论文部分内容阅读
[摘要]各个DCS生产厂的硬件由于不能互相代用，系统网络互不兼容，无法互通信息，导致在应用中遇到许多不便，由此将探索出一种全新的标准化编程的IEC1131-3在DCS中应用。
[关键词]PLC IEC1131-3标准 DCS
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）0320077－01
控制组态软件互不通用，使用户每采用一种新的软件时就得重新学习，制造厂也得为控制组态软件的开发投入大量人力物力。将通过对PLC标准化编程的IEC1131-3标准及其在PLC中的应用情况的介绍，分析该标准在DCS中应用的可能性及目前的应用状况。
一、PLC与IEC1131-3标准
IEC1131标准共分为5个部分：IEC1131-1为一般信息，即对通用逻辑编程作了一般性介绍并讨论了逻辑编程的基本概念、术语和定义；IEC1131-2为装配和测试需要，从机械和电气两部分介绍了逻辑编程对硬件设备的要求和测试需要；IEC1131-3为编程语言的标准，它吸取了多种编程语言的长处，并制定了5种标准语言；IEC1131-4为用户指导，提供了有关选择、安装、维护的信息资料和用户指导手册；IEC1131-5为通信规范，规定了逻辑控制设备与其他装置的通信联系规范。
二、DCS采用IEC1131-3标准的可能性
曾为霍尼韦尔（Honeywell）公司、ABB贝利公司、西屋(Westinghouse)
公司、罗克韦尔公司提供控制软件的一家美国公司，近期推出了带有PLC形式的M过程控制系统，但用户就M系统是否符合IEC1131-3标准的问题而提问时，该公司回答说：“IEC1131-3标准是专门为PLC系统制定的，它的目的是为逻辑控制器的开发提供一个基准，即使用相同的程序（甚至是相同的编程工具），这些包括在技术标准中的许多要求并不适用于过程控制系统，因此M系统和许多DCS过程控制系统一样，发现IEC1131-3标准并不适用于过程控制”。或许是因为担心影响公司产品在控制软件市场上的销售量，这样的观点在作者看来多少有点片面。事实上如今的PLC早已不是单纯的逻辑控制器，许多PLC产品已经吸取了DCS的长处，与DCS相互渗透并融为一体了；以往属于DCS的常规PID控制、高级回路控制、复杂的数学运算等功能在PLC产品中已屡见不鲜了；DCS要完成的功能，应该说PLC系统基本都能完成。因此许多学者认为DCS与PLC所实现的功能越来越接近，两者的差别将逐渐消失。PLC系统可以采用IEC1131-3标准完成控制软件组态工作，DCS借助这一标准也应该能够完成控制软件组态工作。
具体来说，DCS控制组态软件所涉及的功能主要包括开关量的逻辑控制、模拟量的PID控制和复杂的数学运算这3大类功能。采用梯形图、顺序功能图、指令表等编程语言可完成开关量的逻辑控制是不言而喻的；采用功能块图实现简单PID、高级回路控制也是可行的，更复杂的回路控制可以借助结构文本来实现；数学运算同回路控制一样，也可借助功能块图和结构文本语言。更复杂的要求在DCS中目前也是采用一些特殊的设备、特殊的组态方式加以处理的，如在霍尼韦尔公司的TDC-3000系统中，可采用应用组件、计算单元和CL高级控制语言专门完成这些工作。
三、IEC1131-3标准在DCS中的实际运用
德国西门子公司的SIMATIC PCS7 DCS是在SIMATIC S5、S7的基础上开发的，它所使用的工程师工具集全部采用了IEC1131-3标准。美国慕尔过程自动化公司在其四重化冗余的安全PLC（QUADLOG）控制系统中采用了4-mation组态软件。该软件符合IEC1131-3标准中的4种编程语言：梯形图、顺序功能图、功能块图和结构文本，而在该公司APACS DCS/PLC混合控制系统中也采用了4-mation软件。瑞士ABB公司下属的Hartmann & Braun公司的Freelance2000 DCS的组态软件DigiTool支持IEC1131-3标准中的4种编程语言：梯形图、顺序功能图、功能块图和指令表，同时它还可以提供多于190个经过现场检验的功能块子程序和多于200个用户自定义组态的图形符号。以生产Citect工控软件著名的CiT。（西雅特）公司的MOX模块化开放式控制系统（其中包括CSS采样监控系统）采用了IEC1131-3标准组态，所使用的软件也是法国CJ International公司的ISaGRAF软件。国际现场总线基金会为实现各公司产品的互可操作性，制定了几十种常用的标准功能块及其参数，基金会声称这些功能块遵循IEC1131-3标准的功能块图。
上面的例子中两次提到法国CJ International公司的ISaGRAF软件，它是目前符合IEC1131-3标准的三大组态软件之一。ISaGRAF软件是一个具有Windows风格的以图形为界面的友好平台，可用来对系统进行组态、调试和维护。国内DCS产品在这方面并不落后，最早引入IEC1131-3标准的是冶金部自动化研究院智能装备所，在该所生产的EIC2000现场总线控制系统中采用了该标准。如在EIC2000-LON子系统中包含的OnLon软件和EIC2000-ST子系统中包含的Workbench软件，都得到ISaGRAF软件的支持。北京和利时公司也较早认识到IEC1131-3标准的重要性，所以他们在HS2000 DCS中就已经采用了梯形图、功能块图和结构文本的标准语言，并且在1999年推出的FOCS带现场总线的控制系统和MACS先进控制系统中，采用了IEC1131-3标准的全部5种编程语言。而在电力行业业绩显赫的上海新华控制工程公司的XDPS-400 DCS中，控制组态软件采用了IEC1131-3标准的功能块图编程语言。在化工行业应用颇多的浙江威盛自动化公司在其新推出的支持现场总线的FB-3000 DCS中采用了符合IEC1131-3标准的控制组态软件。在国内DCS应用已达500套的浙江浙大海纳中控自动化有限公司，其最新系统JX-300X也支持IEC1131-3标准的梯形图、功能块图和顺序功能图。2000年6月，深圳德维森公司推出TCS柔性控制系统，其控制组态软件TP311、TP321中采用了IEC1131-3标准的软件包。
我们在工程实践中对用于物料成分配料控制的HS2000 DCS进行控制软件组态时，使用了梯形图、功能块图和结构文本等多种编程语言，特别是采用了结构文本对X荧光分析仪分析结果进行物料配比控制的复杂算法组态中，发现其功能相当强大，并没有产生IEC1131-3标准不适合过程控制的任何感觉。
综上所述，采用IEC1131-3标准的编程语言方便实用，标准化程度高，用户很快就可熟悉组态工作，并把原先所掌握的知识用于新的系统；对制造厂来说，可以把人力、物力投到DCS的硬件、网络或其他方面。由此看来，DCS的控制组态软件采用IEC1131-3标准应该是DCS的发展方向之一。
参考文献：
[1]张晓蕾，面向C/S模式下的客户端软件自动升级的实现[J]．微计算机应用，2005.
[2]何航校，一种改进的通用客户端自动升级模型及实现[J]．兰州交通大学学报2005（8）.
[关键词]PLC IEC1131-3标准 DCS
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）0320077－01
控制组态软件互不通用，使用户每采用一种新的软件时就得重新学习，制造厂也得为控制组态软件的开发投入大量人力物力。将通过对PLC标准化编程的IEC1131-3标准及其在PLC中的应用情况的介绍，分析该标准在DCS中应用的可能性及目前的应用状况。
一、PLC与IEC1131-3标准
IEC1131标准共分为5个部分：IEC1131-1为一般信息，即对通用逻辑编程作了一般性介绍并讨论了逻辑编程的基本概念、术语和定义；IEC1131-2为装配和测试需要，从机械和电气两部分介绍了逻辑编程对硬件设备的要求和测试需要；IEC1131-3为编程语言的标准，它吸取了多种编程语言的长处，并制定了5种标准语言；IEC1131-4为用户指导，提供了有关选择、安装、维护的信息资料和用户指导手册；IEC1131-5为通信规范，规定了逻辑控制设备与其他装置的通信联系规范。
二、DCS采用IEC1131-3标准的可能性
曾为霍尼韦尔（Honeywell）公司、ABB贝利公司、西屋(Westinghouse)
公司、罗克韦尔公司提供控制软件的一家美国公司，近期推出了带有PLC形式的M过程控制系统，但用户就M系统是否符合IEC1131-3标准的问题而提问时，该公司回答说：“IEC1131-3标准是专门为PLC系统制定的，它的目的是为逻辑控制器的开发提供一个基准，即使用相同的程序（甚至是相同的编程工具），这些包括在技术标准中的许多要求并不适用于过程控制系统，因此M系统和许多DCS过程控制系统一样，发现IEC1131-3标准并不适用于过程控制”。或许是因为担心影响公司产品在控制软件市场上的销售量，这样的观点在作者看来多少有点片面。事实上如今的PLC早已不是单纯的逻辑控制器，许多PLC产品已经吸取了DCS的长处，与DCS相互渗透并融为一体了；以往属于DCS的常规PID控制、高级回路控制、复杂的数学运算等功能在PLC产品中已屡见不鲜了；DCS要完成的功能，应该说PLC系统基本都能完成。因此许多学者认为DCS与PLC所实现的功能越来越接近，两者的差别将逐渐消失。PLC系统可以采用IEC1131-3标准完成控制软件组态工作，DCS借助这一标准也应该能够完成控制软件组态工作。
具体来说，DCS控制组态软件所涉及的功能主要包括开关量的逻辑控制、模拟量的PID控制和复杂的数学运算这3大类功能。采用梯形图、顺序功能图、指令表等编程语言可完成开关量的逻辑控制是不言而喻的；采用功能块图实现简单PID、高级回路控制也是可行的，更复杂的回路控制可以借助结构文本来实现；数学运算同回路控制一样，也可借助功能块图和结构文本语言。更复杂的要求在DCS中目前也是采用一些特殊的设备、特殊的组态方式加以处理的，如在霍尼韦尔公司的TDC-3000系统中，可采用应用组件、计算单元和CL高级控制语言专门完成这些工作。
三、IEC1131-3标准在DCS中的实际运用
德国西门子公司的SIMATIC PCS7 DCS是在SIMATIC S5、S7的基础上开发的，它所使用的工程师工具集全部采用了IEC1131-3标准。美国慕尔过程自动化公司在其四重化冗余的安全PLC（QUADLOG）控制系统中采用了4-mation组态软件。该软件符合IEC1131-3标准中的4种编程语言：梯形图、顺序功能图、功能块图和结构文本，而在该公司APACS DCS/PLC混合控制系统中也采用了4-mation软件。瑞士ABB公司下属的Hartmann & Braun公司的Freelance2000 DCS的组态软件DigiTool支持IEC1131-3标准中的4种编程语言：梯形图、顺序功能图、功能块图和指令表，同时它还可以提供多于190个经过现场检验的功能块子程序和多于200个用户自定义组态的图形符号。以生产Citect工控软件著名的CiT。（西雅特）公司的MOX模块化开放式控制系统（其中包括CSS采样监控系统）采用了IEC1131-3标准组态，所使用的软件也是法国CJ International公司的ISaGRAF软件。国际现场总线基金会为实现各公司产品的互可操作性，制定了几十种常用的标准功能块及其参数，基金会声称这些功能块遵循IEC1131-3标准的功能块图。
上面的例子中两次提到法国CJ International公司的ISaGRAF软件，它是目前符合IEC1131-3标准的三大组态软件之一。ISaGRAF软件是一个具有Windows风格的以图形为界面的友好平台，可用来对系统进行组态、调试和维护。国内DCS产品在这方面并不落后，最早引入IEC1131-3标准的是冶金部自动化研究院智能装备所，在该所生产的EIC2000现场总线控制系统中采用了该标准。如在EIC2000-LON子系统中包含的OnLon软件和EIC2000-ST子系统中包含的Workbench软件，都得到ISaGRAF软件的支持。北京和利时公司也较早认识到IEC1131-3标准的重要性，所以他们在HS2000 DCS中就已经采用了梯形图、功能块图和结构文本的标准语言，并且在1999年推出的FOCS带现场总线的控制系统和MACS先进控制系统中，采用了IEC1131-3标准的全部5种编程语言。而在电力行业业绩显赫的上海新华控制工程公司的XDPS-400 DCS中，控制组态软件采用了IEC1131-3标准的功能块图编程语言。在化工行业应用颇多的浙江威盛自动化公司在其新推出的支持现场总线的FB-3000 DCS中采用了符合IEC1131-3标准的控制组态软件。在国内DCS应用已达500套的浙江浙大海纳中控自动化有限公司，其最新系统JX-300X也支持IEC1131-3标准的梯形图、功能块图和顺序功能图。2000年6月，深圳德维森公司推出TCS柔性控制系统，其控制组态软件TP311、TP321中采用了IEC1131-3标准的软件包。
我们在工程实践中对用于物料成分配料控制的HS2000 DCS进行控制软件组态时，使用了梯形图、功能块图和结构文本等多种编程语言，特别是采用了结构文本对X荧光分析仪分析结果进行物料配比控制的复杂算法组态中，发现其功能相当强大，并没有产生IEC1131-3标准不适合过程控制的任何感觉。
综上所述，采用IEC1131-3标准的编程语言方便实用，标准化程度高，用户很快就可熟悉组态工作，并把原先所掌握的知识用于新的系统；对制造厂来说，可以把人力、物力投到DCS的硬件、网络或其他方面。由此看来，DCS的控制组态软件采用IEC1131-3标准应该是DCS的发展方向之一。
参考文献：
[1]张晓蕾，面向C/S模式下的客户端软件自动升级的实现[J]．微计算机应用，2005.
[2]何航校，一种改进的通用客户端自动升级模型及实现[J]．兰州交通大学学报2005（8）.