3、工业自动化软件技术的发展
目前在国外，很多发达国家及有些发展中国家普遍采用美国Wonderware工业自动化软件套件技术，根据用户需求构建系统，实现对复杂工业大系统的控制与管理。例如，在20世纪90年代印度最大的TISCO钢铁公司采用美国Wonderware工业自动化软件系统套件技术实现了直接与ERP通信，从Internet上直接接受用户订单后，通过生产执行系统(MES)把总公司和职能部门、分厂、车间直至各条生产线都采用统一的控制、数据和信息平台纳入管理，系统开发周期短，系统开发和运行、维护成本低，由于软件组件套件技术可方便地实现系统的无缝集成，可靠性高，实现了从接受订单、原材料订购、产品生产、直至把产品运送到用户手中的全公司统一的自动化监控与信息化管理，效率极高。美国Wonderware公司的软件套装组件系统是工业界第一个集成的工业自动化软件包Factory Suite，它从根本上改变了人们的传统观念以及在制造行业存在了多年的从上到下的信息流模式。除了上述核心组件外，还有Industrial SQL数据分析工具，SCADAlarm企业级的电话/报警系统等等。总之Wonderware的Factory Suite是套装的软件组件系统，可以根据需要选配组件模块使系统实现无缝集成，给企业信息化提供了完整的解决方案。如在钢铁行业中，采用美国Wonderware的I/O Sever技术和InSQL Server技术，建立统一的控制、数据、信息平台，效果极好，可实施建立产品流转动态跟踪系统实现从原材料到成品的全线动态跟踪，建立生产信息动态管理系统，实现生产计划、生产调度、库房(包括原料、半成品库、热处理、成品库)管理、生产作业和过程管理、合同管理、质量管理、工艺规程在线指导子系统、生产信息动态查询、统计、分析管理等，由于管理与控制都是动态实现、没有最先进的软件技术支撑和可以无缝集成的软件套件组件搭建系统，很难想象研发工作量有多大，成功率有多高，真正意义上的CIMS系统能否实现。
近年来工业自动化软件技术在多个方面都有了长足的发展，其中特别值得关注的是系统开发环境和系统构架方面的新进展。集成开发环境(IDE)通过应用组件实现工程重用，Industrial Application Server的组件对象体系结构可以显著地提高生产力。组件对象模型有利于开发代表工厂设备的可重用的应用对象。在FactorySuite IDE内部建立的应用对象包含与自动化设备有关的所有必要的元素，例如历史参数、标记、报警与事件、文档、脚本、安全和通信参数。可以建立、复制和部署一个可重用组件的模板库，提高快速应用软件开发能力。每个组件模板支架变化传播特性，因此，一个元素的改变可以自动地被传播到所有受影响的组件或选择的组件，节省了宝贵的工程时间和成本。工厂模型体系结构用户可以把预先设计的应用对象变成利用最佳惯例和公司的工程标准的模板。获得灵活的应用对象可以包含代表物理工厂设备监控自动化策略或更高级别的生产策略的知识和应用代码。模板库可以把应用工程变成一个装配过程，而不是一种程序编制工作，因而可以显著提高不同项目的生产率。IDE是一个多开发者环境，它支持公司利用他们的工程资源，在一个项目上分配多名工程师。IDE通过利用高效率的注册/注销过程支持多开发人员，它为每个应用程序组件提供了一种历史记录审核跟踪机制，包括用户标识符、时期与时间戳、以及关于变化的详细的摘要信息。由于应用配置信息保存在一个核心项目库(SQL Server数据库)中，因此可以对整个应用进行版本控制。注册/注销过程允许工程师在旅行或者离开现场时随身携带组件，为他们提供了最大的灵活性。
IAS(Industrial Application Server)将工业自动化应用程序的开发设计生产力与可伸缩性带入了一个新纪元。它提供了全新的一层实时数据获取、报警与事件管理、数据处理服务及协作开发功能，这些功能从最底层开始就是针对用于工业自动化应用程序而设计的。IAS是简化分布式自动化应用程序开发、部署、维护及管理的一种基础架构，它是建立在Invensys的 ArchestrATM架构基础上的新软件组件。全面的 ArchestrA工厂自动化与信息架构从一开始就设计为利用最新软件技术延长传统系统的使用寿命。不管自动化应用程序是用在离散制造业、生产工厂、远程 SCADA操作、公共事业，还是用在这些运营类型的任何组合中，ArchestrA架构均能将其涵盖在内。IAS建立在ArchestrA架构上，明显的优势在于：分布式点到点架构；一个全球联网的域名空间；集成化历史、脚本、报警及安全机制；直观的多用户开发环境；基于组件的工厂与应用模型；符合21 CFR Part 11规范要求；对用户而言可显著降低工程成本；降低拥有成本；响应迅速、能适应成长需要；坚定不移的开放性。它为简化分布式自动化应用的开发、部署、维护与管理提供了基础。IAS提供了新一级的实时数据获取、报警与事件管理、数据操作服务、以及协作工程能力，这些能力从一开始就是专门为工业自动化应用设计的，使制造厂家、OEM和系统集成商(SI)能够显著降低自动化系统的工程、购买和维护费用，同时，用户可以灵活建造自动化系统，增强了对新的需求的响应能力。IAS是建立在Invensys 的ArchestrA 体系结构之上的一个强大的新应用平台。综合性的ArchestrA 工厂自动化与信息体系结构从一开始就被设计为利用最新的软件技术延长传统系统的寿命。不论是装配制造厂、制炼厂、远程SCADA运转、公用事业或者这些业务营运类型的任何组合中的自动化应用，以ArchestrA为基础的体系结构都能够胜任。
从系统层次考虑，最近的工业自动化软件系统正利用先进的软件技术朝着集成化、网络化、平台化、综合管理等方向发展。
(1) 工业自动化软件的集成化
以前的工业自动化软件已经考虑到对设备和多系统的集成观点，但是集成的范围往往集中在对局部系统或分厂系统，而没有考虑更大范围的集成，而新的自动化软件系统已经考虑到大范围、区域性以及全厂级的系统集成，提供总体的集成解决方案。
(2) 工业自动化软件的网络化
随着数据的分散性以及网络的多样性，工业自动化软件系统的信息正朝着信息总线的方向发展，信息总线的方式改变了过去需要将数据集中采集和处理的观念，相当于在数据监控层铺设了一条信息总线，各个子系统只要挂接在该信息总线上，就可以实现各个系统间的相互通讯，实现了全分布的监控系统。比如基于Wonderware FactorySuiteA2构建的监控系统，就是通过在整个系统中部署在每台电脑中的Platform进行信息交互。由于工业自动化软件间的信息交互越来越多，需要在单台机器上实现对多台机器上的软件系统进行集中远程管理的功能，因此网络化的管理也是自动化软件的发展方向。目前多家国内外的工业自动化软件企业就实现了网络管理，比如Wonderware公司基于微软管理控制台(MMC)技术的系统管理控制台SMC(System Management Console)就可以实现对数据采集软件、日志文件、部署的对象等实现集中的远程管理。
(3) 工业自动化软件中面向对象技术的应用
面向对象方法包括封装性、继承性、多态性等特点，这些特点使面向对象方法在软件领域得到迅速的发展，在工业自动化领域，很多控制对象同样具有面向对象技术中的“对象”属性，也引起了人们的注意，控制工程师和控制软件开发人员也试图将面向对象的技术应用到工业自动化领域，但目前基本上仍停留在针对某个控制系统的软件设计和控制软件的软件设计中，这些都说明面向对象的技术可以应用在工业自动化领域，但没有真正将面向对象技术应用到控制系统的整体系统设计中。这就是要将面向对象的技术优势引入到整个自动化系统的设计之中，而不是简单的停留在某个具体的软件设计之中的。总之，传统的面向功能的设计方法集中在控制系统的局部，围绕某个功能的实现为主线，而在嵌入面向对象技术的自动化软件平台Wonderware Industrial Application Server上，采用面向对象思想设计监控系统，要充分发挥面向对象技术的封装性、继承性的优势，同时采用抽象对象的方法来看待整个监控系统的组成。Wonder- ware公司推出了一款嵌入面向对象技术的新产品—Wonderware Industrial Application Server。该产品充分发挥了面向对象的技术优势，提供了供自动化工程师选择使用的多个基础模板，将程序中的面向对象技术屏蔽掉，只需要经过客户化的配置以及扩展即可以满足工业自动化系统的设计和规划工作，从而使工程师从简单复杂耗时的程序模块设计中解放出来，将主要的精力集中在系统控制模型以及控制算法上，大大缩短了工业自动化系统的设计和上线时间，并提高了系统的重用性。
(4) 工业自动化软件系统的平台化
在工业自动化软件系统的发展过程中，由于涉及到多种功能的实现，因此在20世纪80年代末期和20世纪90年代，根据模块功能的区别，实现了软件系统的模块化。而由于工业自动化系统设计的范围及广度的增加，需要一个统一的平台软件，实现各个功能的统一运行。国内外大的工业自动化软件企业都将自己的模块化软件统一运行在自己的平台之上，而且该平台具有高度的开放性和扩展性，相关厂商的产品就可以在该平台上进行开发。
(5) 工业自动化软件系统的综合管理化
目前各个工业自动化软件厂商不仅是为企业提供监控功能软件的厂商，而且能根据工业现场的要求，提供丰富的管理软件，向着工业自动化解决方案厂商的转变。他们为企业提供了资产管理、质量、批次管理等丰富的软件。而且随着企业信息化的推进，目前都在积极提供为企业ERP进行数据支撑的MES解决方案。最明显的就是不少厂商推出了基于S95标准的MES解决方案，比如Wonderware公司的生产事件模块PEM(Production Events Module)就是遵循S95标准的生产效能跟踪管理的解决方案。
在工业自动化软件支持的数据点数、处理能力以及可伸缩性或扩展性等方面，都有明显的发展和提高。厂商考虑越来越多的是系统随时间推移而增值和延长项目的生命周期，从整体上提高系统建设的投资回报率。
4、工业自动化软件系统的应用实例
电厂外围系统是电厂生产和经营管理的重要环节，但相对于机炉控制而言，其运行方式比较简单，基本都是就地独立控制。
(1) 运行人员投入多，成本太高；
(2) 由于位置分散，距离集控室较远，给系统的运行、维护和管理带来许多困难。因此，采用先进的网络控制技术，实现所有外围系统集中控制，不仅可以在很多方面解决系统设计和设备存在的问题，而且将为构建统一的企业网，实现管控一体化创造一个良好的基础。下面以笔者在某电厂外围设备集中监控系统中的实施方案为例，介绍应用Wonderware的工业自动化软件FactorySuite套件实现的火电厂辅助设备计算机实时监控系统。实践证明该方案从设计到实施都取得了良好的效果。
4.1 计算机实时监控系统所需监控的子系统对象
某实时监控系统由下列子系统对象构成：(1) 化学补给水控制系统；(2) 凝结水精处理控制系统；(3) 汽水取样及加药系统；(4) 输煤系统；(5) 净水站系统；(6) 循环水泵房系统；(7) 工业水泵房系统；(8) 燃油泵房系统。
虽然各子系统部署分散，但综合起来，其数据采集和控制现场设备是由三类由多台SCHNEIDER MODICON的QUANTUM系列PLC、AB公司的Conlogix系列控制器和一个基于Modbus的远程I/O组构成。
4.2 监控系统结构
鉴于上述电厂各外围系统子系统的具体情况，根据各子系统发布情况和各系统的I/O规模，设计了4个现场I/O Server，与上位机通过网络实施集中监控。应用InSQL建立实时数据库系统，应用InTouch开发建立分类的图形画面监控工作站，应用ActiveFactory建立相应的数据分析客户端，应用SuiteVoyager软件建立基于图形画面监控工作站现场和数据分析客户端的工业实时信息图形门户，实施厂内安全级别内的B/S结构的远程工业实时信息监视，方便与电厂企业ERP系统互连。
4.3 系统软件
系统软件监控画面采用层次型结构设计，各子系统之间很容易切换，直观反映现场工况，且便于操作人员使用，简洁、直观、功能完善是它的最大特点。采用层次型结构便于操作人员完成多个子系统的准确切换，避免由于系统结构繁琐造成的误操作。各子系统也采用相近的功能菜单，切换方便，功能完善，在同一幅主画面内可完成多项操作功能。
监控系统包括系统画面生成、事故追忆系统、各种曲线显示和打印、各种报表生成等。监控画面要符合电厂监控系统人机界面的设计风格，按照分级浏览、逐级细化的原则设计画面，采用弹出式窗口、下拉式菜单等多种符合Windows标准的设计手段实现画面的切换和显示，单个画面的工艺流程、信息显示(包括运行参数、状态、故障情况等)和各种曲线要布局合理、生动，色调柔和。事故追忆系统包括所有进入控制系统的事件(如参数、反馈等)以及控制系统本身发生的事件(如卡件或通讯故障等)，所有I/O点均可以曲线的形式显示，为实现系统运行在线分析、诊断提供丰富的数据资源。
5、结束语
尽管工业自动化系统变得越来越复杂，对自动化软件系统的要求也越来越高，但是工业自动化系统软件技术正在快速发展，越来越先进的新系统技术给解决复杂大系统的优化控制与实现管理扁平化提供了强大的技术后援，鼓舞人们去解决一个又一个的技术难题。上述讨论的问题，是作者多年从事工程实践的一些认识，不知是否恰当。
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