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    1 研究背景與技術(shù)現(xiàn)狀

    以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化是我國(guó)加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化的必然選擇；自動(dòng)化是信息化的基礎(chǔ)和保障，是信息化的關(guān)鍵和依靠；大型煉油、石化、煤化工、大型造紙機(jī)等工業(yè)裝置是多種技術(shù)和眾多設(shè)備的集成，具有大型化、高度關(guān)聯(lián)、工況復(fù)雜等特點(diǎn)，涉及工藝、材料、設(shè)計(jì)、加工制造、優(yōu)化運(yùn)行等，具有可靠性要求高、系統(tǒng)規(guī)模大、控制策略復(fù)雜、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，沒(méi)有先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)與可靠穩(wěn)定的控制裝備，任何大型裝置都無(wú)法正常、安全、高效運(yùn)行。自動(dòng)化控制裝備是大型工業(yè)裝置可靠運(yùn)行的神經(jīng)中樞和安全保障。計(jì)算機(jī)控制裝置或稱主控系統(tǒng)，是自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，是“大腦和神經(jīng)系統(tǒng)”，而在國(guó)內(nèi)大型裝置或關(guān)鍵裝置的自動(dòng)化系統(tǒng)中尚缺乏中國(guó)自主的高端主控系統(tǒng)。

    計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要包括：DCS集散控制系統(tǒng)、FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)、PLC可編程邏輯控制器、IPC基于工業(yè)PC與組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、CNC數(shù)控裝置共五大主控系統(tǒng)，并表現(xiàn)為相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)、相互融合的發(fā)展趨勢(shì)。

    從信息采集、信息傳輸、信息處理、信息應(yīng)用的角度可以統(tǒng)一概括五大類(lèi)主控系統(tǒng)，并發(fā)現(xiàn)其技術(shù)特征與技術(shù)趨勢(shì)。數(shù)據(jù)采集：智能傳感、智能調(diào)理；數(shù)據(jù)傳輸：現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)；運(yùn)算控制：IEC61131-3、IEC61499；綜合管理：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、MES/ERP。

    1.1數(shù)據(jù)采集

    主要技術(shù)趨勢(shì)是智能傳感與智能調(diào)理。表現(xiàn)為傳感器微型化、智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化；I/O模塊化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，并提出開(kāi)放型總線I/O； 

    1.2 數(shù)據(jù)傳輸

    主要技術(shù)趨勢(shì)為現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛運(yùn)用。表現(xiàn)為數(shù)字化數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)更可靠、更復(fù)雜、更精確的信號(hào)處理；開(kāi)放化，標(biāo)準(zhǔn)化，可互操作性，用戶省時(shí)省力的選擇集成各種產(chǎn)品；分散化，提高可靠性，降低布線、調(diào)試、維護(hù)費(fèi)用；工業(yè)以太網(wǎng)，數(shù)字式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、可互操作性、開(kāi)放性和網(wǎng)絡(luò)功能，技術(shù)開(kāi)放、應(yīng)用廣泛、持續(xù)發(fā)展；

    1.3運(yùn)算控制

    主要是統(tǒng)一采用IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)并發(fā)展IEC61499。包括IEC61131-3：梯形圖LD、功能塊圖FBD、結(jié)構(gòu)文本ST、順序功能圖SFC、指令表IL。

    1.4綜合管理

    主要是基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)支持MES/ERP的應(yīng)用。其中實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)軟件包括：InTouch、Fix、WizCon、Citect、PCVUE、TraceMode、KingView、MCGS；信息集成平臺(tái)軟件包括：PI、InSite、Cimnet、InfoLink、POMS；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：高可靠性設(shè)計(jì)目標(biāo)、實(shí)時(shí)性技術(shù)指標(biāo)、完備簡(jiǎn)單高效的接口、數(shù)據(jù)獨(dú)立性、系統(tǒng)可伸縮性。

    計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：為開(kāi)發(fā)人員和最終用戶提供應(yīng)用粒度盡可能大的技術(shù)平臺(tái)，又稱控制組態(tài)應(yīng)用平臺(tái)、系統(tǒng)使能器或集成應(yīng)用平臺(tái)。即為復(fù)雜多樣化的應(yīng)用對(duì)象提供標(biāo)準(zhǔn)成套化的控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)與軟件平臺(tái)。因此，主控系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性、運(yùn)行可靠性、系統(tǒng)開(kāi)放性與編程友好性最為關(guān)鍵，也是其技術(shù)開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)所在。

    2 技術(shù)思路及研究?jī)?nèi)容

    2.1控制系統(tǒng)可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性分析基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)研究

    控制系統(tǒng)可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性分析基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)研究，包括容錯(cuò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析、容錯(cuò)機(jī)制研究、算法語(yǔ)言編程與運(yùn)行機(jī)制設(shè)計(jì)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

              

                           圖1 新一代主控系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    故障-安全的硬件和軟件平臺(tái)的容錯(cuò)技術(shù)研究，功能檢驗(yàn)規(guī)范、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、安全評(píng)估研究，容錯(cuò)控制系統(tǒng)中央控制單元硬件設(shè)計(jì)、控制內(nèi)核研制；

    實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)各功能部件的冗余設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)證，電源模件、控制模件、IO模件、控制網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)均支持硬件雙重化冗余或三重化冗余；

    系統(tǒng)內(nèi)置所有的開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入表決算法、輸出表決算法、輸入輸出自檢和故障報(bào)告機(jī)制，并通過(guò)FPGA可編程陣列硬件芯片實(shí)現(xiàn)相關(guān)的硬件表決算法；

    輸入模塊、控制模塊、輸出模塊，可以采用單重化、雙重化、三重化的多種冗余組合，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的冗余配置與冗余底座的選擇，可以靈活配置冗余方案；

    通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的檢測(cè)診斷電路與故障診斷軟件，對(duì)數(shù)據(jù)線、地址線、通訊線、內(nèi)存區(qū)、數(shù)據(jù)塊、單元電路進(jìn)行診斷定位，并自動(dòng)對(duì)其補(bǔ)償、隔離、重構(gòu)，支持在線維修和部件在線更換；

    采用智能調(diào)理與路路隔離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)I/O模塊，點(diǎn)點(diǎn)隔離、在線診斷、點(diǎn)點(diǎn)在線更換，故障識(shí)別到點(diǎn)級(jí)，進(jìn)一步降低平均修復(fù)時(shí)間MTTR。

    2.2控制系統(tǒng)功能可靠性分析與設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)研究

    系統(tǒng)功能可靠性仿真是一種新型的可靠性建模與分析的技術(shù)方法，它以數(shù)字仿真為手段，從性能設(shè)計(jì)思維出發(fā)，強(qiáng)調(diào)通過(guò)分析系統(tǒng)內(nèi)部的功能關(guān)系和功能層次，建立統(tǒng)一的性能與可靠性分析模型，實(shí)現(xiàn)用單一模型分析性能及可靠性；它能利用性能數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)性能可靠性，而不一定需要可靠性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，它不但可以綜合分析性能參數(shù)漂移、硬件損傷、環(huán)境因素、時(shí)間因素對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響，還可以處理故障相關(guān)性(含序列相關(guān)性)、系統(tǒng)的多態(tài)性及非單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)等方面問(wèn)題。主要研究?jī)?nèi)容如下：

    （1）明確功能可靠性分析與仿真的概念及其技術(shù)內(nèi)涵。系統(tǒng)功能可靠性的分析對(duì)象著眼于系統(tǒng)，它不僅針對(duì)系統(tǒng)的規(guī)定功能，更重要的是它強(qiáng)調(diào)分析系統(tǒng)內(nèi)部的功能關(guān)系和功能層次。它不僅能夠分析性能參數(shù)波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響，而且還能依據(jù)系統(tǒng)的物理背景分析系統(tǒng)內(nèi)各單元突發(fā)故障(如斷路、短路等)的影響。

    （2）提出適用于控制系統(tǒng)的性能和可靠性分析和仿真的統(tǒng)一模型。功能可靠性仿真法的主要目標(biāo)就是要在統(tǒng)一的模型環(huán)境下，將系統(tǒng)可靠性分析同系統(tǒng)的性能分析完全結(jié)合在一起，因此尋求和研究一種通用的、既能夠描述系統(tǒng)可靠性的特點(diǎn)、又能夠描述系統(tǒng)的性能特性的建模及分析方法是實(shí)現(xiàn)功能可靠性仿真分析的前提和基礎(chǔ)。

    （3）提出實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)功能可靠性分析和仿真平臺(tái)的技術(shù)途徑。功能可靠性仿真技術(shù)的實(shí)現(xiàn)不僅是建立在可靠性工程技術(shù)的基礎(chǔ)上，還是建立在性能專業(yè)的工程技術(shù)的基礎(chǔ)之上，因而功能可靠性仿真平臺(tái)的開(kāi)發(fā)要充分考慮到對(duì)可靠性和性能專業(yè)現(xiàn)有技術(shù)成果及工具的利用，以減少開(kāi)發(fā)的工作量。因此其實(shí)現(xiàn)策略需要根據(jù)技術(shù)積累、資金和人力等實(shí)際條件進(jìn)行認(rèn)真的權(quán)衡和分析，并最終確定仿真平臺(tái)的開(kāi)發(fā)途徑和具體的實(shí)現(xiàn)方式。

    （4）以大型工業(yè)工程典型控制系統(tǒng)為例，驗(yàn)證所做工作的正確性、適用性和有效性。

    2.3 控制工程應(yīng)用軟件平臺(tái)研究

    控制工程應(yīng)用軟件平臺(tái)是應(yīng)用于控制系統(tǒng)的集成開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)，集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、算法執(zhí)行、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能于一體。包括實(shí)時(shí)控制組件、編程組態(tài)組件、圖形監(jiān)控組件，分別運(yùn)行在不同的硬件平臺(tái)上，并通過(guò)各級(jí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，互為配合協(xié)調(diào)，交換各種數(shù)據(jù)及控制、管理信息，完成整個(gè)控制系統(tǒng)的各種功能。是基于組件編程技術(shù)、OPC標(biāo)準(zhǔn)、多媒體圖形界面（GUI）技術(shù)、Script語(yǔ)言技術(shù)、透明網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)、編譯技術(shù)、開(kāi)放系統(tǒng)技術(shù)、IEC61131-3編程標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)形象友好、功能強(qiáng)大、穩(wěn)定開(kāi)放的可視化組態(tài)編程環(huán)境。軟件整體結(jié)構(gòu)構(gòu)成如圖2所示。

    控制工程應(yīng)用軟件平臺(tái)采用基于窗口管理的可視化組態(tài)理念，形象友好地構(gòu)造可靠的生產(chǎn)過(guò)程和事務(wù)管理監(jiān)控系統(tǒng)；構(gòu)件結(jié)構(gòu)式的框架使各模塊獨(dú)立性強(qiáng)、性能穩(wěn)定，也使得集成第三方組件進(jìn)行功能擴(kuò)展變得輕而易舉；豐富的設(shè)備庫(kù)和簡(jiǎn)潔的圖庫(kù)管理功能讓用戶能便捷地裝入已建設(shè)備，并在原有基礎(chǔ)上輕松地改進(jìn)畫(huà)面；支持TCP/IP、Modem、RS485/422/232等多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的透明網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)使多機(jī)分布式監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)開(kāi)發(fā)無(wú)需任何網(wǎng)絡(luò)背景；提供ODBC開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)接口，支持常用的MIS數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)如Sybase、InfoMix、dBase、Oracle等的接口；通過(guò)提供OLE Automation接口、DDE數(shù)據(jù)交換接口、驅(qū)動(dòng)程序接口等，完全實(shí)現(xiàn)OPC規(guī)范（OPC客戶及OPC服務(wù)器），全方位地開(kāi)放于用戶；提供符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的控制編程語(yǔ)言，編程環(huán)境直觀易用、功能強(qiáng)大，最小化編程人員的培訓(xùn)時(shí)間和費(fèi)用，有效縮短工程開(kāi)發(fā)周期；開(kāi)放的算法接口接受以C語(yǔ)言或IEC61131-3語(yǔ)言編制的控制程序，功能塊可以在不同的工程中反復(fù)使用；功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試功能可以進(jìn)行斷點(diǎn)設(shè)置、單步調(diào)試和在線監(jiān)控，大大提高了程序調(diào)試與糾錯(cuò)效率；支持在線組態(tài)、在線下裝、運(yùn)行系統(tǒng)操作和變量操作（強(qiáng)制、賦值、觀測(cè)），通過(guò)TCP/IP協(xié)議可以在本地實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程系統(tǒng)的在線監(jiān)控、診斷和操作；提供精準(zhǔn)穩(wěn)定的報(bào)警服務(wù)，通過(guò)對(duì)報(bào)警組和報(bào)警優(yōu)先級(jí)別的管理，實(shí)現(xiàn)報(bào)警的實(shí)時(shí)記錄與歷史查詢。

                

                   圖2 控制工程應(yīng)用軟件平臺(tái)軟件結(jié)構(gòu)圖

    2.4 自動(dòng)化系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)技術(shù)研究

    自動(dòng)化系統(tǒng)集成，就是根據(jù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用需求，將自動(dòng)化儀表與控制裝置（含系統(tǒng)軟件、工具軟件等）、通訊網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)的應(yīng)用軟件組合成為有實(shí)用價(jià)值的具有良好性價(jià)比的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的全過(guò)程。自動(dòng)化系統(tǒng)集成是項(xiàng)目管理、設(shè)計(jì)藝術(shù)、工程技術(shù)的綜合運(yùn)用。

    傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)是面向過(guò)程的，是以一系列的線性步驟或程序序列所組成，而這些步驟或序列是松散孤立的，各步驟或環(huán)節(jié)之間存在銜接障礙，僅僅通過(guò)控制系統(tǒng)工程師的設(shè)計(jì)思想與具體編程聯(lián)系在一起的；無(wú)論是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，還是維護(hù)修改，都需要控制工程師綜合能力，包括裝備工藝知識(shí)、控制工程知識(shí)、計(jì)算機(jī)編程知識(shí)、項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)等的積累與發(fā)揮，并耗費(fèi)大量時(shí)間；因此，傳統(tǒng)基于過(guò)程的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)工作量大，可重用性差，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)效率低。

    本研究通過(guò)建立典型裝備模型庫(kù)（靜動(dòng)態(tài)模型與工藝數(shù)據(jù)）、控制方法庫(kù)（設(shè)備控制及過(guò)程優(yōu)化算法與運(yùn)行參數(shù)）、顯示界面庫(kù)（顯示與操作單元），構(gòu)建基礎(chǔ)元件三維描述模型庫(kù)與行業(yè)裝備三維描述模型庫(kù)，改變傳統(tǒng)基于邏輯過(guò)程描述的自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方式，提出面向工程對(duì)象的基于裝備的自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)模式，通過(guò)繼承、派生、重構(gòu)機(jī)制，顯著提高工程設(shè)計(jì)效率與應(yīng)用軟件可靠性；通過(guò)把抽象、孤立、松散的數(shù)據(jù)（常數(shù)、參數(shù)、變量等）、函數(shù)（計(jì)算、語(yǔ)義等）、圖形（線條、多邊形、色塊等），構(gòu)建為緊密關(guān)聯(lián)并具有物理意義的裝備模型、裝備控制、裝備界面，實(shí)現(xiàn)抽象數(shù)據(jù)到具體裝備，過(guò)程編程到對(duì)象編程的設(shè)計(jì)提升；使自動(dòng)化工程師的工程設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新性、藝術(shù)性、經(jīng)驗(yàn)性，得以規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化，實(shí)現(xiàn)可共享、可繼承、可升級(jí)的工業(yè)裝備自動(dòng)化系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)模式；改變裝置工藝流程設(shè)計(jì)與自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)長(zhǎng)期相互孤立局面，改善工藝設(shè)計(jì)、裝備設(shè)計(jì)、電氣控制、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制等長(zhǎng)期存在的專業(yè)隔閡問(wèn)題；同時(shí)，通過(guò)有效提煉專家知識(shí)與工程經(jīng)驗(yàn)，只需導(dǎo)入或簡(jiǎn)單設(shè)置裝備參數(shù)，即可以自動(dòng)生成所需的控制策略，從而可以顯著降低設(shè)計(jì)使用者的技術(shù)門(mén)檻，顯著減少低水平重復(fù)勞動(dòng)；是提高自動(dòng)化行業(yè)整體水平的支撐工具與有效手段。

    2.5基于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)統(tǒng)一模型的流程工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)研究

    基于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)統(tǒng)一模型的流程工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)研究。流程工業(yè)包括石化、電力、冶金、制藥、造紙、輕工、環(huán)保等在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)地位的行業(yè)，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)。相對(duì)于建立能充分反映系統(tǒng)全局動(dòng)態(tài)的精確模型而言，用戶更關(guān)注于得到一些對(duì)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)有益的不精確甚至僅僅是定性正確的信息。流程工業(yè)中的數(shù)據(jù)分布在生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)方面，貫穿于整個(gè)管理運(yùn)營(yíng)過(guò)程中。從信息集成角度看，存在于流程工業(yè)約80%的非結(jié)構(gòu)化信息，如設(shè)備管理、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、供應(yīng)鏈管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表和視頻/音頻/文本等，導(dǎo)致MES和ERP因不能充分利用相關(guān)信息而無(wú)法有效發(fā)揮作用。同時(shí)，過(guò)程控制中的大量時(shí)序信息、實(shí)時(shí)信息也不能與管理信息系統(tǒng)有效集成。結(jié)合流程工業(yè)數(shù)據(jù)多實(shí)時(shí)性、多語(yǔ)義性、多時(shí)空性、多尺度性的數(shù)據(jù)特點(diǎn)以及隱性行業(yè)知識(shí)，在海量數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、檢索和處理基礎(chǔ)上，采用本項(xiàng)目基于對(duì)象的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)統(tǒng)一模型，構(gòu)建工程對(duì)象模型與行業(yè)數(shù)據(jù)模板，實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)整合，構(gòu)建基于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的流程工業(yè)集成信息平臺(tái)，填補(bǔ)過(guò)程控制系統(tǒng)PCS與MES、ERP之間的數(shù)據(jù)鴻溝，支撐綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。首先建立符合流程工業(yè)行業(yè)特征的工程對(duì)象模型，對(duì)收集到的各種生產(chǎn)信息進(jìn)行深層次數(shù)據(jù)挖掘，統(tǒng)一描述各種結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息。包括：生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控（流量、溫度、壓力等）信息；設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)操作信息；設(shè)備調(diào)度信息，設(shè)備的報(bào)警信息；監(jiān)控視頻、聲音、圖像等多媒體信息；各種報(bào)表信息等；以上信息存在著毫秒級(jí)的實(shí)時(shí)監(jiān)控信息，秒級(jí)的設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)操控和多媒體信息，無(wú)時(shí)間限制的報(bào)表信息，就數(shù)量而言達(dá)到GB/秒。通過(guò)解決瞬時(shí)信息量龐大、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性差異大、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制各異等技術(shù)難點(diǎn)，基于工程對(duì)象模型，采用分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)管理機(jī)制，針對(duì)各種數(shù)據(jù)類(lèi)型選擇本非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中各異的存儲(chǔ)模式與查詢算法，構(gòu)建流程工業(yè)集成數(shù)據(jù)平臺(tái)，并在大型石化、大型造紙、電力等行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用研究與系統(tǒng)驗(yàn)證。如圖3所示。

                   

                     圖3 基于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)統(tǒng)一模型的流程工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    2.6實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通用實(shí)時(shí)中間層協(xié)議的研究開(kāi)發(fā)

    實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通用實(shí)時(shí)中間層協(xié)議的研究開(kāi)發(fā)；現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158 Ed.4問(wèn)世，說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)的多元化是既成事實(shí)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也不能回避；只要是用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信的協(xié)議，不論其采用經(jīng)典的現(xiàn)場(chǎng)總線的協(xié)議，還是采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的協(xié)議，均可列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；面向過(guò)程控制領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)、面向制造自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)，以及面向運(yùn)動(dòng)控制的現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)，都可納入國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)；納入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明20種協(xié)議都符合工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范；這是一個(gè)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中持續(xù)改進(jìn)和廠商市場(chǎng)利益博弈的階段性平衡；類(lèi)似于IP作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域應(yīng)用最廣最具權(quán)威的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使得各種應(yīng)用協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)連接在一起；實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通用實(shí)時(shí)中間層協(xié)議的研究開(kāi)發(fā)，則可以最終實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中由不同制造廠商提供的設(shè)備之間的共存性、可互連性、可協(xié)作性、可互操作性和可互換性。

    3 研究成果與應(yīng)用推廣

    基于新一代主控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)與軟件平臺(tái)，進(jìn)行行業(yè)裝備自動(dòng)化系統(tǒng)的工程推廣與應(yīng)用研究。硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件配置與基礎(chǔ)控制；控制工程應(yīng)用軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)圖形監(jiān)控、控制編程、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)界面編程等，構(gòu)建一個(gè)形象友好、功能強(qiáng)大、穩(wěn)定開(kāi)放的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境；成套專用控制裝置研究和開(kāi)發(fā)典型工業(yè)裝備建模、控制與優(yōu)化算法及系統(tǒng)集成技術(shù)，建立多種關(guān)鍵裝備多品種多規(guī)格的裝備模型庫(kù)、先進(jìn)控制與裝備優(yōu)化算法庫(kù)及工程應(yīng)用模板，開(kāi)發(fā)配套自動(dòng)化綜合集成系統(tǒng)。如圖4所示。

    近5年，在自動(dòng)化領(lǐng)域，獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)：全集成新一代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，2006年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；全集成新一代主控系統(tǒng)，2005年度浙江省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)；裝備自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，2007年度教育部高等學(xué)校技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)；已發(fā)表SCI收錄論文近10篇，專利4項(xiàng)，軟件著作權(quán)12項(xiàng)；可編程自動(dòng)化系統(tǒng)與高可靠安全主控系統(tǒng)完成研制開(kāi)發(fā)，并于2009年11月4日通過(guò)專家技術(shù)鑒定，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)高端控制系統(tǒng)的空白，整體達(dá)國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。目前，已推廣應(yīng)用600余套，包括化工、熱電、環(huán)保、制藥、建材、石化、電力等行業(yè)。

                  

                   圖4 新一代主控系統(tǒng)之一的UW500集散控制系統(tǒng)