用不同速率來(lái)傳輸大數(shù)量數(shù)據(jù)信息正好補(bǔ)充了各種FCS現(xiàn)場(chǎng)總線的不足。基本上滿足了水工業(yè)系統(tǒng)各企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)管理與與OFFICE系統(tǒng)通訊的要求。

    水流程工業(yè)越來(lái)越復(fù)雜。對(duì)一個(gè)大的水處理工程，過(guò)去的DCS系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、PC、OPC和以太網(wǎng)技術(shù)，只是鑲嵌在傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中去，也只能對(duì)系統(tǒng)作些邊緣性的提高，所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、控制器還是孤島獨(dú)立地控制，只管束獨(dú)立的數(shù)據(jù)。目前世界流行的六種實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，打破了過(guò)去傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的堅(jiān)冰，為真正科學(xué)的信息控制系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

    目前流行的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)：EtherCAT、Ethernet、Powerlink、EPA、PROFINET MODBUS-IDA和Etherner/IP等，為了提高網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性能，這些廠家做了大量的研發(fā)工程，實(shí)時(shí)響應(yīng)時(shí)間，都可以作到5～10ms或更低，與過(guò)去專門為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備通訊設(shè)計(jì)的FCS現(xiàn)場(chǎng)總線差不多，甚至更快，基本上滿足了水工業(yè)處理流程的需要，但是對(duì)于加藥系統(tǒng)精度響應(yīng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，最好是近百個(gè)節(jié)點(diǎn)控制響應(yīng)時(shí)間小于1ms左右，而抖動(dòng)誤差要小于1誷左右。這六種實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)，各自有它們研究專利技術(shù)。但是，對(duì)廣大工程設(shè)計(jì)科技人員來(lái)說(shuō)，還是希望有一個(gè)比較實(shí)用的公共標(biāo)準(zhǔn)，再不要像現(xiàn)場(chǎng)總線(FCS)那樣，在實(shí)際應(yīng)用中不知所措。

    流程企業(yè)希望有這樣的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)：對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)講，要有一個(gè)大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)；在實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)上，只需要一個(gè)公共的變量定義和一個(gè)存放所有參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，這個(gè)統(tǒng)一的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是MES的核心設(shè)備，只有功能強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，才能在線實(shí)時(shí)采集流程過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，才能進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)與管理，才能進(jìn)行運(yùn)算分析和處理，才能在線提供開放的二次開發(fā)的數(shù)據(jù)信息資料，才能在線提供ERP和PCS系統(tǒng)中需要的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，使決策部門根據(jù)供應(yīng)鏈采集到的電子商務(wù)行情，及時(shí)修改生產(chǎn)計(jì)劃，通過(guò)MES系統(tǒng)將信息垂直的快速的傳達(dá)到最底層的PCS生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，真正提高生產(chǎn)效率，大大加快企業(yè)的應(yīng)變能力，也就大大加強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。這種實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件編程技術(shù)，能同時(shí)開發(fā)多主站和多終端的所有設(shè)備，也能同時(shí)調(diào)試和安裝眾多的機(jī)械設(shè)備；它應(yīng)該是DCS、FCS、IPC、CNC、GIS、OAS、PLC、MC、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、SCADA系統(tǒng)的統(tǒng)一編程標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)能橫向傳輸所有從站之間的海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；這種開放的模塊式結(jié)構(gòu)應(yīng)面向所有工業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用開放。從各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的光、機(jī)、電、氣、儀等一切設(shè)備到整個(gè)系統(tǒng)的全部設(shè)備都能無(wú)縫聯(lián)接并能在網(wǎng)絡(luò)中統(tǒng)一調(diào)度。用戶是上帝，希望廣大實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的廠商，盡快研究出具有上述要求的更簡(jiǎn)單實(shí)用的新平臺(tái)。

4 結(jié)束語(yǔ)

    “網(wǎng)絡(luò)就是控制器”。上世紀(jì)70年代，日本專家提出了 “機(jī)電一體化”的概念與電的整合性，但它沒(méi)有解決多機(jī)種多控制的通信問(wèn)題和監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題；曾幾何時(shí)，我國(guó)信息化的專家們，提出了“管控一體化”的概念，它僅僅側(cè)重于控制層和管理層之間的信息問(wèn)題，而忽略了如何提高工業(yè)控制系統(tǒng)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和確定性問(wèn)題，特別是忽略了現(xiàn)場(chǎng)層各種信息采集和準(zhǔn)確傳輸?shù)年P(guān)鍵性問(wèn)題。很難想象，管理層不能及時(shí)正確的得到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，怎能作出正確的判斷？！

圖2    水工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)示意圖

    根據(jù)上面提到的“基因要素”和對(duì)綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)集成的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的要求，研究綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的專家們認(rèn)為，唯一正確的途徑是創(chuàng)建新型的“信息控制一體化”的科學(xué)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)“信息控制一體化”的關(guān)鍵是：抓住信息化的核心技術(shù)不放，各種數(shù)據(jù)、圖象、聲頻、視頻、文本、報(bào)表能暢通無(wú)阻，達(dá)到無(wú)距離無(wú)時(shí)限的垂直上下和橫平左右的高效快速的訪問(wèn)；從本企業(yè)的實(shí)際情況出發(fā)，站在建設(shè)“數(shù)字工廠”的高點(diǎn)上思考問(wèn)題，做好企業(yè)系統(tǒng)的ERP/MES/PCS三個(gè)系統(tǒng)基礎(chǔ)的科學(xué)配置，特別是選好功能強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)控組態(tài)軟件和先進(jìn)控制軟件；各車間現(xiàn)場(chǎng)采用PAC可編程自動(dòng)化控制器（也可選用新型的PLCopen設(shè)備）；光、機(jī)、電、氣、儀等一切現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備做到全數(shù)字化、智能化、多功能化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化，（采用嵌入式技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)功能植入到舊設(shè)備中去、使它們具有網(wǎng)絡(luò)功能）；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用全開放的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)；共同采用TCP/IP通訊協(xié)議（加氯、加藥、預(yù)估、氧曝、調(diào)速等響應(yīng)時(shí)間要求毫秒級(jí)、抖動(dòng)誤差小于1微秒的、可采用等時(shí)同步實(shí)時(shí)“IRT”等技術(shù)來(lái)滿足某些高精確度控制的要求）；這個(gè)科學(xué)的實(shí)用的現(xiàn)代化的水工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，就是“(INTERNET+WLAN)＋(RTE+WPAN)＋TCP/IP協(xié)議+PAC”的完全開放的靈活高效的集成體 ，如圖2所示。

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    編號(hào)：080527