工業(yè)自動(dòng)化體系主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統三大部分。作為20世紀現代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)主要解決生產(chǎn)效率與一致性問(wèn)題。自動(dòng)化系統與計算機信息科學(xué)的緊密結合，給工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)了新的技術(shù)革新。當前的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，廣泛應用了工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)，來(lái)實(shí)現對工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的檢測、控制、優(yōu)化、調度、管理和決策，以達到提高產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量、降低生產(chǎn)消耗、確保安全等目的?？刂评碚?、儀器儀表、計算機和其它信息技術(shù)的應用，極大地推進(jìn)了工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。

    日漸活躍的IPC

    在工業(yè)自動(dòng)化體系中，一個(gè)重要的角色就是工業(yè)控制計算機，即IPC，或者叫產(chǎn)業(yè)PC。工業(yè)控制計算機是工業(yè)自動(dòng)化設備和信息產(chǎn)業(yè)基礎設備的核心。傳統意義上，將用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的測量、控制和管理的計算機統稱(chēng)為工業(yè)控制計算機，包括計算機和過(guò)程輸入、輸出通道兩部分。但今天的工業(yè)控制計算機的內涵已經(jīng)遠不止這些，其應用范圍也已經(jīng)遠遠超出工業(yè)過(guò)程控制。

    自上世紀90年代初進(jìn)軍工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域以來(lái)，IPC正以勢不可擋的速度進(jìn)入各領(lǐng)域，獲得廣泛的應用；眾多工控機生產(chǎn)廠(chǎng)家更是不斷推陳出新，使工控市場(chǎng)越來(lái)越活躍。工控機之所以大受歡迎，其根本原因在于PC機的開(kāi)放性。PC的硬件和軟件資源極其豐富，并且為工程技術(shù)人員和廣大用戶(hù)所熟悉?；赑C的 (包括嵌入式PC)控制系統，正以20%以上的速率增長(cháng)，并且已經(jīng)成為DCS、PLC未來(lái)發(fā)展的參照物。

    國內IPC的興起

    可以通過(guò)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展來(lái)衡量我國工控機的發(fā)展歷程。80年代工控機采用第一代STD總線(xiàn)，90年代開(kāi)始逐漸被第二代ISA和PCI總線(xiàn)的IPC工控機取代。最新的第三代CompactPCI總線(xiàn)工控機已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入應用階段。目前，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應用最廣泛的還是采用ISA和PCI總線(xiàn)的工控機產(chǎn)品。

    我國目前的工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應用都有了很大的發(fā)展，我國工業(yè)計算機系統行業(yè)已經(jīng)形成。目前，工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò )化和集成化方向發(fā)展。隨著(zhù)電力、冶金、石化、環(huán)保、交通、建筑等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，工控機的市場(chǎng)需求將會(huì )越來(lái)越大，工控機市場(chǎng)發(fā)展前景十分廣闊。

    工業(yè)控制自動(dòng)化的核心技術(shù)

    在工業(yè)控制計算機的基礎上，企業(yè)管理和控制過(guò)程中所涉及到的核心技術(shù)主要有網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（FCS）技術(shù)等。

    提到網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，人們就容易想到伴隨PC而產(chǎn)生和發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)隨著(zhù)IPC的發(fā)展逐漸深入到企業(yè)管理和控制過(guò)程之中，從而使控制系統與管理系統的結合成為必然。為使企業(yè)形成自身發(fā)展所需要的最佳解決方案，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，增強市場(chǎng)競爭力，就必須發(fā)展管控一體化的系統集成技術(shù)和系統。自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展方向就是通過(guò)以太網(wǎng)和Web技術(shù)，實(shí)現開(kāi)放型分布式智能系統，基于以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議的技術(shù)標準，提供模塊化、分布式、可重用的自動(dòng)化方案。

    另一項技術(shù)就是現場(chǎng)總線(xiàn)?，F場(chǎng)總線(xiàn)（Fieldbus）技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)化最深刻變革之一。PLC和工控機采用現場(chǎng)總線(xiàn)后可方便地作為I/O站和監控站連接在DCS系統中?，F場(chǎng)總線(xiàn)是一種取代陳舊的4～20mA標準，連接智能現場(chǎng)設備和控制設備的雙向數字通訊技術(shù)，現場(chǎng)總線(xiàn)具有開(kāi)放性和互操作性，一些控制功能得以下移到現場(chǎng)設備中。通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)可以給工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)帶來(lái)如下益處：

    首先，提高了設備的互操作性。不同廠(chǎng)家的多個(gè)設備可以工作集成在一個(gè)系統中，或者任意選擇不同廠(chǎng)家的設備來(lái)互相替換，而沒(méi)有任何功能的缺失。

    其次，降低了設備的安裝和維護費用。FCS可以實(shí)現數字化終端功能模塊，具有了智能信息處理功能，并且簡(jiǎn)化了與控制計算機的連線(xiàn)，這樣便極大降低了設備的安裝費用。同時(shí)，現場(chǎng)總線(xiàn)將擴大操作人員觀(guān)察整個(gè)過(guò)程的視角，可以方便和有效地進(jìn)行維護和過(guò)程管理，加快查找和消除故障的速度，甚至實(shí)現在線(xiàn)診斷。

    最后，隨著(zhù)控制功能從DCS轉移到單獨的控制回路，由于就地控制更快，更準確，系統的集成度和可靠性也增加了。這樣就改進(jìn)了整個(gè)系統的性能。由于現場(chǎng)總線(xiàn)使得更容易從現場(chǎng)獲取設備信息，工廠(chǎng)操作員和管理人員能夠對其過(guò)程進(jìn)行更嚴格的控制，從而改進(jìn)性能、增加過(guò)程的可用性和一致性。

    工業(yè)自動(dòng)化系統的典型結構

    基于以上技術(shù)，工業(yè)控制自動(dòng)化將主要包含三個(gè)層次，從下往上依次是基礎自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化，其核心部分是基礎自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化。

    如圖1所示，即一個(gè)典型的工業(yè)自動(dòng)化系統的三層網(wǎng)絡(luò )結構，其低層是以現場(chǎng)總線(xiàn)將智能測試、控制設備，以及工控機或者PLC設備的遠程I/O點(diǎn)連接在一起的設備層；中間是將PLC、工控機以及操作員界面連接在一起的控制層網(wǎng)絡(luò )，而上層的Ethernet以PC或工作站為主完成管理和信息服務(wù)任務(wù)。三級網(wǎng)絡(luò )各司其職，描述了工業(yè)自動(dòng)化的典型結構。
 

圖1. 工業(yè)自動(dòng)化系統的三層網(wǎng)絡(luò )結構示意圖

    可以設想，在IPC的基礎上通過(guò)如上三級網(wǎng)絡(luò )設備，構建連接工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程控制到企業(yè)ERP系統的前景將是多么誘人！企業(yè)管理層可以透過(guò)網(wǎng)絡(luò )直接接受工廠(chǎng)端反饋的生產(chǎn)過(guò)程控制信息，而工廠(chǎng)控制端也可以直接接受來(lái)自管理層的信息指導，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程就可以變得透明，使不同職能部門(mén)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現有機結合。這樣就使得企業(yè)管控一體化、工業(yè)企業(yè)信息化、基于網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)化的目標得以實(shí)現。
 

圖2  工業(yè)自動(dòng)化解決方案示意圖

    如圖2所示，在設備層采用了現場(chǎng)總線(xiàn)控制，各種檢測控制設備通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)，在總線(xiàn)橋單元轉化為RS-232/485等串口信號與現場(chǎng)控制室的近端計算機系統連接。近端單元計算機采用了研揚的AEC-6810。近端單元計算機與工廠(chǎng)控制中心的工作站通過(guò)網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)，工作站由操作員或管理員對工廠(chǎng)的多種設備運行狀態(tài)進(jìn)行監控，方便及時(shí)發(fā)現和排除故障。工作站采用了研揚的AWK-3501工作站，內部可采用奔3或奔4多種級別的板卡。最后，控制層的計算機單元通過(guò)以太網(wǎng)與遠程服務(wù)器ARS-640（4U工業(yè)控制計算機）連接，方便遠距離管理人員獲取現場(chǎng)信息并實(shí)施管理。這樣就構成了一個(gè)多層次的高彈性擴展能力的工業(yè)自動(dòng)化系統。

    綜上所述，工業(yè)控制計算機在工業(yè)自動(dòng)化中的重要意義在于如下幾個(gè)方面：

    （1）工業(yè)控制計算機技術(shù)是開(kāi)放式的系統，其高可靠性、易用性方便了工業(yè)環(huán)境的使用。并且在其基礎上發(fā)展起來(lái)的網(wǎng)絡(luò )化和現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)又進(jìn)一步促進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展。工業(yè)控制計算機可謂是工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的源動(dòng)力。

    （2）IPC建立的系統可以顯著(zhù)提高企業(yè)的生產(chǎn)效益，節約運營(yíng)成本，使生產(chǎn)企業(yè)得以實(shí)現深層次的信息化，對企業(yè)管理提供準確可靠的參考，使企業(yè)得以取得最大的效益，贏(yíng)得發(fā)展先機。

    （3）IPC是目前階段滿(mǎn)足我國工業(yè)自動(dòng)化改造與創(chuàng )新發(fā)展的一個(gè)強大的動(dòng)力，推動(dòng)了國民經(jīng)濟各個(gè)行業(yè)的發(fā)展，使我國向信息化的方向邁向前進(jìn)。