[科普中国]-控制信息系统-

背景

现代科学技术的发展，使人类社会进入了信息时代。特别是进入90年代以来，控制系统和信息管理系统都曾经各自向着自己的发展方向经历了迅猛的发展过程，但随着企业的不断发展，对控制系统和信息系统的结合产生了巨大的需求，因此发展控制信息系统，建立企业全面的生产数据采集、传输、分析、存储、管理的综合系统成为迫切的任务。

现实情况是国内许多大中型企业在建立或规划MIS时往往会忽略控制系统的各类信息，造成这种忽略的原因既有主观规划上的遗漏，但更多的是客观上的原因，即由于受到技术条件的限制而无法有效、全面地利用原始、实时、准确的控制信息，使控制系统与MIS脱节而成为一个信息“孤岛”。这必然会导致：

（1）企业决策时，缺乏准确、及时的原始数据和情况分析。

（2）企业管理中的信息冗余、准确性差、不畅通。

（3）企业计划能力差，导致生产不均衡，影响产品质量和能源的合理使用。

因此，随着企业信息化进程的不断发展，许多企业已不能满足于控制系统和管理信息系统(MIS)的分离应用，而是需将控制系统与MIS紧密地结合起来，即建立控制信息系统，达到信息集成与决策，以便解决企业中的许多复杂问题1。

发展过程工业控制系统经历了简单仪表系统，电动单元组合仪表系统，集中控制系统和集散控制系统几个发展阶段。90年代以来，依靠微电子工业的带动，微处理器和微控制器在工业控制领域全面应用，并逐渐发展出现了将控制技术、计算机技术和网络技术结合的新一代控制技术———现场总线控制系统(Field- bus Control System)，将网络概念全面引入控制现场。FCS的技术基础就是各类总线式智能传感器，总线式智能执行器和总线式智能控制模块，这类产品的开发和产业化是全面推广控制信息系统的关键之一。

工业自动化控制信息系统在控制领域的发展大致经历了这样几个阶段：

（1）人工录入数据，生成报表，人工分析；

（2）车间级小型计算机控制系统的自动采集，半人工分析；

（3）厂级各类计算机控制系统数据的单机管理软件2。

CIS的结构及其特点计算机控制信息系统一般分为三级：现场控制级、过程监控级和综合管理级。

现场测控级现场测控级的主要任务是对生产工艺过程和生产设备实施测量和控制，按上级给定的任务和调度命令进行生产。这一级可以由许多直接分布在现场测控对象附近的独立单元组成。每一个现场测控单元都能独立工作，同时又通过现场通信网络相互交换信息以及与上级交换信息。

现场测控级具有如下特点：

（1）由于生产工艺过程种类繁多，生产设备更是五花八门，因此现场测控设备必然是多种多样，难以统一。最常见的有可编程控制器、单回路调节器、多回路调节器、工业控制机、各种分布式I/O设备及各类现场总线等。

（2）现场测控级设备比上位机更需适应生产现场的恶劣环境，尤其是各种大功率生产设备的电磁千扰污染了现场测控级设备周围的空间、电源和地线系统，必须有精心的电磁兼容性设计才能保证长期稳定可靠。除此之外，温度、湿度、粉尘和有害气体等都是必须考虑的，有的场合还要求抗冲击和抗振动。

（3）对现场级测控级设备的实时性要求最高，为此必须有足够高的采样率和速度。相对来讲，倒不要求它去处理复杂的事务。一般要求每个现场测控级单元都能脱离上位机而独立工作，它的通信信息量往往不是很大，也不要求特别高的通信速率。

（4）现场级测控设备要简单可靠和低廉。因为在一个系统中，现场设备的数量多，又直接与工人打交道，直接与生产过程接口，所以要求它越“疲劳”越好，应简单易学，显示(尤其是报警)直观醒目，维修容易(主要靠更换备份件)。

过程监控级过程监控级的主要任务是监视现场级生产设备运行的情况，收集生产工艺过程的主要参数和状态，发现异常时报警。同时对现场测控单元发布必要的命令，如设置给定值等，使生产设备能协调一致工作，保证对工艺过程的最佳控制。过程监控级还要负担部分管理工作，例如形成各车间的日报表、显示关键参数趋势曲线和统计图、进行产品质量跟踪等，使车间对工人的管理建立在科学基础上。这一级可包括多个监控主机，并且通过网络实现对上、对下和相互通信。

过程监控级具有如下特点：

（1）过程监控级是由一些过程监控站构成的，每个站管辖一部分现场级测控单元设备，站与站之间可以建立一定的通信联系，尤其是在需要容错支持的场合。如果上面还有管理级，则过程监控站还必须能对上通信。

（2）过程监控站包含了与操作员和工程师都有关的系统功能，包含了在运转成套设备时必要的操作员功能，包含了系统建立、调试和维护以及系统管理等必要的工程师功能。首先，过程监控站实时地向操作员显示现场过程和现场设备各种信息，特别是通过丰富多采的CRT图形方式，将图形、文字、数据、表格和颜色等集成在同一画面上，直观和鲜明。显示的内容不仅是监视的窗口，也是指导操作的依据。

（3）过程监控站具有丰富的组态功能，这是建立、增减和改变系统所必要的，使工程师和操作员容易定义和修改系统的各种参数。

综合管理级综合管理级的主要任务是实行全企业性管理，因此既要采集来自下级的实时生产数据，又要人工输入大量事务管理信息。这一级的任务是完成综合目标的优化管理。要建立一个综合信息的数据库，统计出产量、质量、能耗、原材料消耗、成本核算、销售收入、利润等数据，形成各类报表，使对各车间的管理建立在科学基础上。这一级可以与办公室自动化和事务管理网融为一体1。

CIS的优点（特点）（1）实现控制网络与信息网络的信息集成，建立综合实时信息库，为企业优化控制、生产调度、计划决策提供依据，创造良机。

（2）建立分布式数据库管理功能，保证数据一致性、完整性和可互操作性。

（3）现场控制信息、生产情况实时与企业信息网通信，通过企业信息网Intranet，有关人员可在任何地方通过标准化的、友好的、统一的图形界面浏览了解企业的生产情况。

（4）能够实现对控制网络工作状态的远程监控，优化调度，也能实现控制网络的远程诊断与维护等。

（5）可进行控制网络的远程软件维护与下载新版本软件2。

CIS产品要求信息系统发展主要依赖于网络建设和数据库技术的发展，随着企业各类网络系统的建设，Intranet、Internet技术的发展，对将生产第一线数据直接在局域网、广域网络上共享，借以对生产进行准确和及时地干预，产生了极强的需求，部分用户甚至产生了能从最高层网直接控制最低层现场级设备的需求。目前企业采用的技术手段主要是将控制网络和信息网络分开建设，然后再用网关技术相由于各类系统和设备的相互封闭性和缺乏互操作性，使由各类厂商提供的各种独立系统互连始终是困扰企业的一个问题，目前市场上也缺乏这样的实用化的全面解决企业从数据采集、传输、分析、存储、管理等各方面需求的统一产品，因此这类系统型的产品应具备以下几个要求：

（1）标准化：与国际上有关的程序设计、通信、网络管理、界面表示、系统接口等标准兼容，开放系统互连的任何站点都是平等的；

（2）可移值性：应用程序可在多平台上移植；

（3）可伸缩性：系统的规模、功能、性能可根据需求伸缩；