标准化编程的IEC1131-3在DCS中应用分析

摘要：早期的DCS是完全封闭的，由各个生产厂自己生产I/O组件、控制站、操作员站、工程师站，自己设计开发系统网络和控制组态软件。用户在其中任何一个环节都脱离不了该DCS生产厂，处处受其制约。也就是说，各个DCS生产厂的硬件(包括I/O组件、控制站、操作员站、工程师站)不能互相代用，系统网络互不兼容，无法互通信息，控制组态软件种类繁多……

关键词：PLC　IEC1131-3标准　DCS

　　 早期的DCS是完全封闭的，由各个生产厂自己生产I/O组件、控制站、操作员站、工程师站，自己设计开发系统网络和控制组态软件。用户在其中任何一个环节都脱离不了该DCS生产厂，处处受其制约。也就是说，各个DCS生产厂的硬件(包括I/O组件、控制站、操作员站、工程师站)不能互相代用，系统网络互不兼容，无法互通信息，控制组态软件种类繁多。甚至连拥有多个DCS生产厂的跨国仪表公司，其下属的各DCS生产厂的产品也有这种情况，如ABB公司，其下属的DCS有贝利 (Bailey)公司的INFI-90、阿西雅(Asea)公司的MASTER、哈特曼·布朗(Hartmann & Braun)公司的Freelance 2000。
　　
　　 近年来，这种情况有所改变，操作员站、工程师站可采用通用计算机；各个厂家纷纷放弃各自的系统网络转而采用通用计算机网络；当DCS融入现场总线技术时，甚至连I/O组件也可以选择。而唯一没有变化的是控制组态软件。控制组态软件互不通用，使用户每采用一种新的软件时就得重新学习，制造厂也得为控制组态软件的开发投入大量人力物力。
　　
　　 PLC在这方面走在 DCS的前面，早在1993年国际电工委员会(IEC)就制定了IEC1131 PLC的标准。
　　
　　 本文将通过对PLC标准化编程的IEC1131-3标准及其在PLC中的应用情况的介绍，分析该标准在DCS中应用的可能性及目前的应用状况。
　　
　　 一 PLC与IEC1131-3标准
　　
　　 基于微处理器的PLC自1968年问世以来，已取得迅速的发展，成为工业自动化领域应用最广泛的控制设备。当形形色色的PLC涌入市场时，国际电工委员会及时地于1993年制定了IEC1131标准以引导PLC健康地发展。
　　
　　 IEC1131标准共分为5个部分：IEC1131-1为一般信息，即对通用逻辑编程作了一般性介绍并讨论了逻辑编程的基本概念、术语和定义；IEC1131-2为装配和测试需要，从机械和电气两部分介绍了逻辑编程对硬件设备的要求和测试需要；IEC1131-3为编程语言的标准，它吸取了多种编程语言的长处，并制定了5种标准语言；IEC1131-4为用户指导，提供了有关选择、安装、维护的信息资料和用户指导手册；IEC1131-5为通信规范，规定了逻辑控制设备与其他装置的通信联系规范。
　　
　　 该标准是由来自欧洲、北美以及日本的工业界和学术界的专家通力合作的产物，在IEC1131-3中，专家们首先规定了控制逻辑编程中的语法、语义和显示，然后从现有编程语言中挑选了5种，并对其进行了部分修改，使其成为目前通用的语言。在这5种语言中，有3种是图形化语言，2种是文本化语言。图形化语言有梯形图、顺序功能图、功能块图，文本化语言有指令表和结构文本。IEC并不要求每种产品都运行这5种语言，可以只运行其中的一种或几种，但均必须符合标准。在实际组态时，可以在同一项目中运用多种编程语言，相互嵌套，以供用户选择最简单的方式生成控制策略。
　　
　　 正是由于IEC1131-3标准的公布，许多PLC制造厂先后推出符合这一标准的PLC产品。美国A-B公司属于罗克韦尔(Rockwell)公司，其许多PLC产品都带符合IEC1131-3标准中结构文本的软件选项。法国施耐德(Schneider)公司的Modicon TSX Quantum PLC产品可采用符合IEC1131-3标准的Concept软件包，它在支持Modicon 984梯形图的同时，也遵循IEC1131-3标准的5种编程语言。德国西门子(Siemens)公司的SIMATIC S7-300、S7-400、C7-620均采用SIMATIC软件包，其中梯形图部分符合IEC1131-3标准，而任选的软件S7-SCL(结构控制语言)可进行公式计算及复杂优化算法的简化运算等数据处理工作，另一个任选软件S7-GRAPH(标准化显示)可完成带多种条件转换的复杂顺序控制。据介绍，这两个任选软件相当于IEC1131-3 标准中的结构文本和顺序功能图。为方便用户，它们也可以提供转换软件将西门子公司(其产品包括已兼并的原德克萨斯仪表公司的PLC)早先使用的STEP5/TISOFT程序转换到SIMATIC S7系统中。德国倍福(Backhoff)公司的WinCAT PLC控制自动化系统采用了T WinCAT工控软件，它支持IEC1131-3标准的全部5种语言。台湾研华公司的ADAM-5510/P31及由北京集控公司经销的STAR P31 PLC产品均采用了Paradym-31软件包，它包含了IEC1131-3标准中规定的顺序功能图、梯形图和功能块图3种语言。
　　
　　 二 DCS采用IEC1131-3标准的可能性
　　
　　 曾为霍尼韦尔(Honeywell)公司、ABB贝利公司、西屋(Westinghouse)公司、罗克韦尔公司提供控制软件的一家美国公司，近期推出了带有PLC形式的M过程控制系统，但用户就M系统是否符合IEC1131-3标准的问题而提问时，该公司回答说：“IEC1131-3标准是专门为PLC系统制定的，它的目的是为逻辑控制器的开发提供一个基准，即使用相同的程序(甚至是相同的编程工具)，这些包括在技术标准中的许多要求并不适用于过程控制系统，因此M系统和许多DCS过程控制系统一样，发现IEC1131-3标准并不适用于过程控制”。
　　
　　 或许是因为担心影响公司产品在控制软件市场上的销售量，这样的观点在作者看来多少有点片面。事实上如今的PLC早已不是单纯的逻辑控制器，许多PLC产品已经吸取了DCS的长处，与DCS相互渗透并融为一体了；以往属于DCS的常规PID控制、高级回路控制、复杂的数学运算等功能在PLC产品中已屡见不鲜了；DCS要完成的功能，应该说PLC系统基本都能完成。因此许多学者认为DCS与PLC所实现的功能越来越接近，两者的差别将逐渐消失。PLC系统可以采用IEC1131-3标准完成控制软件组态工作，DCS借助这一标准也应该能够完成控制软件组态工作。
　　
　　 具体来说，DCS控制组态软件所涉及的功能主要包括开关量的逻辑控制、模拟量的PID控制和复杂的数学运算这3大类功能。采用梯形图、顺序功能图、指令表等编程语言可完成开关量的逻辑控制是不言而喻的；采用功能块图实现简单PID、高级回路控制也是可行的，更复杂的回路控制可以借助结构文本来实现；数学运算同回路控制一样，也可借助功能块图和结构文本语言。更复杂的要求在DCS中目前也是采用一些特殊的设备、特殊的组态方式加以处理的，如在霍尼韦尔公司的TDC-3000系统中，可采用应用组件、计算单元和CL高级控制语言专门完成这些工

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