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外文翻譯譯文工業(yè)控制系統(tǒng)和協(xié)同控制系統(tǒng)當(dāng)今的控制系統(tǒng)被廣泛運(yùn)用于許多領(lǐng)域。從單純的工業(yè)控制系統(tǒng)到協(xié)同控制系統(tǒng)（CCS），控制系統(tǒng)不停變化，不斷升級(jí)，現(xiàn)在則趨向于家庭控制系統(tǒng)，而它則是這兩者的變種。被應(yīng)用的控制系統(tǒng)的種類(lèi)取決于技術(shù)要求。而且，實(shí)踐表明，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素也對(duì)此很重要。任何決定都有它的優(yōu)缺點(diǎn)。工業(yè)控制要求可靠性，完整的文獻(xiàn)記載和技術(shù)支持。經(jīng)濟(jì)因素使決定趨向于協(xié)同工具。能夠親自接觸源碼并可以更快速地解決問(wèn)題是家庭控制系統(tǒng)的要求。多年的操作經(jīng)驗(yàn)表明哪個(gè)解決方法是最主要的不重要，重要的是哪個(gè)可行。由于異類(lèi)系統(tǒng)的存在，針對(duì)不同協(xié)議的支持也是至關(guān)重要的。本文介紹工業(yè)控制系統(tǒng)，PlCcontrolledturnkey系統(tǒng)，和CCS工具，以及它們之間的操作。引言：80年代早期，隨著為HERA（Hadron-Elektron-Ring-Anlage）加速器安裝低溫控制系統(tǒng)，德國(guó)電子同步加速器研究所普遍開(kāi)始研究過(guò)程控制。這項(xiàng)新技術(shù)是必需的，因?yàn)榈乾F(xiàn)有的硬件沒(méi)有能力來(lái)處理標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程控制信號(hào)，如4至20毫安的電流輸入和輸出信號(hào)。而且軟件無(wú)法在0.1秒的穩(wěn)定重復(fù)率下運(yùn)行PID控制回路。此外，在實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜的低溫冷藏系統(tǒng)的開(kāi)閉過(guò)程中，頻率項(xiàng)目顯得尤為重要。有必要增加接口解決總線問(wèn)題并增加運(yùn)算能力，以便于低溫控制。因?yàn)橐寻惭b的D/3系統(tǒng)［1］只提供了與多總線板串行連接，以實(shí)現(xiàn)DMA與VME的連接并用其模擬多總線板的功能。溫度轉(zhuǎn)換器的計(jì)算功能來(lái)自一個(gè)摩托羅拉MVME167CPU和總線適配器，以及一個(gè)MVME162CPU。其操作系統(tǒng)是VxWorks，而應(yīng)用程序是EPICS。由于對(duì)它的應(yīng)用相當(dāng)成功，其還被運(yùn)用于正在尋找一個(gè)通用的解決方案以監(jiān)督他們的分布式PLC的公共事業(yè)管理。德國(guó)電子同步加速器研究所對(duì)過(guò)程管理系統(tǒng)的篩選集散控制系統(tǒng)（D/3）：市場(chǎng)調(diào)查表明：來(lái)自GSE的D/3系統(tǒng)被HERA低溫冷藏工廠選中。因?yàn)榧⒖刂葡到y(tǒng)（D/3）的特性，所以這決定很不錯(cuò)。在展示端和I/O端擴(kuò)展此系統(tǒng)的可能將有助于解決日益增加的HERA試驗(yàn)控制的要求。制約系統(tǒng)的大小的因素不是I/O的總數(shù)，通信網(wǎng)絡(luò)的暢通與否。而通信網(wǎng)絡(luò)的暢通與否取決于不存檔的數(shù)據(jù)總量，不取決于報(bào)警系統(tǒng)中配置的數(shù)據(jù)。擁有DCS特點(diǎn)（Cube）的SCADA系統(tǒng)：相對(duì)于Y2K問(wèn)題促使我們尋找一個(gè)升級(jí)版或者代替版來(lái)代替現(xiàn)有的系統(tǒng)而言，以上提到的D/3系統(tǒng)有一些硬編碼的限制。由于急需給Orsi公司提供他們的產(chǎn)品，Cube開(kāi)始起作用了［2］。該項(xiàng)目包括安裝功能的完全更換。這包括D/3,以及德國(guó)電子同步加速器研究所的集成總線SEDAC和VME的溫度轉(zhuǎn)換器。該項(xiàng)目很有前景。但是因?yàn)镠ERA試驗(yàn)原定時(shí)間是有限制的，所以技術(shù)問(wèn)題和組織問(wèn)題也迫使計(jì)劃提前。在供應(yīng)商網(wǎng)站上的最后驗(yàn)收測(cè)試又出現(xiàn)了戲劇性的性能問(wèn)題。有兩個(gè)因素引起了這些問(wèn)題。第一個(gè)跟低估在1赫茲運(yùn)行的6級(jí)溫度轉(zhuǎn)換器的CPU負(fù)荷有關(guān)。第二個(gè)由現(xiàn)有D/3系統(tǒng)復(fù)雜的功能造成的額外負(fù)荷引起的。每個(gè)數(shù)字和模擬輸入和輸出通道在D/3系統(tǒng)里的自身報(bào)警限值也被低估了。所有的附加功能都必須添加進(jìn)去。最后，所有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的報(bào)警限值，尤其是SCADA系統(tǒng)，也促使網(wǎng)絡(luò)生成了限制。最后，與Orsi公司的合同被取消了。升級(jí)的D/3系統(tǒng)是唯一可能的解決辦法。在2003年3月，此系統(tǒng)最后被付諸實(shí)踐?，F(xiàn)在，相比“純粹”SCADA系統(tǒng)的異質(zhì)環(huán)境，Cube有同質(zhì)配置環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。SCADA（PVSS-II）：在HERA加速器上的H1實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)人員為升級(jí)他們的低速控制系統(tǒng)，決定使用PVSS-II?，F(xiàn)有的系統(tǒng)是由H1合作組的幾名成員開(kāi)發(fā)的，而現(xiàn)在卻難以維持了。在CERN由聯(lián)合控制項(xiàng)目［4］進(jìn)行的廣泛調(diào)查促使他們做出使用PVSS作為代替品的決定。PVSS是一個(gè)“純粹”的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）。其核心元素叫做事件管理器。它收集的數(shù)據(jù)主要是由I/O設(shè)備提供。它還提供附加的管理服務(wù)，如：控制經(jīng)理，數(shù)據(jù)庫(kù)管理，用戶界面，API經(jīng)理以及在建的HTTP服務(wù)器。該P(yáng)VSS腳本庫(kù)允許執(zhí)行復(fù)雜的序列以及復(fù)雜的圖形。相比其他SCADA系統(tǒng)PVSS帶有一個(gè)基本特點(diǎn)：它提供了API給設(shè)備的數(shù)據(jù)。SCADA系統(tǒng)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是其中的兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，一個(gè)為PLC’s服務(wù)，另一個(gè)為SCADA系統(tǒng)服務(wù)，這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)必須維持。集成環(huán)境將努力克服這個(gè)限制。EPICS:在德國(guó)電子同步加速器研究所，EPICS從問(wèn)題解決系統(tǒng)演化成了全集成控制系統(tǒng)。從成為低溫控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集器和數(shù)量控制器，EPICS成為了德國(guó)電子同步加速器研究所公用事業(yè)集團(tuán)使用的核心系統(tǒng)。此外，通過(guò)IndustryPack（IP）模塊的手段，它還能運(yùn)用于通過(guò)VME板卡的任何數(shù)據(jù)。EPICS通過(guò)其完整的功能，運(yùn)用于沒(méi)有由D/3系統(tǒng)控制的低溫冷藏系統(tǒng)。所有大約50個(gè)輸入輸出控制器運(yùn)作大約25000業(yè)務(wù)處理記錄。作為一個(gè)SCADA系統(tǒng)的EPICS：該公共事業(yè)組（水，電，壓縮空氣，加熱和調(diào)溫）使用各種散布在整個(gè)德國(guó)電子同步加速器研究所網(wǎng)站上的PLC。IOC向客戶提供接口并采集數(shù)據(jù)。此外，如通道歸檔和圖形顯示（dm2k）會(huì)被使用。默認(rèn)名決議和目錄服務(wù)器（域名服務(wù)器）用于連接在TCP客戶端和服務(wù)器應(yīng)用程序。所有這些都是基本的SCADA功能。所有的配置文件（圖形工具，報(bào)警處理程序和歸檔）提供了一種靈活的配置方案。德國(guó)電子同步加速器研究所公用事業(yè)集團(tuán)已制定了一套工具來(lái)創(chuàng)建IOC數(shù)據(jù)庫(kù)和配置文件。這樣，控制組提供的服務(wù)保持EPICS工具，而用戶可以精力集中在被控制的設(shè)備上了。作為一個(gè)DCS系統(tǒng)的EPICS：作為SCADA系統(tǒng)的基本組成部分，EPICS還提供完整的輸入輸出控制器（IOC）。IOC提供所有功能DCS系統(tǒng)要求，如：實(shí)施每個(gè)記錄的標(biāo)準(zhǔn)的屬性；執(zhí)行每個(gè)記錄時(shí)的報(bào)警檢查過(guò)程；控制記錄，如PID。靈活的命名方案，默認(rèn)的顯示和每個(gè)記錄的報(bào)警屬性緩和了運(yùn)作工具和IOC之間的連接。靈活的數(shù)據(jù)采集模式，支持調(diào)查模式以及發(fā)布訂閱模式。后者大大降低了信息擁堵的情況。PLC’s：PLC’s同樣提供豐富的功能，因?yàn)橐郧八仟?dú)一無(wú)二的控制系統(tǒng)。此外，定期執(zhí)行一個(gè)確定功能的基本特征也讓他們通過(guò)以太網(wǎng)通信，包括內(nèi)置的HTTP服務(wù)器和不同集合的通訊方案。除了通信處理器，顯示器能和PLC’s連接。智能I/O：I/O設(shè)備上的新發(fā)展允許在更小的群體中集群I/O并把這些集群I/O渠道鏈接到控制系統(tǒng)。PLC’s對(duì)于分布式I/O已不再重要。PLC’s和智能I/O子系統(tǒng)的差別正在消失。功能持續(xù)不斷的問(wèn)題，如為什么控制系統(tǒng)的加速器和其他高度專(zhuān)業(yè)化的設(shè)備聯(lián)合協(xié)同發(fā)展。但是，在極少數(shù)情況下，只通過(guò)商業(yè)的立場(chǎng)時(shí)難以回答的。在這里，我們?cè)噲D總結(jié)不同控制方法的基本功能。前端控制器：對(duì)控制系統(tǒng)的核心要素之一，是前端控制器。PLC’s可用于實(shí)施控制功能的設(shè)備。它的缺點(diǎn)就是復(fù)雜，難以達(dá)到控制屬性。例如確定通信協(xié)議和最后在顯示、報(bào)警和歸檔方案，一個(gè)控件的所有屬性像P，I和D參數(shù)，還有報(bào)警限制及其他附加的屬性必須得到解決。另外，這些嵌入式屬性修改是很難尋覓，因?yàn)槠渲猩婕皟蓚€(gè)或兩個(gè)以上軌道系統(tǒng)這可能是一個(gè)有力的論據(jù)是，為什么控制回路主要實(shí)施在IOC層面，而不是PLC’s層面。I/O和控制回路復(fù)雜的控制算法和控制回路和域名DCS控制系統(tǒng)一樣。對(duì)顯示和控件的屬性的支持是必不可少的。頻率/國(guó)家計(jì)劃在控制系統(tǒng)中，頻率程序可以運(yùn)行任何處理器。運(yùn)行時(shí)環(huán)境取決于相關(guān)代碼。控制系統(tǒng)程序直接履行運(yùn)行前端處理器的監(jiān)控。為復(fù)雜的啟動(dòng)和關(guān)閉處理程序設(shè)立的頻率程序也可以運(yùn)行工作站。國(guó)家機(jī)器的基本功能在IEC61131中得到了落實(shí)。編碼發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生C代碼。硬件支持對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線和起源于I/O的Ethernet的支持是為SCADA系統(tǒng)服務(wù)的一個(gè)基本功能。所有SCADA系統(tǒng)在市場(chǎng)商業(yè)運(yùn)作中是可行的。配置特定驅(qū)動(dòng)器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的集成硬件在商業(yè)環(huán)境中是一個(gè)難點(diǎn)。開(kāi)放API或腳本支持有時(shí)有助于整合用戶的硬件。如果不向控制系統(tǒng)提供這些工具，就很難整合客戶硬件。新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如OPC，和OPC設(shè)施聯(lián)系，還和控制系統(tǒng)之間互相聯(lián)系。這種功能的基本條件是強(qiáng)調(diào)操作系統(tǒng)。在這種情況下，OPC更趨向于微軟的DCOM標(biāo)準(zhǔn)?；诳刂葡到y(tǒng)的UNIX很難互相連接。只有支持多平臺(tái)的控制系統(tǒng)可以在異構(gòu)環(huán)境中發(fā)揮主要作用。由于為客戶或?qū)I(yè)硬件的支持有限，所以新的控制系統(tǒng)有理由得到發(fā)展。顯示和操作除了前后系統(tǒng)，操作接口在控制系統(tǒng)的兼容過(guò)程中有重要的作用。因?yàn)閭€(gè)人呢工具由不同的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)，所以協(xié)作實(shí)現(xiàn)的工具包可能變動(dòng)。1圖形天氣顯示是任何控制系統(tǒng)的廣告招牌。商業(yè)天氣顯示也有著豐富的功能和許多特色。開(kāi)始使用所有這些特征，所有這些功能的使用人會(huì)發(fā)現(xiàn)，所有個(gè)別屬性的圖形對(duì)象要分別指定。一個(gè)輸入通道不只由物業(yè)的價(jià)值決定的，而且更由包括像展出范圍和報(bào)警值決定的。一再分辨所有性能可能是個(gè)非常乏味的工作。有些系統(tǒng)產(chǎn)生圖形原型對(duì)象。這些原型圖形或模板很復(fù)雜，但需要一個(gè)專(zhuān)家來(lái)生產(chǎn)。DCS或自定義天氣顯示程序使用常見(jiàn)的I/O點(diǎn)屬性集。這個(gè)預(yù)定義的命名方案填寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)的屬性值，因此只需要進(jìn)入記錄，或設(shè)備名稱(chēng)進(jìn)入配置工具。2報(bào)警系統(tǒng)警報(bào)可以很好的區(qū)分不同的控制系統(tǒng)架構(gòu)。實(shí)現(xiàn)I/O對(duì)象的這些系統(tǒng)在前后端電腦提供警報(bào)檢查。只能讀懂I/O點(diǎn)的系統(tǒng)在I/O處理過(guò)程中添加了警報(bào)檢查。I/O對(duì)象途徑在前后端系統(tǒng)的本土項(xiàng)目語(yǔ)言安插了警報(bào)檢測(cè)。，I/O點(diǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)通常要在他們的腳文本語(yǔ)言中實(shí)現(xiàn)這種功能。這是通常效率較低且容易出錯(cuò)，因?yàn)樗袑傩员仨毐粏为?dú)配置，這導(dǎo)致了一系列特性。不僅為每個(gè)I/O點(diǎn)的錯(cuò)誤狀態(tài)結(jié)束是個(gè)人的I/O點(diǎn)，但報(bào)警限值和每個(gè)報(bào)警的輕重，應(yīng)當(dāng)限制定義為I/O點(diǎn)，如果它希望能夠改變運(yùn)行值。這種影響在SCADA和DCS系統(tǒng)之間也形成了影響。SCADA系統(tǒng)本就讀不懂報(bào)警系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于管理人員既可以登記警報(bào)狀態(tài)，從而提前得到信息，控制蔓延到在控制系統(tǒng)周?chē)淖兓：笠环N情況是唯一可能的系統(tǒng)。3趨勢(shì)和歸檔趨勢(shì)已成為控制系統(tǒng)架構(gòu)中的一個(gè)重要的業(yè)務(wù)。趨勢(shì)是必要的跟蹤誤差條件。實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有能力儲(chǔ)存完整控制目標(biāo)，大部分的趨勢(shì)工具標(biāo)量數(shù)據(jù)存檔。附加特性如條件趨向或相關(guān)情節(jié)在個(gè)人實(shí)施起了影響。4編程接口關(guān)于開(kāi)放編程接口，PLC’s和DCS系統(tǒng)有相同策略。他們運(yùn)行可靠，因?yàn)樗麄儧](méi)有辦法整合可定制的合作去干涉內(nèi)部處理。因此，客戶定制精品，這個(gè)極其昂貴的。由于SCADA系統(tǒng)必須能夠與多種I/O子系統(tǒng)連接已經(jīng)在API上建立了I/O子系統(tǒng)以整合自定義功能。協(xié)作系統(tǒng)尤其需要一定的開(kāi)放性以實(shí)現(xiàn)各種發(fā)展組織的要求。所有級(jí)別的編程接口，例如前后端I/O,前后端處理過(guò)程和網(wǎng)絡(luò)等，是強(qiáng)制性的。5冗余如果冗余是指管理所有國(guó)家，I/O所有值無(wú)縫道岔當(dāng)前正在運(yùn)行，它是一個(gè)域，只有少數(shù)集散系統(tǒng)。自定義或CCS實(shí)施不提供這種功能。也許是因?yàn)榫薮笈褪聦?shí)，它是只需要在罕見(jiàn)的事例。此外，處理器冗余，或多余的網(wǎng)絡(luò)，或I/O子系統(tǒng)是為一定的商業(yè)集散控制系統(tǒng)指定的。先進(jìn)的安全要求是由多余的PLC子系統(tǒng)覆蓋。這些安裝在（核）電廠。個(gè)人保護(hù)系統(tǒng)（PPS）的要求有時(shí)候會(huì)由冗余的PLC’s來(lái)滿足。在過(guò)程控制中，冗余的PLC’s只在少數(shù)情況下使用。6命名空間在供應(yīng)鏈系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)的單位名稱(chēng)空間形容成警報(bào)部分。有些SCADA系統(tǒng)（如PVSS-II）提供在少數(shù)情況下的控制對(duì)象或結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。這些對(duì)象由一系列特性（包括I/O點(diǎn)）和一套方法（宏或函數(shù)）組成。這些途徑的其一是UniNified工業(yè)控制系統(tǒng)（UNICOS）在歐洲核子研究中心［5］。DCS系統(tǒng)和大多數(shù)習(xí)慣性/協(xié)作系統(tǒng)是有記錄的，或是設(shè)備為主。不同之處是，通常一個(gè)記錄被連接到一個(gè)單一I/O點(diǎn)，提供這樣的執(zhí)行記錄，如個(gè)人工程單元，顯示和警報(bào)限值。設(shè)備為本的方法允許連接幾個(gè)I/O點(diǎn)。而（EPICS的）記錄只服務(wù)于一組特定的內(nèi)置功能。命名等級(jí)不特定于實(shí)施類(lèi)型。它們可用于一些系統(tǒng)。分層命名方案是肯定可取的。實(shí)施策略表現(xiàn)完各種可能的控制方法后，該是查看控制系統(tǒng)的完成情況了。從I/O級(jí)開(kāi)始，他們必須決定是否需要商業(yè)解決。特殊的I/O不總是需要定制解決方案。信號(hào)可以被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，但是這并不適用于所有的信號(hào)。信號(hào)水平可能需要定制的發(fā)展，這必須納入整體控制架構(gòu)。信號(hào)不能被連接到標(biāo)準(zhǔn)I/O接口，也許有可能發(fā)展的I/O控制器的允許實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)總線接口，這能夠整合商業(yè)控制系統(tǒng)。整合水平是不可能定制前端控制器，如VME，開(kāi)始發(fā)揮作用了。TurnKey系統(tǒng)：在工業(yè)中，有個(gè)明顯的趨勢(shì)就是產(chǎn)生了TurnKey系統(tǒng)。它允許對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。個(gè)別元件分包給幾個(gè)公司進(jìn)行本地測(cè)試。一旦交付施工現(xiàn)場(chǎng)，驗(yàn)收測(cè)試就已經(jīng)過(guò)去了，第二個(gè)階段，整合融入全球控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)開(kāi)始。雖然控制回路的詳細(xì)規(guī)格等，是現(xiàn)在子系統(tǒng)合同的一部分?？蛻舯仨毭鞔_多少信息子系統(tǒng)可以被使用。大多數(shù)TurnKey系統(tǒng)與PLC一起交付使用。瑞士光源（SLS）的建立過(guò)程已顯示，這也是基于I/O系統(tǒng)運(yùn)行的VME運(yùn)行CCS的，這樣才可以成功啟用［6］?；谙到y(tǒng)的PLC：基于系統(tǒng)的PLC是TurnKey系統(tǒng)成果。下一個(gè)明顯的方法看起來(lái)可能是除了商業(yè)PLC，就是商業(yè)SCADA系統(tǒng)。優(yōu)勢(shì)就是明顯和PLC一樣：沒(méi)有穩(wěn)定的軟編程器，僅有配置，支持和良好的文件系統(tǒng)。在德國(guó)電子同步加速器研究所，我們成功地建立了控制組和公共事業(yè)組之間的關(guān)系。盡管是EPICS編碼，但其最大的優(yōu)勢(shì)就是能調(diào)整雙方的特殊要求。工業(yè)解決方案：一旦工業(yè)開(kāi)始支持協(xié)作控制系統(tǒng)，CCS的解決方案和商業(yè)之間的差異將漸漸變小。在KEK，公司簽訂合同為KEK-B升級(jí)提供程序員。這些程序員進(jìn)行了書(shū)面驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序代