1 集成技術的發展
在筆者以前發表的關於集成技術的文章中，多描述了DCS等發展前期的反饋控製、順序控製、批量控製等各種控製策略及大、中、小流程工業對係統規模不同的需求，而對儀控、電控一體化、管控一體化的需求並未深入探討，而現在這已提到日程上來了。
在DCS、PLC、IPC等工控產品的發展過程中，3者互相促進，多代產品的更新換代、通信技術和人機界麵軟件的發展，使集成化逐步成為繼自動化儀表和係統數字化、智能化、網絡化之後，逐漸形成的第4個“化”，即形成了集成化的發展趨勢。
到目前為止，一直以提供完整係統為主要特色的DCS係統多家供應商也在集成化方麵有很大進展，如采用COTS的以太網為主幹網，以第3家的HMI軟件為人機界麵軟件，采用通用組態軟件平台，I/O組件采用OEM方式甚至有Honeywell的PKS係統采用Rockwell的控製器。
作為集成化的一個例子，PCS7是該公司過程自動化新一代的DCS係統，已經有近10年的曆史了，版本升至V7.0，根據ARC顧問集團白皮書報導，西門子成為全世界第4大DCS供應商，特別是2006年在中國獲得了中石化青島大煉油項目（年處理量為1000萬t，I/O點約2萬多點，今年5月24日已開車成功），證明其已進入了大型石化工業的核心控製領域。PCS7的十大新亮點中有3點提到集成：全集成自動化理念覆蓋所有自動化領域的任務、集成批處理與路徑控製軟件包、集成工廠資產管理，ARC評價為“SIMATIC PCS7係統是一個全方位的DCS，能夠滿足在過程自動化中所需要的最苛刻的條件”。它貫徹了儀控電控一體化和管控一體化的要求，提供了基於通用S7跨應用領域的通用硬件平台，利用了通用ET200係列I/O、通用的PROFIBUS以及以太網通信、通用的配置、工程設計和操作員界麵以及一個獨立統一的自動化數據庫；通過MES的業務層集成，與諸如SAP之類的企業係統以及進物流集成，做到在所有自動化領域提供通用組態和編碼工具，通用用戶界麵和通用數據管理；鑒於流程工業現場儀表及其它設備數字化、智能化程度的提高，在DCS層集成了工廠資產管理的基礎功能，同時也為MES/ERP提供必要的設備狀況及設備資產有關數據；在工藝過程中，有要求故障時緊急停車或要求可燃氣體、有毒氣體報警等而設置安全儀表係統SIS的，也集成在PCS7的統一平台內。
另外作西門子的新的集成化係統，還做到兼容該公司第一、二、三代DCS，或稱向PCS7係統的移植策略，與西門子有關APACS、Teleperm、PCSOSx以及Braumat釀造係統、Cemar t水泥廠控製係統，已有移植成功的多個業績；還為其它家係統如Heneywell
TDC3000提供FTA，以及為Freelance、PROVOX、I/A係列接口，為Micrex提供移植方案。PCS7除去連接Profibus PA外，還有連接HART、FF及其它現場總線、現場儀表的硬件和軟件。
ARC在近年評價某公司及國際現場總線基金會、GE Fanuc等多份報告中提到協同過程自動化係統（CPAS，Collaborative Process Automation System）和協同生產係統（CPS，Col laborative Product ionSystem），這預示了管控一體化將進入一個新階段，而其供應商是占有新一代集成技術的自動化儀表和係統的製造商。我國和利時和浙江中控均各自發表了符合這一新潮流的係統。國內的用戶單位也在這一新形勢下，整合基礎自動化和工廠信息化的技術力量，在做好上海賽科等大型石化企業全廠管控一體化的試點工作的同時，迎接新的協同自動化的管控一體化的新局麵。
2 集成的內涵
集成的英文原詞“Integrate”是“使完整”、“使一體化”的意思，或為“與……結合”、“成一體”等，我國常用“集……而大成”的句子，它的含義在係統工程學中極其重要，所以近年來常把“集成”一詞用在創新、設計、製造、營銷等人們的生產和經濟活動中，也用在產品生命全周期中，對自動化儀表和係統，提出了集成化（另有數字化、智能化、網絡化）的目標。係統集成除作為一門技術外，其哲學內涵的探討，也是很有用處的，敬請讀者注意。
從目前自動化行業來看集成化的內容，不僅是上一節提到的控製係統的集成，還應包括儀控、電控一體化和全廠的管控一體化，構成全廠的信息係統自下而上分為PCS（監控層）/MES（製造執行係統）/ERP（企業資源計劃）3層，又在工藝過程中，有要求故障時緊急停車或要求可燃氣體、有毒氣體報警等而設置安全儀表係統SIS的，也應集成在一起。就PCS集成技術來看，應包括：硬件集成和軟件集成兩方麵。硬件集成主要是根據輸入、輸出信號確定係統的選型、I/O模塊、控製站台數（現按現場儀表是常規模擬儀表或HART儀表來考慮；如按現場總線儀表考慮，還應進行網段計算及確定鏈接卡—網關數量等）；根據人機界麵的要求確定操作站的台數、工程師站的台數、CRT或LCD屏幕數、打印機台數、係統服務器台數及其它外圍設備，另外還有與MES/ERP管理層的通信接口等。根據數據通信物理層和數據鏈路層的要求，確定通信信道的類型和線纜的尺寸，設置必要的通信設備如集線器、交換機等。
軟件集成主要任務是實現數據和信息的傳送、存貯、處理及完成控製策略和人機界麵。在數字化的基礎上，模塊和單元的集成，主要是信號、數據、信息的集成。
信號是數據的物理表現，數據是信息的抽象表示。數據除數字、字母、符號外，還應包括所有能輸入計算機並被程序加工處理的符號的集合，在過程控製中，如描述某管道K8凯发登录入口控製回路，應有工位號（如FIC101）、工位說明（可以是漢字）、測量值（包括工程單位及量程上下限）、設定值、操作值、運行方式（如手動、自動、串級等）、報警狀態（包括報警上、下限和報警等級）、測量值變化率以及綜合數據而形成的趨勢圖（指時間戳的實時數據和曆史數據）、回路棒圖等。由此看來係統內數據流不隻是與現場測量儀表和執行儀表有關，還與控製策略、人機界麵、係統安全、工藝過程安全等因素有關。另外信息中聲音、圖像等也是以數據形式傳輸的，所以說數據是信息的載體，數據是數字化的信息，數據通信技術隻是完成數據高速公路及類似郵電局的一般通信業務真正完成數據的處理和利用，還有大量軟件集成的任務。由於構成係統的各部分是來自不同的儀表製造廠，所以異構係統要實現一體化，就會有很多“接口”，要實現無縫集成，這些“接口”不隻是要做到物理上的連接，更重要的是要具有開放性，可實現互操作，即具有互操作性。
從20世紀70年代以來，自動化儀表和係統逐步實現了數字化，在其進程中，並無統一標準，“信息孤島”的現象在發展，至90年代才逐漸開始得到解決，但同時又不斷產生新的矛盾，2000年前後形成了多種現場總線並存的IEC61158（測量和控製係統用）和IEC62026（低壓開關裝置及控製設備用）等國際標準，還有CAN、MODBUS、LonWorks及工業以太網等應用較廣的事實上的標準，所以係統集成的工作顯得更為重要。
我們還要注意軟件集成的可得性和可用性，即價格不能貴（但不允許超越許可證的使用），用起來還要方便，而且可靠，運行速度快，易於維護。另外，在強調“共性”的基礎上，還要照顧到各製造廠的“個性”，不然集成化就變成給自動化技術“添麻煩”的瓶頸、累贅或陷阱了。
3 工業自動化係統集成技術
（1）關於標準
局域網的通信標準，這是網絡技術的關鍵，也是係統集成技術的基礎，係統集成是在其模型框架內完成的。特別是1983 年ISO 國際標準化組織通過了開放係統互連OSI（Open System Interconnection）參考模型，即ISO/OSI 參數模型，我們常稱其為7層模型，即應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層和物理層7 層，它把通信過程分段，相應地把網絡功能分為不同邏輯和物理層次。實現網絡節點各層功能的基本方法是，利用硬件實現較低層協議，利用軟件實現較高層協議，軟件集成包含在其中。
經過多年的係統集成的實踐，於2003年發布了ISO 15745標準，標準全稱為工業自動化係統和係統集成—開放係統應用集成框架。它解決了係統集成的應用需求和接口兩個基本問題。標準分4部分：通用參考描述，以ISO11898標準為基礎的控製係統的參考描述、以IEC61158標準為基礎的控製係統參考描述、以以太網標準為基礎的控製係統的參考描述。即1個通用描述和3個參數，3個參數是：CAN總線、FF等8種現場總線，以太網所構成的係統。第一部分通用描述提出了開放係統的應用集成框架AIF（Application
Integration FrameWork），它定義了一些元素和規則，構成集成模型來表示應用需求，並開發應用互操作專用規範AIP。這個AIP是接口規範的表示形式，並要求開發AIP時，應用UML、XML等來描述和表達。
這些對係統集成技術的發展起到了裏程碑式的作用，表示係統集成技術已進入標準化階段。關於管控一體化的標準正在形成中，目前ISA95為加快MES與ERP之間的集成而在快速推進中，爭取獲得認可。
（2）關於OPC
OPC（OLE for Process Control）為用於過程控製的對象鏈接嵌入技術，OLE（Object Linking andEmbedding）。OPC是一套數據交換接口的技術規範，OPC基金會已經有120個成員，大多數儀表製造商都參加了該組織。
把諸如現場智能化儀表、PLC控製器與基於PC的人機界麵操作站集成在一起，這是係統集成商較早遇到的問題，這種接口問題的解決方法有多種或者說接口有多種，但是接口規範化、標準化是必由之路。在自動化係統集成中，以前采用動態數據交換技術DDE（Dynamic Data Exchange），它對於幾台PLC控製器與1台內裝HMI人機界麵監控軟件的PC機來說還是可行的（現在也還有少數場合應用此辦法），但係統規模大了，就會有困難了，況且它並無統一標準，所以接口驅動軟件開發工作量很大，而且並不通用。OPC正是解決了這個問題，它作為通用的接口，可以把各家數字化現場儀表與上位人機界麵軟件方便地鏈接起來，而且可以與PC機的Excel、Access、VB、VC等多種平台鏈接起來。由於它采用了先進的COM/DCOM技術（Component Object Model組件對象模型和Distributed COM分布式組件對象模型），比DDE等接口技術容易解決運行速度和多台計算機之間的傳輸問題，為通用的服務器/客戶器鏈接方式，實現即插即用。
OPC性能不斷提高，最新版本為OPC3.05版本，可做到基於以太網橫向信息交換和實現跨平台（即與非微軟的平台如Linux）的OPC應用，而且通過與EDDL合作，正在解決從底層到高層係統互操作方案。
（3）關於組態技術
組態一詞來自Conf iguration，它包括了配置、組態、布局等含義，在自動化領域內，經常把硬件配置與軟件組態搭配稱謂，而且當今一般理解組態技術即指軟件組態，而且是麵向控製策略的軟件組態，是在基本控製算法基礎上構成的功能塊（PID等）之間的軟件連接，是功能塊與現場設備物理地址之間的連接，當然還包括類似儀表具體規格和參數的選擇。由此可見，這裏講的軟件，並不是一般的計算機編製程序，而是專門為自動化工程師、工藝工程師而設的“工控編程”，本文第一章中所說的模塊化，實際包含了硬件和軟件的兩方麵，這裏所說“組態”是軟件模塊完成控製策略的麵向最終用戶的集成技術的核心。現在的工控係統中，除控製策略組態以外，還包括網絡組態、設備組態。一般工程中，新係統開工前采用離線組態方法，而在工廠投運時進行小範圍調整時，采用在線組態方法，這樣的集成技術，將使工程施工周期大為縮短。
僅就控製策略組態而言，從DCS、PLC出現以來，工控編程的方法有多種，最流行的方法是“內部儀表”接線圖法和電氣盤的“梯形”圖法，通常采用便攜式手持編程器或使用PC機內裝組態工具軟件兩種方法進行組態，但各製造廠的產品組態工具軟件各不相同，組態方法也有差別，所以標準化工作在集成技術中就顯得很重要。在分批控製（包括連續控製）中有ANSI/ISA-88.01-1995標準，在PLC中出現IEC61131-3，後者除用於離散控製外，也涵蓋了分批控製、連續控製，它提出5種編程語言，即指令表（IL）、梯形圖（LD）、順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）、結構化文本（ST），這包括了文本編程和圖形化編程兩方麵，而且SFC中文本和圖形兼備，這些已在許多DCS和PLC產品中實現，但通用性、可移植性還存在很多問題。近來又開展“工業過程測量和控製係統用功能塊標準”IEC61499項目，它將IEC61131-3進行擴展，它是針對通過通信網絡互聯的模塊化分布係統的體係結構的標準，是以數字技術為基礎的各種控製器在高層麵上走向開放性的和應用程序可移植的標準。這是DCS、PLC、PAC、IPC等的發展趨勢。國內對控製器的控製引擎和數字引擎（實現對控製邏輯實時數據庫的解釋執行）技術的研究，將為執行IEC61131-3和IEC61499開創新的局麵。根據控製策略組態技術的基本思路，控製組態模板，人機界麵組態等，直至先進控製和管控一體化係統都逐步采用組態技術，以便於係統工程師的應用。
到係統工程師隻需“點菜單”或“連線”等點擊方式就能組態各種係統時，係統集成技術就真正做到“輕鬆集成”（Power to Integrate）了。
（4）設備描述和設備管理
設備描述簡稱為DD（Device Descriptions），是作為數字化了的現場設備間的互操作的應用行規，它使現場設備間或與主係統間的傳輸數據，如數據類型、參數語義、應用功能等能互相理解。設備描述是由設備描述語言DDL實現的，基金會現場總線FF（Foundation Fieldbus）的現場設備采用可讀的結構文本，用DDL編寫的設備描述的源程序，經設備描述編譯器轉化成機器可讀的輸出文件，控製係統從而理解各製造商的設備的數據意義，這類似於PC機與打印機之間的驅動程序，一個現場總線的現場儀表在接線完成後，還需要把相應DD“驅動程序”裝在主機上，主機和現場儀表之間就可以互操作了。
設備描述技術經曆一段時間發展，現場總線基金會FF等組織在DDL基礎上形成EDDL，2004年成為國際標準IEC61804。EDDL提供基本構件約16種，即塊、變量、數組（陳列）、條目數組、記錄、數集、變量表、程序、域、響應代碼、方法、單元關係、刷新關係、整體寫入關係、菜單、編輯顯示等，目前FF基金會已完成了與過程控製有關的溫度、壓力、K8凯发登录入口等檢測儀表和執行器的現場設備的設備描述，而且有378種現場設備和17種主機係統通過互操作性的認證，現FF等3家（另兩家為HART和Profibus）又與OPC組織合作，開展EDDL的第二階段的研發工作。某公司為首的ODVA組織完成了與離散控製有關的半導體設備、氣動閥、交流驅動設備、位置控製器等的設備描述。
另外，19 9 9年ZVEI（法國電工器材工會）和Profibus國際組織提出了FDT（Field Device Tool）現場設備工具技術規範，得到了ABB、E+H、羅克韋爾、英維思等公司支持，它是獨立於FF等的設備集成技術，所以很受人們矚目，但他們提出該技術可以兼容EDDL，用戶隻好拭目以待。近聞ABB、E+H、羅克韋爾、英維思4家與FDT合作，形成FDI（Field Device Intergration）現場設備集成統一架構，並正式開展工作。
由於設備描述技術的發展，使自動化儀表數字化、智能化進入一個新階段，即將設備控製信息、運行狀態信息及設備製造安裝信息集成在設備管理係統中。
近來興起的設備管理係統一般均為在DCS係統（或稱主係統）基礎上增加一個內裝AMS（AssetManagement Solution）設備管理係統軟件的顯示操作站，掛在同一局域網中，完成現場設備的管理維護工作，即完成設備組態管理、故障診斷，調試標定所連設備，以及自動維護係統的設備數據庫，這把本文提到的MES/ERP層的部分功能在這裏實現了，使管控一體化技術在此提前走向實用。
4 集成化的工程實施
係統集成和集成了的係統原文為System Integration和Integrated system，這對最終用戶來說是有些不一樣，最終用戶是要求得到符合自己應用需求的係統，是要求得到解決方案（Solution），是要求實現交鑰匙工程，所以應該明確是要求得到Integrated System，即已集成的係統。對於本文所述的集成技術諸項應該了解，但不必要自己從“原材料”出發去集成，大量集成的工作應該讓製造商、集成商去完成。對於係統集成技術實力較強的最終用戶來說，可以由工藝人員介入應用需求有關的控製策略的組態和人機界麵組態工作，由儀表維護人員介入係統（網絡）組態和設備組態工作，但不宜取代係統集成商。這裏說到工程實施過程應該有“集成”的意識，這也是完成一個自動化工程的關鍵。我們應該分出條條塊塊，分工合作；應該以串行方式為主，並行方式為輔；我們對技術隊伍的培養應貫徹始終，做到人的集成、管理集成、技術集成，人、財、物形成一個整體；做到設計階段集成、工程實施階段集成、維護期的集成，使全生命周期貫穿著集成的思想。
我們知道“數字工廠”主要指工廠運行信息的采集、存貯、控製等數字化，這可以說是物理對象數字化、工作對象數字化，而對於工廠建設過程中的數字化信息的留存及全生命周期信息不斷加載，這對於工廠運行也很重要。有研究表明，工廠運行費用的70%與生命周期有關。而我們以前工程實施“集成”過程中，由於規劃設計、施工安裝、開車調試、運行維護人員分割，可以說信息截流嚴重，這對“70%”的使用和節約是太不利了。所以從係統工程的角度看，集成化的工程實施，在一定程度上比集成化的產品更重要。所以“集成化”應引起我們重視。

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