开放性是自动化系统的发展趋势

“开放控制”目前对控制工程师及其正在扩大的影响范围意味着什么？开放控制有多种含义，取决于不同的时期和应用。它可能指软硬件之间的标准互联，一直到企业和供应链。它也可能指跨平台编程的维护和易伸缩性，包括联网、编程环境和架构。 　　本文讲述“开放”怎样帮助你......有希望使生活更像在大草原上自由自在地行走，而不是像在经历牙科手术的煎熬。 　　开放意味着...... 　　西门子自动化与驱动集团基于PC自动化经理Michel Jabbour认为:开放可能意味着使用标准编程语言，如符合IEC 61131~3协议的编程语言；意味着与OPC等平台的标准通信。开放还意味着OEM厂商能够把定制C  代码集成到控制平台、和多设备级网络通信、甚至把PLC核作为应用程序接口（API）并把它嵌入选用的操作平台。 　　另一方面，开放允许在网络、工作站和操作系统等系统领域采用商用信息技术而不是专有技术。ABB公司Industrial IT 系统市场部副总裁Bob Hausler这样认为。曾经为厂商专有的通信标准现在对所有人开放，“允许用户轻松地集成信息，而且不需要价格昂贵、维护困难的定制软件接口”，他补充道。 　　开放已经超越了控制器的操作系统、网络协议或软件架构的范畴。AutomationDirect公司PLC与 I/O产品经理Paul Ruland说：“开放的控制产品还包括网络物理层中的组件、类别5的电缆、RJ-45型以太网接口、DB9和DB25连接器”。

　　开放还意味着能够从多家厂商购买到多种产品并让这些产品在应用中无缝地工作，这是Rockwell Automation公司SoftLogix业务经理Mike Miclot的观点,这要求各种产品容易被所有用户买到，而且可以从自动化产品供应商获得不只一个技术来源。 　　有些技术虽然不开放，但是可以和开放技术相连接，Schneider Electric自动化业务网络主管Diego Areces这样认为。“尽管PLC现在不开放，但是和PLC一起使用的工具逐渐开放，如Modbus TCP/IP、互联网和以太网等。用户需要开放的解决方案，但是对什么是开放的多种多样的解释造成了许多混乱。开放技术是免费的，人们可以方便地获取关于开放技术的信息而不必向哪个公司付费或参加什么组织”，他说。 　　自动控制系统一直在随时间发生稳定的变化。Phoenix Contact 自动化系统市场经理Larry Komarek, 说：“其目标是用户能够立即互连任意自动化设备，而且不必重新编程就能让它们受任意厂商的控制软件的控制。工业自动化一直在沿这个方向发展”。IEC 61131标准允许同一维护人员维护不同厂商的设备。 　　和大型应用所需的分立设备相比，采用软逻辑和嵌入式PLC板的工业PC机可以节省空间和安装成本，Komarek说。用户经由装有工业标准软件的PC机，通过OPC接口同控制程序通信，代替PLC厂商专有的协处理器模块。这可以降低硬件成本，增强购买的灵活性，方便于集成精选的高功能度和易用的软件。在基于微软Windows CE的模板中嵌入PLC功能可以实现较低成本、较小尺寸的工业PC机，代替PLC，这种情况不需要操作显示屏。 　　用户的期望 　　要求富有竞争力、更短的产品周期、更快的新品推出速度和更小的批量都导致对开放系统的需要。其他需求还有安全性、可靠性、与其他系统的信息交换、更准确和及时的信息、对生产过程更好的可视性和控制。这些需要包括： 　　■ 过程信息同ERP系统的集成； 　　■ 整个工厂范围的原料跟踪，跟踪生产过程中的产品，可以从进入工厂的原料直到离开工厂的成品； 　　■ 可以从一个地点看到多个信息的信息集成，以便比较不同生产线的经营效率。 　　Mike Miclot认为：Rockwell Automation的用户未必期望“开放”，而是期望开放带来的灵活性和选择自由。 　　Eaton Corp 公司生产线经理Clyde Thomas说：“不过，许多用户有通过多种手段以增加竞争优势的需求，包括以技术和开放的控制架构渐进地、破坏性最小地实现企业集成、新兴技术和产品，以及它们所独有的增值——不必对单一厂商或封闭系统投资或冒投资风险”。 　　Paul Ruland说：“用户现在通常期望水平更高的开放控制软硬件产品，以及由此带来的较低的购置和折旧成本”。

图2：开放控制技术和专有控制技术可以配合使用，如AutomationDirect公司展示的这个典型的组合。用于AutomationDirect公司的DL 205微模块PLC的I/O设备基于专有网络技术，采用开放的标准电缆布线和接口（通过长达30米的标准RJ-45以太网接线电缆）。这是可以和开放技术——以太网、DeviceNet、Profibus和OPC产品——组合使用的用于控制器到控制器和HMI/数据服务功能的单向专有技术。 　　技术满足需求 　　技术可以满足对开放系统的需求并产生效益。 　　Invensys公司的工厂自动化与信息架构ArchestrA能使用软件延长传统系统的寿命，能提出经营目标，还能保护知识产权，Invensys Wonderware 总裁Mike Bradley道。 ArchestrA允许对软件应用快速装配，而不是编程，这意味着通过重新装配现有应用可以创造新的应用。 　　Invensys公司基于ArchestrA的第一个产品Wonderware工业应用服务器能使客户“减少开车成本和维修费用”，Mike Bradley说。同时，Invensys的其他产品也都基于ArchestrA，工具软件包将在7月之前面世，该公司ArchestrA 业务总经理Kevin J. Tock如是说。 　　Michel Jabbour说：“西门子自动化与驱动集团把标准工程环境和控制平台分离。基于这个策略，一个应用的自动化部分对所有不同的西门子控制器都是透明的”，因此用户可以选择平台以匹配应用。 　　AutomationDirect公司的Ruland说：“下一代PLC的本地扩展I/O也许采用高速专有芯片组和网络算法来保证预期的同步I/O扫描，但它们会采用以开放的控制接口和布线元件为特色的经济易用的包的形式”。 　　Larry Komarek说：“Phoenix Contact公司13年前研发了第一个开放的现场总线Interbus”。今天，Phoenix Contact提供多总线I/O系统、捆绑Phoenix IEC 61131和Entivity流程图软件的工业PC机、用于逻辑控制和以太网设备的OPC服务器、用于以太网I/O的多种协议、以及基于微软Windows CE的控制。Phoenix Control控制器始终基于PC的软件和硬件技术。 　　“ABB工业IT自动化框架能和采用同样标准的第三方应用方便地集成。而且开放的标准和工具允许通过易于使用和理解的微软格式对希望得到的过程信息进行分析和描述，以便客户能利用这些信息改进生产决策”，Bob Hausler说。 　　“此外，非常重要的是，这种开放性为现有客户提供新增功能”，他补充道。 　　“Rockwell Automation公司正在给它的产品增加更多类似PC的属性，如Web服务和OPC DX。Rockwell为它的软件解决方案采用事实上的标准，如微软Windows。Rockwell还支持DeviceNet、ControlNet和EtherNet/IP等多厂商开放现场总线。Rockwell还将继续参加标准组织和活动，如OPC，保证用户自由选择标准，从而保护用户的利益”，Mike Miclot说。 　　“人们清楚广泛使用的微软Windows和真正开放的Linux之间的区别。也可以做一个类似的网络比较：使用Ethernet/IP必须付费，而Modbus TCP/IP可以免费下载使用。市场之所以需要开放的技术，是因为无论怎样开放和免费，其目标都是使多种设备尽可能互操作。厂商和用户需要能普遍接受的技术”。Diego Areces如是说。

　　自动化系统架构旨在隔离、保护和优化资产 　　通过熟悉的软件工具和约定，自动化系统架构旨在隔离、保护和优化资产。自动化系统架构可能包含普通硬件和软件、一些编程和开发工具，并结合了广泛使用的工业网络和基于互联网的能力。尽管各种架构来自不同的厂商，但它们有某种“开放”的方法。通常多家厂商可以使用或创建兼容产品并同微软.Net和通信网络等公共基础技术相连。大多数架构有某种跨平台伸缩方法（从小到大、从集中到分布、从固定到移动），可以适应允许集中管理软件升级的瘦客户机架构或其他工具。 　　提供自动化系统架构的厂商有： 　　* ABB-Industrial IT； 　　* Emerson Process Management-DeltaV； 　　* GE Fanuc Intellution-iCore； 　　* Honeywell-Experion PKS； 　　* Invensys-ArchestrA； 　　* Rockwell Automation-FactoryTalk； 　　* Schneider Electric-Transparent Ready（以前叫Transparent Factory）； 　　* Siemens Energy & Automation-Totally Integrated Automation。 　　 　　 在PLC中加入PC功能可以保护“秘密资源”

　　Online Development公司的Tecla可编程数据处理器继续着把PC功能引入工业设置的趋势。这种软硬件设备把PLC的形式和基于PC的功能结合在一起，提供控制、通信和数据采集能力。 　　Online Development公司市场总监Tom A. LeBay说，“该技术能帮助你从功能自动化和控制发展到最优化阶段。”他说，微软Windows CE 3.1操作系统可以为许多应用提供实时结果；一项抖动测试显示可以在13毫秒内得出结果。此外，用微软.Net框架允许同更高层的系统相连。编程可以使用软件开发包，软件开发包包含标准C语言编译器或应用软件和EZ-1131，EZ-1131可以通过IEC 61131-3语言使用。 　　LeBay先生说，软件开发包允许OEM厂商创建嵌入式或隐藏式增值应用，以保护秘密资源（专有源代码，通常来自于过去的应用）。“Tecla把控制和企业IT集成在一起，提供资产管理、基于Web的最终用户产品支持、最佳分类数据历史记录、自我报告诊断和远程调试。” 　　Tecla可以