論軟件是自動化系統的核心與靈魂

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

在信息化技術快速發展的背景下，企業信息化隨社會信息化水平的發展而同步發展，各類“數字化工廠”、“智能工廠”等概念不斷涌現。

這種企業“數字化”、“信息化”的主要特點：管理與控制相結合、生產實時數據直接進入信息系統、不存在信息孤島。

這樣，企業生產要素日益朝集約化、集成化、一體化的趨勢發展，將生產過程控制、在線分析、實驗室質量檢測、能源管控、產品儲運、產品銷售、設備健康檢測、供應鏈管理等所有生產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揮至最大。如此工廠內部就形成了一個“大自動化”平臺。可以說，企業用戶越是追求生產的精細化、管理的精益化，對自動化及信息化的需求越沒有止境。這樣就給工業IT界廣大產品及服務提供商提供了發展機遇和進步的動力，即“兩化融合”發展的動力。

從生產企業內部來看，企業追求卓越績效管理將會導致企業的機構扁平化、專業細分化、生產制造敏捷化、企業行為市場導向化、研發驅動式發展模式，這就需要一個高效的企業信息化平臺做支撐。在這個平臺之上，能夠將各個生產要素進行有效關聯的核心，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務需求、為工廠的業務服務而存在和優化。

這個軟件平臺可以實現工廠內部所有部門、工段的有效信息溝通，對工廠內部所有部門提供有效的業務支撐，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現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控制算法一樣，全集成信息化工廠的軟件系統同樣將工廠里面成熟的信息模型固定下來，供業務層復用和調用，滿足企業管理、運營的基礎性需求，尤其是跨部門之間的工藝過程數據處理。

這種自動、即時的計算代替了傳統的人工數據處理，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計算和判斷，以及KPI監視與改進。

國際著名的自動化公司在這方面布局較早，如Honeywell的DCS產品從1998年就開始將Uniformance實時數據庫節點引入到DCS中，為后來推出的PKS平臺及DSA架構奠定了基礎。

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視為統一的一個系統，是一體化的系統。是一個各子系統之間能夠“自動”建立和恢復數據通信，子系統之間的數據交換就像DCS控制站之間數據交換一樣無縫化、自動化，并且可靠、安全、穩定。

全集成信息化工廠的關鍵技術

（1）子系統之間無障礙數據共享

工廠現有絕大多數控制系統與應用軟件系統之間或者任意兩個分、子系統之間已經具有了很好的開放性，在實現數據共享方面沒有技術障礙，信息孤島已經不復存在。但是數據共享的成本太高，這里說的成本主要是時間和維護成本。即數據共享需要人工干預，具體表現在：①數據通信系統的健壯性要求，即要求當應用系統的數據通信鏈路因故障而失效時，數據通信系統必須能夠自動進行備用鏈路切換、自動恢復數據通信、自動將中斷的數據進行補傳。數據通信必須像過程控制系統一樣穩定可靠才能滿足工廠信息化的要求，如果數據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某個子系統配置變化后須自動推送給所有數據消費方，以便于數據消費方實時掌握上游設備的配置。③各個子系統之間的在線識別——即插即識別，如果需要重復組態的話，造成全廠信息化建設在結構上的“支離破碎”，全廠信息化平臺就不能構成一個單一系統。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揮其計算能力，這就導致了信息系統的不可靠，從而影響了相關子系統的投用率，因為參加運算的數據是不真實的。

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數據共享的通信套件，以便將各個子系統的計算性能發揮至最佳，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有效支撐、武裝起來。

DCS之所以能夠實現分散控制和集中操作，其核心在于系統是建立在一個分布式控制網絡及其數據通信基礎之上。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設備聯入工廠網絡，會面臨巨大的信息安全風險與挑戰，但是信息化是不可逆轉之趨勢，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。未來的工廠全集成信息化將要建立覆蓋全部生產經營活動的一體化信息系統，信息安全系統的建設將決定整個信息系統建設的成敗，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控制網絡安全網關外，還要求SCADA等自動化軟件具備安全防護功能，主要表現在以下幾方面：

①對數據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、合法的權限等；

②對數據讀、寫權限進行嚴格定義，無權限的訪問者不能對數據進行讀、寫訪問。

③軟件能夠適應復雜網絡環境，支持各種遠程數據訪問方式，尤其是安全級別較高的網絡架構。

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，這些模塊與生產控制系統必然要建立數據通信通道，這些個體軟件之間也必然要建立數據通信通道。那么，在工廠內各級數據通信總線建設好后，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一的數據總線（或者稱之為數據池）訪問其他子系統的數據，以便提高集成效率、便于系統維護。如果現有應用軟件投用時間早于數據總線的建設，那么最好在原有應用軟件外面包裹一層數據通信套件，以便統一數據訪問方式。

自動化控制系統產品形態所受影響分析

在軟件主導下的“大自動化”系統中，各廠家傳統上的專有控制系統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，唯有軟件發展空間無可限量。

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

可以肯定地說，軟件發展進步給控制器帶來的影響將是巨大的。

結語

在工廠里面，控制系統的IT化發展趨勢不可阻擋，控制系統會加快融入整個工廠IT系統，“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的靈魂與核心。