开放式控制如何成功
开放控制的承诺也可能是一种诅咒。控制工程师有能力选择最符合应用需求的硬件、软件和网络产品。由于所有供应商都承诺他们的产品是“开放的”，这自动意味着将所有产品连接在一起不会有任何问题，并使其运行，除了通常的启动错误。
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开放控制的承诺也可能是一种诅咒。控制工程师有能力选择最符合应用需求的硬件、软件和网络产品。由于所有供应商都承诺他们的产品是“开放的”，这自动意味着将所有产品连接在一起不会有任何问题，并使其运行，除了通常的启动错误。
实际上，这可能是一个糟糕的假设。好处是存在的，但要让它发挥作用，可能需要长途跋涉穿过丛林迷宫，沿途有许多陷阱和吃工程师的野兽。幸运的是，许多人已经成功地完成了这一旅程，并为那些第一次踏上开启控制之旅的人留下了标记和建议。一个工程师可以与许多供应商和系统集成商一起组装一个系统，在出现问题时提供帮助。
控制系统包括硬件、软件和网络组件。必须分别评估每个组件以及它们在系统中的作用。控制器平台包含从视频到通信到特殊用途(如视觉或运动)的插件卡。选择一种操作系统(OS)是至关重要的，是否可用的实时操作系统之一Microsoft Windows NT(参见CE， 1998年2月，第66页)，甚至Linux。一些软件应用程序将运行在操作系统之上，与其他应用程序的通信已成为强制性的。到I/O设备和信息系统的网络通信需要物理媒体以及协议和配置软件的选择。唷!这一切是怎么发生的?
从计划开始
做最重要的事情，一旦决定已经作出，以实现对项目的开放式控制解决方案是一个详细的计划。了一套完整的为机器，过程或生产线的要求开始。看看必须要做的工作，然后分析哪些信息必须收集和共享，并最终确定哪些硬件，软件和网络将做的工作。
Wonderware(英维思位于加州欧文市的一家公司)的高级产品营销经理斯科特·基瑟(Scott Kiser)与许多客户在机器控制、过程控制、运动和视觉方面有过合作。他指出:“应用程序都是不同的，但成功的实现有一个一致的经验法则:客户和集成商必须有一个目标。产品必须围绕目标进行挑选。例如，不同的工业公交车有不同的优势。如果你有一个有多个运动轴的应用程序，不要选择一个没有为块转移优化的总线。最后，确切地知道系统启动和调试的责任在哪里。”
MDSI(安阿伯，密歇根州)生产开放式数控系统，并开始对旧机器进行改造。总裁吉姆·福尔表示，这段经历教会了公司如何成功实施。“项目管理技能非常重要，”他说。“我们强调与客户合作制定计划。我们的一个集成商会见客户工程师开发一种新的齿轮滚刀控制。他问他们理想的齿轮滚刀应该是什么样的。根据这些分析和详细的产品计划，控制系统被设计出来，把最好的部件拉进一个开放的系统。新系统将循环时间缩短了一半，所以好处既来自于使用开放系统，也来自于计算出机器应该做什么。”
保罗·巴拉克斯，博士，硕士。他说，最重要的事情是“花足够的时间在项目分析和系统架构设计上。使用正确的体系结构启动项目对于确保组件和功能的无缝集成至关重要。
“这些决定有很大的影响地板操作（传感器，致动器，触摸屏，手开关，等等），”他补充道，” [由]在计算机故障的情况下，需要彼此隔离的系统。该系统必须设计得当，否则，开放式控制的优点都将丢失。”
Jerry Koch, CTC Parker Automation的软件产品经理(Milford, O.)说，“评估应用目标，选择合适的工具，并记住信息流是至关重要的，因为它是大多数人首先选择开放系统的原因。”
管理风险
当然，计划一个系统的一部分是管理潜在的风险。通用电气发那科自动化(弗吉尼亚州夏洛茨维尔)产品集成团队经理Bob Rucinski建议查看可能使用的各种组件。问每一个问题，比如，产品有多成熟?它们上市多久了?它有安装底座吗?在哪些应用中使用过它?它的开放接口是什么?他补充道:“预先流程的一部分是确定什么对机器、流程和整个业务至关重要。如果你没有这类分析的经验，那就找一个能指导你的人——尤其是第一次。”
还指出系统风险承受能力的重要性高级测量公司（加拿大阿尔伯塔省卡尔加里，加拿大），National Instruments公司联盟成员的总裁史蒂夫Conquergood。“任何新系统的成功设计在很大程度上取决于是否知道它需要的‘防弹’，或可以容忍何种程度的故障。说明和澄清关于操作和故障层次用户的期望是非常重要的。”
Donny Goff，美国国家仪器公司(Austin, texas)的工业通信软件工程师在项目的计划和指定阶段，指定另一个重要的考虑因素——遵循标准。“开放标准，如OPC、OMAC、基金会现场总线和DeviceNet等，可以为项目的完成节省大量时间。”
美国国家仪器公司通过联盟成员和客户实施开放系统的经验还揭示了其他一些经验。欧洲核子研究中心(CERN, Geneva, Switzerland)的项目工程师Herve Milcent指出，OPC的能力加速了液体分配监控系统的开发。数据科学自动化(匹兹堡，宾夕法尼亚州)的工程副总裁Jay Grassell说:“最大的挑战之一是能够轻松地容纳各种潜在的数据源。通过ODBC数据源上的标准SQL命令进行通信的能力是关键。”
罗克韦尔自动化(Mayfield Heights, O.) CNC营销经理Mark Devonshire也认为标准至关重要。他说:“从一开始就建立完整的诊断系统。为了确保成功，选择具有预先测试组件的系统，避免只具备PC或应用知识的集成团队。”
种类的电脑
控制器硬件平台可以从传统的个人计算机构建，尽管可能为工业用途进行了加固。一些专门的计算机平台已经开发出来，要么是为了降低成本，如PC/104，要么是为了高可靠性的工业使用，如CompactPCI。
研华自动化公司(Cincinnati, O.)的业务开发经理Mike Rothwell对开放硬件的选择提出了以下建议:“首先，坚持使用成熟的标准，比如带有标准插接板的pc。对于拥有定制软件的原始设备制造商，在投资之前，先在新平台上对该软件进行认证。了解供应商如何处理BIOS更改。你需要提前收到变更通知，并有程序对这些变更进行资格预审。换句话说，小心选择你的伴侣。”
Mike Willenborg是Willenborg Associates和LeBlond Service(密歇根州伊姆雷市)的总裁，同时也是MDSI的集成商，他补充道:“我能给出的最有力的建议就是不要买最便宜的电脑。买的可靠性。例如，英特尔芯片的高质量率。注意电源。廉价的电力供应会让你失望。然后，为系统配置一个与服务器相连的网络，以减少或消除对旋转存储的需求。”
Xycom Automation (Saline，密歇根州)应用工程总监汤姆•勒贝(Tom LeBay)建议:“PC硬件需要得到保护。为当地确定适当的“工业化”水平。对屏幕和计算机进行NEMA 12级保护，对液体和腐蚀性物质进行NEMA 4/4X级保护。确保后备电源能力。考虑与该地区其他电气设备的干扰。最后，保护PC硬件不受许多工业场所的高温环境的影响。”
罗克韦尔自动化工业计算机事业部产品经理迈克·西姆斯建议说，要确保你拥有正确的资源和培训来完成这项任务。“考虑硬件平台对内存大小和处理能力的要求。尽管今天的计算机速度极快，但系统在运行多个应用程序时可以相当快地加载。设计人员应该考虑最坏情况下的软件负载，包括软控制引擎、操作员界面、网络、数据记录和本地电子表格或文档编辑。”
软件必须交流
Nat Frampton是Real Time Development Corp. (Slidell, La.)的总裁，是一家专门从事开放软件开发的集成商。他说:“首先选择一个操作系统。对于典型的基于pc的控制，它可能是Windows NT，但对于嵌入式控制系统，您可以选择Windows CE或Embedded NT。从终端用户的角度来选择对通信、数据库、可扩展性、实时和图形的需求。一个关键的设计问题是信息流。OPC服务器是一个事实上的标准。通过数据库作为生产者和消费者之间的接口，缓冲和隔离数据非常重要。”
罗克韦尔软件公司(West Allis，威斯康星州)的高级软件架构师Kevin Gordon说，“构建一个开放系统需要设计者保持真正的‘开放性’，或者独立于应用程序本身的软件应用程序内部或之间交互的能力。”这意味着采用商业和/或行业标准。例如ActiveX、OPC、ODBC和VBA。在设计系统的软件部分时，要考虑以下每一个特性:可扩展性、互操作性、可移植性、可扩展性和模块化。”
Think & Do Software (Ann Arbor, michigan)销售和市场经理Gary Marchuk补充道:“在选择开放控制软件时，要考虑三件事。首先，记住你需要的功能集成级别(逻辑、HMI、动作等)。然后考虑硬件平台的集成程度。确保硬件和软件的结合很好地集成。最后，确保系统支持从I/O设备到企业系统的所有通信标准。”
Iconics公司（福克斯堡，马萨诸塞州）的副总裁查克·吉林厄姆，指出，“在那里，不支持在多台服务器分布式标签数据库，特别是在较大的应用程序，避免系统。这样，最终的系统将使能够查看数据的任何地方在任何时候“。
网络是重要组成部分
如果没有标准网络，开放系统可能永远不会出现。有许多具有开放供应商协会的网络来指导标准的开发。其中一些是DeviceNet、Profibus、ControlNet、Interbus和FOUNDATION Fieldbus，更不用说Seriplex和AS-Interface等设备级总线了。一个从商业应用中借鉴而获得市场份额的网络是以太网。它的安装基础是如此之大，以至于许多必要的组件比竞争的工业组件要便宜得多。它是否足够强大，可以用于工业用途仍是激烈的争论，但它已经有许多用户。
Benson Hougland, Opto 22 (Temecula, california)技术营销总监，建议在指定工业网络时考虑商业目标。“其中一个目标是与广泛的工厂地面设备开放连接。数据共享和收集是另一个问题。此外，灵活的基础设施能够跟上技术进步的步伐。有几种应用程序标准，每一种都适合特殊用途，并且都是通过TCP/IP进行的。FTP是一种优秀的文件共享协议，而SMTP用于电子邮件系统之间的通信。”
Phoenix Contact(哈里斯堡，宾夕法尼亚州)系统组经理Larry Komarek建议:“参加几个公交系统的实践培训课程。每个系统都有其优缺点和设计考虑。在软件配置、电缆布局约束和诸如波特率、距离和设备数量如何影响未来扩展等因素方面存在可变性。花在培训上的几天时间是值得的。”
Karl Meihofer, US automation marketing manager for Transparent Factory for Schneider Electric (North Andover, Mass.), recommends, "Don’t just buy cheap PCs with browsers and plug into the network. And security is a critical issue to address. If there is remote access, have a firewall and leverage commercial Internet security applications. Be sure to have a good password policy. I wouldn’t expose the first system to the Internet until you have built up administration experience. Finally, separate the control, real-time portion of the network, from the IT part. This can be physical, as in two Ethernet ports on a controller, or can be through smart devices that know the difference between the request over Modbus over TCP/IP versus HTTP."
支持本地项目
戴夫Quebbemann，欧姆龙电子（伊利诺伊州绍姆堡）工业自动化市场部经理，建议寻找产品的平台，提供了灵活性，并确保所定义的协议有能力，满足系统要求。“但更重要的，”他补充道，“选择与应用工程师，他们了解各种产品如何工作的合伙人。有时候，这是投标包甚至一部分。”
另一种获得保证的方法是从供应商那里获得捆绑的解决方案，该解决方案可以确保各种硬件、软件和网络组件协同工作——或者使它们协同工作。虽然大型供应商可以在公司内部进行采购，但也有从其他专业领域采购的方法。SBS Technologies Embedded Computers (Raleigh, N.C.)副总裁Wayne McGee指出，SBS在其计算机上有一个与障碍赛跑软件(Ann Arbor, michigan)控制软件绑定的解决方案。这些产品以及synergy(网络公司，Downers Grove，伊利诺伊州)和Motion Engineering(运动控制公司，加利福尼亚州圣巴巴拉市)的插件卡都经过了测试，以确保互操作性。
祝福还是诅咒?毫无疑问，在许多应用程序中，开放系统是一种福气。随着实现的多样性，成功实现的数量也在增长。然而，通过计划和寻找好伴侣来避免诅咒。
网络配置软件使系统快速运行
北帆公司(North Sails Inc.，内华达州明登市)最近推出了一种针对高风险赛艇客户的船帆制造技术。该过程是一个电子模具模拟凸“飞行形状”的主帆。这种计算机化的工作表面确保了分层过程中的帆在相同的载荷应力分布模式，它将在公海上经历。该模具通过超过200个螺旋型气动活塞协同作用，在短短15分钟内将弹性膜制成电脑模型的形状。该系统使用了1200多个I/O设备、Simatic plc、西门子R145计算机和Profibus DP网络。
了这种规模的网络的工作组预计将采取晚上和周末好几个星期。实际设置和配置的时间不到一小时。基于Microsoft Windows的西门子的Profibus配置软件快速安装。在启动时，它问，这是否应该找到并安装连接到网络的所有硬件。随着点击“是”，该程序去工作闪动的对话框与每个组件的发现。
供应商正在他们的现场设备中构建网络智能。这种“Plug ' n ' interoperityplay”功能由配置软件开发，大大减少了设置时间。
避免诅咒/实现开放控制的承诺
在进行第一次开放系统实施之前，请检查以下事项:
标准操作系统
了解关键绩效指标
建立诊断
确定最佳的网络布线
内置扩展系统的能力
考虑捆绑系统
争取网络专业知识的IT部门。
为互操作性选择软件
足够的计算机能力和内存
看看软件配置的便利性
项目管理技能
项目的完整定义
仔细挑选合作伙伴
来源：控制工程
打开控制先驱
1997年，NCP南非食品酸工厂的工程师们决定开发一个开放的、基于pc的系统，能够进行分布式数据采集、在线可编程实时过程控制和PID调节、操作界面、记录、趋势分析、报警和远程访问。他们希望在熟悉的PLC平台上进行本地控制。换句话说，他们想要一个由pc和plc构建的开放DCS。
一个成功的开放式控制系统平台的秘密是选择一个能够提供无缝解决方案的集成商。新冠肺炎选择了Microlab(南非约翰内斯堡)。
首先是硬件平台的选择。PC平台有很多种，从标准ISA到PC/104再到CompactPCI。Microlab选择了Allen-Bradley公司的OC586开放式控制器。这个控制器实际上是一个PC伪装在一个PLC的形式因素。这使得PC硬件具有了工业实力。
软件要求包括开放的接口，同时足够小，可以容纳20 MB的闪存驱动器。它还必须每天运行24小时，每年365天，不需要重新启动。来自AlterSys (Langueuil，魁北克，加拿大)的处女座被选中。
最初的系统架构包括两个Allen-Bradley开放式控制器，每个控制器控制大约600个Flex I/O点和Burkert智能阀。三台台式电脑提供生产管理和报告、操作员界面和系统配置。
与典型的控制系统一样，工厂操作员很快就希望给系统添加更多的功能。由于处理器已经加载到最大容量，扩展似乎将是一个大问题。而开放系统则不是这样。该系统内置了在线可伸缩性，因此可以轻松添加新节点，并在不关闭系统的情况下将控制转移到新节点。
系统集成商Miro Zaric说:“我们不仅仅是将人机界面连接到PLC。Virgo实际上嵌入在开放式控制器中，执行实时控制，透明共享数据。我喜欢把它看作是将PLC转换成开放DCS的固件升级。Virgo还通过其屏幕构建器和标准软逻辑语言提高了生产率。”
