PCBCS控制系统
1.控制系統的發展回顧
在工業生產過程中，1969年問世的PLC和1975年問世的DCS可能是兩類影響最為深遠的計算機控制系統。PLC 的問世取代了繼電器之類的器件，實現了開關量的連鎖控制、程序控制；DCS的問世取代了顯示儀、調節器之類的儀表，實現了模擬量的指示、記錄和PID回路調節等功能。20世紀80年代末期，隨著計算機技術、通信技術、集成電路技術、智能傳感器技術的發展而出現的現場總線控制系統（Fieldbus ?Control ?System , FCS ）改變了原有控制系統的結構，使控制系統由封閉向開放走出了重要的一步。20世紀90年代中期，以PC為基礎的控制系統（PC-Based ?Control ?System，PCBCS）開始出現，不少學者認為它將是工業自動化領域最具發展潛力的新技術，他們將PCBCS 與PLC 、DCS、 (或者再加上FCS)并稱為工業生產過程三大（或四大）控制系統。甚至有人在四年以前的文章中就談到"多數人認為在今后十年內PC控制將逐步取代傳統的PLC或DCS。而德國菲尼克斯（PHOENIX ?CONTACT）公司的專家介紹：幾乎所有的咨詢機構都認為到2005年，PC為基礎的控制系統將占市場分額的50%以上。
2.PCBCS結構
什么是PCBCS呢？將經過加固的PC機硬件與控制軟件相結合，實施通常由專用PLC、 DCS執行的控制功能，或者說將PLC的控制功能"封裝在"軟件內，運行在PC的環境中。
PCBCS控制系統主要由以下三部分組成：PC機；I/O組件及其連接件；操作系統軟件和應用軟件。
PC機將以往PLC、DCS控制系統中的操作站、控制站溶為一體，同時具備實施控制、通信及操作顯示等多項功能。快速發展的計算機技術使PC機可提供一個真正開放的平臺，使系統所有的功能集成于PC這個統一開放的平臺上，以減少安裝空間、節省電纜，將復雜的通信連接簡單化，還可通過國際互聯網Internet或企業內部網Intranet 得到重要的生產信息，實現生產過程優化。為可靠起見，PC機通常采用工業PC機。我們知道，早期在控制系統里出現的PC機只具有作為人機界面操作站的功能，后來功能逐步增加，PC機可以完成報警、計算、報表、連接數據庫、連接辦公網絡等功能，而現在的PCBCS控制系統中，PC機又多了一項控制功能，即所謂基于PC的控制。
I/O組件也是完全開放的，可以支持多家公司的多種I/O硬件，包括很多PLC的遠程I/O及I/O分站。它還可以與現場總線技術結合，使PC機通過現場總線接口與帶現場總線的I/O設備相連。由于這些I/O組件均為經過長期現場運行考驗過的設備，其可靠性是不容置疑的。只不過它無需象早期的PLC、DCS控制系統那樣必須采用某一公司某一系列的I/O組件，而可以由用戶選擇自己喜愛的I/O組件。
上層對多種操作系統軟件和應用軟件是開放的，目前已經有多種商品化的操作系統軟件和應用軟件，用戶也可以挑選自己中意的軟件。
由以上三個組成部分就可以看出PCBCS系統的開放性是全面的，因此它現在的和未來的發展速度都將是非常快的，決不會象以往的PLC 、DCS控制系統那樣因封閉性、專一性而造成長期發展滯后，而會隨計算機技術、通信技術、I/O組件制造技術、現場總線技術及軟件技術的發展與時俱進，迅速提升。
3.PCBCS優點
PCBCS控制系統的優點可以概括為：價格較低；對各種控制及業務應用、信息的存取均很簡便；軟件向新的硬件平臺的可移植性優良；控制、人機界面及編程功能易于集成；易于將過程控制、邏輯控制、批量控制以及運動控制等合為一體；不依賴于各種專有的控制系統。例如，PC機在CPU、內存等方面具有明顯的優勢，當進行數據處理（如模擬量運算）時，PC機的運算速度通常是PLC、DCS的10倍以上，這是因為PCBCS中的PC機可以保持與最先進的PC產品技術同步。同時，PCBCS控制系統還可節省在CPU、電源、機架、機柜、接線等方面的投資。
德國學者埃貝哈德·格羅茨博士認為基于PC的自動化控制解決方案的7種趨勢是：在自動化控制技術中越來越多的使用PC；PC專用軟件越來越多，人們可以在PC機上編程和操作，如同在可編程序控制器上；可以在PC機上完成實時和控制任務的系統軟件的應用越來越廣泛；傳統的PC編程通過使用新的編程技術，極大的推進了生產的進步，使得基于PC的自動化控制技術更是飛躍發展；基于PC 的自動化標準越來越多；Internet技術在自動化控制技術中越來越重要；分布式系統將改變自動化控制方式。
4.PCBCS產品
各大PLC制造廠商，如西門子、 ROCKWELL automation、 GE Fanuc、 三菱電機均推出各自品牌的PCBCS 控制系統產品，其特點是控制器已改用PC機控制，它通過控制總線或通信接口，與各公司原有的遠程I/O組件銜接，這表明PLC的生產廠商已接受PCBCS 控制的技術路線。位于美國新澤西州普林斯頓的西門子能源和自動化集團 ISBU中心開發的重點是基于PC的自動化，它所推出的PCBCS中的控制器是SIMATIC WinAC（Windows自動化中心），它完全兼容SIMATIC S7系列PLC，可以完成PLC的控制功能，其I/O接口使用通信模塊聯接Profibus-DP，實現SoftPLC 控制。
在1995年由Wayson ?Industrial 公司提出的TCS（Tailored ?Control ?System,柔性控制系統）系統中有7種結構型式，其中一種就是采用PC機直接帶現場的I/O模件，它用運行在PC機內部的軟邏輯控制器取代控制器，用于采集點數較多但控制較少的場合。
美國Entivity公司（由Think & Do、Steeplechase公司合并而成）利用一種嵌入式操作系統Windows CE 與硬件廠商合作推出新型的PCBCS 產品－－WinPLC，它是安裝在I/O基板上的小型PC機，其中固化的Windows ?CE操作系統和Think & Do應用軟件Runtime 環境，可以運行由普通PC機開發的Think & Do應用程序，實現對同一基板上I/O模塊的控制。WinPLC系統可以脫離開發PC機獨立運行，適合于不需要監控畫面而且規模較小的控制系統；當系統需要監控畫面時，也可以將一臺裝有Think & Do軟件的計算機通過以太網與WinPLC系統相連，以該計算機作為上位操作員站。一些專家介紹，傳統的PLC具有硬實時特性，可以保證I/O掃描周期及中斷的響應，PC采用的Windows NT/2000操作系統并不是實時系統，不能保證中斷的響應時間或任務的執行周期的確定性。Windows CE 3.0的出現使基于PC的控制在實時性方面更進一步，甚至超過了任何PLC，可保證精確的讀寫周期和程序循環周期。
? 一些以生產I/O組件為主的廠家也加入了推廣PCBCS產品的行列，如德國倍福（Beckhoff）公司生產的I/O產品可配各種現場總線，如PROFIBUS、INTERBUS、CAN、ControlNet、DeviceNet等等，他所推出的PCBCS產品即由帶I/O接口的現場總線系統
、Windows NT/2000操作系統、倍福公司TwinCAT控制軟件、工業PC機組成。德國菲尼克斯（PHOENIX ?CONTACT）公司從1995年開始率先開始提出并研制以PC為基礎的控制板，并采用PLC國際標準IEC61131-3的編程語言，開發研制出一套完整的基于PC機技術的控制軟件PC-WorX.。這套軟件將現場總線管理軟件、PLC控制軟件以及監控軟件接口 OPC有機的結合起來，通過INTERBUS或ETHERNET可以直接與智能式的總線模塊進行通信。
研華公司的1999年5月推出的ADAM-5510/P31 ?產品采用了Paradym-31軟件包，它包含了 IEC1131-3 標準中規定的順序功能圖梯級圖和功能塊圖3種語言,是國內較早推出的PCBCS產品。
北京和利時公司的FOCS系統目前有兩種結構：局域型、緊湊型。局域型系統由帶現場總線的I/O模塊、主控器、操作站組成，緊湊型系統由帶現場總線的I/O模塊、管控站組成。這里的管控站就是一臺PC機，它完成局域型系統主控器、操作站兩個設備的功能，如監視、操作、控制、連網、組態編程等工作。由此可見，FOCS的緊湊型系統就是一個PCBCS控制系統，因第一次采用這樣的技術，廠家目前將系統定位于低成本的數據采集系統及調節回路較少的控制系統，由于管控站、電源、I/O模塊均可冗余配置，實際上FOCS緊湊型系統還是可以用在可靠性要求較高的場合。
5.PCBCS 應用
世界上最早采用PLC的美國通用汽車公司從1994年起逐步采用PCBCS系統取代PLC，2000年初，通用汽車公司決定將美國本土的所有通用汽車公司生產廠中約2500套控制系統全部用美國Entivity公司下屬Think & Do 軟件公司的PCBCS取代，Think & Do 軟件支持多種國際知名大公司的I/O系統（如霍尼威爾、施耐德、 AB、 GE等公司）和現場總線，國內Dell電腦廈門組裝線、貴陽郵電機械廠研制的郵政分檢機、天津香精香料公司也采用了Think & Do 軟件公司的PCBCS。據介紹，貴陽郵電機械廠原生產的郵政分檢機采用的是PLC，而研制的新一代郵政分檢機則采用了底層霍尼威爾公司的SDS硬件配Think & Do 軟件，該系統具有支持多種 I/O設備、編程容易、調試方便、可與不同系統連接的優點，使該廠在同行業中具備更強的競爭力。
德國慕尼黑附近有一個維德曼特色啤酒小釀房，原為手工操作，2000年進行了徹底的改造，采用了西門子公司的WinAC系統：一臺Simatic工業PC（奔騰Ⅱ處理器333MHz、128M內存、Windows NT操作系統）通過Profibus-DP現場總線連接到西門子遠程I/O設備ET200M 和ET200L-SL，再與現場的70多個閥門和閥控機構相連。系統的投運不僅減少了人力費用，還大大改善了啤酒的質量和穩定性。
在云南玉溪紅塔集團技術中心試驗制絲線電控系統及玉溪煙廠12000kg/h打葉復烤線技術改造項目中均采用了帶INTERBUS總線的PCBCS控制系統。據了解，每個系統的I/O總數均達到數千點，其可靠性、先進性都得到證實。
在工業生產過程中，1969年問世的PLC和1975年問世的DCS可能是兩類影響最為深遠的計算機控制系統。PLC 的問世取代了繼電器之類的器件，實現了開關量的連鎖控制、程序控制；DCS的問世取代了顯示儀、調節器之類的儀表，實現了模擬量的指示、記錄和PID回路調節等功能。20世紀80年代末期，隨著計算機技術、通信技術、集成電路技術、智能傳感器技術的發展而出現的現場總線控制系統（Fieldbus ?Control ?System , FCS ）改變了原有控制系統的結構，使控制系統由封閉向開放走出了重要的一步。20世紀90年代中期，以PC為基礎的控制系統（PC-Based ?Control ?System，PCBCS）開始出現，不少學者認為它將是工業自動化領域最具發展潛力的新技術，他們將PCBCS 與PLC 、DCS、 (或者再加上FCS)并稱為工業生產過程三大（或四大）控制系統。甚至有人在四年以前的文章中就談到"多數人認為在今后十年內PC控制將逐步取代傳統的PLC或DCS。而德國菲尼克斯（PHOENIX ?CONTACT）公司的專家介紹：幾乎所有的咨詢機構都認為到2005年，PC為基礎的控制系統將占市場分額的50%以上。
2.PCBCS結構
什么是PCBCS呢？將經過加固的PC機硬件與控制軟件相結合，實施通常由專用PLC、 DCS執行的控制功能，或者說將PLC的控制功能"封裝在"軟件內，運行在PC的環境中。
PCBCS控制系統主要由以下三部分組成：PC機；I/O組件及其連接件；操作系統軟件和應用軟件。
PC機將以往PLC、DCS控制系統中的操作站、控制站溶為一體，同時具備實施控制、通信及操作顯示等多項功能。快速發展的計算機技術使PC機可提供一個真正開放的平臺，使系統所有的功能集成于PC這個統一開放的平臺上，以減少安裝空間、節省電纜，將復雜的通信連接簡單化，還可通過國際互聯網Internet或企業內部網Intranet 得到重要的生產信息，實現生產過程優化。為可靠起見，PC機通常采用工業PC機。我們知道，早期在控制系統里出現的PC機只具有作為人機界面操作站的功能，后來功能逐步增加，PC機可以完成報警、計算、報表、連接數據庫、連接辦公網絡等功能，而現在的PCBCS控制系統中，PC機又多了一項控制功能，即所謂基于PC的控制。
I/O組件也是完全開放的，可以支持多家公司的多種I/O硬件，包括很多PLC的遠程I/O及I/O分站。它還可以與現場總線技術結合，使PC機通過現場總線接口與帶現場總線的I/O設備相連。由于這些I/O組件均為經過長期現場運行考驗過的設備，其可靠性是不容置疑的。只不過它無需象早期的PLC、DCS控制系統那樣必須采用某一公司某一系列的I/O組件，而可以由用戶選擇自己喜愛的I/O組件。
上層對多種操作系統軟件和應用軟件是開放的，目前已經有多種商品化的操作系統軟件和應用軟件，用戶也可以挑選自己中意的軟件。
由以上三個組成部分就可以看出PCBCS系統的開放性是全面的，因此它現在的和未來的發展速度都將是非常快的，決不會象以往的PLC 、DCS控制系統那樣因封閉性、專一性而造成長期發展滯后，而會隨計算機技術、通信技術、I/O組件制造技術、現場總線技術及軟件技術的發展與時俱進，迅速提升。
3.PCBCS優點
PCBCS控制系統的優點可以概括為：價格較低；對各種控制及業務應用、信息的存取均很簡便；軟件向新的硬件平臺的可移植性優良；控制、人機界面及編程功能易于集成；易于將過程控制、邏輯控制、批量控制以及運動控制等合為一體；不依賴于各種專有的控制系統。例如，PC機在CPU、內存等方面具有明顯的優勢，當進行數據處理（如模擬量運算）時，PC機的運算速度通常是PLC、DCS的10倍以上，這是因為PCBCS中的PC機可以保持與最先進的PC產品技術同步。同時，PCBCS控制系統還可節省在CPU、電源、機架、機柜、接線等方面的投資。
德國學者埃貝哈德·格羅茨博士認為基于PC的自動化控制解決方案的7種趨勢是：在自動化控制技術中越來越多的使用PC；PC專用軟件越來越多，人們可以在PC機上編程和操作，如同在可編程序控制器上；可以在PC機上完成實時和控制任務的系統軟件的應用越來越廣泛；傳統的PC編程通過使用新的編程技術，極大的推進了生產的進步，使得基于PC的自動化控制技術更是飛躍發展；基于PC 的自動化標準越來越多；Internet技術在自動化控制技術中越來越重要；分布式系統將改變自動化控制方式。
4.PCBCS產品
各大PLC制造廠商，如西門子、 ROCKWELL automation、 GE Fanuc、 三菱電機均推出各自品牌的PCBCS 控制系統產品，其特點是控制器已改用PC機控制，它通過控制總線或通信接口，與各公司原有的遠程I/O組件銜接，這表明PLC的生產廠商已接受PCBCS 控制的技術路線。位于美國新澤西州普林斯頓的西門子能源和自動化集團 ISBU中心開發的重點是基于PC的自動化，它所推出的PCBCS中的控制器是SIMATIC WinAC（Windows自動化中心），它完全兼容SIMATIC S7系列PLC，可以完成PLC的控制功能，其I/O接口使用通信模塊聯接Profibus-DP，實現SoftPLC 控制。
在1995年由Wayson ?Industrial 公司提出的TCS（Tailored ?Control ?System,柔性控制系統）系統中有7種結構型式，其中一種就是采用PC機直接帶現場的I/O模件，它用運行在PC機內部的軟邏輯控制器取代控制器，用于采集點數較多但控制較少的場合。
美國Entivity公司（由Think & Do、Steeplechase公司合并而成）利用一種嵌入式操作系統Windows CE 與硬件廠商合作推出新型的PCBCS 產品－－WinPLC，它是安裝在I/O基板上的小型PC機，其中固化的Windows ?CE操作系統和Think & Do應用軟件Runtime 環境，可以運行由普通PC機開發的Think & Do應用程序，實現對同一基板上I/O模塊的控制。WinPLC系統可以脫離開發PC機獨立運行，適合于不需要監控畫面而且規模較小的控制系統；當系統需要監控畫面時，也可以將一臺裝有Think & Do軟件的計算機通過以太網與WinPLC系統相連，以該計算機作為上位操作員站。一些專家介紹，傳統的PLC具有硬實時特性，可以保證I/O掃描周期及中斷的響應，PC采用的Windows NT/2000操作系統并不是實時系統，不能保證中斷的響應時間或任務的執行周期的確定性。Windows CE 3.0的出現使基于PC的控制在實時性方面更進一步，甚至超過了任何PLC，可保證精確的讀寫周期和程序循環周期。
? 一些以生產I/O組件為主的廠家也加入了推廣PCBCS產品的行列，如德國倍福（Beckhoff）公司生產的I/O產品可配各種現場總線，如PROFIBUS、INTERBUS、CAN、ControlNet、DeviceNet等等，他所推出的PCBCS產品即由帶I/O接口的現場總線系統
、Windows NT/2000操作系統、倍福公司TwinCAT控制軟件、工業PC機組成。德國菲尼克斯（PHOENIX ?CONTACT）公司從1995年開始率先開始提出并研制以PC為基礎的控制板，并采用PLC國際標準IEC61131-3的編程語言，開發研制出一套完整的基于PC機技術的控制軟件PC-WorX.。這套軟件將現場總線管理軟件、PLC控制軟件以及監控軟件接口 OPC有機的結合起來，通過INTERBUS或ETHERNET可以直接與智能式的總線模塊進行通信。
研華公司的1999年5月推出的ADAM-5510/P31 ?產品采用了Paradym-31軟件包，它包含了 IEC1131-3 標準中規定的順序功能圖梯級圖和功能塊圖3種語言,是國內較早推出的PCBCS產品。
北京和利時公司的FOCS系統目前有兩種結構：局域型、緊湊型。局域型系統由帶現場總線的I/O模塊、主控器、操作站組成，緊湊型系統由帶現場總線的I/O模塊、管控站組成。這里的管控站就是一臺PC機，它完成局域型系統主控器、操作站兩個設備的功能，如監視、操作、控制、連網、組態編程等工作。由此可見，FOCS的緊湊型系統就是一個PCBCS控制系統，因第一次采用這樣的技術，廠家目前將系統定位于低成本的數據采集系統及調節回路較少的控制系統，由于管控站、電源、I/O模塊均可冗余配置，實際上FOCS緊湊型系統還是可以用在可靠性要求較高的場合。
5.PCBCS 應用
世界上最早采用PLC的美國通用汽車公司從1994年起逐步采用PCBCS系統取代PLC，2000年初，通用汽車公司決定將美國本土的所有通用汽車公司生產廠中約2500套控制系統全部用美國Entivity公司下屬Think & Do 軟件公司的PCBCS取代，Think & Do 軟件支持多種國際知名大公司的I/O系統（如霍尼威爾、施耐德、 AB、 GE等公司）和現場總線，國內Dell電腦廈門組裝線、貴陽郵電機械廠研制的郵政分檢機、天津香精香料公司也采用了Think & Do 軟件公司的PCBCS。據介紹，貴陽郵電機械廠原生產的郵政分檢機采用的是PLC，而研制的新一代郵政分檢機則采用了底層霍尼威爾公司的SDS硬件配Think & Do 軟件，該系統具有支持多種 I/O設備、編程容易、調試方便、可與不同系統連接的優點，使該廠在同行業中具備更強的競爭力。
德國慕尼黑附近有一個維德曼特色啤酒小釀房，原為手工操作，2000年進行了徹底的改造，采用了西門子公司的WinAC系統：一臺Simatic工業PC（奔騰Ⅱ處理器333MHz、128M內存、Windows NT操作系統）通過Profibus-DP現場總線連接到西門子遠程I/O設備ET200M 和ET200L-SL，再與現場的70多個閥門和閥控機構相連。系統的投運不僅減少了人力費用，還大大改善了啤酒的質量和穩定性。
在云南玉溪紅塔集團技術中心試驗制絲線電控系統及玉溪煙廠12000kg/h打葉復烤線技術改造項目中均采用了帶INTERBUS總線的PCBCS控制系統。據了解，每個系統的I/O總數均達到數千點，其可靠性、先進性都得到證實。
總結
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