1 集成技术的发展
在笔者以前发表的关于集成技术的文章中，多描述了DCS等发展前期的反馈控制、顺序控制、批量控制等各种控制策略及大、中、小流程工业对系统规模不同的需求，而对仪控、电控一体化、管控一体化的需求并未深入探讨，而现在这已提到日程上来了。
在DCS、PLC、IPC等工控产品的发展过程中，3者互相促进，多代产品的更新换代、通信技术和人机界面软件的发展，使集成化逐步成为继自动化仪表和系统数字化、智能化、网络化之后，逐渐形成的第4个“化”，即形成了集成化的发展趋势。
到目前为止，一直以提供完整系统为主要特色的DCS系统多家供应商也在集成化方面有很大进展，如采用COTS的以太网为主干网，以第3家的HMI软件为人机界面软件，采用通用组态软件平台，I/O组件采用OEM方式甚至有Honeywell的PKS系统采用Rockwell的控制器。
作为集成化的一个例子，PCS7是该公司过程自动化新一代的DCS系统，已经有近10年的历史了，版本升至V7.0，根据ARC顾问集团白皮书报导，西门子成为全世界第4大DCS供应商，特别是2006年在中国获得了中石化青岛大炼油项目（年处理量为1000万t，I/O点约2万多点，今年5月24日已开车成功），证明其已进入了大型石化工业的核心控制领域。PCS7的十大新亮点中有3点提到集成：全集成自动化理念覆盖所有自动化领域的任务、集成批处理与路径控制软件包、集成工厂资产管理，ARC评价为“SIMATIC PCS7系统是一个全方位的DCS，能够满足在过程自动化中所需要的最苛刻的条件”。它贯彻了仪控电控一体化和管控一体化的要求，提供了基于通用S7跨应用领域的通用硬件平台，利用了通用ET200系列I/O、通用的PROFIBUS以及以太网通信、通用的配置、工程设计和操作员界面以及一个独立统一的自动化数据库；通过MES的业务层集成，与诸如SAP之类的企业系统以及进物流集成，做到在所有自动化领域提供通用组态和编码工具，通用用户界面和通用数据管理；鉴于流程工业现场仪表及其它设备数字化、智能化程度的提高，在DCS层集成了工厂资产管理的基础功能，同时也为MES/ERP提供必要的设备状况及设备资产有关数据；在工艺过程中，有要求故障时紧急停车或要求可燃气体、有毒气体报警等而设置安全仪表系统SIS的，也集成在PCS7的统一平台内。
另外作西门子的新的集成化系统，还做到兼容该公司第一、二、三代DCS，或称向PCS7系统的移植策略，与西门子有关APACS、Teleperm、PCSOSx以及Braumat酿造系统、Cemar t水泥厂控制系统，已有移植成功的多个业绩；还为其它家系统如Heneywell
TDC3000提供FTA，以及为Freelance、PROVOX、I/A系列接口，为Micrex提供移植方案。PCS7除去连接Profibus PA外，还有连接HART、FF及其它现场总线、现场仪表的硬件和软件。
ARC在近年评价某公司及国际现场总线基金会、GE Fanuc等多份报告中提到协同过程自动化系统（CPAS，Collaborative Process Automation System）和协同生产系统（CPS，Col laborative Product ionSystem），这预示了管控一体化将进入一个新阶段，而其供应商是占有新一代集成技术的自动化仪表和系统的制造商。我国和利时和浙江中控均各自发表了符合这一新潮流的系统。国内的用户单位也在这一新形势下，整合基础自动化和工厂信息化的技术力量，在做好上海赛科等大型石化企业全厂管控一体化的试点工作的同时，迎接新的协同自动化的管控一体化的新局面。
2 集成的内涵
集成的英文原词“Integrate”是“使完整”、“使一体化”的意思，或为“与……结合”、“成一体”等，我国常用“集……而大成”的句子，它的含义在系统工程学中极其重要，所以近年来常把“集成”一词用在创新、设计、制造、营销等人们的生产和经济活动中，也用在产品生命全周期中，对自动化仪表和系统，提出了集成化（另有数字化、智能化、网络化）的目标。系统集成除作为一门技术外，其哲学内涵的探讨，也是很有用处的，敬请读者注意。
从目前自动化行业来看集成化的内容，不仅是上一节提到的控制系统的集成，还应包括仪控、电控一体化和全厂的管控一体化，构成全厂的信息系统自下而上分为PCS（监控层）/MES（制造执行系统）/ERP（企业资源计划）3层，又在工艺过程中，有要求故障时紧急停车或要求可燃气体、有毒气体报警等而设置安全仪表系统SIS的，也应集成在一起。就PCS集成技术来看，应包括：硬件集成和软件集成两方面。硬件集成主要是根据输入、输出信号确定系统的选型、I/O模块、控制站台数（现按现场仪表是常规模拟仪表或HART仪表来考虑；如按现场总线仪表考虑，还应进行网段计算及确定链接卡—网关数量等）；根据人机界面的要求确定操作站的台数、工程师站的台数、CRT或LCD屏幕数、打印机台数、系统服务器台数及其它外围设备，另外还有与MES/ERP管理层的通信接口等。根据数据通信物理层和数据链路层的要求，确定通信信道的类型和线缆的尺寸，设置必要的通信设备如集线器、交换机等。
软件集成主要任务是实现数据和信息的传送、存贮、处理及完成控制策略和人机界面。在数字化的基础上，模块和单元的集成，主要是信号、数据、信息的集成。
信号是数据的物理表现，数据是信息的抽象表示。数据除数字、字母、符号外，还应包括所有能输入计算机并被程序加工处理的符号的集合，在过程控制中，如描述某管道流量控制回路，应有工位号（如FIC101）、工位说明（可以是汉字）、测量值（包括工程单位及量程上下限）、设定值、操作值、运行方式（如手动、自动、串级等）、报警状态（包括报警上、下限和报警等级）、测量值变化率以及综合数据而形成的趋势图（指时间戳的实时数据和历史数据）、回路棒图等。由此看来系统内数据流不只是与现场测量仪表和执行仪表有关，还与控制策略、人机界面、系统安全、工艺过程安全等因素有关。另外信息中声音、图像等也是以数据形式传输的，所以说数据是信息的载体，数据是数字化的信息，数据通信技术只是完成数据高速公路及类似邮电局的一般通信业务真正完成数据的处理和利用，还有大量软件集成的任务。由于构成系统的各部分是来自不同的仪表制造厂，所以异构系统要实现一体化，就会有很多“接口”，要实现无缝集成，这些“接口”不只是要做到物理上的连接，更重要的是要具有开放性，可实现互操作，即具有互操作性。
从20世纪70年代以来，自动化仪表和系统逐步实现了数字化，在其进程中，并无统一标准，“信息孤岛”的现象在发展，至90年代才逐渐开始得到解决，但同时又不断产生新的矛盾，2000年前后形成了多种现场总线并存的IEC61158（测量和控制系统用）和IEC62026（低压开关装置及控制设备用）等国际标准，还有CAN、MODBUS、LonWorks及工业以太网等应用较广的事实上的标准，所以系统集成的工作显得更为重要。
我们还要注意软件集成的可得性和可用性，即价格不能贵（但不允许超越许可证的使用），用起来还要方便，而且可靠，运行速度快，易于维护。另外，在强调“共性”的基础上，还要照顾到各制造厂的“个性”，不然集成化就变成给自动化技术“添麻烦”的瓶颈、累赘或陷阱了。
3 工业自动化系统集成技术
（1）关于标准
局域网的通信标准，这是网络技术的关键，也是系统集成技术的基础，系统集成是在其模型框架内完成的。特别是1983 年ISO 国际标准化组织通过了开放系统互连OSI（Open System Interconnection）参考模型，即ISO/OSI 参数模型，我们常称其为7层模型，即应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层7 层，它把通信过程分段，相应地把网络功能分为不同逻辑和物理层次。实现网络节点各层功能的基本方法是，利用硬件实现较低层协议，利用软件实现较高层协议，软件集成包含在其中。
经过多年的系统集成的实践，于2003年发布了ISO 15745标准，标准全称为工业自动化系统和系统集成—开放系统应用集成框架。它解决了系统集成的应用需求和接口两个基本问题。标准分4部分：通用参考描述，以ISO11898标准为基础的控制系统的参考描述、以IEC61158标准为基础的控制系统参考描述、以以太网标准为基础的控制系统的参考描述。即1个通用描述和3个参数，3个参数是：CAN总线、FF等8种现场总线，以太网所构成的系统。第一部分通用描述提出了开放系统的应用集成框架AIF（Application
Integration FrameWork），它定义了一些元素和规则，构成集成模型来表示应用需求，并开发应用互操作专用规范AIP。这个AIP是接口规范的表示形式，并要求开发AIP时，应用UML、XML等来描述和表达。
这些对系统集成技术的发展起到了里程碑式的作用，表示系统集成技术已进入标准化阶段。关于管控一体化的标准正在形成中，目前ISA95为加快MES与ERP之间的集成而在快速推进中，争取获得认可。
（2）关于OPC
OPC（OLE for Process Control）为用于过程控制的对象链接嵌入技术，OLE（Object Linking andEmbedding）。OPC是一套数据交换接口的技术规范，OPC基金会已经有120个成员，大多数仪表制造商都参加了该组织。
把诸如现场智能化仪表、PLC控制器与基于PC的人机界面操作站集成在一起，这是系统集成商较早遇到的问题，这种接口问题的解决方法有多种或者说接口有多种，但是接口规范化、标准化是必由之路。在自动化系统集成中，以前采用动态数据交换技术DDE（Dynamic Data Exchange），它对于几台PLC控制器与1台内装HMI人机界面监控软件的PC机来说还是可行的（现在也还有少数场合应用此办法），但系统规模大了，就会有困难了，况且它并无统一标准，所以接口驱动软件开发工作量很大，而且并不通用。OPC正是解决了这个问题，它作为通用的接口，可以把各家数字化现场仪表与上位人机界面软件方便地链接起来，而且可以与PC机的Excel、Access、VB、VC等多种平台链接起来。由于它采用了先进的COM/DCOM技术（Component Object Model组件对象模型和Distributed COM分布式组件对象模型），比DDE等接口技术容易解决运行速度和多台计算机之间的传输问题，为通用的服务器/客户器链接方式，实现即插即用。
OPC性能不断提高，最新版本为OPC3.05版本，可做到基于以太网横向信息交换和实现跨平台（即与非微软的平台如Linux）的OPC应用，而且通过与EDDL合作，正在解决从底层到高层系统互操作方案。
（3）关于组态技术
组态一词来自Conf iguration，它包括了配置、组态、布局等含义，在自动化领域内，经常把硬件配置与软件组态搭配称谓，而且当今一般理解组态技术即指软件组态，而且是面向控制策略的软件组态，是在基本控制算法基础上构成的功能块（PID等）之间的软件连接，是功能块与现场设备物理地址之间的连接，当然还包括类似仪表具体规格和参数的选择。由此可见，这里讲的软件，并不是一般的计算机编制程序，而是专门为自动化工程师、工艺工程师而设的“工控编程”，本文第一章中所说的模块化，实际包含了硬件和软件的两方面，这里所说“组态”是软件模块完成控制策略的面向最终用户的集成技术的核心。现在的工控系统中，除控制策略组态以外，还包括网络组态、设备组态。一般工程中，新系统开工前采用离线组态方法，而在工厂投运时进行小范围调整时，采用在线组态方法，这样的集成技术，将使工程施工周期大为缩短。
仅就控制策略组态而言，从DCS、PLC出现以来，工控编程的方法有多种，最流行的方法是“内部仪表”接线图法和电气盘的“梯形”图法，通常采用便携式手持编程器或使用PC机内装组态工具软件两种方法进行组态，但各制造厂的产品组态工具软件各不相同，组态方法也有差别，所以标准化工作在集成技术中就显得很重要。在分批控制（包括连续控制）中有ANSI/ISA-88.01-1995标准，在PLC中出现IEC61131-3，后者除用于离散控制外，也涵盖了分批控制、连续控制，它提出5种编程语言，即指令表（IL）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST），这包括了文本编程和图形化编程两方面，而且SFC中文本和图形兼备，这些已在许多DCS和PLC产品中实现，但通用性、可移植性还存在很多问题。近来又开展“工业过程测量和控制系统用功能块标准”IEC61499项目，它将IEC61131-3进行扩展，它是针对通过通信网络互联的模块化分布系统的体系结构的标准，是以数字技术为基础的各种控制器在高层面上走向开放性的和应用程序可移植的标准。这是DCS、PLC、PAC、IPC等的发展趋势。国内对控制器的控制引擎和数字引擎（实现对控制逻辑实时数据库的解释执行）技术的研究，将为执行IEC61131-3和IEC61499开创新的局面。根据控制策略组态技术的基本思路，控制组态模板，人机界面组态等，直至先进控制和管控一体化系统都逐步采用组态技术，以便于系统工程师的应用。
到系统工程师只需“点菜单”或“连线”等点击方式就能组态各种系统时，系统集成技术就真正做到“轻松集成”（Power to Integrate）了。
（4）设备描述和设备管理
设备描述简称为DD（Device Descriptions），是作为数字化了的现场设备间的互操作的应用行规，它使现场设备间或与主系统间的传输数据，如数据类型、参数语义、应用功能等能互相理解。设备描述是由设备描述语言DDL实现的，基金会现场总线FF（Foundation Fieldbus）的现场设备采用可读的结构文本，用DDL编写的设备描述的源程序，经设备描述编译器转化成机器可读的输出文件，控制系统从而理解各制造商的设备的数据意义，这类似于PC机与打印机之间的驱动程序，一个现场总线的现场仪表在接线完成后，还需要把相应DD“驱动程序”装在主机上，主机和现场仪表之间就可以互操作了。
设备描述技术经历一段时间发展，现场总线基金会FF等组织在DDL基础上形成EDDL，2004年成为国际标准IEC61804。EDDL提供基本构件约16种，即块、变量、数组（陈列）、条目数组、记录、数集、变量表、程序、域、响应代码、方法、单元关系、刷新关系、整体写入关系、菜单、编辑显示等，目前FF基金会已完成了与过程控制有关的温度、压力、流量等检测仪表和执行器的现场设备的设备描述，而且有378种现场设备和17种主机系统通过互操作性的认证，现FF等3家（另两家为HART和Profibus）又与OPC组织合作，开展EDDL的第二阶段的研发工作。某公司为首的ODVA组织完成了与离散控制有关的半导体设备、气动阀、交流驱动设备、位置控制器等的设备描述。
另外，19 9 9年ZVEI（法国电工器材工会）和Profibus国际组织提出了FDT（Field Device Tool）现场设备工具技术规范，得到了ABB、E+H、罗克韦尔、英维思等公司支持，它是独立于FF等的设备集成技术，所以很受人们瞩目，但他们提出该技术可以兼容EDDL，用户只好拭目以待。近闻ABB、E+H、罗克韦尔、英维思4家与FDT合作，形成FDI（Field Device Intergration）现场设备集成统一架构，并正式开展工作。
由于设备描述技术的发展，使自动化仪表数字化、智能化进入一个新阶段，即将设备控制信息、运行状态信息及设备制造安装信息集成在设备管理系统中。
近来兴起的设备管理系统一般均为在DCS系统（或称主系统）基础上增加一个内装AMS（AssetManagement Solution）设备管理系统软件的显示操作站，挂在同一局域网中，完成现场设备的管理维护工作，即完成设备组态管理、故障诊断，调试标定所连设备，以及自动维护系统的设备数据库，这把本文提到的MES/ERP层的部分功能在这里实现了，使管控一体化技术在此提前走向实用。
4 集成化的工程实施
系统集成和集成了的系统原文为System Integration和Integrated system，这对最终用户来说是有些不一样，最终用户是要求得到符合自己应用需求的系统，是要求得到解决方案（Solution），是要求实现交钥匙工程，所以应该明确是要求得到Integrated System，即已集成的系统。对于本文所述的集成技术诸项应该了解，但不必要自己从“原材料”出发去集成，大量集成的工作应该让制造商、集成商去完成。对于系统集成技术实力较强的最终用户来说，可以由工艺人员介入应用需求有关的控制策略的组态和人机界面组态工作，由仪表维护人员介入系统（网络）组态和设备组态工作，但不宜取代系统集成商。这里说到工程实施过程应该有“集成”的意识，这也是完成一个自动化工程的关键。我们应该分出条条块块，分工合作；应该以串行方式为主，并行方式为辅；我们对技术队伍的培养应贯彻始终，做到人的集成、管理集成、技术集成，人、财、物形成一个整体；做到设计阶段集成、工程实施阶段集成、维护期的集成，使全生命周期贯穿着集成的思想。
我们知道“数字工厂”主要指工厂运行信息的采集、存贮、控制等数字化，这可以说是物理对象数字化、工作对象数字化，而对于工厂建设过程中的数字化信息的留存及全生命周期信息不断加载，这对于工厂运行也很重要。有研究表明，工厂运行费用的70%与生命周期有关。而我们以前工程实施“集成”过程中，由于规划设计、施工安装、开车调试、运行维护人员分割，可以说信息截流严重，这对“70%”的使用和节约是太不利了。所以从系统工程的角度看，集成化的工程实施，在一定程度上比集成化的产品更重要。所以“集成化”应引起我们重视。

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