摘 要：首先對當前企業綜合自動化的發展方向和具代表性的過程控制系統進行了簡要的介紹，而后著重討論了工業控制計算機技術、數據通信及網絡技術的應用情況，最后提出了當前構建企業綜合信息網的可行解決方案。 關鍵詞：過程控制;現場總線;工業控制計算機;Internet;企業綜合信息網 一、引言 　　計算機技術、微電子技術、網絡技術和通信技術的快速發展，推動了過程控制、MIS系統和Internet的廣泛應用。如何將原來相互獨立的過程控制、MIS系統、OA系統和Internet集合在一起構建成企業綜合信息網，避免控制系統成為“信息孤島”，充分利用實時資源，實現管控一體化。這是企業綜合自動化發展的必然趨勢，也是目前許多企業面臨的問題。在現場總線等大量新技術及新產品愈發成熟的基礎上，如何將控制系統與管理信息網聯結起以實現企業的最佳效益，在此筆者提出了對此情況的解決方案。 二、具代表性的過程控制系統 　　目前，正在企業中運行著的過程控制系統，大部分是從80年代中開始建設的，其中90年代初中期建立的系統是較具有代表性的。這一階段，隨著計算機應用的開始普及，工業控制計算機技術水平和產品性能的不斷提高，智能化測控儀表的大量出現，我國許多企業紛紛建立了采用計算機工業控制技術和現代電子傳感技術的生產過程控制系統。這些系統具有以下特點： 　　1、系統結構 　　系統多是采用多臺下位機分布式控制，上位機對下位機進行集中管理。系統結構框圖如下：（圖1） 　　2、系統設備 　　（1） 上位機多為286或386級的工業控制計算機，下位機為STD總線8088或ISA總線286級工控機，操作系統大部分還是老式的MS-DOS。 　　（2）監測、執行設備的選用由現場實際情況而定。 　　（3）上位機與下位機之間多采用BITBUS方式進行通信。 三、當前的相關技術 　　近年來，現代電子技術、計算機技術、網絡技術和通信技術的迅速發展極大地促進了工業過程控制技術的發展。 　　1、工業控制計算機技術。 　　工業控制計算機的處理器從早期的286、386發展到了目前的PIII、P4，性能是越來越強，從系統總線上可大致劃分為：ISA 總線、STD總線、PCI總線三大類。 　　（1）ISA總線工控計算機。這類計算機采用的ISA總線與普通PC計算機完全相同。90年代流行的IPC機多屬于這一類， 為了滿足現場工作的環境要求，這類IPC機在結構上都做了相應處理。此種機器擴展不易，操作系統與PC計算機完全相同。此類機型目前正被PCI機型逐步替代。 　　（2）STD總線工控計算機。STD總線計算機是一種多功能、模塊化、可靠的小型標準的體系結構，在80年代中后期，它在工業控制市場上曾占據過重要地位。此種機器一般采用嵌入式結構，擁有豐富的I/O功能，擴展、組合及維護非常容易，但是需要使用STD總線專用板卡。目前其處理器最高為586級別以上。 　　（3）PCI總線工控計算機。這類IPC機系采用Intel Pentium芯片（80586 CPU）或以上和PCI總線構成。PCI總線現已成為高性能PC計算機的總線標準，其總線寬度大，傳輸速率高，主機速度及在機與外設間的交換速度被提高到一個新的檔次，而且PCI總線與CPU的無關性使其具有很好的兼容性。目前PCI總線已大量應用于工控計算機上，此種計算機可借助于PC機的強大資源而具有很強的數據處理、圖形顯示和網絡通信能力。 　　2、數據通信及網絡技術。 　　（1）RS-232-C和RS-422/485通信總線在過程控制中均有著廣泛使用。RS422/485的直接傳送距離和傳送速率都比RS-232-C要好，且抗干擾能力強，接收靈敏度好，可用于PC機之間、PC機與單片機之間及網絡儀表之間構成遠程多機通信網絡。雖然，計算機普遍提供的是RS-232-C接口，但現在的智能儀表一般都提供為RS422/485接口，它們之間的通信可通過RS-232-C與RS422/485轉換器。 　　（2）BITBUS通信總線在短距離傳輸時，傳輸速率較快，并可連接250個結點，但總線上只能有一個主節點，系統可靠性較差。但在此總線基礎上的軟件開發相對RS-232-C和RS-422/485總線容易。BITBUS在90年代廣泛應用于過程控制系統中的計算機之間的數據通信。 　　（3）以Ethernet和Internet為代表的網絡技術目前廣泛用于構建計算機管理數據通信網絡，實現資源共享。由于過程控制是面向生產現場，是控制底層，故控制網絡必須做到高實時性、高準確性、高容錯性、高可靠性、高安全性，要求網絡協議實用簡單，網絡結構高度分散等特點。因此管理信息網絡與控制網絡在物理上是屬不同的結構層次。通過基于TCP/IP協議的計算機網絡互聯與擴展技術;基于共享存儲器的動態數據交換技術;基于開放數據庫連接（ODBC）的數據庫訪問技術等，可實現控制網絡與管理信息網絡的集成及資源共享。 　　（4）FIELDBUS即現場總線是工業控制技術的必經之路，是一種應用于生產現場、在微機化測量控制設備之間實現開放式的雙向、串行、多節點、數字化通信的底層控制網絡系統，是當今工業過程控制領域技術發展的熱門話題并受到廣泛關注。要實施此項技術，首先要求現場控制設備具有微處理器和數字計算、邏輯判斷、數字通信和智能功能。將這些現場智能設備用于生產對象就構成一個現場控制設備。其二應采用相應規格的導線（普通電纜、雙絞線、光纖等）按照公開、規范、統一的通信協議，將各現場控制設備和監控測量設備連接組合成控制網絡。在此，現場控制設備就成為網絡中的節點，它們即可以單獨又可以節點與節點之間、節點與過程監控計算機及至Internet網之間的數據傳輸、信息交換、遠程登錄和遠程訪問（與網絡技術相結合）等任務。現場總線適應了工業控制系統向全分散、全開放、數字化、網絡化、智能化發展的方向，對實現面向設備的自動化系統起到巨大的推動作用，導致了工業自動化產品的又一次更新換代，將企業綜合信息網延伸到了控制現場。現場總線目前具有多種標準，尚無統一的國際標準。 　　3、測控設備。 　　這是過程控制系統的底層設備，即信息獲取及指令執行設備。由于現場總線的快速興起更加快了測控設備向著數字化、智能化方向的發展趨勢。 四、如何構建企業綜合信息網 　　我們的目標首先是將原來各自獨立的過程控制系統、企業管理信息系統、OA系統等集成為企業綜合信息網。在實現目標的前提下，既要保證系統的資源共享和先進性，還應保證系統的可開發性和升級能力。 　　以前面介紹的系統為基礎，我們可以設想以下方案： 　　1、方案1：采用現場總線技術。系統結構簡圖如下： 　　方案中，取消了原系統中的上位機。 　　工控機：考慮運行Windows NT或Windows 2000，選用PIII或P4級處理器、PCI總線的IPC，內存儲器256M以上，按需要配置數據采集、控制接口板，裝上以太網卡。 　　通信：通信線路按現場總線要求重新鋪設，現場總線協議可選擇Profibus、基金會現場總線（FF）或CAN等。 　　現場設備：在最大可能保留原來測控設備基礎上，增加現場總線所需各種設備。這部分工作主要是針對原過程控制系統進行，目的是資源的最大利用。 　　網絡接口：通信協議選用TCP/IP。根據工控機一般與企業管理網服務器距離較遠的特點，可借助電話線路通過Modem連接或采用光纖電纜來連接。 　　軟件：操作系統由原來老式的MS-DOS更換為Windows 98、 Windows NT或Windows 2000，監控系統則可選用商品化的組態軟件（如國外Interllution公司的iFIX、國內北京亞控的“組態王”等）。開發與管理網相連接的連接程序。 　　2、方案2：系統結構簡圖————如（圖1） 　　在此方案中，基本保留原控制系統結構。現場的測控設備保持不變，通信方式也保持不變 。上位機系統板由8088或286升級為586以上。上位機可更換為PCI總線PIII以上級別的IPC，內部安裝網卡和BITBUS卡。上位機與下位機之間通信仍然采用BITBUS總線連接。上位機與企業管理網之間的網絡接口協議軟件可選擇TCP/IP。可借助企業內電話線路通過Modem或采用光纖電纜與管理網服務器連接。上位機操作系統也應由原來的MS-DOS轉換為Windows NT或Windows 2000，下位機可繼續使用MS-DOS操作系統及原監控程序和通信程序，也可轉換為Windows 98或 Windows NT操作系統，則需重新開發監控程序和通信程序。 　　3、兩種方案比較 　　我們集成系統追求的目的是以較低的成本獲得較高的性能，而具體方案的選擇要算細帳、看投資、比效果后需要根據企業各自不同的基本情況及市場發展來綜合考慮再決定。 　　在這兩種方案中，方案1采用現場總線技術，此方案在技術上是當前先進的，而且運行、維護成本較低，開放性高，是新建系統則是最佳的首選方案。如是在原有系統上實施，則需大量更換、新增設備，重新進行安裝調試，原有控制軟件也需要重新設計，這樣會造成較多的重復投資，費用較大，對現有生產也會造成一定的影響，但性能水平大為提高，以后的升級、擴展也很方便。 　　方案2是在原有控制系統上構建企業綜合網的低成本解決辦法。該方案基本保留了原系統的結構，更新、增加設備不多，對生產影響不大。雖然投入費用比第一方案少許多，但相對來說性能提升不大，由于當今技術飛速發展，集成綜合信息網后將來有可能成為發展瓶頸。 五、結束語 　　本文以企業控制系統為基礎，針對計算機、網絡和過程控制出現的新技術、新趨勢，提出了企業管控一體化、構建綜合信息網的解決方案。 參考文獻： 　　（1）陽憲惠 現場總線技術及其應用（M） 北京：清華大學出版社，1999 　　（2）凌澄 PC總線工業控制系統精粹（M） 北京：清華大學出版社，1998 　　（3）張常年等 計算機通信與工業控制（M） 北京：化學工業出版社，2002