塔 里 木 大 学 信 息 工 程 学 院
课 程 论 文
专 业 计算机科学与技术
班 级
学 号
姓 名指导教师
工业自动化控制系统的设计
摘要：工业生产过程自动化系统经过长期不断的发展，特别是在充分利用计算机技术的基础上取得了很大的进步，在生产过程中已发挥其重要作用，成为生产过程安全、稳定、自动化运行不可缺少的工具。本文从工业生产自动化现状趋势、生产过程自动化系统和生产管理系统、软PLC 和软DCS、生产过程控制和管理软件的融合等方面展开论述，从工业生产与自动化控制融合环节提出工业自动化控制系统设计的独特见解。
关键词：工业生产；自动化；融合设计
1 引言
在制造业高度繁荣、工业自动化蓬勃发展的今天，市场的变化、技术的更替都无时无刻不在影响着工业自动化向前发展的方向。而依托用户的使用需求和使用习惯，无疑已经成为众多工业自动化供应商的主流选择。
今天，自动化主流产品也在不断满足用户需求的前提下发生着变化：作为工控领域的主流控制产品，PLC依然占据着控制系统的龙头地位，目前正朝着小型化、开放性和网络化的方向发展；DCS作为过程控制的典型系统积极向上拓展，越来越多地扮演管控一体化的角色；IPC以其灵活、开放的特点，重新赢得了用户的青睐；CNC除了在机床上的应用外，也在向更广泛的领域延伸。
以微处理器为核心的自动化系统，从简单PLC （可编程序逻辑控制器） 发展到今天的PLC 系统，从仅代替模拟调节系统的DCS，发展到今天融合PLC 和DCS 及计算机功能为一体的所谓三电一体化的DCS 系统。作为今后工业自动化的发展趋势，有以下几个方面：
（1）工业过程自动化新一代主控系统及其综合自动化的开发和产业化，主要包括集散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS） 和以工业计算机为基础的开放式控制系统等。重点支持若干具有工业过程综合自动化系统产业化能力和开 发能力的企业，发展具有市场竟争力的产品，同时适当支持建设工业自动化的工程化验证环境与开发能力。
（2）先进控制与优化软件开发与产业化，主要包括先进控制技术、过程优化技
术、实时监控软件平台、信息集成软件平台、系统集成技术等、专项将重点支持上述具有特色和市场价值的系列软件的产业化。
（3）智能仪表、执行器与变送器、成套专用控制装置和成套专用优化系统的开发与产业化。
2 控制管理系统
在ISO 的六层功能模型中，把从检测、执行、驱动到一级的控制和管理共分成六层功能。构成这种多层功能结构的出发点，是按经营、生产管理、控制功能的划分，而不是按控制和管理计算机系统硬件结构来划分的。只不过过去由于当初计算机技术和网络技术的限制，以及计算机系统设计人员理解的不充分，长期以来，把计算机系统按六层功能模型相对应地分成六级计算机系统的多层次结构。
随着计算机技术和网络技术的发展，越来越暴露这种多层次计算机系统在数据采集、管理、数据和知识的共享、硬软件资源共享、数据通信、软件开发等等中的各种弊端，特别是在设备控制、过程控制、生产控制之间。以至很早就有人提出管控一体化，或者控制系统就是管理系统的观点。美国西屋过程控制的WDPFOvation 系统就是基于这种观点开发的，可以预计今后更多的工业过程自动化系统将会朝着这个方面发展。
3 PLC 和DCS 开发工具软件
由于计算机技术，特别是芯片技术的快速发展，按照摩尔定律微处理芯的速度性能每18 个月将提高一倍。因此，当lntel Pentium 处理器问世后不久，Pentium2.3 以及主频为1.4GHz 的pentium 4 处理器就相继提供给市场.当广大用户还未来得及使用Pentium 4 处理器时，lntel 和HP 两家公司就联合推出了64 位的ltanium 微处理器，自动化系统设备制造商和集成商难以跟上硬件技术的发展，往往出现自动化系统设备制造商和集成商的自动化系统设备的更新，发展，滞后于计算机技术的发展。
另一方面，当前的各种PLC 和DCS 的开发工具软件都是和制造商的硬件系统设备捆绑在一起的，即某一制造商的PLC 或DCS 的开发工具软件，只能在该制造商提供的硬件上使用。对于使用多种PLC 和DCS 的用户就要熟悉和掌握多种PLC 和DCS 的软件和硬件，使用户要投入大量人力和财力，当更换新的第三
方的PLC 和DCS 时，就得重新进行人员培训，造成人力资源极大的浪费。同时也使具有高技术含量的开发工具软件的销售受硬件设备销售的制约。
在开发式工业计算机系统日渐成熟的今天，有的PLC 和DCS 制造商，为了充分发挥其在PLC 和DCS 开发工具软件上的优势和技术储备及潜力，最大限度地保护用户在软件人才和资源的投资提高其在市场上的竟争力，提出来了“软PLC”和“软DCS”的设想地开始实现。其目的是使其开发的PLC和DCS 的软件工具与系统硬件设备分离，可以装载在各种开发式工业计算机系统的硬软件平台上，不仅方便了用户，而且也解除了硬件设备对制造商软件销售和发展的制约。这种
变化不仅符合我国以开发式工业控制计算机系统为工业过程自动化新一代主控系统，开发实时监控软件平台和信息集成软件平台等重大专项实施方案所支持的工业过程自动化的开发和产业化的方向，也将会带来工业过程自动化用户从设计
到使用维护的变化，这不得不引起我们注意，特别是PLC 和DCS 开发和制造业。
4 生产过程控制和管理软件
在上述发展趋势的推动下，集过程自动化和信息管理的集成化软件也应运而生，软件集成的功能也日益丰富和增强。Wonderware 公司的套装化软件Factory Suite2000 就是满足这种要求开发和集成的。它是从操作员开始，以一个从下到上的层次结构为生产管理系统提供信息，与ERP、EAM 等相结合，从下到上的生产制造和管理信息系统MMI （ManufacturingManagement lnformation system），从而根本上改变了开发应用程序传统的观念和方法。FactorySuite 2000 包括如下的核心软件：过程图形化软件、资源管理和WIP (Work in Process) 跟踪软件、关系型数据库（lndustrial SQL Server）、基于PC 机的过程控制软件（lnControl）、矛性批处理管理系统、I/O Server 和OPC 程序库（具有750 多个I/O 驱动程序和OPC 客户程序，连接各种OLC、DCS、RTS、现场总线、回路控制器、测量设备、条码阅读机等设备。）、FsctorySuite Web Server （集成的lnternet/lntraanet 服务器软件，通过国际互联网和企业内部网收集数据，监视，浏览画面和应用程序。）、SCADAlram:一个基于Windows 的通信软件，用来
连接工业自动化软件，提供实时智能报警通知、数据采集，并可通过各种通信装置远程控制。
其中，lnConrtol 就是基于Windows NT 的实时控制软件，可在任何一个支持Windows NT 操作系统的硬件平台上使用，包括：面板式工业工作站、SMP 服务器和开放式工业计算机，用软件实现了生产过程自动化控制器的功能。这充分说明了可以把开发生产过程自动化控制功能的工具软件和硬件始终捆绑在一起，这不仅给自动化系统软件开发商一个更大的发展空间，也给用户选择硬件带来灵活性。
lnControl 软件和Wonderware 公司工业自动化套装软件FactorySuite 2000 的其他软件的有机结合，就可以实现在各种基于Windows NT 操作系统的硬件平台上生产过程自动化和生产信息管理系统功能的有机融合。
5 结语
可以设想以开放式工业控制计算机系统和现场总线构成的生产过程自动化系统的硬件结构，再配以如象Wonderware公司FactorySuite 2000 这样集过程控制和生产信息管理功能一体的开发工具软件，将成为生产过程自动化和信息管理系统解决方案的重要方式之一。这不仅使生产过程自动化系统的结构大为简化，降低了系统设备投资，提高了系统的可靠性和可维护性。而随着生产过程自动化和信息管理软件功能的日益丰富和增强，可以在不影响硬件系统设备更改的情况下，方便的提高生产过程自动化和生产信息管理的应用水平，满足各种从小规模系统到大规模系统应用的需要。
参考文献
[1] 王凌峰等著. 现代工业自动化软件设计-原理与应用实例[M] . 电子工业出版社，2008.
[2] 陆建国著. 工业电器与自动化[M] . 化学工业出版社，2005.
[3] 周德俭，吴兆华著. 使用PC 的开放式计算机数控系统—CNC 的发展方向. 机电一体化[J] ,1997; 3.
塔 里 木 大 学 信 息 工 程 学 院
课 程 论 文
专 业 计算机科学与技术
班 级
学 号
姓 名指导教师
工业自动化控制系统的设计
摘要：工业生产过程自动化系统经过长期不断的发展，特别是在充分利用计算机技术的基础上取得了很大的进步，在生产过程中已发挥其重要作用，成为生产过程安全、稳定、自动化运行不可缺少的工具。本文从工业生产自动化现状趋势、生产过程自动化系统和生产管理系统、软PLC 和软DCS、生产过程控制和管理软件的融合等方面展开论述，从工业生产与自动化控制融合环节提出工业自动化控制系统设计的独特见解。
关键词：工业生产；自动化；融合设计
1 引言
在制造业高度繁荣、工业自动化蓬勃发展的今天，市场的变化、技术的更替都无时无刻不在影响着工业自动化向前发展的方向。而依托用户的使用需求和使用习惯，无疑已经成为众多工业自动化供应商的主流选择。
今天，自动化主流产品也在不断满足用户需求的前提下发生着变化：作为工控领域的主流控制产品，PLC依然占据着控制系统的龙头地位，目前正朝着小型化、开放性和网络化的方向发展；DCS作为过程控制的典型系统积极向上拓展，越来越多地扮演管控一体化的角色；IPC以其灵活、开放的特点，重新赢得了用户的青睐；CNC除了在机床上的应用外，也在向更广泛的领域延伸。
以微处理器为核心的自动化系统，从简单PLC （可编程序逻辑控制器） 发展到今天的PLC 系统，从仅代替模拟调节系统的DCS，发展到今天融合PLC 和DCS 及计算机功能为一体的所谓三电一体化的DCS 系统。作为今后工业自动化的发展趋势，有以下几个方面：
（1）工业过程自动化新一代主控系统及其综合自动化的开发和产业化，主要包括集散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS） 和以工业计算机为基础的开放式控制系统等。重点支持若干具有工业过程综合自动化系统产业化能力和开 发能力的企业，发展具有市场竟争力的产品，同时适当支持建设工业自动化的工程化验证环境与开发能力。
（2）先进控制与优化软件开发与产业化，主要包括先进控制技术、过程优化技
术、实时监控软件平台、信息集成软件平台、系统集成技术等、专项将重点支持上述具有特色和市场价值的系列软件的产业化。
（3）智能仪表、执行器与变送器、成套专用控制装置和成套专用优化系统的开发与产业化。
2 控制管理系统
在ISO 的六层功能模型中，把从检测、执行、驱动到一级的控制和管理共分成六层功能。构成这种多层功能结构的出发点，是按经营、生产管理、控制功能的划分，而不是按控制和管理计算机系统硬件结构来划分的。只不过过去由于当初计算机技术和网络技术的限制，以及计算机系统设计人员理解的不充分，长期以来，把计算机系统按六层功能模型相对应地分成六级计算机系统的多层次结构。
随着计算机技术和网络技术的发展，越来越暴露这种多层次计算机系统在数据采集、管理、数据和知识的共享、硬软件资源共享、数据通信、软件开发等等中的各种弊端，特别是在设备控制、过程控制、生产控制之间。以至很早就有人提出管控一体化，或者控制系统就是管理系统的观点。美国西屋过程控制的WDPFOvation 系统就是基于这种观点开发的，可以预计今后更多的工业过程自动化系统将会朝着这个方面发展。
3 PLC 和DCS 开发工具软件
由于计算机技术，特别是芯片技术的快速发展，按照摩尔定律微处理芯的速度性能每18 个月将提高一倍。因此，当lntel Pentium 处理器问世后不久，Pentium2.3 以及主频为1.4GHz 的pentium 4 处理器就相继提供给市场.当广大用户还未来得及使用Pentium 4 处理器时，lntel 和HP 两家公司就联合推出了64 位的ltanium 微处理器，自动化系统设备制造商和集成商难以跟上硬件技术的发展，往往出现自动化系统设备制造商和集成商的自动化系统设备的更新，发展，滞后于计算机技术的发展。
另一方面，当前的各种PLC 和DCS 的开发工具软件都是和制造商的硬件系统设备捆绑在一起的，即某一制造商的PLC 或DCS 的开发工具软件，只能在该制造商提供的硬件上使用。对于使用多种PLC 和DCS 的用户就要熟悉和掌握多种PLC 和DCS 的软件和硬件，使用户要投入大量人力和财力，当更换新的第三
方的PLC 和DCS 时，就得重新进行人员培训，造成人力资源极大的浪费。同时也使具有高技术含量的开发工具软件的销售受硬件设备销售的制约。
在开发式工业计算机系统日渐成熟的今天，有的PLC 和DCS 制造商，为了充分发挥其在PLC 和DCS 开发工具软件上的优势和技术储备及潜力，最大限度地保护用户在软件人才和资源的投资提高其在市场上的竟争力，提出来了“软PLC”和“软DCS”的设想地开始实现。其目的是使其开发的PLC和DCS 的软件工具与系统硬件设备分离，可以装载在各种开发式工业计算机系统的硬软件平台上，不仅方便了用户，而且也解除了硬件设备对制造商软件销售和发展的制约。这种
变化不仅符合我国以开发式工业控制计算机系统为工业过程自动化新一代主控系统，开发实时监控软件平台和信息集成软件平台等重大专项实施方案所支持的工业过程自动化的开发和产业化的方向，也将会带来工业过程自动化用户从设计
到使用维护的变化，这不得不引起我们注意，特别是PLC 和DCS 开发和制造业。
4 生产过程控制和管理软件
在上述发展趋势的推动下，集过程自动化和信息管理的集成化软件也应运而生，软件集成的功能也日益丰富和增强。Wonderware 公司的套装化软件Factory Suite2000 就是满足这种要求开发和集成的。它是从操作员开始，以一个从下到上的层次结构为生产管理系统提供信息，与ERP、EAM 等相结合，从下到上的生产制造和管理信息系统MMI （ManufacturingManagement lnformation system），从而根本上改变了开发应用程序传统的观念和方法。FactorySuite 2000 包括如下的核心软件：过程图形化软件、资源管理和WIP (Work in Process) 跟踪软件、关系型数据库（lndustrial SQL Server）、基于PC 机的过程控制软件（lnControl）、矛性批处理管理系统、I/O Server 和OPC 程序库（具有750 多个I/O 驱动程序和OPC 客户程序，连接各种OLC、DCS、RTS、现场总线、回路控制器、测量设备、条码阅读机等设备。）、FsctorySuite Web Server （集成的lnternet/lntraanet 服务器软件，通过国际互联网和企业内部网收集数据，监视，浏览画面和应用程序。）、SCADAlram:一个基于Windows 的通信软件，用来
连接工业自动化软件，提供实时智能报警通知、数据采集，并可通过各种通信装置远程控制。
其中，lnConrtol 就是基于Windows NT 的实时控制软件，可在任何一个支持Windows NT 操作系统的硬件平台上使用，包括：面板式工业工作站、SMP 服务器和开放式工业计算机，用软件实现了生产过程自动化控制器的功能。这充分说明了可以把开发生产过程自动化控制功能的工具软件和硬件始终捆绑在一起，这不仅给自动化系统软件开发商一个更大的发展空间，也给用户选择硬件带来灵活性。
lnControl 软件和Wonderware 公司工业自动化套装软件FactorySuite 2000 的其他软件的有机结合，就可以实现在各种基于Windows NT 操作系统的硬件平台上生产过程自动化和生产信息管理系统功能的有机融合。
5 结语
可以设想以开放式工业控制计算机系统和现场总线构成的生产过程自动化系统的硬件结构，再配以如象Wonderware公司FactorySuite 2000 这样集过程控制和生产信息管理功能一体的开发工具软件，将成为生产过程自动化和信息管理系统解决方案的重要方式之一。这不仅使生产过程自动化系统的结构大为简化，降低了系统设备投资，提高了系统的可靠性和可维护性。而随着生产过程自动化和信息管理软件功能的日益丰富和增强，可以在不影响硬件系统设备更改的情况下，方便的提高生产过程自动化和生产信息管理的应用水平，满足各种从小规模系统到大规模系统应用的需要。
参考文献
[1] 王凌峰等著. 现代工业自动化软件设计-原理与应用实例[M] . 电子工业出版社，2008.
[2] 陆建国著. 工业电器与自动化[M] . 化学工业出版社，2005.
[3] 周德俭，吴兆华著. 使用PC 的开放式计算机数控系统—CNC 的发展方向. 机电一体化[J] ,1997; 3.