論軟件是自動化系統(tǒng)的核心與靈魂

北京三維力控科技股份有限公司 馬國華

信息化大潮下軟件地位的上升趨勢

在信息化技術(shù)快速發(fā)展的背景下，企業(yè)信息化隨社會信息化水平的發(fā)展而同步發(fā)展，各類“數(shù)字化工廠”、“智能工廠”等概念不斷涌現(xiàn)。

這種企業(yè)“數(shù)字化”、“信息化”的主要特點：管理與控制相結(jié)合、生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)直接進入信息系統(tǒng)、不存在信息孤島。

這樣，企業(yè)生產(chǎn)要素日益朝集約化、集成化、一體化的趨勢發(fā)展，將生產(chǎn)過程控制、在線分析、實驗室質(zhì)量檢測、能源管控、產(chǎn)品儲運、產(chǎn)品銷售、設備健康檢測、供應鏈管理等所有生產(chǎn)要素集成為一個大的平臺。這樣可以做到信息的快速傳遞，將信息的即時價值發(fā)揮至最大。如此工廠內(nèi)部就形成了一個“大自動化”平臺。可以說，企業(yè)用戶越是追求生產(chǎn)的精細化、管理的精益化，對自動化及信息化的需求越?jīng)]有止境。這樣就給工業(yè)IT界廣大產(chǎn)品及服務提供商提供了發(fā)展機遇和進步的動力，即“兩化融合”發(fā)展的動力。

從生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部來看，企業(yè)追求卓越績效管理將會導致企業(yè)的機構(gòu)扁平化、專業(yè)細分化、生產(chǎn)制造敏捷化、企業(yè)行為市場導向化、研發(fā)驅(qū)動式發(fā)展模式，這就需要一個高效的企業(yè)信息化平臺做支撐。在這個平臺之上，能夠?qū)⒏鱾€生產(chǎn)要素進行有效關聯(lián)的核心，就是軟件，更確切地說是一個分布式軟件平臺。在這個平臺之上，可以實現(xiàn)全廠或集團級更高層次的集散式管控，全集成信息化工廠將成為工廠的未來。

需要特別指出的是：不管是傳輸中的信息還是正在運行的軟件，都是為滿足工廠的業(yè)務需求、為工廠的業(yè)務服務而存在和優(yōu)化。

這個軟件平臺可以實現(xiàn)工廠內(nèi)部所有部門、工段的有效信息溝通，對工廠內(nèi)部所有部門提供有效的業(yè)務支撐，形成了有效的信息傳遞、加工、決策平臺。各級操作、管理人員在這個平臺之上可以對生產(chǎn)現(xiàn)場的各種情況進行有效操作、快速反應。

就像控制器中提供了一系列常規(guī)控制算法一樣，全集成信息化工廠的軟件系統(tǒng)同樣將工廠里面成熟的信息模型固定下來，供業(yè)務層復用和調(diào)用，滿足企業(yè)管理、運營的基礎性需求，尤其是跨部門之間的工藝過程數(shù)據(jù)處理。

這種自動、即時的計算代替了傳統(tǒng)的人工數(shù)據(jù)處理，效率、準確度、時效性都得到了提高，管理人員將精力專注于計算機不能處理的非常規(guī)計算和判斷，以及KPI監(jiān)視與改進。

國際著名的自動化公司在這方面布局較早，如Honeywell的DCS產(chǎn)品從1998年就開始將Uniformance實時數(shù)據(jù)庫節(jié)點引入到DCS中，為后來推出的PKS平臺及DSA架構(gòu)奠定了基礎。

全集成信息化工廠是一種模式，這種模式的核心思想是將全廠的軟件架構(gòu)視為統(tǒng)一的一個系統(tǒng)，是一體化的系統(tǒng)。是一個各子系統(tǒng)之間能夠“自動”建立和恢復數(shù)據(jù)通信，子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換就像DCS控制站之間數(shù)據(jù)交換一樣無縫化、自動化，并且可靠、安全、穩(wěn)定。

全集成信息化工廠的關鍵技術(shù)

（1）子系統(tǒng)之間無障礙數(shù)據(jù)共享

工廠現(xiàn)有絕大多數(shù)控制系統(tǒng)與應用軟件系統(tǒng)之間或者任意兩個分、子系統(tǒng)之間已經(jīng)具有了很好的開放性，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享方面沒有技術(shù)障礙，信息孤島已經(jīng)不復存在。但是數(shù)據(jù)共享的成本太高，這里說的成本主要是時間和維護成本。即數(shù)據(jù)共享需要人工干預，具體表現(xiàn)在：①數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的健壯性要求，即要求當應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信鏈路因故障而失效時，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)必須能夠自動進行備用鏈路切換、自動恢復數(shù)據(jù)通信、自動將中斷的數(shù)據(jù)進行補傳。數(shù)據(jù)通信必須像過程控制系統(tǒng)一樣穩(wěn)定可靠才能滿足工廠信息化的要求，如果數(shù)據(jù)通信需要人為介入進行維護的話，是不能滿足工廠信息化需要的。②某個子系統(tǒng)配置變化后須自動推送給所有數(shù)據(jù)消費方，以便于數(shù)據(jù)消費方實時掌握上游設備的配置。③各個子系統(tǒng)之間的在線識別——即插即識別，如果需要重復組態(tài)的話，造成全廠信息化建設在結(jié)構(gòu)上的“支離破碎”，全廠信息化平臺就不能構(gòu)成一個單一系統(tǒng)。以上三種情況會造成應用軟件的功能不能在最佳的時間發(fā)揮其計算能力，這就導致了信息系統(tǒng)的不可靠，從而影響了相關子系統(tǒng)的投用率，因為參加運算的數(shù)據(jù)是不真實的。

所以，在全集成信息化工廠中需要一套能夠打通各個子系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享的通信套件，以便將各個子系統(tǒng)的計算性能發(fā)揮至最佳，這是全集成信息化工廠所必須解決的一個瓶頸。因此，只有通信套件才能真正地將各個獨立的系統(tǒng)有效支撐、武裝起來。

DCS之所以能夠?qū)崿F(xiàn)分散控制和集中操作，其核心在于系統(tǒng)是建立在一個分布式控制網(wǎng)絡及其數(shù)據(jù)通信基礎之上。而本文所探討的在全集成信息化工廠所需的通信套件，與分布式網(wǎng)絡在DCS中所起作用是類似的。

（2）全集成信息化工廠的信息安全保障

工廠全集成信息化將全廠關鍵生產(chǎn)設備聯(lián)入工廠網(wǎng)絡，會面臨巨大的信息安全風險與挑戰(zhàn)，但是信息化是不可逆轉(zhuǎn)之趨勢，因此面對信息安全問題我們只能積極應對，而不能退回到原始狀態(tài)。未來的工廠全集成信息化將要建立覆蓋全部生產(chǎn)經(jīng)營活動的一體化信息系統(tǒng)，信息安全系統(tǒng)的建設將決定整個信息系統(tǒng)建設的成敗，其重要性不言自明。信息安全保障措施除了要求配備必要的工業(yè)控制網(wǎng)絡安全網(wǎng)關外，還要求SCADA等自動化軟件具備安全防護功能，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

①對數(shù)據(jù)訪問者進行身份認證，需要合法的身份、合法的路徑、合法的地點、合法的權(quán)限等；

②對數(shù)據(jù)讀、寫權(quán)限進行嚴格定義，無權(quán)限的訪問者不能對數(shù)據(jù)進行讀、寫訪問。

③軟件能夠適應復雜網(wǎng)絡環(huán)境，支持各種遠程數(shù)據(jù)訪問方式，尤其是安全級別較高的網(wǎng)絡架構(gòu)。

④軟件具有較強的容錯能力，支持云計算和云部署。

⑤全集成信息化工廠中業(yè)務管理模塊的可集成性。

在全集成信息化工廠中，會安裝和使用大量的上層應用軟件模塊，這些模塊與生產(chǎn)控制系統(tǒng)必然要建立數(shù)據(jù)通信通道，這些個體軟件之間也必然要建立數(shù)據(jù)通信通道。那么，在工廠內(nèi)各級數(shù)據(jù)通信總線建設好后，這些應用軟件模塊的部署與集成效率就變得尤為重要。原則上，這些模塊應該通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)總線（或者稱之為數(shù)據(jù)池）訪問其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，以便提高集成效率、便于系統(tǒng)維護。如果現(xiàn)有應用軟件投用時間早于數(shù)據(jù)總線的建設，那么最好在原有應用軟件外面包裹一層數(shù)據(jù)通信套件，以便統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問方式。

自動化控制系統(tǒng)產(chǎn)品形態(tài)所受影響分析

在軟件主導下的“大自動化”系統(tǒng)中，各廠家傳統(tǒng)上的專有控制系統(tǒng)將逐漸向開放式標準功能控制器＋SCADA軟件模式演變，原因是控制器功能與性能逐漸同一化，唯有軟件發(fā)展空間無可限量。

目前DCS與PLC的界限已不分明，也是技術(shù)發(fā)展使然。在未來的工廠中，用分布式軟件支撐起來的控制系統(tǒng)可以在各個層次上做到應用規(guī)模隨意伸縮。DCS與PLC的界限會更加模糊，用戶會將他們統(tǒng)稱為控制器。

可以肯定地說，軟件發(fā)展進步給控制器帶來的影響將是巨大的。

結(jié)語

在工廠里面，控制系統(tǒng)的IT化發(fā)展趨勢不可阻擋，控制系統(tǒng)會加快融入整個工廠IT系統(tǒng)，“控制”和 “管理”的界限會逐漸模糊，很多管理工作是在做控制，很多控制工作也是在做管理，管控一體化是大勢所趨。而軟件將是自動化系統(tǒng)的靈魂與核心。