標準化編程的IEC1131-3在DCS中應(yīng)用分析

摘要：早期的DCS是完全封閉的，由各個生產(chǎn)廠自己生產(chǎn)I/O組件、控制站、操作員站、工程師站，自己設(shè)計開發(fā)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制組態(tài)軟件。用戶在其中任何一個環(huán)節(jié)都脫離不了該DCS生產(chǎn)廠，處處受其制約。也就是說，各個DCS生產(chǎn)廠的硬件(包括I/O組件、控制站、操作員站、工程師站)不能互相代用，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互不兼容，無法互通信息，控制組態(tài)軟件種類繁多……關(guān)鍵詞：PLCIEC1131-3標準DCS早期的DCS是完全封閉的，由各個生產(chǎn)廠自己生產(chǎn)I/O組件、控制站、操作員站、工程師站，自己設(shè)計開發(fā)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制組態(tài)軟件。用戶在其中任何一個環(huán)節(jié)都脫離不了該DCS生產(chǎn)廠，處處受其制約。也就是說，各個DCS生產(chǎn)廠的硬件(包括I/O組件、控制站、操作員站、工程師站)不能互相代用，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互不兼容，無法互通信息，控制組態(tài)軟件種類繁多。甚至連擁有多個DCS生產(chǎn)廠的跨國儀表公司，其下屬的各DCS生產(chǎn)廠的產(chǎn)品也有這種情況，如ABB公司，其下屬的DCS有貝利(Bailey)公司的INFI-90、阿西雅(Asea)公司的MASTER、哈特曼·布朗(Hartmann&Braun)公司的Freelance2000。近年來，這種情況有所改變，操作員站、工程師站可采用通用計算機；各個廠家紛紛放棄各自的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)而采用通用計算機網(wǎng)絡(luò)；當DCS融入現(xiàn)場總線技術(shù)時，甚至連I/O組件也可以選擇。而唯一沒有變化的是控制組態(tài)軟件?？刂平M態(tài)軟件互不通用，使用戶每采用一種新的軟件時就得重新學習，制造廠也得為控制組態(tài)軟件的開發(fā)投入大量人力物力。PLC在這方面走在DCS的前面，早在1993年國際電工委員會(IEC)就制定了IEC1131PLC的標準。本文將通過對PLC標準化編程的IEC1131-3標準及其在PLC中的應(yīng)用情況的介紹，分析該標準在DCS中應(yīng)用的可能性及目前的應(yīng)用狀況。一PLC與IEC1131-3標準基于微處理器的PLC自1968年問世以來，已取得迅速的發(fā)展，成為工業(yè)自動化領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的控制設(shè)備。當形形色色的PLC涌入市場時，國際電工委員會及時地于1993年制定了IEC1131標準以引導(dǎo)PLC健康地發(fā)展。IEC1131標準共分為5個部分：IEC1131-1為一般信息，即對通用邏輯編程作了一般性介紹并討論了邏輯編程的基本概念、術(shù)語和定義；IEC1131-2為裝配和測試需要，從機械和電氣兩部分介紹了邏輯編程對硬件設(shè)備的要求和測試需要；IEC1131-3為編程語言的標準，它吸取了多種編程語言的長處，并制定了5種標準語言；IEC1131-4為用戶指導(dǎo)，提供了有關(guān)選擇、安裝、維護的信息資料和用戶指導(dǎo)手冊；IEC1131-5為通信規(guī)范，規(guī)定了邏輯控制設(shè)備與其他裝置的通信聯(lián)系規(guī)范。該標準是由來自歐洲、北美以及日本的工業(yè)界和學術(shù)界的專家通力合作的產(chǎn)物，在IEC1131-3中，專家們首先規(guī)定了控制邏輯編程中的語法、語義和顯示，然后從現(xiàn)有編程語言中挑選了5種，并對其進行了部分修改，使其成為目前通用的語言。在這5種語言中，有3種是圖形化語言，2種是文本化語言。圖形化語言有梯形圖、順序功能圖、功能塊圖，文本化語言有指令表和結(jié)構(gòu)文本。IEC并不要求每種產(chǎn)品都運行這5種語言，可以只運行其中的一種或幾種，但均必須符合標準。在實際組態(tài)時，可以在同一項目中運用多種編程語言，相互嵌套，以供用戶選擇最簡單的方式生成控制策略。正是由于IEC1131-3標準的公布，許多PLC制造廠先后推出符合這一標準的PLC產(chǎn)品。美國A-B公司屬于羅克韋爾(Rockwell)公司，其許多PLC產(chǎn)品都帶符合IEC1131-3標準中結(jié)構(gòu)文本的軟件選項。法國施耐德(Schneider)公司的ModiconTSXQuantumPLC產(chǎn)品可采用符合IEC1131-3標準的Concept軟件包，它在支持Modicon984梯形圖的同時，也遵循IEC1131-3標準的5種編程語言。德國西門子(Siemens)公司的SIMATICS7-300、S7-400、C7-620均采用SIMATIC軟件包，其中梯形圖部分符合IEC1131-3標準，而任選的軟件S7-SCL(結(jié)構(gòu)控制語言)可進行公式計算及復(fù)雜優(yōu)化算法的簡化運算等數(shù)據(jù)處理工作，另一個任選軟件S7-GRAPH(標準化顯示)可完成帶多種條件轉(zhuǎn)換的復(fù)雜順序控制。據(jù)介紹，這兩個任選軟件相當于IEC1131-3標準中的結(jié)構(gòu)文本和順序功能圖。為方便用戶，它們也可以提供轉(zhuǎn)換軟件將西門子公司(其產(chǎn)品包括已兼并的原德克薩斯儀表公司的PLC)早先使用的STEP5/TISOFT程序轉(zhuǎn)換到SIMATICS7系統(tǒng)中。德國倍福(Backhoff)公司的WinCATPLC控制自動化系統(tǒng)采用了TWinCAT工控軟件，它支持IEC1131-3標準的全部5種語言。臺灣研華公司的ADAM-5510/P31及由北京集控公司經(jīng)銷的STARP31PLC產(chǎn)品均采用了Paradym-31軟件包，它包含了IEC1131-3標準中規(guī)定的順序功能圖、梯形圖和功能塊圖3種語言。二DCS采用IEC1131-3標準的可能性曾為霍尼韋爾(Honeywell)公司、ABB貝利公司、西屋(Westinghouse)公司、羅克韋爾公司提供控制軟件的一家美國公司，近期推出了帶有PLC形式的M過程控制系統(tǒng)，但用戶就M系統(tǒng)是否符合IEC1131-3標準的問題而提問時，該公司回答說：“IEC1131-3標準是專門為PLC系統(tǒng)制定的，它的目的是為邏輯控制器的開發(fā)提供一個基準，即使用相同的程序(甚至是相同的編程工具)，這些包括在技術(shù)標準中的許多要求并不適用于過程控制系統(tǒng)，因此M系統(tǒng)和許多DCS過程控制系統(tǒng)一樣，發(fā)現(xiàn)IEC1131-3標準并不適用于過程控制”。或許是因為擔心影響公司產(chǎn)品在控制軟件市場上的銷售量，這樣的觀點在作者看來多少有點片面。事實上如今的PLC早已不是單純的邏輯控制器，許多PLC產(chǎn)品已經(jīng)吸取了DCS的長處，與DCS相互滲透并融為一體了；以往屬于DCS的常規(guī)PID控制、高級回路控制、復(fù)雜的數(shù)學運算等功能在PLC產(chǎn)品中已屢見不鮮了；DCS要完成的功能，應(yīng)該說PLC系統(tǒng)基本都能完成。因此許多學者認為DCS與PLC所實現(xiàn)的功能越來越接近，兩者的差別將逐漸消失。PLC系統(tǒng)可以采用IEC1131-3標準完成控制軟件組態(tài)工作，DCS借助這一標準也應(yīng)該能夠完成控制軟件組態(tài)工作。具體來說，DCS控制組態(tài)軟件所涉及的功能主要包括開關(guān)量的邏輯控制、模擬量的PID控制和復(fù)雜的數(shù)學運算這3大類功能。采用梯形圖、順序功能圖、指令表等編程語言可完成開關(guān)量的邏輯控制是不言而喻的；采用功能塊圖實現(xiàn)簡單PID、