摘要： 早期的DCS是完全封閉的，由各個生產(chǎn)廠自己生產(chǎn)I/O組件、控制站、操作員站、工程師站，自己設(shè)計(jì)開發(fā)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制組態(tài)軟件。用戶在其中任何一個環(huán)節(jié)都脫離不了該DCS生產(chǎn)廠，處處受其制約。也就是說，各個DCS生產(chǎn)廠的硬件(包括I/O組件、控制站、操作員站、工程師站)不能互相代用，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互不兼容，無法互通信息，控制組態(tài)軟件種類繁多…… 關(guān)鍵詞： PLC　IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)　DCS 　 早期的DCS是完全封閉的，由各個生產(chǎn)廠自己生產(chǎn)I/O組件、控制站、操作員站、工程師站，自己設(shè)計(jì)開發(fā)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制組態(tài)軟件。用戶在其中任何一個環(huán)節(jié)都脫離不了該DCS生產(chǎn)廠，處處受其制約。也就是說，各個DCS生產(chǎn)廠的硬件(包括I/O組件、控制站、操作員站、工程師站)不能互相代用，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互不兼容，無法互通信息，控制組態(tài)軟件種類繁多。甚至連擁有多個DCS生產(chǎn)廠的跨國儀表公司，其下屬的各DCS生產(chǎn)廠的產(chǎn)品也有這種情況，如ABB公司，其下屬的DCS有貝利 (Bailey)公司的INFI-90、阿西雅(Asea)公司的MASTER、哈特曼·布朗(Hartmann & Braun)公司的Freelance 2000。 　　 　　 近年來，這種情況有所改變，操作員站、工程師站可采用通用計(jì)算機(jī)；各個廠家紛紛放棄各自的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)而采用通用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)DCS融入現(xiàn)場總線技術(shù)時，甚至連I/O組件也可以選擇。而唯一沒有變化的是控制組態(tài)軟件?？刂平M態(tài)軟件互不通用，使用戶每采用一種新的軟件時就得重新學(xué)習(xí)，制造廠也得為控制組態(tài)軟件的開發(fā)投入大量人力物力。 　　 　　 PLC在這方面走在 DCS的前面，早在1993年國際電工委員會(IEC)就制定了IEC1131 PLC的標(biāo)準(zhǔn)。 　　 　　 本文將通過對PLC標(biāo)準(zhǔn)化編程的IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)及其在PLC中的應(yīng)用情況的介紹，分析該標(biāo)準(zhǔn)在DCS中應(yīng)用的可能性及目前的應(yīng)用狀況。 　　 　　 一 PLC與IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn) 　　 　　 基于微處理器的PLC自1968年問世以來，已取得迅速的發(fā)展，成為工業(yè)自動化領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的控制設(shè)備。當(dāng)形形色色的PLC涌入市場時，國際電工委員會及時地于1993年制定了IEC1131標(biāo)準(zhǔn)以引導(dǎo)PLC健康地發(fā)展。 　　 　　 IEC1131標(biāo)準(zhǔn)共分為5個部分：IEC1131-1為一般信息，即對通用邏輯編程作了一般性介紹并討論了邏輯編程的基本概念、術(shù)語和定義；IEC1131-2為裝配和測試需要，從機(jī)械和電氣兩部分介紹了邏輯編程對硬件設(shè)備的要求和測試需要；IEC1131-3為編程語言的標(biāo)準(zhǔn)，它吸取了多種編程語言的長處，并制定了5種標(biāo)準(zhǔn)語言；IEC1131-4為用戶指導(dǎo)，提供了有關(guān)選擇、安裝、維護(hù)的信息資料和用戶指導(dǎo)手冊；IEC1131-5為通信規(guī)范，規(guī)定了邏輯控制設(shè)備與其他裝置的通信聯(lián)系規(guī)范。 　　 　　 該標(biāo)準(zhǔn)是由來自歐洲、北美以及日本的工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的專家通力合作的產(chǎn)物，在IEC1131-3中，專家們首先規(guī)定了控制邏輯編程中的語法、語義和顯示，然后從現(xiàn)有編程語言中挑選了5種，并對其進(jìn)行了部分修改，使其成為目前通用的語言。在這5種語言中，有3種是圖形化語言，2種是文本化語言。圖形化語言有梯形圖、順序功能圖、功能塊圖，文本化語言有指令表和結(jié)構(gòu)文本。IEC并不要求每種產(chǎn)品都運(yùn)行這5種語言，可以只運(yùn)行其中的一種或幾種，但均必須符合標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際組態(tài)時，可以在同一項(xiàng)目中運(yùn)用多種編程語言，相互嵌套，以供用戶選擇最簡單的方式生成控制策略。 　　 　　 正是由于IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的公布，許多PLC制造廠先后推出符合這一標(biāo)準(zhǔn)的PLC產(chǎn)品。美國A-B公司屬于羅克韋爾(Rockwell)公司，其許多PLC產(chǎn)品都帶符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)中結(jié)構(gòu)文本的軟件選項(xiàng)。法國施耐德(Schneider)公司的Modicon TSX Quantum PLC產(chǎn)品可采用符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的Concept軟件包，它在支持Modicon 984梯形圖的同時，也遵循IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的5種編程語言。德國西門子(Siemens)公司的SIMATIC S7-300、S7-400、C7-620均采用SIMATIC軟件包，其中梯形圖部分符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)，而任選的軟件S7-SCL(結(jié)構(gòu)控制語言)可進(jìn)行公式計(jì)算及復(fù)雜優(yōu)化算法的簡化運(yùn)算等數(shù)據(jù)處理工作，另一個任選軟件S7-GRAPH(標(biāo)準(zhǔn)化顯示)可完成帶多種條件轉(zhuǎn)換的復(fù)雜順序控制。據(jù)介紹，這兩個任選軟件相當(dāng)于IEC1131-3 標(biāo)準(zhǔn)中的結(jié)構(gòu)文本和順序功能圖。為方便用戶，它們也可以提供轉(zhuǎn)換軟件將西門子公司(其產(chǎn)品包括已兼并的原德克薩斯儀表公司的PLC)早先使用的STEP5/TISOFT程序轉(zhuǎn)換到SIMATIC S7系統(tǒng)中。德國倍福(Backhoff)公司的WinCAT PLC控制自動化系統(tǒng)采用了T WinCAT工控軟件，它支持IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的全部5種語言。臺灣研華公司的ADAM-5510/P31及由北京集控公司經(jīng)銷的STAR P31 PLC產(chǎn)品均采用了Paradym-31軟件包，它包含了IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的順序功能圖、梯形圖和功能塊圖3種語言。 　　 　　 二 DCS采用IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的可能性 　　 　　 曾為霍尼韋爾(Honeywell)公司、ABB貝利公司、西屋(Westinghouse)公司、羅克韋爾公司提供控制軟件的一家美國公司，近期推出了帶有PLC形式的M過程控制系統(tǒng)，但用戶就M系統(tǒng)是否符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的問題而提問時，該公司回答說：“IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)是專門為PLC系統(tǒng)制定的，它的目的是為邏輯控制器的開發(fā)提供一個基準(zhǔn)，即使用相同的程序(甚至是相同的編程工具)，這些包括在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的許多要求并不適用于過程控制系統(tǒng)，因此M系統(tǒng)和許多DCS過程控制系統(tǒng)一樣，發(fā)現(xiàn)IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)并不適用于過程控制”。 　　 　　 或許是因?yàn)閾?dān)心影響公司產(chǎn)品在控制軟件市場上的銷售量，這樣的觀點(diǎn)在作者看來多少有點(diǎn)片面。事實(shí)上如今的PLC早已不是單純的邏輯控制器，許多PLC產(chǎn)品已經(jīng)吸取了DCS的長處，與DCS相互滲透并融為一體了；以往屬于DCS的常規(guī)PID控制、高級回路控制、復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算等功能在PLC產(chǎn)品中已屢見不鮮了；DCS要完成的功能，應(yīng)該說PLC系統(tǒng)基本都能完成。因此許多學(xué)者認(rèn)為DCS與PLC所實(shí)現(xiàn)的功能越來越接近，兩者的差別將逐漸消失。PLC系統(tǒng)可以采用IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)完成控制軟件組態(tài)工作，DCS借助這一標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)該能夠完成控制軟件組態(tài)工作。 　　 　　 具體來說，DCS控制組態(tài)軟件所涉及的功能主要包括開關(guān)量的邏輯控制、模擬量的PID控制和復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算這3大類功能。采用梯形圖、順序功能圖、指令表等編程語言可完成開關(guān)量的邏輯控制是不言而喻的；采用功能塊圖實(shí)現(xiàn)簡單PID、高級回路控制也是可行的，更復(fù)雜的回路控制可以借助結(jié)構(gòu)文本來實(shí)現(xiàn)；數(shù)學(xué)運(yùn)算同回路控制一樣，也可借助功能塊圖和結(jié)構(gòu)文本語言。更復(fù)雜的要求在DCS中目前也是采用一些特殊的設(shè)備、特殊的組態(tài)方式加以處理的，如在霍尼韋爾公司的TDC-3000系統(tǒng)中，可采用應(yīng)用組件、計(jì)算單元和CL高級控制語言專門完成這些工作。 　　 　　 三 IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)在DCS中的實(shí)際運(yùn)用 　　 　　 德國西門子公司的SIMATIC PCS7 DCS是在SIMATIC S5、S7的基礎(chǔ)上開發(fā)的，它所使用的工程師工具集(Engineering Toolset)全部采用了IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)。美國慕爾過程自動化(Moore Process Automatic Solution)公司在其四重化冗余的安全PLC(QUADLOG)控制系統(tǒng)中采用了4-mation組態(tài)軟件。該軟件符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)中的4種編程語言：梯形圖、順序功能圖、功能塊圖和結(jié)構(gòu)文本，而在該公司APACS DCS/PLC混合控制系統(tǒng)中也采用了4-mation軟件。美國費(fèi)希爾—羅斯蒙特(Fisher-Rosemount)公司于1996年推出的帶現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)DeltaV采用了IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)。美國利諾(L&N)公司的MAX1000+PLUS DCS在其組態(tài)工具M(jìn)AXVUE中集成了法國CJInternational公司的ISaGRAF軟件并作了相應(yīng)的擴(kuò)充，可提供IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的5種編程功能。瑞士ABB公司下屬的Hartmann & Braun公司的Freelance2000 DCS的組態(tài)軟件DigiTool支持IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)中的4種編程語言：梯形圖、順序功能圖、功能塊圖和指令表，同時它還可以提供多于190個經(jīng)過現(xiàn)場檢驗(yàn)的功能塊子程序和多于200個用戶自定義組態(tài)的圖形符號。以生產(chǎn)Citect工控軟件著名的CiT 　　 　　(西雅特)公司的MOX模塊化開放式控制系統(tǒng)(其中包括CSS采樣監(jiān)控系統(tǒng))采用了IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)，所使用的軟件也是法國CJ International公司的ISaGRAF軟件。國際現(xiàn)場總線基金會為實(shí)現(xiàn)各公司產(chǎn)品的互可操作性，制定了幾十種常用的標(biāo)準(zhǔn)功能塊及其參數(shù)，基金會聲稱這些功能塊遵循IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的功能塊圖。 　　 　　上面的例子中兩次提到法國CJ International公司的ISaGRAF軟件，它是目前符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的三大組態(tài)軟件之一(另兩個是美國Wonderware公司的InControl和美國 Wizdom Controls公司的Paradym-31)。ISaGRAF軟件是一個具有Windows風(fēng)格的以圖形為界面的友好平臺，可用來對系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、調(diào)試和維護(hù)。 　　 　　 國內(nèi)DCS產(chǎn)品在這方面并不落后，最早引入IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的是冶金部自動化研究院智能裝備所，在該所生產(chǎn)的EIC2000現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中采用了該標(biāo)準(zhǔn)。如在EIC2000-LON子系統(tǒng)中包含的OnLon軟件和EIC2000-ST子系統(tǒng)中包含的Workbench軟件，都得到ISaGRAF軟件的支持。北京和利時公司也較早認(rèn)識到IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的重要性，所以他們在HS2000 DCS中就已經(jīng)采用了梯形圖、功能塊圖和結(jié)構(gòu)文本的標(biāo)準(zhǔn)語言，并且在1999年推出的FOCS帶現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)和MACS先進(jìn)控制系統(tǒng)中，采用了IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的全部5種編程語言。而在電力行業(yè)業(yè)績顯赫的上海新華控制工程公司的XDPS-400 DCS中，控制組態(tài)軟件采用了IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的功能塊圖編程語言。在化工行業(yè)應(yīng)用頗多的浙江威盛自動化公司在其新推出的支持現(xiàn)場總線的FB-3000 DCS中采用了符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的控制組態(tài)軟件。在國內(nèi)DCS應(yīng)用已達(dá)500套的浙江浙大海納中控自動化有限公司，其最新系統(tǒng)JX-300X也支持IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的梯形圖、功能塊圖和順序功能圖。2000年6月，深圳德維森公司推出TCS柔性控制系統(tǒng)，其控制組態(tài)軟件TP311、TP321中采用了IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的軟件包。 　　 　　我們在工程實(shí)踐中對用于物料成分配料控制的HS2000 DCS進(jìn)行控制軟件組態(tài)時，使用了梯形圖、功能塊圖和結(jié)構(gòu)文本等多種編程語言，特別是采用了結(jié)構(gòu)文本對X熒光分析儀分析結(jié)果進(jìn)行物料配比控制的復(fù)雜算法組態(tài)中，發(fā)現(xiàn)其功能相當(dāng)強(qiáng)大，并沒有產(chǎn)生IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)不適合過程控制的任何感覺。 　　 　　 綜上所述，采用IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程語言方便實(shí)用，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，用戶很快就可熟悉組態(tài)工作，并把原先所掌握的知識用于新的系統(tǒng)；對制造廠來說，可以把人力、物力投到DCS的硬件、網(wǎng)絡(luò)或其他方面。由此看來，DCS的控制組態(tài)軟件采用IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是DCS的發(fā)展方向之一。