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发表人：CAOYANG1 |
发表时间：2005/6/21 12:00:00 |
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| 本栏论题： |
设计新型工业控制系统方法探讨 [1622] |
摘要：计算机软件、硬件技术高度发展的今天，为设计新型工业控制系统提供了很好的机遇。使用方便、功能强大、品种齐全、网络联接组态方便、统一的编程语言是新型工业控制系统应有的特征。
关键词：控制系统 ； 编程语言； 网络 ； 现场总线
引言
计算机软、硬件技术发展是一个系统推进的过程。目前能够用于工业控制设备的技术和软、硬件资源非常丰富。 设计、研发出功能强大的新一代工业控制设备，构造满足未来工业生产要求的自动化系统，目前正处于很好的时机。
已往控制设备分为PLC、DCS、FCS、工业控制计算机、专用嵌入式控制系统等。各种设备的控制原理本质是完全一致的，只是编程组态方法和I/O接口模块联接方法不同。我们可以将控制系统设备结构抽象成如下模型：
从编程模型看，可将每一种设备抽象成如下结构：
新一代工业控制设备的设计目标是使用统一的编程组态开发工具软件，使设备可以方便的实现I/O及网络互联。
从用户角度出发，未来的自动控制设备最好能够向现在通用计算机一样，不同厂家生产的I/O模块、控制板、独立的可编程序控制器、人机接口能够互相联接，接收统一的编程和组态数据。设计出使用方便、功能强大的开发工具和制订更多的开放标准是这种目标的重要技术手段。
1 编程语言
自动控制设备的编程语言是通用编程语言（如C或C++）无法替代的IEC61131-3给出了很好的解决方案。新型的自动化设备要求编程语言具有广泛的适应性，8位、16位计算机芯片组成的控制器的应用是非常广泛的。在8位、16位、32位计算机芯片之间使用共同的编程语言非常困难，但是新一代产品必须具备这一特性。解决这一问题方法是IEC61131-3的功能进行剪切。一种可行的方案是进行变量预分配。把VAR、VAR-INPUT、VAR-OUTPUT，VAR-IN-OUT，VAR-IXTERNAL，VAR-GLOBAL，VAR-ACCESS按照硬件资源在制造时一次分配完成。这样既可以完全符合IEC61131-3的语法要求。又可以简化简单控制器的编程组态方法。
将IEC61131-3编程语言编译成统一的组态数据非常重要，这样才能够在各种硬件设备中实现统一的开发编程工具。
编程语言应当适用网络连接和现场总线设备的需要。IEC61131-5定义的通讯功能块，对实时运行的网络控制行为作了很好的抽象描述。这种抽象描述可以在各种网络和现场总线的应用层实现。新一代产品的编程语言应当支持这些功能块，来实现不同的网络设备互联。
新一代编程语言应突出事件控制功能。很多控制对象是长时间处于一种稳定状态，在很短时间发生一次状态变化后，又进入新的稳定状态。在网络上按实时采样方式进行监控就可能丢失状态变化描述。如果把这种行为封装事件描述，就可以完整的记录每一种状态变化过程。
控制器与INTERNET联接是必然的趋势，否则，会使控制系统形成“信息孤岛”，不利于未来的管控一体化集成。另外，实现与INEERNET的互联，可以实现与通用数据库的连接，避开实现专用实时数据库所带来的副作用。与INTERNET联接很多种方案。从编程语言的角度看，是把IEC61131-3描述的变量翻译成XML描述，实现与远程WEB浏览器的互动。可以将这种翻译行为抽象成IEC61131-3功能块。
2 网络与现场总线
现场总线技术目前仍然处于不确定状态。随着以太网技术逐步被采用，我们有机会设计新一代具有多种网络联接和IEC61131-3编程能力的设备。从用户使用方便的角度看，新型网络与现场总线设备应当具有如下特征：
⑴允许以太网设备和其便于深入设备现场的现场总线设备实现互联。
⑵所有网络设备和现场总线具有IEC61131-3编程或组态能力。可以在网络和现场总线上对任何一个网络设备进行透明编程组态和在线调试。
⑶允许廉价的8位、16位计算机芯片组成的控制器实现网络和现场总线接入，并且具有IEC61131-3编程或组态能力。
⑷统一、一致的开发组态工具。
实现以上特性是一种比较理想的状态。从目前计算机软件技术的发展水平来看，是完全可行的。只要有或组织克服商业风险持续开发就可以实现。
目前应用较广的现场总线协议Profibus和FF的主要问题从物理层到应用层规定的细化，任何技术变化都会造成产品不兼容。结果是应用层的功能无法真正与IEC61131-3相一致，物理层和硬件又无法与主流的8位、16位嵌入式计算机芯片相融合。使Profibus和FF只能限制到特定应用领域。无法实现统一编程组态工具，也是目前已有的现场的主要缺点。将现场总线协议功能限定在网络通讯服务，只抽象应用服务功能，不要把现场总线协议无限延伸。将具体的控制行为交给编程语言去实现，是目前开发以太网络控制设备正确的选择。当然，开发新一代现场总线产品也没有必要完全放弃已有的成熟技术，比如：Profibus协议提供的FMS服务，就是一个很好的服务抽象。
为什么以太网技术受到自动控制设备制造商的重视？其根本原因是现有廉价资源可以充分利用。如有统一网络（现场总线）服务协议标准，那么廉价的嵌入式计算机UART接口加RS485总线就是一种很 |
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