信息化到底能為工業(yè)化做些什么

信息化到底能為工業(yè)化做些什么？（摘自www.XinXiH2005-10-15）

摘要：以分布式控制系統(tǒng)（DCS）為例介紹了信息化為提升工業(yè)化所能做的實際工作，并介紹了DCS的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢及第四代DCS系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：信息化；工業(yè)化；DCS；MACS

黨的十六大報告提出“走新型工業(yè)化道路，要堅持以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化”，為我們今后經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展指明了方向，同時，也為我們從事信息產(chǎn)業(yè)的企業(yè)創(chuàng)造了一個巨大的市場空間。但是，我們必須明白信息化與工業(yè)化的主次關(guān)系，發(fā)展工業(yè)化是目的，信息化是手段。

我們已經(jīng)經(jīng)歷了一個網(wǎng)絡(luò)泡沫時代。但是，我們今天仍然被太多的信息相關(guān)的概念所包圍和困惑。好像如果我們不知道“ERP”（Enterprise

Resource

Planning，企業(yè)資源計劃）、“CRM”（Customer

Relation

Management，客戶關(guān)系管理）、“SCM”（Supply

Chain

Management，供應(yīng)鏈管理）、“MES”（Manufacturing

Executive

System制造執(zhí)行系統(tǒng)），eBusiness等等，就不能做企業(yè)，或者說不能領(lǐng)導(dǎo)一個當(dāng)代的企業(yè)。如果企業(yè)還沒有應(yīng)用這些“新技術(shù)”，就不可能活到明天。實話說，這些日新月異的觀念不僅讓工業(yè)客戶無所適從，而且推廣這些概念的公司有多少真正理會這些概念的涵義也值得懷疑。更確切地說，當(dāng)這些公司的推銷人員在向客戶兜售這些新概念產(chǎn)品或系統(tǒng)時，他真的認(rèn)為這些新系統(tǒng)能夠為用戶創(chuàng)造價值嗎？我們中國還處于由農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)向工業(yè)化經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變的時代，工業(yè)化還遠(yuǎn)沒有實現(xiàn)，作為一位信息技術(shù)工作者，我們是否要問一下我們的信息技術(shù)到底能夠為工業(yè)化作些什么？我們到底能否真正為工業(yè)用戶創(chuàng)造額外價值，還是在為用戶裝備這些承載新技術(shù)的新產(chǎn)品時我們更多的考慮了自己的利益，而提升客戶能力只是一個招牌？因為事實上，很多應(yīng)用信息化的企業(yè)并沒有真的提升企業(yè)的競爭能力，相當(dāng)多情況下，用戶在廠家的鼓動下，不顧自己企業(yè)的管理水平和人員素質(zhì)也不清楚自己的具體需求，只是為了一些新概念定購一些高價、高性能而不能應(yīng)用的“先進(jìn)”系統(tǒng)，真可謂削足適履，結(jié)果事與愿違，非但沒有得到應(yīng)用的效果，反而影響了原來正常的運營和操作。他們應(yīng)用信息技術(shù)的信心因此受到很大的打擊。以上問題困擾了筆者很長時間，至今沒有得到明確答案。筆者只想在此匯報一些工作和學(xué)習(xí)體會，希望能夠起到拋磚引玉的作用，引發(fā)業(yè)界人士做一些實際思考。同時，筆者以分布式控制系統(tǒng)（DCS）為例介紹信息化為提升工業(yè)化所能做的實際工作。最后筆者通過在北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司的實踐談?wù)動眯畔⒒龠M(jìn)工業(yè)化的一些具體工作體會。

一、

信息化能為工業(yè)化做些什么

1、

信息化不能代替經(jīng)營決策而只能幫助決策

企業(yè)的經(jīng)營決策永遠(yuǎn)是企業(yè)經(jīng)營者的職責(zé)。信息化可能會幫助企業(yè)經(jīng)營者決策提供信息，但是，決策的任務(wù)必須由經(jīng)營決策者承擔(dān)。企業(yè)的經(jīng)營決策者通過對競爭環(huán)境分析，自己的資源優(yōu)勢和劣勢以及競爭對手的系統(tǒng)分析之后制定經(jīng)營決策。計算機(jī)系統(tǒng)本身不能制定決策。企業(yè)經(jīng)營決策過程本身是一個取舍過程，因為我們總是面對很多的機(jī)遇，而我們的資源總是有限的，決策的過程同時也是一個風(fēng)險判斷過程。計算機(jī)系統(tǒng)為我們提供的信息越多，如果信息沒有經(jīng)過梳理，反而使得決策過程變得復(fù)雜。我們很多民營企業(yè)經(jīng)營者本身沒有很高的學(xué)歷，也不太懂信息系統(tǒng)，但是他們經(jīng)營決策很果斷，有些取得了很大成就。而一些大型企業(yè)擁有很現(xiàn)代化的信息支持系統(tǒng)，也沒有產(chǎn)生相應(yīng)的效益。當(dāng)然，對大多數(shù)國內(nèi)企業(yè)而言，簡單實用的信息管理系統(tǒng)的確可以輔助決策者防范風(fēng)險，理性決策。

2、

信息化不能代替執(zhí)行卻可促進(jìn)并監(jiān)督執(zhí)行

盡管通過實施先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng)可以替代生產(chǎn)過程的許多人工操作，而且控制的精度和效率可以顯著提高，然而在整個生產(chǎn)過程中人的執(zhí)行能力仍然起決定作用。因為信息系統(tǒng)和過程控制一旦投入運行，該系統(tǒng)只能完成規(guī)定的功能，而市場的變化和生產(chǎn)過程的許多變化是非固定的。所以，信息系統(tǒng)本身不能代替生產(chǎn)過程中各級操作人員處理各種意外并自動取得執(zhí)行結(jié)果。但是，一個好的信息系統(tǒng)（包括自動化系統(tǒng)）通過信息流的暢通，信息的及時反饋，報警的處理和分析，操作指導(dǎo)等可以促進(jìn)提高人的執(zhí)行能力。此外，由于信息的通暢和操作歷史記錄的準(zhǔn)確性，信息系統(tǒng)可以監(jiān)督各級執(zhí)行人員是否完成職責(zé)。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，公司可以實現(xiàn)網(wǎng)上銷售。采用自動化辦公系統(tǒng)，各級執(zhí)行人員可以提高信息傳遞的效率，特別是對于異地辦公的企業(yè)，一套實用的信息系統(tǒng)可以大大提高信息傳遞效率和執(zhí)行效率。

3、

信息化可以提高控制品質(zhì)，提高生產(chǎn)效率

信息系統(tǒng)，特別是自動化系統(tǒng)的實施可以真實地提高過程的控制品質(zhì)和裝置的生產(chǎn)效率。例如，人工的控制周期只能做到數(shù)秒鐘，操作的精度基本在1％~5％量級，同時操作的實際情況還要受到操作者熟練程度、精神狀態(tài)等因素的干擾。而計算機(jī)控制系統(tǒng)可以做到毫秒級控制周期（這對大型快速設(shè)備如火電廠的汽輪機(jī)控制等極為重要），控制參數(shù)的精度可以做到0.1%~0.5%，對于特殊的回路，精度還可以更高，因此，可以大大提高產(chǎn)品的品質(zhì)。對于一些大型復(fù)雜的生產(chǎn)過程，操作工只能完成簡單的單回路控制操作，而計算機(jī)控制系統(tǒng)則可以根據(jù)不同的生產(chǎn)狀況（原料的變化、環(huán)境的變化、目標(biāo)產(chǎn)品的變化）進(jìn)行優(yōu)化或準(zhǔn)優(yōu)化控制，顯著提高生產(chǎn)的效率。此外，當(dāng)代的企業(yè)信息與自動化系統(tǒng)可以實現(xiàn)從生產(chǎn)現(xiàn)場到裝置、從單個裝置到車間，從車間到全廠，從全廠到整個公司的信息采集、整理，從而實現(xiàn)全廠的綜合監(jiān)控，提高整個生產(chǎn)過程的效率。通過合適的統(tǒng)計分析和處理，信息系統(tǒng)可以幫助發(fā)現(xiàn)企業(yè)的效率漏洞，找出成本的分布，從而為經(jīng)營者解決問題提供客觀依據(jù)。系統(tǒng)的設(shè)備管理功能可以幫助實現(xiàn)預(yù)測維修，從而減少停車大修的次數(shù)和時間，提高生產(chǎn)率。先進(jìn)的批處理功能可以幫助操作人員在更換產(chǎn)品或改變裝置產(chǎn)量的時候自動切換到合理的控制參數(shù)，提高效率。

4、

信息化可能增加風(fēng)險

信息化在促進(jìn)和提升工業(yè)化的同時，也增加了風(fēng)險因素。

(1)

信息的集中和經(jīng)營決策對信息系統(tǒng)的依賴，使得經(jīng)營危險相對集中。如果信息系統(tǒng)遭到破壞，企業(yè)的經(jīng)營可能會陷入癱瘓。

(2)

計算機(jī)控制系統(tǒng)實現(xiàn)越來越多、越來越復(fù)雜的控制功能，使得操作工變成計算機(jī)系統(tǒng)的輔助，如果系統(tǒng)出現(xiàn)重大問題，可能導(dǎo)致事故。

(3)

大型的開放信息系統(tǒng)為工作帶來了方便，也提高了效率，但是企業(yè)的機(jī)密保護(hù)變得困難。

(4)

越來越復(fù)雜的信息系統(tǒng)可能會遭到黑客或病毒的襲擊，使系統(tǒng)癱瘓。

5、

信息化如何為提升工業(yè)化服務(wù)

中國革命和建設(shè)的實踐反復(fù)證明了馬克思主義基本原理只有同中國實際相結(jié)合才能成功。同樣，信息化只有同工業(yè)化的實際水平相適應(yīng)才能取得效益。

(1)

企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)人是企業(yè)興衰的決定因素之一，信息化的水平必須適應(yīng)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人的水平，否則，信息化注定失敗。

(2)

企業(yè)的各級執(zhí)行人員（管理干部、技術(shù)專家、現(xiàn)場操作人員等）是企業(yè)經(jīng)營決策的執(zhí)行者，也是信息系統(tǒng)（包括控制系統(tǒng)）的實際操作者，信息系統(tǒng)必須適應(yīng)他們的水平，除非企業(yè)可以換掉不適應(yīng)的人員。一定不要本末倒置，要所有的執(zhí)行人員來適應(yīng)信息系統(tǒng)。

(3)

各信息產(chǎn)品廠家在推銷與實施信息系統(tǒng)時，在給用戶的決策者和各級相關(guān)執(zhí)行人員充分培訓(xùn)之后，一定要明確該用戶的實際需求水平，然后根據(jù)實際的需求定制合適的信息系統(tǒng)。中國的工業(yè)企業(yè)水平可以從最小的作坊式制造到跨國大型現(xiàn)代化企業(yè)集團(tuán)，可以從十六、十七世紀(jì)工業(yè)水平跨越到二十一世紀(jì)水平，所以最好的信息系統(tǒng)方案也不能滿足所有中國用戶的需求。只有滿足適當(dāng)客戶的適當(dāng)方案，才是有效率的方案。

(4)

企業(yè)信息化要有成本意識。中國的國情決定我們最大的資源（與國際競爭中的比較優(yōu)勢）是擁有取之不盡、用之不竭的廉價勞動生產(chǎn)力。所以，應(yīng)用信息化和自動化時一定要核算計算機(jī)信息系統(tǒng)代替人所創(chuàng)造的價值。在相當(dāng)多的情況下，人工成本會大大低于信息化的成本。在這種情況下，企業(yè)最好利用人工，而信息系統(tǒng)作為管理支持系統(tǒng)和執(zhí)行監(jiān)控系統(tǒng)。

(5)中國在法制體系完善和銀行現(xiàn)代化實現(xiàn)之前，實施先進(jìn)的eBusiness可能性很小。最有效的信息化是工廠過程自動化，財務(wù)管理，實用的辦公管理等系統(tǒng)。讓我們忘掉那些時髦的信息技術(shù)概念，走中國信息化與工業(yè)化相結(jié)合的道路。讓用戶在信息化方面花費的每一筆投資都能創(chuàng)造價值，才能使由信息廠家推動信息化的局面變成工業(yè)企業(yè)追逐信息化的局面。

2

世界DCS發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

在工業(yè)企業(yè)中，應(yīng)用效益最直接明顯的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是工業(yè)控制系統(tǒng)，特別是DCS（分布式控制系統(tǒng)）。盡管若干年以前，就有人判定DCS即將被FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）所取代，然而，直至今日，DCS仍然具有相當(dāng)?shù)纳ΑRC咨詢機(jī)構(gòu)2003年發(fā)布了他們對世界DCS市場的預(yù)測報告。該報告預(yù)測世界DCS市場從2002年至2007年將保持2.5％的增長速度，從2003年的91億美元增長到103億美元。DCS的發(fā)展速度之所以不高主要原因是美國等發(fā)達(dá)國家的經(jīng)濟(jì)增長速度減慢所造成的。而中國近幾年的DCS的增長速度應(yīng)該在10％以上。

當(dāng)今的DCS與十年前的DCS相比，發(fā)生了根本性的變化。

1、

DCS已經(jīng)進(jìn)入第四代

受信息技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計算機(jī)硬件技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、各種組態(tài)軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等）發(fā)展的影響，以及用戶對先進(jìn)的控制功能與管理功能需求的增加，各DCS廠商（以Honeywell、Emerson、Foxboro、橫河、ABB為代表）紛紛提升其DCS系統(tǒng)的技術(shù)水平，并不斷豐富其內(nèi)容?？梢哉f以Honeywell

公司最新推出的Experion

PKS（過程知識系統(tǒng)），Emerson公司的PlantWeb（Emerson

Process

Management），F(xiàn)oxboro公司的A2，橫河公司的R3（PRM－工廠資源管理系統(tǒng)），ABB公司的IndustrialIT系統(tǒng)為標(biāo)志的新一代DCS已經(jīng)形成。如果我們把當(dāng)年Foxboro公司的I/A

Series看作第三代DCS系統(tǒng)的里程碑，以上幾家的最新DCS可以劃為第四代。第四代DCS的最主要標(biāo)志是兩個“I”開頭的單詞：Information（信息）和Integration（集成）。

2、

第四代DCS的體系結(jié)構(gòu)

第四代DCS的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要分為四層結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場儀表層、控制裝置單元層、工廠（車間）層和企業(yè)管理層。一般DCS廠商主要提供下面的三層功能，而企業(yè)管理層則通過提供開放的數(shù)據(jù)庫接口連接第三方的管理軟件平臺（ERP、CRM、SCM等）。所以說當(dāng)今DCS主要提供工廠（車間）級的所有控制和管理功能，并集成全企業(yè)的信息管理功能。

3、

第四代DCS的技術(shù)特點

(1)

DCS充分體現(xiàn)信息化和集成化（Information

&

Integration）

信息和集成（Information

and

Integration）這兩個“I”開頭的單詞基本描述了當(dāng)今DCS系統(tǒng)正在發(fā)生的變化。我們已經(jīng)可以采集整個工廠車間和過程的信息數(shù)據(jù)，但是用戶希望這些大量的數(shù)據(jù)能夠以合適的方式體現(xiàn)，并幫助決策過程，讓用戶以他明白的方式，在他方便的地方得到他真正需要的數(shù)據(jù)。

信息化體現(xiàn)在各DCS系統(tǒng)已經(jīng)不是一個以控制功能為主的控制系統(tǒng)，而是一個充分發(fā)揮信息管理功能的綜合平臺系統(tǒng)。DCS提供了從現(xiàn)場到設(shè)備，從設(shè)備到車間，從車間到工廠，從工廠到企業(yè)集團(tuán)整個信息通道。這些信息充分體現(xiàn)了全面性、準(zhǔn)確性、實時性和系統(tǒng)性?；旧洗蟛糠諨CS提供了過去常規(guī)DCS功能、SCADA功能以及MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）的大部分功能。與ERP不同，MES匯集了車間中用以管理和優(yōu)化從下定單到產(chǎn)成品的生產(chǎn)活動全過程的相關(guān)硬件或軟件組件，它控制和利用實時準(zhǔn)確的制造信息來指導(dǎo)、傳授、響應(yīng)并報告車間發(fā)生的各項活動,同時向企業(yè)決策支持過程提供有關(guān)生產(chǎn)活動的任務(wù)評價信息。MES的功能包括車間的資源分配、過程管理、質(zhì)量控制、維護(hù)管理、數(shù)據(jù)采集、性能分析及物料管理，與DCS相關(guān)的各功能模塊如圖2所示，其作用簡述如下。

①

資源配置與狀態(tài)（Resource

Allocation

and

Status）：管理機(jī)器、工具、勞工技能、材料、設(shè)備和其它實體，使其在操作前按順序可得，同時提供資源的具體歷史信息，保證設(shè)備正確安裝并提供實時狀態(tài)。上面提到的所有DCS都以不同的軟件名稱提供了類似的功能如設(shè)備管理、知識管理、能源管理等。

②

派遣生產(chǎn)單元（Dispatching

Production

Units）：管理以工件、訂單、批量、時序等為形式的生產(chǎn)單元流程，提供派遣信息，并可改變預(yù)先的調(diào)度方案和通過緩沖區(qū)管理來控制加工數(shù)量。過去的連續(xù)過程生產(chǎn)裝置是按某種產(chǎn)品的生產(chǎn)能力進(jìn)行設(shè)計，物料平衡公式和設(shè)備的選型也是按該生產(chǎn)能力進(jìn)行（也許加上10％的富裕量），因此，我們經(jīng)常會聽到車間主任或班組長如何努力，而生產(chǎn)出超過裝置設(shè)計能力20％或25％時，如何興高采烈，并可能領(lǐng)取超額獎金。極少有裝置生產(chǎn)能力小于設(shè)計生產(chǎn)能力的情形。然而，如果該產(chǎn)品由于市場需求降低，從而要求生產(chǎn)量降低時，則該裝置的各種物理參數(shù)和控制參數(shù)很難適應(yīng)，不能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。當(dāng)由于市場競爭、管制、或其它任何原因要停止該產(chǎn)品，而轉(zhuǎn)生產(chǎn)另一種產(chǎn)品時，通常我們不得不停止該裝置，或進(jìn)行大投資改裝。當(dāng)今，靈活滿足市場需求，快速響應(yīng)市場已經(jīng)變成主要的經(jīng)營驅(qū)動力，我們的過程控制或生產(chǎn)控制必須適應(yīng)這種需求。儀器儀表協(xié)會也制定了批量控制的標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ISA

S88.01

Batch

Models

and

Terminology，為我們開發(fā)和應(yīng)用批量控制提供了很好的指導(dǎo)。第四代的DCS基本都提供了自主的或集成的批處理功能軟件。他們把批量控制（BATCH-CONTROL）加入DCS系統(tǒng)，變成一種類似先進(jìn)控制算法模塊的組件。

③

文檔控制（Document

Control）：控制與生產(chǎn)單元相關(guān)的記錄，具有編輯和指令下達(dá)等功能。第四代DCS基本都能自動生成各種操作記錄、日志以及各種檔案文件。

④

數(shù)據(jù)收集/獲?。―ata

Collection/Acquisition）：提供獲取內(nèi)部數(shù)據(jù)的接口，構(gòu)成相應(yīng)的表格和記錄，數(shù)據(jù)的收集可以是自動或手動方式。

⑤

勞工管理（Labor

Management）：提供職員有關(guān)狀態(tài)，并與資源配置關(guān)聯(lián)來決定最優(yōu)分配，值得一提的是，在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，人和設(shè)備越來越變成有機(jī)配合的整體。

⑥

質(zhì)量管理（Quality

Management）：提供度量的實時分析來保證產(chǎn)品質(zhì)量控制并鑒定需注意的問題，建議更正的建議，也包括SPC/SQC的跟蹤和離線檢查操作的管理以及LIMS的分析等。

⑦

維護(hù)管理（Maintenance

Management）：跟蹤和指導(dǎo)設(shè)備和工具維護(hù)的活動來保證生產(chǎn)和調(diào)度的進(jìn)程，也提供緊急問題的反應(yīng)，如報警，并維護(hù)歷史信息來支持問題的診斷。例如，Emerson聲稱通過其設(shè)備管理功能，用戶可以在正確的時間、以正確的方式維護(hù)正確的設(shè)備，節(jié)省掉大部分的例行大修時間并排除非計劃停車時間。

⑧

產(chǎn)品跟蹤和系譜（Product

Tracking）：提供工作的可見度和相關(guān)的狀態(tài)信息，在線跟蹤功能可產(chǎn)生歷史記錄。

⑨

性能分析（Performance

Analysis）：通過分析不同功能的匯總信息，提供實際生產(chǎn)操作與歷史記錄和期望結(jié)果的報告。

DCS的集成性則體現(xiàn)在兩個方面：功能的集成（如上面所述）和產(chǎn)品的集成。過去的DCS廠商基本上是以自主開發(fā)為主，提供的系統(tǒng)也是自己的系統(tǒng)。當(dāng)今的DCS

廠商更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的集成性和解決方案能力，DCS中除保留傳統(tǒng)DCS所實現(xiàn)的過程控制功能之外，還集成了PLC（Programmable

Logic

Controller，可編程邏輯控制器），RTU（Remote

Terminal

Unit，遠(yuǎn)程終端設(shè)備），F(xiàn)CS（Fieldbus

Control

System，現(xiàn)場總線），各種多回路調(diào)節(jié)器，各種智能采集或控制單元等。此外各DCS廠商不再把開發(fā)組態(tài)軟件或制造各種硬件單元視為核心技術(shù)，而是紛紛把DCS的各個組成部分采用第三方集成方式或OEM方式。例如，多數(shù)DCS廠商自己不再開發(fā)組態(tài)軟件平臺，而轉(zhuǎn)入采用兄弟公司（如Foxboro

用Wonderware軟件為基礎(chǔ)）的通用組態(tài)軟件平臺,

或其它公司提供的軟件平臺（Emerson

用Intellution的軟件平臺做基礎(chǔ)）。此外，許多DCS廠家甚至I/O組件也采用OEM方式（Foxboro采用Eurothem的I/O模塊，橫河的R3采用富士電機(jī)的Processio作為I/O單元基礎(chǔ),

Honeywell公司的PKS系統(tǒng)則采用Rockwell公司的PLC單元）作為現(xiàn)場控制站。

(2)

DCS變成真正的混合控制系統(tǒng)

過去我們區(qū)分DCS和PLC

主要通過被控對象的特點（過程控制和邏輯控制）來進(jìn)行劃分。但是，第四代的DCS已經(jīng)將這種劃分模糊化了。幾乎所有的第四代DCS都包容了過程控制、邏輯控制和批處理控制，實現(xiàn)了混合控制。這也是為了適應(yīng)用戶的真正控制需求。因為，多數(shù)的工業(yè)企業(yè)絕不能簡單地劃分為單一的過程控制和邏輯控制需求，而是由過程控制為主或邏輯控制為主的分過程組成的。我們要實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的優(yōu)化，提高整個工廠的效率，就必須把整個生產(chǎn)過程納入統(tǒng)一的分布式集成信息系統(tǒng)。例如，典型的冶金系統(tǒng)、造紙過程、水泥生產(chǎn)過程、制藥生產(chǎn)過程和食品加工過程、發(fā)電過程，大部分的化工生產(chǎn)過程都是由部分的連續(xù)調(diào)節(jié)控制和部分的邏輯聯(lián)鎖控制構(gòu)成。第四代的各DCS系統(tǒng)幾乎全部采用IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組態(tài)軟件設(shè)計。而該標(biāo)準(zhǔn)原為PLC語言設(shè)計提供的標(biāo)準(zhǔn)。同時一些DCS（如Honeywell公司的PKS）還直接采用成熟的PLC作為控制站。多數(shù)的第四代DCS都可以集成中小型PLC作為底層控制單元。今天的小型和微型PLC不僅具備了過去大型PLC的所有基本邏輯運算功能，而且高級運算、通信以及運動控制也能實現(xiàn)。

(3)

DCS包含F(xiàn)CS功能并進(jìn)一步分散化

過去一段時間，一些學(xué)者和廠商把DCS和FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）對立起來。其實，真正推動FCS進(jìn)步的仍然是世界主要幾家DCS廠商。所以，筆者以前也曾說過DCS不會被FCS所代替，而是DCS會包容FCS，實現(xiàn)真正的DCS。如今，這一預(yù)測正在被現(xiàn)實所驗證。所有的第四代DCS都包含了各種形式的現(xiàn)場總線接口，可以支持多種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。此外，各DCS還改變了原來機(jī)柜架式安裝I/O模件、相對集中的控制站結(jié)構(gòu)，取而代之的是進(jìn)一步分散的I/O模塊（導(dǎo)軌安裝），或小型化的I/O組件（可以現(xiàn)場安裝）或中小型的PLC。分布式控制的一個重要優(yōu)點是邏輯分割，工程師可以方便地把不同設(shè)備的控制功能按設(shè)備分配到不同的合適控制單元上，這樣，操作工可以根據(jù)需要對單個控制單元進(jìn)行模塊化的功能修改，下裝和調(diào)試。另外的優(yōu)點是各個控制單元分布安裝在被控設(shè)備附近，既節(jié)省電纜，又可以提高該設(shè)備的控制速度。一些DCS還包括分布式HMI就地操作站，人和機(jī)器將有機(jī)地融合在一起，共同完成一個智能化工廠的各種操作。

例如，Emerson的DeltaV，F(xiàn)oxboro的A2中的小模塊結(jié)構(gòu)，Ovation的分散模塊結(jié)構(gòu)等。可以說現(xiàn)在的DCS廠商已經(jīng)越過炒作概念的誤區(qū)，而是突出實用性。一套DCS可以適應(yīng)多種現(xiàn)場安裝模式：或用現(xiàn)場總線智能儀表、或采用現(xiàn)場I/O智能模塊就地安裝（既節(jié)省信號電纜，又不用昂貴的智能儀表）或采用柜式集中安裝（特別適合改造現(xiàn)場）。一切由用戶的現(xiàn)場條件決定，充分體現(xiàn)為用戶設(shè)想的理念。

(4)

DCS已經(jīng)走過高技術(shù)產(chǎn)品時代，進(jìn)入低成本時代。配置靈活，適應(yīng)各種系統(tǒng)應(yīng)用

DCS在八十年代，甚至九十年代還是技術(shù)含量高、應(yīng)用相對復(fù)雜、價格也相當(dāng)昂貴的工業(yè)控制系統(tǒng)。隨著應(yīng)用的普及，大家對信息技術(shù)的理解，DCS已經(jīng)走出高貴的神秘塔，變成大家熟悉的，價格合理的常規(guī)控制產(chǎn)品。第四代DCS的另一個顯著特征就是各系統(tǒng)紛紛采用現(xiàn)成的軟件技術(shù)和硬件（I/O處理）技術(shù)，采用靈活的規(guī)模配置，大大降低系統(tǒng)的成本與價格。可以說現(xiàn)在采用先進(jìn)的DCS實現(xiàn)工業(yè)自動化控制比原來采用常規(guī)的儀器儀表進(jìn)行簡單控制，用戶投資增加不多，但是實現(xiàn)的功能確大大加強(qiáng)。就控制站而言，原來一個物理信號處理平均1500元（人民幣），而現(xiàn)在已經(jīng)降到800元左右。過去國外DCS一般只適合于大中型的系統(tǒng)應(yīng)用，在小型應(yīng)用中成本很高，但第四代DCS都采用靈活的配置，不僅經(jīng)濟(jì)地應(yīng)用于大中型系統(tǒng)，而且應(yīng)用于小系統(tǒng)也很合適。

(5)

DCS平臺開放性與應(yīng)用服務(wù)專業(yè)化

二十年來，工業(yè)自動化界討論非常多的一個概念就是開放性。過去，由于通信技術(shù)的相對落后，開放性是困擾用戶的一個重要問題。為了解決該問題，人們設(shè)想了多種方案，其中包括CIMS（Computer

Integrated

Manufacturing

System，計算機(jī)集成制造系統(tǒng)）系統(tǒng)概念中的開放網(wǎng)絡(luò)（MAP

7層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議平臺）。然而，有心栽樹樹不活，MAP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并沒有得到真正的推廣應(yīng)用。而當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、軟件技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展為開放系統(tǒng)提供了可能。各DCS廠家競爭的加劇，促進(jìn)了細(xì)化分工與合作，各廠家放棄了原來自己獨立開發(fā)的工作模式，變成集成與合作的開發(fā)模式，所以開放性自動實現(xiàn)了。第四代DCS全部支持某種程度的開放性。開放性體現(xiàn)在DCS可以從三個不同層面與第三方產(chǎn)品相互連接：在企業(yè)管理層支持各種管理軟件平臺連接；在工廠車間層支持第三方先進(jìn)控制產(chǎn)品、SCADA平臺、MES產(chǎn)品、BATCH處理軟件、同時支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（以以太網(wǎng)為主）；在裝置控制層可以支持多種DCS單元（系統(tǒng)）、PLC、RTU、各種智能控制單元等以及各種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線儀表與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

值得注意的是開放性的確有很多好處，但是在考慮開放性的同時，首先要充分考慮系統(tǒng)的安全性和可靠性，因為，生產(chǎn)過程的故障停車或事故造成的損失可能比開放性選擇產(chǎn)品所節(jié)省的成本要高得多。同時需注意，在選擇系統(tǒng)設(shè)備時，先要確定系統(tǒng)的需求，然后根據(jù)需求選擇必要的設(shè)備。盡量不要裝備一些不必要的功能，特別是網(wǎng)絡(luò)功能和外設(shè)的選擇一定要慎重。例如，我們在選擇開放網(wǎng)絡(luò)的同時，遭到病毒或黑客襲擊的可能就會加大；我們選擇豐富的外設(shè)如光驅(qū)或軟驅(qū)，就給操作人員提供了裝載無關(guān)軟件（如游戲等）的機(jī)會等等。這些都會導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓或其它致命故障。

隨著開放系統(tǒng)和平臺技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的選擇更加靈活，軟件組態(tài)功能越來越強(qiáng)大并靈活，但是，每一個特定的應(yīng)用都需要一個獨特的解決方案，所以專業(yè)化的應(yīng)用知識和經(jīng)驗是當(dāng)今工業(yè)自動化廠商或系統(tǒng)集成商成功的關(guān)鍵因素。各DCS廠家在努力宣傳各自DCS技術(shù)優(yōu)勢的同時，更是努力宣傳自己的行業(yè)方案設(shè)計與實施能力。為不同的用戶提供專業(yè)化的解決方案并實施專業(yè)化的服務(wù)將是今后各DCS廠家和系統(tǒng)集成商競爭的焦點，同時也是各廠家盈利的主要來源。

3

工作實踐

１、國產(chǎn)DCS簡介

中國自動化界的仁人志士經(jīng)歷了不懈的努力致力于發(fā)展自己的DCS產(chǎn)業(yè)。目前以和利時、浙大中控、上海新華為代表的國內(nèi)DCS廠家經(jīng)過十年的努力，各自推出自己的DCS系統(tǒng)：和利時推出HOLLiAS第四代DCS系統(tǒng)，浙大中控推出Webfield（ECS）系統(tǒng)，新華推出XDPF－400系統(tǒng)。三家積極努力，通過競爭成功地將自主系統(tǒng)應(yīng)用于各種工業(yè)現(xiàn)場，正在逐步取得用戶的認(rèn)可。例如新華公司在火力發(fā)電方面取得顯著成績，浙大中控在化工控制等方面業(yè)績突出，和利時公司在核電、熱電、化工、水泥、制藥以及造紙等方面取得了一定的業(yè)績。和利時公司僅2002年就在各行業(yè)取得500多個合同。此外，和利時公司把DCS結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓展，應(yīng)用到大型軌道交通自動化系統(tǒng)和管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)。通過激烈競爭，和利時公司成功地實現(xiàn)了秦山核電站60萬千瓦核電站綜合計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和常規(guī)島控制系統(tǒng)，并與國內(nèi)外公司競爭獲得了秦山一期30萬千瓦核電站計算機(jī)系統(tǒng)改造，大亞灣核電站等各個核電站部分計算機(jī)系統(tǒng)合同。公司承擔(dān)的北京輕軌和深圳地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了遠(yuǎn)距離（十幾個車站，幾十公里）、大數(shù)據(jù)量（物理點幾萬個）、通信信息復(fù)雜（城域網(wǎng)、局域網(wǎng)、現(xiàn)場總線網(wǎng)、無限通信網(wǎng)等）、多樣化（電力電器控制、環(huán)境控制、RTU、部分機(jī)車運行信號、車站信息等）綜合功能。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用為我國城鐵和地鐵發(fā)展提高了綜合監(jiān)控能力，并降低了成本，該方案已經(jīng)成為事實上的綜合監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)。

在中國的DCS市場上，三家國內(nèi)廠商已經(jīng)具備了相當(dāng)?shù)母偁幠芰?。例如通過新華公司與和利時公司在火電站控制領(lǐng)域的競爭以及和利時公司與浙大中控在化工等領(lǐng)域的競爭，使得國外的DCS紛紛降價。可以說三家公司最大的貢獻(xiàn)是把國外的DCS價格降到了原來40％以下，為DCS在國內(nèi)工業(yè)企業(yè)的普及應(yīng)用，特別是在中小型企業(yè)中的應(yīng)用做出了貢獻(xiàn)。

2、

和利時公司第四代DCS簡介

和利時公司的前身是電子部六所自動化工程事業(yè)部，

1992年開發(fā)出第一代DCS系統(tǒng)HS-DCS-1000系統(tǒng)，95年推出HS2000系統(tǒng)（采用智能I/O結(jié)構(gòu)、部分實現(xiàn)IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)功能），1999年推出MACS系統(tǒng)，應(yīng)用于秦山核電站控制系統(tǒng)和數(shù)百套電站、化工、水泥等控制。和利時公司在總結(jié)多年用戶需求的基礎(chǔ)上，綜合了國際技術(shù)成果，集中其核心技術(shù)與國際先進(jìn)技術(shù)，2002年初推出第四代DCS-HOLLiAS（智能過程系統(tǒng)）。

與上述五家國際知名企業(yè)推出的第四代DCS相比，HOLLiAS仍有些地方還存在差距，例如，管理軟件功能不夠強(qiáng)大，有些國外產(chǎn)品集成SAP的ERP系統(tǒng)，但是HOLLiAS的管理功能可能更適合中國大部分企業(yè)的現(xiàn)狀。HOLLiAS的現(xiàn)場總線功能也還不完全，提供的先進(jìn)控制算法不豐富，但目前國內(nèi)大部分裝置很難應(yīng)用先進(jìn)控制。今后，隨著國內(nèi)用戶水平的提高，和利時正在不斷豐富HOLLiAS的先進(jìn)控制功能。HOLLiAS與國外系統(tǒng)相比差距最大的是外觀結(jié)構(gòu)，和利時公司將投資徹底改變此狀況。但是HOLLiAS在本質(zhì)特征上已具備第四代DCS特點，同時，HOLLiAS的軟件平臺和I/O模塊已經(jīng)經(jīng)過幾百個各類工業(yè)現(xiàn)場的考驗，正在走向成熟。

MACS還在進(jìn)一步豐富和完善中，但是已經(jīng)具備了第四代DCS的基本框架結(jié)構(gòu)和特征。

(1)

充分體現(xiàn)信息管理功能和集成化

HOLLiAS系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（在地鐵應(yīng)用中采用四層網(wǎng)絡(luò)：包括一個連接車站的城域網(wǎng)）。其中，高層網(wǎng)絡(luò)以服務(wù)器為中心，可以支持各種管理功能，并且，和利時自己也開發(fā)了一些適合中小型企業(yè)的管理軟件平臺。

HS2000ERP、進(jìn)銷存平臺、RealMIS平臺、Web服務(wù)能源管理（應(yīng)用于冶金企業(yè)）等。其中RealMIS已取得廣泛應(yīng)用。此外，該系統(tǒng)支持開放數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，支持OPC、ODBC、DDE、COM/DCOM、OLE、TCP/IP等協(xié)議，可以非常方便地聯(lián)接第三方的管理軟件。

集成化體現(xiàn)在和利時公司與德國公司聯(lián)合開發(fā)完全符合IEC61131-3全部功能的控制組態(tài)軟件。公司的HMI既可以采用和利時自主知識產(chǎn)權(quán)的FOCS軟件平臺，也可以采用通用的如CITECT等軟件平臺。系統(tǒng)的硬件更是集成化的，除了I/O單元由和利時自己開發(fā)制造外，其他PLC、RTU、FCS接口、無線通信，變電站數(shù)據(jù)采取與保護(hù)、車站微機(jī)聯(lián)鎖等，以及各種智能裝置均采用集成方式。在一套地鐵監(jiān)控系統(tǒng)中，集成的各種智能設(shè)備多達(dá)幾十種。

(2)

HOLLiAS系統(tǒng)是一套標(biāo)準(zhǔn)的混合