工業(yè)過程控制新模式，您認(rèn)同嗎？

     本文出自于一資深從業(yè)者，從多年的過程控制系統(tǒng)的使用中，感受到的痛點(diǎn)很多，同時(shí)日積月累形成了自己的獨(dú)特見解和未來可期的方向，特別希望和更多同仁們探討，希望專業(yè)從業(yè)者讀完后，反饋您的見解，并加入到聯(lián)合探討群，快速形成跨越區(qū)域和企業(yè)的一個(gè)專業(yè)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過大家的探討，也許成為一個(gè)更廣的專業(yè)聯(lián)合體，兄弟同心，其利斷金！讓我們，在一起，贏未來！ 

     工業(yè)過程控制經(jīng)過幾十年的發(fā)展，無論是軟件，還是硬件，其技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)從很大程度上改變了編程和應(yīng)用的復(fù)雜性，但是始終沒有改變針對(duì)用戶工藝對(duì)控制器（PLC）一對(duì)一的編程模式，由于目前這種控制模式的局限性，進(jìn)一步讓工業(yè)過程控制的實(shí)現(xiàn)變得更為簡(jiǎn)單的可能性極?。粚?duì)與日俱增的工藝“柔性化”需求的適應(yīng)性也沒有質(zhì)的改變；工程的實(shí)現(xiàn)仍然是大量重復(fù)勞動(dòng)的堆積，由此，我們研發(fā)了“工業(yè)過程控制工藝引導(dǎo)系統(tǒng)”（Flashcontrol），系統(tǒng)包含TLC（Technological Logic Controller（工藝邏輯控制器，自命名），它不僅僅實(shí)現(xiàn)了PLC的全部功能，重要的是運(yùn)行的是用戶的工藝邏輯）和工藝邏輯描述軟件（圖形化工藝邏輯描述和SCADA）。

     力求通過一個(gè)嶄新的控制模式，簡(jiǎn)化控制實(shí)現(xiàn)的過程，推動(dòng)工業(yè)過程控制的進(jìn)步。為了很好的說明這一控制模式的特點(diǎn)，我們與目前控制模式作一簡(jiǎn)單的比較如下：1、PLC、DCS、FCS優(yōu)勢(shì)的融合，具有廣泛適應(yīng)性過程控制早是以集中控制（CCS）方式出現(xiàn)的，其典型代表就是PLC。為了控制更多的工藝設(shè)備，于是出現(xiàn)了大型PLC。但是，人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中意識(shí)到CCS架構(gòu)的布線成本、維護(hù)成本等都是巨大的，于是出現(xiàn)了集散式控制系統(tǒng)（DCS），DCS是以工控機(jī)（PC）為調(diào)度中心，通過通訊連接控制單元的控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)很大程度上解決了用戶現(xiàn)場(chǎng)布線及維護(hù)成本問題。從本質(zhì)上看，就是由資源豐富、性能強(qiáng)大的PC替代了大型PLC。

      這兩類控制系統(tǒng)各有優(yōu)勢(shì)并相互浸透，比如西門子的PCS7可以掛載PLC；而其系列PLC亦可通過PROFINET IO協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程IO的控制。然而，DCS系統(tǒng)架構(gòu)從本質(zhì)上講是一個(gè)主從結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性完全依賴于PC，控制單元的獨(dú)立性較差。

      于是，人們提出了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS），其基本的精髓是實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備自主運(yùn)行、管理及所需系統(tǒng)資源的自動(dòng)獲取，在所有智能控制單元完成控制目標(biāo)后，就實(shí)現(xiàn)了用戶的控制任務(wù)。按照這定義，這首先是一個(gè)去中心化的非主從結(jié)構(gòu)的控制模式。其重要意義在于程度杜絕了各個(gè)不相關(guān)的控制單元之間的依賴關(guān)系。系統(tǒng)資源的利用、系統(tǒng)運(yùn)行效率及可靠性、穩(wěn)定性都得以提高。FCS的實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)在于編程，在非中心化的結(jié)構(gòu)模式下，意味著我們要對(duì)每一個(gè)智能儀器儀表、工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編程。這個(gè)工作量是巨大的，沒有人愿意這樣做。而Flashcontrol的控制模式很好的解決了這一問題：首先、它是一個(gè)面向用戶工藝的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，而不是面向控制器（PLC）的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)控制器（PLC）的多少，工藝控制節(jié)點(diǎn)的多少，只是簡(jiǎn)單的“加減”關(guān)系，并不會(huì)像CCS及DCS那樣存在耦合關(guān)系；第二、它是一個(gè)面向工藝設(shè)備的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，F(xiàn)lashcontrol只研究工藝設(shè)備的終行為，其過程是系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，這是一個(gè)控制模式質(zhì)的飛躍，它解決了FCS系統(tǒng)控制器（PLC）的編程問題：“免編程”；同時(shí)，F(xiàn)lashcontrol系統(tǒng)的任務(wù)分配機(jī)制很好的協(xié)調(diào)了這一模式，第三、控制器的運(yùn)行與數(shù)據(jù)交換與PC無關(guān)。在無需監(jiān)控的情況下，可關(guān)機(jī)（PC機(jī)）運(yùn)行。因此，用戶工程不論是小系統(tǒng)，還是大系統(tǒng)，F(xiàn)lashcontrol的實(shí)現(xiàn)沒有什么不一樣。從工程成本、可靠性、實(shí)現(xiàn)工程的簡(jiǎn)單性等方面，F(xiàn)lashcontrol融合了其優(yōu)點(diǎn)，特別是實(shí)現(xiàn)工程簡(jiǎn)單性方面，更是質(zhì)的飛躍。

      2、SCADA與PLC Program無縫銜接，由工藝設(shè)備引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)用戶的控制需求SCADA是工藝圖形化展示的佳載體，也是工藝工程師易于理解的載體，然而，傳統(tǒng)的SCADA并沒有PLC用戶程序的生成能力，更沒有根據(jù)用戶工藝生成控制程序的能力，目前還沒有能夠編譯工藝的編譯器，這是FlashControl要解決的問題。用戶以圖形化的方式用FlashControl描述工藝設(shè)備需要的控制結(jié)果，由FlashControl分析這一結(jié)果需要的控制過程，獵取實(shí)現(xiàn)這一結(jié)果需要的系統(tǒng)資源，而不管這些資源所處位置，比如：ModeBus設(shè)備上、CAN設(shè)備上，生成智能驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的解析程序能夠理解這些數(shù)據(jù)，這是FlashControl并不針對(duì)具體控制器編程的原因，盡管，系統(tǒng)也有對(duì)工藝的邏輯描述，但針對(duì)的是工藝設(shè)備需求的結(jié)果，而不是控制過程，控制過程由系統(tǒng)自動(dòng)生成。從而擯棄了控制器的編程部分，實(shí)現(xiàn)了SCADA與PLC Program的無縫銜接，大大的簡(jiǎn)化了工程實(shí)現(xiàn)的難度、大大的提升了用戶工程實(shí)現(xiàn)的速度。這是目前控制模式不具備的特點(diǎn)，是控制模式的重大創(chuàng)新。目前控制模式：面向工藝設(shè)備控制過程，間接實(shí)現(xiàn)用戶的工藝控制目標(biāo)。Flashcontrol：面向工藝設(shè)備需求結(jié)果，直接實(shí)現(xiàn)用戶的工藝控制目標(biāo)。

       3、集束型用戶控制生成模式，無需逐一對(duì)控制器編程PLC的硬件核心是一顆CPU。我們都知道，要讓CPU運(yùn)行，必須對(duì)其編程。傳統(tǒng)的控制模式，對(duì)于一個(gè)用戶的工程控制系統(tǒng)，需要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的所有PLC進(jìn)行逐一編程，除非是并無邏輯運(yùn)算能力的遠(yuǎn)程I/O。西門子的PLC就能夠通過PROFINET IO協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程IO的控制。用一個(gè)形象的比喻，就是將人的“手”延伸到了控制現(xiàn)場(chǎng)，解決了用戶工程控制的不少問題。然而，這仍是一個(gè)主從模式，并沒有實(shí)現(xiàn)FCS定義的內(nèi)涵。FCS系統(tǒng)要求用戶工程并不集中于一個(gè)大型控制器          

    （PLC）中，而是由很多小型控制器（PLC）、智能儀器儀表并行運(yùn)行，每個(gè)控制單元實(shí)現(xiàn)用戶工程的局部控制任務(wù)，從全局來看，就實(shí)現(xiàn)了用戶的工藝控制需求。也就是“大腦”的延伸。然而，F(xiàn)CS系統(tǒng)的編程，讓控制工程師去實(shí)現(xiàn)它是復(fù)雜的，也是非常困難的。因此，盡管很多用戶控制看起來像FCS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但并沒真正意義上實(shí)現(xiàn)FCS系統(tǒng)架構(gòu)的內(nèi)涵。而FlashControl并不針對(duì)控制器逐一編程，而是以用戶的工藝為單位生成智能控制數(shù)據(jù)，替代了控制器的程序。這不但輕松滿足了FCS架構(gòu)需求，還大大簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難度，是控制模式的重大創(chuàng)新。目前控制模式：必須對(duì)系統(tǒng)中用到的控制器或者其他總線設(shè)備進(jìn)行一對(duì)一的編程，才能完成整個(gè)控制系統(tǒng)的目標(biāo)。 Flashcontrol：無需針對(duì)控制器逐一編程，而是以用戶的工程為單位生成智能控制數(shù)據(jù)，替代控制器的程序。

     4、工藝動(dòng)態(tài)配方+智能數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，適應(yīng)用戶工藝柔性化需求“柔性化”是定制化生產(chǎn)對(duì)控制系統(tǒng)提出的深層次要求。簡(jiǎn)單的說，就是控制系統(tǒng)能夠根據(jù)目前的工藝要求、運(yùn)行狀態(tài)，決定下一步的工藝控制需求。這是一個(gè)不小的話題，要解決的問題很多。目前看到的，非?？孔V的用戶工程，多是大量代碼、條件判斷的堆積。如何與MES系統(tǒng)銜接，更是一個(gè)復(fù)雜過程。

      而Flashcontrol的一項(xiàng)重要能力，就是將系統(tǒng)資源透明化。這些資源包括：開關(guān)、指示燈、設(shè)備、智能儀器儀表及SCADA的桌面控制元件、工藝模塊等。透明化，是指這些資源不論居于何處，不需去考慮是如何被傳輸及處理，系統(tǒng)只需要知道你希望用這些資源完成一個(gè)怎樣的工藝設(shè)備控制點(diǎn)。也就是說，你可以將用戶工藝控制的實(shí)現(xiàn)看成是一個(gè)大的配方，你可以無需編程自由引用這些資源。當(dāng)然，這個(gè)配方還不具備需要的“柔性”，但是，已具備智能數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的特性。一般來講，配方是多組SCADA可以改變的數(shù)據(jù)組。PLC可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)的不同執(zhí)行不同的操作。它雖然解決了工藝需求的一些實(shí)際問題，但由于數(shù)據(jù)改變的實(shí)時(shí)性及并未考慮工藝運(yùn)行的當(dāng)前狀態(tài)，要解決用戶工藝的“柔性化”問題，還是相去甚遠(yuǎn)?！肮に噭?dòng)態(tài)配方”是Flashcontrol提出的柔性化工藝控制的解決方式。“工藝動(dòng)態(tài)配方”是可以以任意形式嵌套并列運(yùn)行的具有尋址能力的數(shù)據(jù)組，例如：某配方的一個(gè)元素值發(fā)生變化，可以實(shí)時(shí)調(diào)度一系列“工藝動(dòng)態(tài)配方”來適應(yīng)這一變化。重要的還不是這點(diǎn)，重要的是配方的元素可以根據(jù)用戶工藝的當(dāng)前運(yùn)行的狀態(tài)，動(dòng)態(tài)的獲取元素的值。這一特性正是“柔性制造”的核心需求。

      這是目前模式不具備的特點(diǎn)。目前，MES仍然處于定制化階段，這主要是因?yàn)镸ES并不能事先確定廣泛的用戶工藝需求，只能針對(duì)實(shí)際工藝與PLC等程序進(jìn)行配合，由于Flashcontrol是針對(duì)工藝描述，而非控制過程的特點(diǎn)，或許能夠改變這一現(xiàn)狀。如果我們把Flashcontrol看成MES的一部分，會(huì)是什么情況呢？會(huì)不會(huì)就是傳說中的IT與OT的融合？5、工藝設(shè)備故障動(dòng)態(tài)處理機(jī)制工藝設(shè)備在運(yùn)行過程中，總是會(huì)出現(xiàn)故障，對(duì)工藝設(shè)備故障時(shí)的處理，從而保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全，顯得尤為重要。當(dāng)然，我們可以枚舉設(shè)備故障時(shí)的情形，進(jìn)行一一編程來處理這些情形，然而，對(duì)于一個(gè)稍大一點(diǎn)的用戶工程系統(tǒng)，這一過程是繁瑣的。

      Flashcontrol提供了一個(gè)工藝設(shè)備故障處理機(jī)制，用于大簡(jiǎn)化工藝設(shè)備故障時(shí)的處理過程。它實(shí)際上是一個(gè)“事件觸發(fā)”+配方的模式。由于該機(jī)制具有“動(dòng)態(tài)”特性，也就是說，它處理的結(jié)果可以與當(dāng)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)關(guān)聯(lián)，從而具有很高的靈活性。而其實(shí)現(xiàn)只需拖拽故障引發(fā)和故障引發(fā)后希望得到的處理圖形表，由系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)處理設(shè)備故障。因此工藝設(shè)備故障時(shí)的處理實(shí)現(xiàn)變得特別簡(jiǎn)單，是目前模式不具備的特點(diǎn)。6、行業(yè)專家知識(shí)應(yīng)用推廣平臺(tái)（待實(shí)現(xiàn)）各行各業(yè)都有很多控制類專家，對(duì)解決用戶工藝的特殊問題很有研究，然而，這些寶貴的經(jīng)過多年實(shí)踐得到的知識(shí)推廣應(yīng)用卻是困難的。其主要原因在于：
缺乏知識(shí)推廣應(yīng)用的源動(dòng)力；
      我們的手機(jī)上有很多的APP，這些APP大多不是系統(tǒng)提供商開發(fā)的，但是他們會(huì)提供一個(gè)工具或者一個(gè)平臺(tái)用于開發(fā)這些APP，APP提供者使手機(jī)的功能豐富多彩。為什么有那么多的人去開發(fā)手機(jī)上的APP呢？原因很簡(jiǎn)單，APP的提供者可以得到應(yīng)有的價(jià)值回報(bào)！在控制領(lǐng)域同樣也需要這樣一個(gè)工具或者平臺(tái)，使控制類知識(shí)提供者亦能得到他們應(yīng)有的價(jià)值回報(bào)，它不但解決了控制類知識(shí)提供者的源動(dòng)力問題，使控制類知識(shí)得以廣泛的推廣應(yīng)用，還大大的減少了重復(fù)性開發(fā)勞動(dòng)。2、控制類知識(shí)模塊嵌入實(shí)際系統(tǒng)的移植問題   

      控制類知識(shí)模塊與手機(jī)上的APP不同，APP是可以獨(dú)立運(yùn)行的程序，而控制類知識(shí)模塊只是一個(gè)細(xì)節(jié)，通常不能獨(dú)立運(yùn)行，需要系統(tǒng)資源的支持，比如系統(tǒng)變量、內(nèi)存等。這給控制類知識(shí)模塊的移植帶來很大困擾。因此，一般由控制器廠商來提供這些模塊，比如PID調(diào)節(jié)模塊等，但控制器廠商通常并不具備所有行業(yè)的控制經(jīng)驗(yàn)，它只能是一些通用模塊，并不針對(duì)行業(yè)的特殊應(yīng)用。Flashcontrol的目標(biāo)是讓這些控制類知識(shí)模塊看上去能夠獨(dú)立運(yùn)行，并不需要您去連接變量，分配內(nèi)存等，與系統(tǒng)保持很好的獨(dú)立性。當(dāng)模塊被系統(tǒng)引用時(shí)，這些連接、分配及與系統(tǒng)的關(guān)系被自動(dòng)建立，從而解決控制類知識(shí)模塊移植問題。 由于模式的不同，其太多的特點(diǎn)就不一一枚舉，比如：“裸機(jī)冗余”等。 

      總結(jié)：Flashcontrol以創(chuàng)新的控制模式，站在終用戶需求的角度，用另一視野，重新認(rèn)識(shí)工業(yè)過程控制?？焖?、簡(jiǎn)捷、透明的實(shí)現(xiàn)用戶工程控制，它不是用對(duì)控制器一對(duì)一的編程去“適應(yīng)”用戶工藝的多樣性，而是用數(shù)據(jù)的靈活性去“對(duì)抗”用戶工藝的多樣性，其模式的優(yōu)勢(shì)是明顯的，解決了現(xiàn)有模式無法解決或者解決起來困難的問題。顛覆了現(xiàn)有的工業(yè)過程控制實(shí)現(xiàn)方式。進(jìn)一步的研發(fā)，IT與OT的深度融合將變得更為容易實(shí)現(xiàn)。對(duì)推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步具有重要意義。已獲得發(fā)明專利及PCT，DEMO版已用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，尋找伯樂合作！