一、引言

隨著網絡化技術的飛速發展和現場總線技術的蓬勃興起以及在工業控制領域的廣泛應用，國內外的控制系統生產廠商紛紛推出自己的分布式控制新產品，促進了4C（Computer，Control，Communication，CRT）技術在工業控制領域更加緊密的結合，新型的控制系統功能更強大，運行更可靠。每一種新型控制系統的誕生通常總伴隨著一種上位策略組態軟件的設計實現。系統控制策略組態軟件是分布式控制系統中的上位軟件部分，是用戶與系統的接口，完成控制系統中現場設備運行的邏輯組態，從而實現對系統的控制，是系統不可缺少的組成部分。面對這樣一個種類繁多、特色各異的各種分布式控制系統和策略組態軟件競相存在的局面，在系統中擔當著重要角色的策略組態軟件向什么方向發展是一個值得探討和仔細研究的問題。

二、歷史的回顧

系統控制策略組態軟件的開發是與分布式控制系統的產生及發展密切相關的。

早期的分布式控制系統是封閉的，各個系統生產廠家獨立生產自己的產品組件，如I/O模塊、控制站、操作員站及工程師站等，并完全獨立設計開發系統網絡和控制組態軟件，用戶使用中的每一個環節都要受到生產廠家的制約。各個廠商之間的硬件產品不能夠相互替代，通信網絡所采用的體系和協議也各不相同。

近年來，隨著計算機技術的不斷發展和系統軟硬件功能的不斷強大，這種情況有所改善。操作員站、工程師站大多采用了通用計算機，計算機系統的軟硬件都具備了可互換性；同時，在通信網絡方面，各大廠商也都開始紛紛采用兼容性強的通用計算機網絡，如以太網、RS-232/484等。現場總線技術的誕生給分布式控制系統注入了新的活力，使分布式控制系統具有了真正意義上的全分布式體系。現場總線國際標準的制定進一步提高了控制系統的互操作性和互換性。

相對于分布式系統硬件及底層軟件的快速發展，上位策略組態軟件的開發在通用性、互換性上卻相對落后了。各系統生產廠商在上位策略組態軟件的開發上都是獨立進行的，組態軟件在設計風格和規范上也都迥然不同，在界面友好程度、易用性和組態效率上更是千差萬別。由此造成的直接后果是：用戶（如現場工程師）每接觸到一種新的控制系統都要對其策略組態軟件的體系結構、編程語言和使用方法進行重新學習，由此形成了提高生產效率的瓶頸；而對于廠商來說，則需要不斷按照用戶提出的各種需求改進軟件產品，在組態軟件的開發、維護、升級上將投入大量的人力物力。

基于微處理器的PLC控制系統自從1968年誕生以來取得了迅速的發展，成為工控領域廣泛應用的控制設備。當形形色色的PLC產品涌入市場時，國際電工委員會及時地對PLC系統的健康發展進行了正確引導，1993年正式頒布了PLC的國際標準IEC61131，其中第3部分規范了PLC的5種編程語言及其基本元素，其中3種是圖形化語言（功能塊圖、梯形圖和順序功能圖），2種是文本化語言（指令表和結構化文本）。這一標準為PLC軟件技術的發展，乃至整個工業控制軟件的發展起到了舉足輕重的推動作用。IEC61131-3標準的編程語言方便實用，標準化程度高，使用戶很快就可以熟悉組態工作，可迅速地將原來所掌握的知識用于新的系統，免除了用戶對不同的組態軟件語言的重復學習，大大提高了工作效率；對廠商來說，則可以把人力、物力投到控制系統的硬件網絡或其他方面。在IEC61131-3標準誕生以后，國內外的PLC控制系統生產廠商均相繼采用其編程語言來規范自己的軟件產品。在這一步上，PLC走在了各類分布式控制系統的前列。

三、國內外現狀分析

目前，系統控制策略組態軟件主要是針對FCS系統、DCS系統和PLC系統的。根據系統實現及其規模大小，組態軟件的實現形式各不相同，但從功能上劃分均可歸納為針對控制系統的物理組態和邏輯組態兩個大部分。物理組態主要是對系統組成的軟件配置，包括對現場設備及其功能塊的選取等一些涉及系統組成的配置過程；邏輯組態則主要是對控制系統運行所采用的控制策略的規劃和設計，包括對現場設備中各功能塊的選取、連接、參數設定和通信配置，系統變量設置、讀寫等方面的工作。邏輯組態是一個系統控制策略程序的編寫過程。

隨著IEC61131-3標準在PLC系統組態軟件應用中的逐步推廣，國內外的一些分散控制系統（DCS）生產廠家也開始注意到該國際標準對DCS系統組態軟件標準化的意義，陸續將IEC61131-3標準應用于其DCS系統的組態軟件。

另一方面，隨著現場總線技術的興起和發展，國內的某些現場總線控制系統生產廠商也開始將IEC61131-3標準應用到其FCS的組態軟件產品上來。

當前，分布式控制系統上位策略組態軟件的開發存在如下特點。

（一）對IEC標準兼容的實現程度各異

對IEC標準兼容的實現程度上，其差別主要集中在兩點：（1）在標準實現的深度上；（2）在標準所規范的編程語言的實現數量上。IEC61131-3標準不只是對編程語言元素的語法、語義、表達及顯示的規則進行了規范，而且對控制程序整體的組織模式和構造形式、程序模塊間要遵循的通信規則都作了具體的規定。對這些規范的部分和全部的實現就形成了對標準兼容的深度問題。目前，一些主要的PLC系統廠商的組態軟件產品已經達到了對IEC標準的全面兼容，即符合IEC61131-3標準規定的幾乎全部內容。而DCS系統對IEC標準的兼容性上則遠不及PLC系統，一些產品只是在編程語言元素的某些方面如表達及顯示的規則上兼容了IEC標準；另一些產品則在語言元素的語法、語義、表達及顯示的規則上都達到了對IEC標準的兼容，但仍然沒有取得對控制程序整體的組織模式和構造形式、程序模塊間要遵循的通信規則等規范上的兼容，實現程度也大不相同。另一方面，在對標準所規范的編程語言的實現數量上，也都大有差異。雖然IEC標準并未規定一定要做到對5種編程語言的全部實現，但畢竟實現更多的編程語言意味著可以為用戶提供更多的選擇，使組態的方式更加靈活，效率更高，更加有利于工程師表達自己的面向控制的邏輯思維。

需要指出的是PLC和DCS的系統功能是有區別的。PLC系統通常用于離散邏輯控制和順序控制，測量、控制都以數字信號為主，控制策略編程語言通常采用LD（梯形圖）、IL（指令表）和SFC（順序功能圖）；而DCS系統則主要用于連續控制，其對象信號主要為模擬量，控制策略編程語言通常采用FBD（功能塊圖）和ST（結構化文本）。當然，造成PLC系統和DCS系統對IEC標準的兼容性的差異是有歷史原因的。IEC61131-3標準最初的制定是基于PLC系統的，許多地方都是針對PLC特點的，對早期的一些DCS系統不完全適用。但同時應當看到，當前PLC和DCS在系統結構和功能上明顯的邊界正在迅速消失，兩種系統通常可以互相替代，因此DCS系統最終取得對IEC61131-3標準的完全兼容也只是一個時間問題。