Control 版 (精华区)

发信人: leonado (城市这边馋得流口水了), 信区: Control
标  题: Think & Do ——自控系统解决方案的新选择
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年05月22日09:28:19 星期二), 转信


冯跃胜
　　 Think & Do ——自控系统解决方案的新选择
　　 Think & Do亚太地区办事处 高级应用工程师 冯跃胜
　　
　　 在工业和制造业的各个领域陆续向规模化方向发展的过程中，对自动化程度的需求
越来越广泛，对自控系统的要求也越来越高，而各种自控系统也在这种广泛的需求中得
到了快速发展。我们熟知的DCS系统和PLC系统每年都在大量地装备于各种设备以及自动
化系统工程中。由于工业和制造业对电控、仪控一体化及管控一体化的需求，也由于信
息技术的发展和高集成度控制系统的需求，加上PC机技术的日臻完善普及使其性能价格
比日益提高，为一种全新的自控系统解决方案——PC-based Control的快速发展提供了
非常有利的条件和广阔的市场前景，为众多用户提供了除DCS和PLC以外的另一种自控系
统解决方案。
　　那么，什么是PC-based Control解决方案呢？该方案与传统的控制方案相比有哪些
不同呢？所谓PC-based Control就是基于普通PC机配合一个稳定可靠的操作系统（例如
Microsoft的Windows NT）以及一套由不同厂家开发的基于PC的控制软件，加上一些必要
的I/O硬件设备组成的控制系统。
　　与传统的控制方案相比，基于PC的控制系统是一种开放式控制，对大量的实时性数
据有更广泛的应用，它使控制系统和工厂管理系统更易于连接，它能够把实时逻辑控制
、连续生产过程和批量生产过程控制、运动控制、可视化操作、信息分析、系统诊断等
功能集成到一个紧凑的软件包中，能完成一些PLC难以胜任的工作。而且，对I/O硬件设
备的选用有更多的灵活性。因此，PC-based Control正在成为众多制造业和控制工程的
首选方案。
　　由美国Think & Do软件公司推出的Think & Do工控软件是PC-based Control领域中
最具代表性的产品，该软件使用VenturCom的RTX实现确定性的实时控制，这种控制方式
能够满足绝大部分应用场合。它集逻辑控制，运动控制，PID控制，HMI人机接口，数据
库于一身，以优异的性能，极低的价格冲进市场，在短短的几年时间里，在美国地区迅
速发展起来，并以强大的攻势进入欧洲和亚太地区市场。目前，Think & Do在PC-based
 Control市场中处于绝对的领先地位，1999和2000年连续两年被美国Start Magazine杂
志评为美国最热门的公司。这不仅因为在世界各地已经有成千上万的控制系统装备了Th
ink & Do产品，而且因为Think & Do有一个能够保证其产品的开发和不断更新的实力强
大的团队：TI（美国德州仪器公司）的前总经理Ken Spenser；Ford（福特汽车公司）的
前CFO Jim Smith；被美国工业界称为流程图之父的Ron Lavallee；B&R美国公司的前总
裁；GE公司电子商务部前经理；Siemens （西门子）公司前区域经理，Mitsubishi（三
菱）公司美国市场部前总管；等等。这些优秀的人才目前齐集Think & Do，为Think & 
Do向世界范围的PC-based Control市场的冲击奠定了坚实的基础，同时也保证了Think 
& Do产品在更广阔的领域中形成一股巨大的冲击波，使用户获得具有震撼力的收益。
　　那么以Think & Do为代表的PC-based Control解决方案都有哪些特点呢？
　　
　　一. 开放的I/O子系统
　　在上述几种控制方案中，用户对于I/O硬件的要求相差无几，均要求I/O硬件具有易
连接性，高可靠性，可维护性，便于通讯以及较高的性价比等。因此，控制系统的特点
和组成结构主要由核心控制部件及软件决定。
　　在传统的控制方案中，对于规模比较大，同时可靠性要求又非常高的控制系统，我
们通常选用DCS。它的优异的特性，卓越的控制能力，尤其是对于过程量的控制能力是人
所共知的。但DCS系统造价昂贵，系统相对封闭又限制了它的普及应用。尤其是现代工控
系统对于I/O的开放性的需求；对于现场总线技术的广泛应用；对于越来越迫切的信息通
讯的需求等，都对DCS系统的发展提出了更新的要求。
　　对于PLC控制系统，因为不同厂家的产品有不同的特点，因此，选定一种厂家和型号
PLC后，整个控制系统就有了一定的限定性，无论是CPU，I/O还是编程软件都限定在了一
定的范围内。这就给用户的应用带来了局限性。
　　而以Think & Do软件为核心组成的控制系统则具有很大的硬件灵活性，它具有开放
的I/O系统，支持多家的I/O设备及运动控制产品，可以博采众长，根据现场设备的不同
情况选择不同的I/O硬件，组成最适合用户的自控系统。用户可以在同一个系统中同时使
用多种品牌的I/O子系统和运动控制产品。
　　连接了I/O网络以后，Think & Do具有立即配置功能，即能够自动识别I/O模板的类
型及其在机架中的位置，并在屏幕上图形化地显示出来。用户除了可以看到I/O网络的配
置情况以外，还能够实时监视输入输出状态、对输出点进行强制，甚至可以通过点击模
块来阅读和打印模块的相关资料，如电器特性、接线图等。不需要进行烦琐的配置工作
，就可以对整个I/O网络了如指掌。
　　它所支持的I/O系统和现场总线网络见附录。这个I/O驱动程序库还在不断地添加新
的成员，以适应更广泛的需求。
　　
　　二. 具有处理大量数据运算的能力
　　在常规的PLC控制方案中，主要是以顺序控制为主，以过程控制为辅，尤其是一些小
型的PLC，在进行较多的过程量控制（比如PID控制）时就会感到有些吃力，对于运动控
制的能力也较弱，而对于规模较小的控制系统选用较大型的PLC以满足上述的控制需求又
很不经济，因此，有些控制场合采用PLC方案并不是最恰当的选择。
　　而DCS系统虽然具有很强的数据运算能力和过程控制能力，但其较高的造价使一些用
户望而却步。
　　Think & Do软件组成的PC-based Control系统具有处理大量数据运算的能力，可以
同时支持64路PID调节控制，具有非常快的扫描速度。无论是对于大型系统的控制还是一
些规模不大，但控制较复杂，要求控制内容又比较多的系统，Think & Do软件都能发挥
出非凡的控制能力。
　　
　　三. 具有集成的HMI和唯一的数据库
　　在常规的PLC控制方案中，上位机工作站中要安装专门的监控软件，这不但增加了用
户的经济负担，而且其中的数据库要与PLC中的寄存器相关联，无论那一方的参数修改都
会影响到这种关联，因此给系统的开发，整体调试，日常维护带来了很多不便。
　　Think & Do软件组成的PC-based Control系统中集成了一个功能强大的HMI 人机接
口，其HMI编辑平台与常规的HMI接口软件具有相似的特性，用其开发操作员界面可与流
程图同步进行，它还包含一个具有3千多个图形符号的符号库，其中的图形符号从泵到阀
，从箭头到连线，从按钮到设备，从电机到管道，从指示灯到传感器，包罗万象，应有
尽有。这些符号供用户或系统开发人员随意调用。操作员界面能够提供动态的图形化流
程显示，操作控制，参数记录，故障报警，系统诊断等功能。开发出的操作员界面可以
实现全汉化文字。
　　Think & Do软件具有一个唯一的数据库——标记名库，无论是HMI的界面，还是逻辑
控制的流程图都使用这个唯一的数据库。标记名库中的标记名可以使用30个任意字符（
甚至是全部汉字）。标记名的数量没有任何限制，虽然有一些缺省的限制数据，但这些
数据可以通过编辑一个ASCII文件得到扩展（无须增加任何费用）。因此，单从软件来说
，系统的规模没有限制。真正的I/O点数量实际上取决于所使用的I/O系统。标记名可以
通过映射工具直接映射到所配置的I/O上去，更换不同类型的I/O只需更改映射而无须修
改程序，这为应用程序的再利用提供了很大的方便。
　　
　　四. 简单易学的逻辑控制编程方式——流程图
　　在常规的PLC控制方案中，控制逻辑的编写普遍采用梯形图的方式，尽管IEC-61131
的标准中也规定了一些其它的编程语言，例如，指令表，结构化文本，功能块图等等，
但对于不同厂家的PLC，毕竟有不同的编程规范和适用范围。一个厂家的PLC所使用的逻
辑控制程序要直接用到另一个厂家的PLC上去在目前几乎是不可能的。而且要求编程人员
除了了解工艺流程以外还必须具备电工基础知识，在程序的开发和调试的过程中，比较
费时费力。由于可读性较差，给日后他人的维护带来困难。
　　Think & Do软件所使用的逻辑控制编程方式选择的是流程图。这是面向工艺人员的
编程方式，只要了解了工艺就可以编写控制逻辑，像画工艺流程图一样。在流程图中，
菱形块是条件判断，矩形块用来执行动作，线和箭头表示控制流向。如此简单的概念是
每一个人在课堂上就已经熟练掌握了的东西，不需要电工基础知识，不需要学习新的编
程语言，只需要认识一点点初级的英文单词，就可以‘边想边干’了。在逻辑控制流程
图中还集成了许多控制功能块，如运动控制，PID回路控制，串行通讯，支持子流程等。
对于子流程，就象子程序一样可以无限次地调用，并允许深达16级的嵌套。流程图的数
量也是没有限制的，这样就可以将整个控制逻辑按照工艺过程分成许多小的模块，易于
编写、易于理解、易于调试。这样开发出的整体控制程序与I/O的连接只有I/O映射这一
个环节，改变映射就可以将这个程序完整地移植到另一个控制过程相同或相似，而I/O不
同的系统中，这样，为开发控制系统的工程技术人员提供了极大的方便，大大地节省了
系统程序开发的时间和经费。
　　Think & Do软件的设计宗旨体现的是“学起来容易，用起来有趣”，这不但体现在
软件的开发过程，而且体现在应用过程中。由于采用流程图的编程方式，其控制逻辑具
有非常好的可读性，利用流程图编辑平台的注释功能块还可以为流程的每一步加上注释
，使一个对工艺完全陌生的人轻易地就能读懂程序。这个特点为系统的维护带来了极大
的方便，为系统的开发人员解除了后顾之忧，也为用户的日常维护节省了开支。
　　
　　五. 更经济地解决管理与控制之间的连接
　　在常规的PLC控制方案中，管理层计算机要从控制层取得数据可以借助于上位机工作
站，也可以利用PLC系统中的专用通讯模块形成PLC与管理层计算机的连接，但哪种方式
都要有较大的投入。Think & Do软件所包含的OPC、DDE、OLE、COM/DCOM等通用通讯工具
可以使管理层计算机与控制计算机形成非常紧密的连接，可以使管理层计算机中的通用
数据库（例如EXCEL或Access） 直接调用控制计算机中的有关数据，很经济地解决了管
-控之间的连接。Think & Do还提供了对于ERP,MIS,MES以及Internet的连通性。我们可
以很容易地通过计算机网络与各种管理软件相连接。用户利用这种连通性能够开展电子
商务，增强系统的灵活性，便于对系统进行管理，这也是PC-based Control的一大优势
。美国最大电脑厂商之一的Dell（德尔）公司就是这种应用的最好实例，他们在全世界
范围内的Dell生产厂中使用Think & Do软件来控制他们的生产设备并管理所有的产品，
出货及库存。
　　
　　六. Think & Do可以组成“热备”系统
　　对于可靠性要求较高的场合，无论是DCS还是PLC系统都可以采用“热备”的方式来
避免控制系统的中断。Think & Do组成的系统也同样具有这种能力，使用两台运行系统
PC（其WinNT具有相同的时间日期设定）作为主控机，同时处于I/O的以太网之上。两台
PC都具有读I/O输入数据的能力，其中一台PC（Master）具有向I/O输出写数据的能力。
两台PC之间有一个连续的Taglingk连接使备份机能够监听到Master的心跳并与其数据同
步。如果Master PC出现关闭，掉电或者RTE（实时执行程序）软件停止时，另一台PC就
会在大约250毫秒之内自动地接管I/O的控制。要实现这样的“热备”功能，只需要增加
一台装有Think & Do软件的计算机及相关的通讯电缆即可。这样，可使“热备”系统的
造价进一步降低。
　　
　　七. 功能强大的调试工具
　　在Think & Do软件中，包括一个功能强大的调试工具：AppTracker。它能够利用图
形化的逻辑分析和调试工具使原本复杂耗时的调试工作变得易如反掌。而且允许对流程
图和HMI画面进行在线修改。对于一个远在千里之外的系统，如果有了问题怎么办？不用
慌，Think & Do的远程修改特性能够解决一切。即便是远隔千山万水，只要有一根电话
线，所有的问题都可迎刃而解，极大地节省了费用和时间。
　　
　　八. Windows CE——嵌入型的PC控制器
　　随着计算机操作系统的快速发展，一种嵌入型的操作系统Windows CE问世了，利用
这种操作系统，Think & Do与硬件厂商配合推出了两种新型的PC-based Control产品—
—WinPLC与RUNtimePC，WinPLC是安装在I/O基板上的小型PC机，其中固化了Windows CE
操作系统和Think & Do软件的Runtime环境。它可以运行由普通PC机开发的Think & Do应
用程序，实现对同一基板上的I/O模块的控制。编程时，由一台装有Think & Do软件的计
算机（开发PC）将所编应用程序通过以太网电缆连接到WinPLC上，将应用程序下装到Wi
nPLC中。
　　WinPLC系统可以脱离开开发PC独立运行，适合于不需要监控画面而且规模较小的控
制系统。当系统需要监控画面时，也可以将一台装有Think & Do软件的计算机通过以太
网电缆连接，通过TagLink驱动实现两台PC的数据共享，从而使该计算机成为上位机操作
站。
　　RUNtimePC是一台带有触摸屏的工控机，其中包含：
　　1. 嵌入型的Windows CE操作系统；
　　2. 12.1寸LCD触摸屏；SVGA(800x600)
　　3. 16MB固态Flash ROM，16 MB RAM；
　　4. 内部集成的以太网集线器（Ethernet hub）;
　　5. 串口及打印口；
　　6. Think & Do软件的Runtime环境；
　　 利用该工控机连接以太网I/O模块可以组成带有HMI功能的Windows CE控制系统，对
网络上的I/O模块进行控制。编程时，也是由一台装有Think & Do软件的计算机（开发P
C）将所编应用程序通过以太网电缆连接到RUNtimePC的以太网接口上，将应用程序下装
到RUNtimePC中，就可以独立地运行Think & Do逻辑控制程序了。
　　
　　九. 控制系统应用业绩举例
　　1. 中国邮政在邮件分拣中选用了Think & Do和Honeywell SDS
　　在我国的贵阳邮电通讯机械厂最新开发研制的邮政分拣机使用了Think & Do软件配
合Honeywell的SDS硬件组成了它的控制系统。
　　中国邮政是政府运营的机构，几个邮件分拣自动化设备供应商都是国有企业。其中
，贵阳邮电通讯机械厂是邮件分拣设备的最大设计厂家和生产厂家。在北京、广州、重
庆和几个其它地区的邮政局都安装该厂的邮政分拣机。
　　据贵阳邮电通讯机械厂的高级设计工程师尹卫东先生介绍：1989年以来在分拣机中
使用了PLC进行控制，经过了十年的应用，该厂自动化部门的工程师们对梯形图逻辑编程
积累了丰富的经验。但在程序的编制中仍感到有些不方便，必须针对每个项目编制梯形
图程序，即使是针对同一个客户。因为每种PLC有自己不同的I/O结构和独特的程序，每
个项目的程序重新写入和调试都要花费很多的时间和精力。
　　而新一代的分拣设备使用了Think & Do产品配合Honeywell SDS硬件进行控制，充分
发挥了流程图逻辑编程方法的优势，使程序的流程比梯形图更加一目了然，而且能支持
更多的I/O种类以及支持子流程图。对于流程图和子流程图的再利用可以进一步减少项目
开发时间。
　　利用Think & Do的I/O View配置工具可以更容易地配置和扫描Honeywell SDS 的I/
O网络，并可以主动搜寻新的设备。尹先生最后总结说：“越来越多的客户需要越来越短
的分送时间和更具特性的功能。我们必须有一个容易编程，容易编制不同的I/O结构，容
易调试和方便与不同系统相连接的开放系统，我们新研制的带有Think & Do和Honeywel
l SDS的分拣系统具有实时控制，人机接口监控和多个PC网络的特点，新系统运行的非常
好”。
　　2. 美国大峡谷国家公园采用Think & Do和以太网I/O站以及以太网无线通讯技术实
现对公园的饮用水，废水及火灾防护装置的控制
　　 最近的一次大峡谷国家公园的应用项目中对无线通讯提出了严峻的考验.。它要求
无线通讯跨越数英里,并穿越复杂的地理环境。大峡谷国家公园的饮用水,，废水，以及
火灾防护装置服务于公园周围5000家居民和数以百万的来公园参观的游客。开始的第一
步是用Y2K来升级旧的SCADA系统，后来扩展为整个控制网络全由PC_Based Control系统
取代，并使用以无线通讯为核心的Inter-PC通信方案。
　　“我们可以使用个人计算机,控制软件,和SCADA系统的I/O，以及很容易获得的无线
通信产品将控制器组网”。大峡谷控制工程师Michael Martin 说：“大体上，这个工程
计划花费大约2,000,000美元,，我们只花了不到500,000美元，还可以将得到的多余电话
线作为我们额外的收益”。
　　这个工程包括3个废水处理装置，2个饮用水站，和一个用于耕种,灌溉的蓄水站。这
些设备位于北部，南部，以及分布于整个峡谷。这个区域所涉及的广阔空间使得安装，
操作，以及与分布式SCADA系统的通信都很困难。“我们很快排除了对单纯升级的考虑，
因为我们之前已经将应用程序和操作界面重新进行了深入细致的编制。我们编制的标准
考虑到使用方便，广域网的功能和开放式协议的独特运用”。Martin解释到：“我们选
择了一种PC控制的方案,它可以带以太网I/O，带提供给您的逻辑和过程控制，以及所有
操作员界面功能，广域网功能，和趋势分析的功能，并且不受I/O点数扩展限制的一种集
成的控制软件包。我们同时挑选了基于以太网的I/O，以避免使用专用的通讯产品”。
　　整个大峡谷的数个远程地点上安装了9个装有Think & Do的PC-based 控制站, 每一
个带100-250点的以太网I/O。其他另外6台PC机执行远程监视和设备的操作.
　　“我们的许多操作工住的地方离泵站不远, 一有报警的情况,他们就必须来确认和处
理报警的问题. 但是, 总是步行半英里来确认报警的情况是一件很令人讨厌的事情, 甚
至象爬40层楼一样让人头痛”，Martin解释到：“使用将宽谱无线电技术和高速数字用
户线路(HDSL)结合的技术, 我们可以将操作员家中的电脑和泵站的控制电脑相连接”。
Martin 说：“我们在控制和通讯的方案中使用最流行的技术, 它帮助大大的简化了安装
和运行的过程, 通过使用符合标准的技术,我们也提高了我们的无线通讯的能力. 这个项
目很成功”。
　　3. 新加坡AMP立体仓库控制系统
　　电子贸易和电子商务的全球性的增长已经使当前适用的仓库和后勤管理的法则发生
了很大的变化，甚至在供给链上的微小延误都会导致无法预料的直接或间接的损失，有
时，损失达数百万甚至数十亿。为跟上信息技术革命的步伐，自动化工业被迫进入PC和
网络平台以提供更好的解决方案。Think & Do 和Honeywell的SDS相结合为AMP物流中心
的仓库管理提供了一个进入艺术境界的解决方案。
　　位于新加坡机场附近的AMP物流中心仓库负责提供世界范围内AMP客户的物资分配服
务。产品的定单来自于客户以及制造业团体通过世界范围的AMPICS网络发来，这些定单
由仓库的管理系统处理并分别发出指令然后通过网络传给基于Unix系统的物资管理计算
机。该系统将相应的指令传送到ASRS以及Think & Do 和Honeywell的SDS系统的计算机。

　　三层的仓库有6组33米高和4组15米高的起重机，33米的起重机可以到达仓库的所有
层，稍小的起重机服务于仓库的一层和二层，在那里放置的是需要空调环境储存的AMP产
品。这两部分起重机由一些不同长度的传送带相连。由Think & Do独立控制的整个系统
可以对货盘和硬纸箱形成的物流进行从头至尾的完善的数据跟踪。整个仓库使用最少量
的条码来实现管理。一旦条码被扫描进仓库的管理系统，该条码即被送入控制计算机。
网络使用TCP/IP通过Windows的DCOM方法与Think & Do控制软件通讯。每一个硬纸箱的起
点和终点被提供给Think & Do控制计算机，这个计算机使用的是连接到传送带马达驱动
器的Honeywell的SDS I/O网络。这个Think & Do的应用项目是比较大（大约500个流程图
）和比较复杂的。流程图的执行能够自动操纵货盘并选择最佳和最短的可能路径。
　　使用Think & Do的I/O配置能力可以开发一个专用的画面，利用它可以对这个大仓库
中的所有I/O模块和Honeywell的smart传感器很容易地进行维护。这样，对于失效模块的
鉴别，更换以及系统的恢复可能不需要花费什么时间。整个系统都是网络化的，利用Th
ink & Do的强大的Taglink驱动能力，使用一个笔记本电脑及一个拨号连接的Modem就可
以对系统进行远程监控和故障分析及排除。
　　这样一个复杂的控制系统，从建立到运行只有两个控制工程师用了4个月时间就全部
完成了，项目的成功证明了Think & Do控制软件的价值，从编程的简化性到功能的有效
性都说明它确实是一个优秀的自控系统解决方案。
　　Think & Do软件所组成的系统也很适合于一些规模不大，但控制较复杂，要求又比
较多的场合，比如在新加坡，有一类控制系统只有20几个控制点，但需要几路PID控制，
又需要几路运动控制，还有大量数学运算，还有HMI……等等，用户对控制系统选择的最
终结果——Think & Do最佳。
　　十. 结束语
　　综上所述，任何一个需要控制的应用场合或一台需要控制的设备，都可以找到一个
最适合它的控制方案；同时，任何一种控制方案都有它一定的适用范围。在控制领域，
DCS，PLC与PC-based Control 都在不断地发展和完善，它们的功能与特点互相补充又逐
渐融合，我们的用户总会找到一种最适合自己的控制方案。但是我们相信：随着PC机技
术的进一步发展，性能价格比的进一步提高，网络通讯技术的进一步完善，现场总线技
术的进一步推广应用，PC-based Control解决方案会迅速地发展起来，大范围地占领自
控领域的市场，成为一个不可逆转的潮流，推动控制系统的迅猛发展，将我们带向光明
灿烂的二十一世纪。
　　
　　
　　
　　
　　
　　典型应用系统的组成示意图：（以AutomationDirect DL405以太网系统为例）
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　附录：Think & Do所支持的I/O系统和现场总线网络包括：
　　? AutomationDirect Ethernet to the DL205 and DL405 family
　　? AutomationDirect 305 I/O (Optomux protocol)
　　? AutomationDirect win PLC backplane I/O
　　? Honeywell SDS I/O Network
　　? Profibus I/O Network
　　? Seriplex I/O Network
　　? Schneider Electric Momentum Ethernet I/O
　　? Schneider Electric Momentum DeviceNet I/O
　　? Schneider Electric Momentum Profibus I/O
　　? Allen-Bradley SLC-500 I/O
　　? Allen-Bradley Flex I/O
　　? GE90/30 I/O
　　? Sunx S-link I/O
　　? Optimation Optilogic I/O
　　? Opto-22 Optomux I/O
　　? SixnetEther TRAK I/O
　　? InterBus I/O Network
　　? 通用双口RAM驱动（与各种PC插卡通讯）
　　? 通用串口驱动（与合种串行设备通讯）
　　? Logosol I/O and Motion Module
　　? Taglink 驱动（在多个Think & DO系统之间共享数据）
　　
　　 Think & Do所支持的运动控制产品包括：
　　? Douloi（ISA总线插卡）
　　? AcroLoop（ISA总线插卡）
　　? Galil（ISA总线插卡）
　　? Motion Engineering（ISA总线插卡）
　　? Whedco Motion Drives（DeviceNet连接）
　　? Animatics Smartmotors（串口连接）
　　? Logosol Motion Module（串口连接）

--
看不到你,
看了一路风景又如何?

※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.170.213]