作者丁研：和利时系统架构师|自动化的演化路径( 四 )

·串口除了可以与软件进行通讯外，还可以作为与仪器仪表、RTU等设备进行通讯的媒介，不过此种方式无论在性能与可靠性上，都无法跟工业总线相提并论，因此适用场景也十分的有限（例如路灯、楼宇的控制）。

图8基于工业总线/以太网的网络架构
随着应用场景的增多，控制器与现场设备的通讯需求也发生了改变，因此自动化厂商开始引入基于数字化网络的通讯技术。
在现场设备通讯方面，由于受限于早期的(控制器/IO)一体化架构，控制系统在与数量更多，距离更远的设备进行通讯时，开始暴露出明显的瓶颈。因此，各自动化厂商纷纷推出了自己的现场总线/工业以太网技术：
·在网络结构方面，现场总线/工业以太网将控制系统，分解为由主站控制器及从站IO所组成的分布式架构；当需要增加设备/传感器的数量时，控制系统可通过在网络中增加IO模块的方式，实现系统的“扩容”；同时，由于采用了数字化网络技术，也使通讯距离、布线方式等方面得到极大的改善；
·在通讯质量方面，网络的各项指标并未因为控制器/IO模块的分离而被打折扣；在确定性方面，控制网络通过调度策略、时钟同步等机制的引入，确保网络报文准时、快速的到达；在可靠性方面，控制网络则通过冗余、防电磁干扰等方式，确保通讯处于长期可用的状态。
在IT网络通讯方面，由于需要与生产管理软件、第三方控制系统以及工业研发软件进行网络协同，因此控制器也引入了以太网通讯方面的技术。
硬件层面的问题解决后，还需要解决软件层面的开发问题。为了避免工程人员在项目交付阶段，陷入到具体琐碎的编码环节，自动化厂商将网络通讯，抽象为软件开发环境中模型，从而使工程人员通过简单的参数化/图形化配置，快速的搭建出一组控制系统的通讯功能。
自动化融入工业软件体系-虚拟调试与两化融合

图9与仿真相结合的控制系统开发流程
工业研发类软件为使用者提供一套虚拟化的环境，用于对产品和生产工艺的特性与机理进行设计/分析/仿真/验证，由于减少了在实体样机上的投入，因此使企业的研发效率得到显著提升。
当在控制程序开发流程中引入CAE/CAM时，自动化系统的开发/验证效率也会得到显著提升。
在工艺设计阶段，设计部门的工程师可通过软件，对装备与产线模型的外观、布局、物理特性进行直观的设计；配置完成后，使用者可激活软件的仿真功能，并使程序中的模型“运转”起来；在仿真的过程中，用户可透过装备的运行情况，对现场的运行效果进行直观的了解。
而在工艺验证阶段，工程师可将开发完成的自动化程序，与仿真软件中的“虚拟”设备进行结合（由仿真设备为自动化软件提供数据），并通过对虚拟生产系统的调试（又称虚拟调试），预先验证控制工艺的可行性。
部分CAE/CAM软件会自带工艺与算法的开发功能，例如机床设计软件中，用于描述刀具运行轨迹的G-Code ，还有科学计算软件中，用于热力学、空气动力学求解的机理模型；当在CAE/CAM完成开发后，这些模型可被导入到自动化系统，并与现场的实际设备、工艺结合使用。
工业研发软件已经成为自动化软件开发的加速器，而随着两者关系的进一步结合，更多的创新场景也将随之产生。而这也是为何，依靠自动化起家的一些企业（如西门子），会在过去十几年间，对工业研发软件展开疯狂并购的主要原因。

作 者丁研：和利时系统架构师|自动化的演化路径( 四 )

作者丁研：和利时系统架构师|自动化的演化路径( 四 )