论软件是自动化系统的核心与灵魂

北京三维力控科技股份有限公司 马国华

信息化大潮下软件地位的上升趋势

在信息化技术快速发展的背景下，企业信息化随社会信息化水平的发展而同步发展，各类“数字化工厂”、“智能工厂”等概念不断涌现。

这种企业“数字化”、“信息化”的主要特点：管理与控制相结合、生产实时数据直接进入信息系统、不存在信息孤岛。

这样，企业生产要素日益朝集约化、集成化、一体化的趋势发展，将生产过程控制、在线分析、实验室质量检测、能源管控、产品储运、产品销售、设备健康检测、供应链管理等所有生产要素集成为一个大的平台。这样可以做到信息的快速传递，将信息的即时价值发挥至最大。如此工厂内部就形成了一个“大自动化”平台。可以说，企业用户越是追求生产的精细化、管理的精益化，对自动化及信息化的需求越没有止境。这样就给工业IT界广大产品及服务提供商提供了发展机遇和进步的动力，即“两化融合”发展的动力。

从生产企业内部来看，企业追求卓越绩效管理将会导致企业的机构扁平化、专业细分化、生产制造敏捷化、企业行为市场导向化、研发驱动式发展模式，这就需要一个高效的企业信息化平台做支撑。在这个平台之上，能够将各个生产要素进行有效关联的核心，就是软件，更确切地说是一个分布式软件平台。在这个平台之上，可以实现全厂或集团级更高层次的集散式管控，全集成信息化工厂将成为工厂的未来。

需要特别指出的是：不管是传输中的信息还是正在运行的软件，都是为满足工厂的业务需求、为工厂的业务服务而存在和优化。

这个软件平台可以实现工厂内部所有部门、工段的有效信息沟通，对工厂内部所有部门提供有效的业务支撑，形成了有效的信息传递、加工、决策平台。各级操作、管理人员在这个平台之上可以对生产现场的各种情况进行有效操作、快速反应。

就像控制器中提供了一系列常规控制算法一样，全集成信息化工厂的软件系统同样将工厂里面成熟的信息模型固定下来，供业务层复用和调用，满足企业管理、运营的基础性需求，尤其是跨部门之间的工艺过程数据处理。

这种自动、即时的计算代替了传统的人工数据处理，效率、准确度、时效性都得到了提高，管理人员将精力专注于计算机不能处理的非常规计算和判断，以及KPI监视与改进。

国际著名的自动化公司在这方面布局较早，如Honeywell的DCS产品从1998年就开始将Uniformance实时数据库节点引入到DCS中，为后来推出的PKS平台及DSA架构奠定了基础。

全集成信息化工厂是一种模式，这种模式的核心思想是将全厂的软件架构视为统一的一个系统，是一体化的系统。是一个各子系统之间能够“自动”建立和恢复数据通信，子系统之间的数据交换就像DCS控制站之间数据交换一样无缝化、自动化，并且可靠、安全、稳定。

全集成信息化工厂的关键技术

（1）子系统之间无障碍数据共享

工厂现有绝大多数控制系统与应用软件系统之间或者任意两个分、子系统之间已经具有了很好的开放性，在实现数据共享方面没有技术障碍，信息孤岛已经不复存在。但是数据共享的成本太高，这里说的成本主要是时间和维护成本。即数据共享需要人工干预，具体表现在：①数据通信系统的健壮性要求，即要求当应用系统的数据通信链路因故障而失效时，数据通信系统必须能够自动进行备用链路切换、自动恢复数据通信、自动将中断的数据进行补传。数据通信必须像过程控制系统一样稳定可靠才能满足工厂信息化的要求，如果数据通信需要人为介入进行维护的话，是不能满足工厂信息化需要的。②某个子系统配置变化后须自动推送给所有数据消费方，以便于数据消费方实时掌握上游设备的配置。③各个子系统之间的在线识别——即插即识别，如果需要重复组态的话，造成全厂信息化建设在结构上的“支离破碎”，全厂信息化平台就不能构成一个单一系统。以上三种情况会造成应用软件的功能不能在最佳的时间发挥其计算能力，这就导致了信息系统的不可靠，从而影响了相关子系统的投用率，因为参加运算的数据是不真实的。

所以，在全集成信息化工厂中需要一套能够打通各个子系统数据共享的通信套件，以便将各个子系统的计算性能发挥至最佳，这是全集成信息化工厂所必须解决的一个瓶颈。因此，只有通信套件才能真正地将各个独立的系统有效支撑、武装起来。

DCS之所以能够实现分散控制和集中操作，其核心在于系统是建立在一个分布式控制网络及其数据通信基础之上。而本文所探讨的在全集成信息化工厂所需的通信套件，与分布式网络在DCS中所起作用是类似的。

（2）全集成信息化工厂的信息安全保障

工厂全集成信息化将全厂关键生产设备联入工厂网络，会面临巨大的信息安全风险与挑战，但是信息化是不可逆转之趋势，因此面对信息安全问题我们只能积极应对，而不能退回到原始状态。未来的工厂全集成信息化将要建立覆盖全部生产经营活动的一体化信息系统，信息安全系统的建设将决定整个信息系统建设的成败，其重要性不言自明。信息安全保障措施除了要求配备必要的工业控制网络安全网关外，还要求SCADA等自动化软件具备安全防护功能，主要表现在以下几方面：

①对数据访问者进行身份认证，需要合法的身份、合法的路径、合法的地点、合法的权限等；

②对数据读、写权限进行严格定义，无权限的访问者不能对数据进行读、写访问。

③软件能够适应复杂网络环境，支持各种远程数据访问方式，尤其是安全级别较高的网络架构。

④软件具有较强的容错能力，支持云计算和云部署。

⑤全集成信息化工厂中业务管理模块的可集成性。

在全集成信息化工厂中，会安装和使用大量的上层应用软件模块，这些模块与生产控制系统必然要建立数据通信通道，这些个体软件之间也必然要建立数据通信通道。那么，在工厂内各级数据通信总线建设好后，这些应用软件模块的部署与集成效率就变得尤为重要。原则上，这些模块应该通过统一的数据总线（或者称之为数据池）访问其他子系统的数据，以便提高集成效率、便于系统维护。如果现有应用软件投用时间早于数据总线的建设，那么最好在原有应用软件外面包裹一层数据通信套件，以便统一数据访问方式。

自动化控制系统产品形态所受影响分析

在软件主导下的“大自动化”系统中，各厂家传统上的专有控制系统将逐渐向开放式标准功能控制器＋SCADA软件模式演变，原因是控制器功能与性能逐渐同一化，唯有软件发展空间无可限量。

目前DCS与PLC的界限已不分明，也是技术发展使然。在未来的工厂中，用分布式软件支撑起来的控制系统可以在各个层次上做到应用规模随意伸缩。DCS与PLC的界限会更加模糊，用户会将他们统称为控制器。

可以肯定地说，软件发展进步给控制器带来的影响将是巨大的。

结语

在工厂里面，控制系统的IT化发展趋势不可阻挡，控制系统会加快融入整个工厂IT系统，“控制”和 “管理”的界限会逐渐模糊，很多管理工作是在做控制，很多控制工作也是在做管理，管控一体化是大势所趋。而软件将是自动化系统的灵魂与核心。