一、引言

隨著網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的飛速發(fā)展和現(xiàn)場總線技術(shù)的蓬勃興起以及在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外的控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠商紛紛推出自己的分布式控制新產(chǎn)品，促進了4C（Computer，Control，Communication，CRT）技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域更加緊密的結(jié)合，新型的控制系統(tǒng)功能更強大，運行更可靠。每一種新型控制系統(tǒng)的誕生通常總伴隨著一種上位策略組態(tài)軟件的設(shè)計實現(xiàn)。系統(tǒng)控制策略組態(tài)軟件是分布式控制系統(tǒng)中的上位軟件部分，是用戶與系統(tǒng)的接口，完成控制系統(tǒng)中現(xiàn)場設(shè)備運行的邏輯組態(tài)，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，是系統(tǒng)不可缺少的組成部分。面對這樣一個種類繁多、特色各異的各種分布式控制系統(tǒng)和策略組態(tài)軟件競相存在的局面，在系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)著重要角色的策略組態(tài)軟件向什么方向發(fā)展是一個值得探討和仔細研究的問題。

二、歷史的回顧

系統(tǒng)控制策略組態(tài)軟件的開發(fā)是與分布式控制系統(tǒng)的產(chǎn)生及發(fā)展密切相關(guān)的。

早期的分布式控制系統(tǒng)是封閉的，各個系統(tǒng)生產(chǎn)廠家獨立生產(chǎn)自己的產(chǎn)品組件，如I/O模塊、控制站、操作員站及工程師站等，并完全獨立設(shè)計開發(fā)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制組態(tài)軟件，用戶使用中的每一個環(huán)節(jié)都要受到生產(chǎn)廠家的制約。各個廠商之間的硬件產(chǎn)品不能夠相互替代，通信網(wǎng)絡(luò)所采用的體系和協(xié)議也各不相同。

近年來，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和系統(tǒng)軟硬件功能的不斷強大，這種情況有所改善。操作員站、工程師站大多采用了通用計算機，計算機系統(tǒng)的軟硬件都具備了可互換性；同時，在通信網(wǎng)絡(luò)方面，各大廠商也都開始紛紛采用兼容性強的通用計算機網(wǎng)絡(luò)，如以太網(wǎng)、RS-232/484等。現(xiàn)場總線技術(shù)的誕生給分布式控制系統(tǒng)注入了新的活力，使分布式控制系統(tǒng)具有了真正意義上的全分布式體系。現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的制定進一步提高了控制系統(tǒng)的互操作性和互換性。

相對于分布式系統(tǒng)硬件及底層軟件的快速發(fā)展，上位策略組態(tài)軟件的開發(fā)在通用性、互換性上卻相對落后了。各系統(tǒng)生產(chǎn)廠商在上位策略組態(tài)軟件的開發(fā)上都是獨立進行的，組態(tài)軟件在設(shè)計風(fēng)格和規(guī)范上也都迥然不同，在界面友好程度、易用性和組態(tài)效率上更是千差萬別。由此造成的直接后果是：用戶（如現(xiàn)場工程師）每接觸到一種新的控制系統(tǒng)都要對其策略組態(tài)軟件的體系結(jié)構(gòu)、編程語言和使用方法進行重新學(xué)習(xí)，由此形成了提高生產(chǎn)效率的瓶頸；而對于廠商來說，則需要不斷按照用戶提出的各種需求改進軟件產(chǎn)品，在組態(tài)軟件的開發(fā)、維護、升級上將投入大量的人力物力。

基于微處理器的PLC控制系統(tǒng)自從1968年誕生以來取得了迅速的發(fā)展，成為工控領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的控制設(shè)備。當(dāng)形形色色的PLC產(chǎn)品涌入市場時，國際電工委員會及時地對PLC系統(tǒng)的健康發(fā)展進行了正確引導(dǎo)，1993年正式頒布了PLC的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131，其中第3部分規(guī)范了PLC的5種編程語言及其基本元素，其中3種是圖形化語言（功能塊圖、梯形圖和順序功能圖），2種是文本化語言（指令表和結(jié)構(gòu)化文本）。這一標(biāo)準(zhǔn)為PLC軟件技術(shù)的發(fā)展，乃至整個工業(yè)控制軟件的發(fā)展起到了舉足輕重的推動作用。IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程語言方便實用，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，使用戶很快就可以熟悉組態(tài)工作，可迅速地將原來所掌握的知識用于新的系統(tǒng)，免除了用戶對不同的組態(tài)軟件語言的重復(fù)學(xué)習(xí)，大大提高了工作效率；對廠商來說，則可以把人力、物力投到控制系統(tǒng)的硬件網(wǎng)絡(luò)或其他方面。在IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)誕生以后，國內(nèi)外的PLC控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠商均相繼采用其編程語言來規(guī)范自己的軟件產(chǎn)品。在這一步上，PLC走在了各類分布式控制系統(tǒng)的前列。

三、國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

目前，系統(tǒng)控制策略組態(tài)軟件主要是針對FCS系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)的。根據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)及其規(guī)模大小，組態(tài)軟件的實現(xiàn)形式各不相同，但從功能上劃分均可歸納為針對控制系統(tǒng)的物理組態(tài)和邏輯組態(tài)兩個大部分。物理組態(tài)主要是對系統(tǒng)組成的軟件配置，包括對現(xiàn)場設(shè)備及其功能塊的選取等一些涉及系統(tǒng)組成的配置過程；邏輯組態(tài)則主要是對控制系統(tǒng)運行所采用的控制策略的規(guī)劃和設(shè)計，包括對現(xiàn)場設(shè)備中各功能塊的選取、連接、參數(shù)設(shè)定和通信配置，系統(tǒng)變量設(shè)置、讀寫等方面的工作。邏輯組態(tài)是一個系統(tǒng)控制策略程序的編寫過程。

隨著IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)在PLC系統(tǒng)組態(tài)軟件應(yīng)用中的逐步推廣，國內(nèi)外的一些分散控制系統(tǒng)（DCS）生產(chǎn)廠家也開始注意到該國際標(biāo)準(zhǔn)對DCS系統(tǒng)組態(tài)軟件標(biāo)準(zhǔn)化的意義，陸續(xù)將IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于其DCS系統(tǒng)的組態(tài)軟件。

另一方面，隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的興起和發(fā)展，國內(nèi)的某些現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠商也開始將IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到其FCS的組態(tài)軟件產(chǎn)品上來。

當(dāng)前，分布式控制系統(tǒng)上位策略組態(tài)軟件的開發(fā)存在如下特點。

（一）對IEC標(biāo)準(zhǔn)兼容的實現(xiàn)程度各異

對IEC標(biāo)準(zhǔn)兼容的實現(xiàn)程度上，其差別主要集中在兩點：（1）在標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)的深度上；（2）在標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范的編程語言的實現(xiàn)數(shù)量上。IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)不只是對編程語言元素的語法、語義、表達及顯示的規(guī)則進行了規(guī)范，而且對控制程序整體的組織模式和構(gòu)造形式、程序模塊間要遵循的通信規(guī)則都作了具體的規(guī)定。對這些規(guī)范的部分和全部的實現(xiàn)就形成了對標(biāo)準(zhǔn)兼容的深度問題。目前，一些主要的PLC系統(tǒng)廠商的組態(tài)軟件產(chǎn)品已經(jīng)達到了對IEC標(biāo)準(zhǔn)的全面兼容，即符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的幾乎全部內(nèi)容。而DCS系統(tǒng)對IEC標(biāo)準(zhǔn)的兼容性上則遠不及PLC系統(tǒng)，一些產(chǎn)品只是在編程語言元素的某些方面如表達及顯示的規(guī)則上兼容了IEC標(biāo)準(zhǔn)；另一些產(chǎn)品則在語言元素的語法、語義、表達及顯示的規(guī)則上都達到了對IEC標(biāo)準(zhǔn)的兼容，但仍然沒有取得對控制程序整體的組織模式和構(gòu)造形式、程序模塊間要遵循的通信規(guī)則等規(guī)范上的兼容，實現(xiàn)程度也大不相同。另一方面，在對標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范的編程語言的實現(xiàn)數(shù)量上，也都大有差異。雖然IEC標(biāo)準(zhǔn)并未規(guī)定一定要做到對5種編程語言的全部實現(xiàn)，但畢竟實現(xiàn)更多的編程語言意味著可以為用戶提供更多的選擇，使組態(tài)的方式更加靈活，效率更高，更加有利于工程師表達自己的面向控制的邏輯思維。

需要指出的是PLC和DCS的系統(tǒng)功能是有區(qū)別的。PLC系統(tǒng)通常用于離散邏輯控制和順序控制，測量、控制都以數(shù)字信號為主，控制策略編程語言通常采用LD（梯形圖）、IL（指令表）和SFC（順序功能圖）；而DCS系統(tǒng)則主要用于連續(xù)控制，其對象信號主要為模擬量，控制策略編程語言通常采用FBD（功能塊圖）和ST（結(jié)構(gòu)化文本）。當(dāng)然，造成PLC系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)對IEC標(biāo)準(zhǔn)的兼容性的差異是有歷史原因的。IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)最初的制定是基于PLC系統(tǒng)的，許多地方都是針對PLC特點的，對早期的一些DCS系統(tǒng)不完全適用。但同時應(yīng)當(dāng)看到，當(dāng)前PLC和DCS在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能上明顯的邊界正在迅速消失，兩種系統(tǒng)通常可以互相替代，因此DCS系統(tǒng)最終取得對IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的完全兼容也只是一個時間問題。