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   五、真正开放的PLC——OpenPLC
   
    1．OpenPLC概念的由来
   
    OpenPLC的概念也是在实际的工业应用中产生的。1995年，在中国的马鞍山钢铁公司的动力调度中心，面临一个问题，动力调度中心要监控马钢来自发电厂、水厂、煤气厂和动力厂（负责电力输送）的各类能源和动力信号，但这四个数据来源，包括这些能源与动力的输送的管网所涉及的上百个变电所、增压站和泵站的自身的控制系统是不兼容的，有的还是专用系统，不仅没有协议，连开发人都已经无法找到。除了通讯不兼容外，连这几个系统的控制结构也大相径庭，电厂是类似于DCS的结构，水厂和气厂是PLC结构，动力厂是SCADA结构，对集成人员理解系统也形成了较大的困难。该项目后虽然没有用OpenPLC解决（当时还没有），但该项目的需求导致了OpenPLC的诞生。
   
    针对过程控制和离散制造业普遍存在的，各类控制要求不同的系统的互连的问题，本文作者提出了设计一个新型的开放式控制系统的构想。因为该系统的目的是要尽可能地适用各类不同的应用场合，因此，定名为开放式可编程控制系统，而英文则是OpenProgrammableLogicController，缩写为OpenPLC。该系统从1995年开始构思，到1997年基本明确设计思想，几条主要的设计原则如下：
   
    ① OpenPLC应该是一种以PC技术为基础的系统，尤其是在能够发挥出PC特色的场合（如网络，与外界的连接，优化，专家系统，操作界面，数据监测，文件记录和打印等），工作由以PC为基础的系统来承担；
   
    ② 在底层，需要高可靠和实时控制时，由分散控制系统承担，但它不同于现场总线，它不是基于仪表的系统，而是基于系统的系统，仪表仍是普通仪表，只是将I/O和控制单元放在了现场，传回中央控制室的是数字信号，而不是模拟的4—20mA信号，要求原来的仪表仍然可用；
   
    ③ 在I/O点较集中的场合，可以采用类似于DCS或PLC的机柜或机架，内部模块用总线或网络连接，整个系统应该具有较高的可靠性，同时有较好的兼容性和开放性；
   
    ④ 系统应该具有真正的分布性，前端可集中，也可以延续几百米、几公里甚至几千公里（在地球的另一端），为此，系统必须具备与TCP/IP兼容的协议和WEB服务器；
   
    ⑤ 规模也可以从小至几十点，大至几千点甚至几十万点。系统I/O规模的增加不应该导致系统的大的改变。
   
    OpenPLC的概念的创始人建立了德维森公司，当时公司很小，没有开发硬件和软件的实力；因此他们采取了OEM的方式，也就是利用国际上其它公司的合适的软件和硬件来实现OpenPLC的系统理念。所幸，这时国际上也开始兴起了开放式系统的浪潮，涌现出了一批热衷于开放式系统的公司（但没有一家是有名气的大公司）。该系统一开始曾经受过日本横河公司的CENTUMCS的概念的启发，也考虑了ROSEMOUNT的DELTA-V的现场总线与PC-BASED的合一的开放概念，也参考过美国OPTO22的SNAPI/O系统的带有以太网接口的I/O模块，但上述系统的昂贵的价格使得OpenPLC不得不寻求更新的价格。终，对OpenPLC影响大的，是美国SOFTPLC的概念，OpenPLC的研究小组希望将SOFTPLC的概念成功在更广的领域内应用，为了摆脱SOFTPLC的品牌关联，当时决定以柔性控制系统TCS(TailoredControlSystem)的名称形成了开放式可编程控制系统的前身系统。

PLC让你满足了吗？
    自动化行业的历史已经成为工程和技术的发展史，但有时发展似乎并不能满足用户愈来愈多的需求。新的现场设备、更复杂的过程、将数据反馈给企业网络的需求，所有这些要求都可能让一个控制工程师崩溃。
    随着自动化应用的飞速发展，不少曾经被视为强大和面向未来的系统已逐渐被淘汰。甚至于一些运行多年先进的控制系统造车网版权所有，仍受着当时的设计和制造能力所限。
历史一览
    过去的自动化系统一般都是为特定行业在特定目的下开发的。例如，可编程逻辑控制器（PLC）初是为取代控制和监测离散机器及设备的机械继电器而开发，如灌装厂的开关控制。这些继电器本质上就是开关，或开或关，PLC内部的梯形逻辑编程用于模拟原来继电器的功能。
    对于一个大量离散应用的系统，中心控制器的任务是系统地读取所有输入/输出（I/O）点的状态，处理逻辑，反馈给I/O输出，并快速地不断反复这程。PLC速度无疑很快。

图1

输入模拟量

    作为对比，许多复杂的过程如炼油、污水处理往往使用较少的开/关数字量信号。这些过程涉及大量的可变模拟信号如温度、压力、变量泵等。不同类型的系统—集散控制系统（DCS），就是为了适应这些应用而开发的。
    在DCS中，读、写及逻辑处理都不是集中在中心控制器，而是分散到一些被控装置附近的小型智能单元中。中心控制器提供集中管理。
    分布式智能对于过程控制是必不可少的，因为模拟信号和逻辑对处理能力有更大的需求。例如，将电信号转换成摄氏温度涉及复杂的数学公式。一个单一的控制器无法处理所有这些模拟任务；若分工进行，即使非常大的系统也能顺畅运行。
当代的挑战

    如今的自动化应用已不再被狭义地界定。离散控制和过程控制都需要涉及到任务中。我们可以看到这一趋势，大型DCS生产商的新产品中包含混合系统，如Emerson的DeltaV®及ABB的Freelance®。
    控制工程师花费大量的时间开发和运行的离散系统现在可能需要在增加过程控制。由于PLC系统和DCS架构的差异，从PLC方向发展的混合系统将面临一些问题。
过程控制的替代
    对PLC系统新增过程控制会涉及成本、集成、系统性能等问题。一个完整的DCS由于尺寸、费用以及系统学习的复杂性很难进行调整。对于企业中中小型的过程控制，如药品、食品及饮料行业或水、污水处理等应用，一个完整的DCS有些浪费。
    使用新的混合系统可能意味着放弃一个现有的良好运行的系统。相反地，将DCS与你的现有系统集成又很困难，因为这些系统是私有的。处于制造和市场的目的，一般这些系统被设计成封闭系统。
    基于PC的过程控制是一种可能性，但是操作系统的可靠性和工业应用对硬件的要求仍存有疑虑。而集成也可能较困难，涉及工程时间和费用问题。
    如何简单地使用PLC的过程控制及离散制造？新的PLC提供模拟量功能，PLC制造商为了满足过程控制的需要，近新增了功能。
    但是基于PC控制和PLC系统都缺少分布式智能，而这一智能恰恰是DCS的优势。因此任何大量的模拟量逻辑将减缓扫描次数，增加网络负荷，逆向地影响系统能力。对于模拟量设备，减少扫描次数还尚能接受，但对运行数字量控制的PLC则无法负担延缓下来的关键数字量响应时间。

图2 DCS系统集散控制能源