自动化仪表与系统的集成技术及其发展研究

杨军（山信软件股份有限公司莱芜自动化分公司，山东莱芜，271104）

自动化仪表与系统的集成技术及其发展研究

杨军
（山信软件股份有限公司莱芜自动化分公司，山东莱芜，271104）

信息技术的发展使得集成化日益发展为继自动化仪表与系统数字化、智能化与网络化之后的第4个发展趋势。文章基于对自动化仪表与系统集成的内涵把握，研究了其相应的集成技术与发展。

集成；标准；组态

0 引言

在工业生产自动化与现代化背景日益加剧的背景之下，自动化仪表与系统数字化、智能化、网络化之后，有了新的集成化的要求，这亦是工业领域低投入与高产出的需求。因而有必要对工业自动化仪表与系统的集成及其集成技术的相关内容与发展进行探讨。

1 自动化仪表与系统的集成

信息时代下的自动化仪表与系统以数字化、智能化、网络化以及集成化的目标在发展，这种集成既包括控制系统的集成，又包括仪控、电控以及全场管控的一体化，实现对信息系统监控层、制造执行系统以及企业资源计划三层结构的全面设计。分析监控层，应包括软件集成与硬件集成两层内容，其中，软件集成用于传送、存储与处理数据及信息，通过人机界面执行控制决策；硬件集成则以输入或输出的信号为依据进行系统选型、控制站台数与I/O模块的确定，并在人机界面要求下设定操作站、工程师站、打印机以及系统服务器等设备的台数，同时，与制造执行系统以及企业资源计划两层建立起联系。

自20世纪70年代以来，自动化仪表与系统的数字化特征日益明显，但其在前期的应用中存在“信息孤岛”的现象，标准有待统一。这一情况直到90年代才得到了相应的解决，但由此而产生的新矛盾亦不容忽视。进入21世纪后，多种现场总线并存的HEC61158与IEC62026等国际标准得以形成，加之CAN、MODBUS、LonWorks以及工业以太网等的广泛应用，日益凸显了系统集成工作的重要性。

2 自动化仪表与系统的集成技术及发展

2.1 技术标准

局域网的通信标准是网络技术的关键，系统集成的完成以其模型框架为支撑。1983年，ISO国际标准化组织通过了ISO/ OSI参数模型，它将通信过程分段，并对网络功能进行不同逻辑与物理层次的划分。网络节点各层功能以借助硬件对较低层协议予以实现，借助软件对较高层协议予以实现为其基本方法，这其中便包括软硬件的集成。

在多年的实践过程中，ISO15745标准得以发布，它对系统集成应用需求与接口两个问题予以解决。标准共包括1个通用描述与3个参数。其中，通用描述提出开放系统的应用集成框架AIF，对部分元素与规则做出定义，并通过相应的集成模型对需求予以表达，此过程兼有应用互操作专用规范AIP的开发，用于表示接口规范，开发过程中所需要的描述与表达通过UML与XML来实现。

2.2 组态技术

组态包括配置、组态与布局等内容，自动化对组态技术的理解通常为面向控制策略的软件组态，它基于基本控制算法对各功能块以及功能块与现场设备进行连接，同时对与仪表相类似的具体规格与参数的选择予以涉及。软件组态中提及的软件是以自动化工程师与工艺工程师为对象设置的“工控编程”，组态则是各模块完成控制策略，面向最终用户的集成技术的核心。现有的工控系统包括控制策略组态、网络组态以及设备组态等内容。为了在较大程度上缩短工程周期，新工程在开工之前大多对离线组态方法予以，而在投运过程中的小范围调整则多用线组态方法。

此处对控制策略组态进行详细分析。“内部仪表”接线图法与电气盘“梯形”图法是工控编程中应用率极高的两种方法，它们在进行组态之时一般对便携式手持编程器或PC机内装组态工具软件予以采用。由于不同制造厂会使用具有一定差异化的产品组态工具与方法，这突出了标准化工作在集成技术中的重要性。在包含连续控制在内的分批控制中，执行ANSI/ISA-88.01-1995标准，PLC中还有IEC61131-3，后者对离散控制、分批控制以及连续控制予以涵盖。近年来，IEC61499项目得到了开展，它对IEC61131-3予以拓展，以通过通信网络互联的模块化分布系统的体系结构为对象，基于数字技术支撑，控制器能够在更高层面实现开放，应用程序具有可移植性，DLC、PLC、PAC以及IPC等均以此为发展走向。

为了向系统工程师的应用提供便利，可以按照控制策略组态技术的思路对组态模板与人机界面组态等进行控制，直到先进控制与管控一体化系统都实现了对组态技术的采用。在这种状态下，系统工程师只需对菜单或连接进行点击便能组态相应的系统，由此，系统的集成技术便能真正成为“轻松集成”。

2.3 设备描述与管理技术

作为数字化了的应用行规，设备描述能够加深对现场设备之间、现场设备与主系统之间传输数据（如数据类型、应用功能等）的了解，其实现以设备描述语言DDL为支撑，通过采用可读结构文本，基金会现场总线FF的现场设备利用DDL进行设备描述与源程序的编写，在设备描述编译器的作用下转化为可读输出文件，以此帮助控制系统制造商理解设备各项数据所具有的意义。进入21世纪后，国际标准IEC61804成立，以DDL为基础，标准提供了大约16种基本构建（含快、变量、数组等）。现阶段，FF已经完成了相关于过程控制的现场设备的设备描述工作，并有近400种现场设备与近20种主机系统接受并通过了互操作性认证。

基于设备描述技术的发展，自动化仪表与系统的数字化与智能化发展已经步入了一个更新的阶段，在设备管理系统中，集成了设备控制信息、运行状态信息以及设备制造安装信息等内容。近年来，设备管理系统得到了大幅度的发展，它们大多会在DCS系统中增加一个显示操作站，这个操作站内部装有AMS设备管理系统软件，通过在同一局域网中进行设置，设备管理系统能够实现管理并维护现场设备的功能，亦即对设备进行组态管理与故障诊断，同时对标定所连设备予以调试，系统中的设备数据库也会由此接受自动维护。

3 结语

自动化仪表与系统的集成化发展有利于我国技术的革新与生产力的提升，能够为能源的节约、劳动力的节省以及资源的有效利用贡献一己之力。自动化市场的需求方是可以行使选择权的，自动化仪表与系统的集成化发展在自动化工程中是能够取得大作为的，因此应得到一定程度的重视与发展。

[1]田娜.工业自动化仪表与自动化控制技术探讨[J].像素技术与装备，2016（4）：86-88.

[2]胡心科.试论工业自动化仪表发展趋势[J].住宅与房地产，2015（19）：63.

杨军，男，1970年，籍贯山东济南，中级工程师，研究方向自动化仪表与系统。

The research on integrated technology and its development of automatic instrument system

Yang Jun
（Shanxin software co., ltd. Laiwu automation branch，Laiwu Shandong，271104）

The development of information technology makes integration increasingly become fourth development tendency after digitization, intelligent and networked. Based on the connotation of automatic instrument system integration, the paper makes a research on its integrated technology and development.

Integration; standard; configuration