Think & Do ——自控系统解决方案的新选择 点击：4372 | 回复：14
发表于：2003-09-05 15:39:00
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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Think & 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
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