以全开放的统一系统平台姿态出现的服务器与用户应用程序的关系简便了系统集成。基础控制应用软件决定了FCS(现场总线控制系统)的功能与可靠性；对工艺流程离线计算所使用的模型与约束等按现行装置的运行条件进行Tailer-made 简化, 所得到的在线运行的先进、优化控制软件包才能真正收到效益。

用户的应用程序是在统一系统平台“上演的剧本”

目前，符合IEC 标准的现场总线产品多达8种，使用户对其选用莫衷一是；此外，目前DCS仍是市场的主导，使人们对FCS的前景模糊。究其原因，主要是FCS 对DCS 而言，在功能上并无任何改进而仅限于节减布线而带来的一次性投资减少及方便维修而有益于运行的可靠性提高，其次是各大厂商看重其DCS 已有的市场份额而对推行FF 产品是“雷声大，雨点少”。从FCS 必需在现场实施基本控制功能而言，FF 产品首先在流程工业应用中应予以推广。为此，笔者在《从DCS 到FCS》一文中指出：局部集中体系结构以太网+ T C P（UDP）/IP+OPC有望成为FCS的统一结构与产品，这就是统一的系统平台。

笔者在《OPC-全开控制系统的核心构件》(以下简称《OPC》)指出，OPC使这种统一的系统平台不但是全开放的，而且客户（用户）应用程序与多个OPC 服务器（程序）按OPC 基金会所规范的数据品格交换不同数据库中的数据。据此，可以这样认同：符合OPC数据品格的用户的应用程序——“剧本”可以在任一符合OPC 规范的统一系统平台“上演”，而勿须过问谁是制造商以及通信协议是FF还是FROFIBUS抑或CONTROLNET。这样，一旦用户的应用程序挂在任一制造商提供的系统平台上，就等同于可延拓至与其它任何符合OPC 规范的系统平台交换数据——输入、输出。这种应用程序与系统平台之间形成的客（用）户（应用程序）/服务器（程序）关系使两者可以“拆卸”或“插拔”，使应用程序可独立于系统平台进行开发、应用，不但可以使用户不受设备制造供应商的制约，而且便于系统集成，用户（集团或行业）不但可以成为FCS 的集成商，而且其集成的FCS 更贴合行业使用。

FCS 的系统集成

事实上，用户过去或现在所使用的DCS或PLC在一定程度上大多是设备制造供应商所集成的终端产品，这些设备制造商其实就是系统集成商。据笔者所知，某些系统的I/O卡件，通信卡件等是从OEM制造商外购的或买断性委托开发的；系统的应用程序等（软件）也多是花数百万美元予以买断性委托开发的，至于以前DCS 使用的UNIX 实时多用户的操作系统无一例外均是购买使用权的。总之，按市场规则，根据自身的条件而进行系统集成。

据笔者对多家DCS 产品的应用程序—— 基础控制用的功能模块（FUNCTION BLOCK）的分析与使用，形成这样的看法：各家DCS 多是以某一工业行业的应用作为其开发背景的，因而其应用软件，其中包括基础控制软件，具有某些行业应用的特征而特别适用。例如，同样是PID，可是根据应用行业的需求不同而有多种PID。调合PID特别适用于某些石化产品的调合工艺需求；也适合于饮料配比及酒类勾兑的控制要求。又如，具备抗积分饱和（不同于防积分饱和）特性的PID 特别适用于单体聚合工艺控制要求以阻遏爆聚的出现。各家DCS 开发背景的差异具体体现于其用户的行业规属。至于PLC 或ESD（紧急停车装置）因响应速度的差异而使其应用更富行业色彩。

笔者在《OPC》中已予指出，局部集中体系结构的FCS 不但在功能上兼具了DCS 与PLC 二者的任何功能，而且在外形结构上也消除了两者的差异；应用（用户）程序与统一系统平台两者的客户/服务（器）关系易于系统集成。用户的应用程序除基础控制用的功能模块应用（软件）除具行业共性之外，更具1 对1 的个性。对此，设备制造供应商是外行，而用户是内行专家。因此，国内行业集团公司完全可以凭借自己的优势成为FCS 的集成商：从OEM 厂商那里购买OPC 的统一系统平台而成为其系统联盟商，把利用自有专业特长与技术力量开发的应用软件挂到该系统平台上，不但在技术上成为名符其实的系统集成商， 而且收效相当显著《( OPC》)。无论是从技术上还是从经济收效上看，这种系统集成构成的联盟关系是平等互惠互利的关系。就交最终用户的FCS而言，技术含量各兼一半，而且可形成自己的品牌；至于获益，则集成商远高于OEM 供货厂商！显然，这种系统联盟并不是以前那种借联盟之名行变相行政干预而为外商销售其DCS等产品之实的“买办式”联盟！

笔者从1964年起就从事炼油、化工生产过程计算机控制的开发应用工作，从上一世纪70年代中期在国内第一个使用DCS 开始，就萌发了自行研究开发DCS 的念头。早在1988 年，笔者带领2位徒弟，利用STD总线卡件作为硬件平台，历时2 年成功地开发了一套完整的小型DCS样机并试用于生产现场。开发过程甚为艰辛，因为是从连起动程序都没有而由单纯一些硬件卡件搭成的“裸机”上进行全程开发。所谓全程开发是从开控制站的实时调度管理程序，功能模块程序等到通信程序直至操作显示站的棒图显示、操作，历史趋势显示、报警处理以及调整画面、CBC组态及DBC组态程序等全部自行开发。在无视窗软件的当时，其空间资源又十分有限的条件下多是采用汇编编程；其中操作显示站的开发最为繁琐费时，但其画面的功能与质量令同行外商惊讶。该样机在性能上最具有特色的是控制站采用三块CPU卡件实现任务冗余或在线冗余而提高效率与可靠性，这较之当时国外DCS均是“BACK-UP”冗余在技术上是一个突破；在功能上是所实施的功能模块能体现笔者提出的预联锁的“同拍”控制要求《( 兼备预联锁智能型水碳比值控制系统的实施》以下简称《兼备》)。笔者主要目的是借助STD硬卡平台实现自己所心仪的、石油化工生产控制所需的具预联锁功能控制系统这一夙愿。以上所述，旨在说明国人完全有能力进行系统集成，何况在OPC的统一系统平台总体作为OEM 产品上予以集成较之当时条件而言要简便多得多，仅只需用C 语言编程功能模块后在OEM 厂商协同下挂到其所提供的系统平台上即可。

FCS 基础控制应用程序

1．基础控制应用程序是指在控制站或数据采集站上所用的功能模块（Function Block）。它的功能强弱完全决定了FCS的功能强弱，其运行的可靠性也是FCS可靠性的基本因素之一；这也是系统集成厂商必须承担风险所在，因而也是其获取丰厚回报的理由所在。

2．按FF 规范，在FCS 现场控制站所采用的Function Block共分三种：

A.源模块。H1局域网上每一个站（点）都必须有一个且只有一个源模块，它反映硬件的特性、故障及该现场控制站或数采站的总体属性，其主要职责有两点：反映该控制站点内功能模块应用的操作运行状态，诸如站整体的运行模式（启动与停止等）、控制周期与内存空间的选用等；其次是反映制造厂商所提供设备的特性数据。

B. 传送模块。用于与I/O 的硬件打交道，使之与下面的功能模块隔离并进行标度变换运算等，每个I/O 点（通道）都要配用一个传送模块。以上两种模块都应由O E M 厂商提供。

C．功能模块。按FF 规范，它共有三类共22 个基本功能模块。这三类是：输入功能模块，例如AI、DI；输出功能模块，例如AO、DO；这二类功能模块分别前接或后接传送模块；第三类是功能模块，它又分为控制、计算两种类型。这22 个基本功能模块是系统集成厂商必须提供的。FF对这22个基本功能模块的参数都逐一予以规范，凡是所规定的参数在编程中都必须用到，要体现行业应用特点可以自行在规定的参数之后添加一些特性参数使其具有FF所规范的共性之外再具特殊功能。这些功能模块编程以后尚需送FF 进行互操作测试认证。待测试认证通过之后，FF 授予认证标记。凡是通过互操作测试认证的功能模块均符合OPC的数据品格规范。顺便提及，互操作特性与互换性是两个概念，具互换性一定具备互操作特性，反之则不一定。因为具互换性尚有时空要求。诚然，除22 种基本功能模块之外，也可以根据应用行业的特点自行开发一些特殊功能的模块向FF申请，一旦获准后就将以此作为参照基准对它人同样功能模块进行互操作测试认证。

3. 功能模块通过互操作性测试认证并不等同于其可靠性就有保障了，众所周知，软件的可靠性至今尚无测试标准可依。FCS 的功能模块的可靠性测试至今只有靠仿真测试了，最好由有丰富工程实践经验的系统工程师设计仿真测试方案，运用已实施并长期运行无误的运行方案与数据对每一功能模块的性能与数据，尤其是运行模式的无扰切换等逐一测试，尤以人为制造故障予以测试考核最好。据笔者经验，对涉及开关量及逻辑运算的模块更需仔细测试考核。这种可靠性仿真测试最为关键与困难。因为一旦功能模块故障，其对生产带来的后果难以想象。《O P C》中提到的Y 公司DCS 模块在20 吨快装锅炉点火不到2小时就导致熄火是笔者亲眼所见！如有需要，笔者有一套测试考核方案与工程数据可以提供技术支持。

4．以上基础控制功能模块均是在现场控制站上运行的，其功能是使工业生产安全稳定；至于可获效益的（稳态）优化与先进控制则是在操作显示站上按后台作业予以运行，或在专门的工作站上运行。优化或先进控制软件从FCS的显示操作（或MMI）站输出则是由后者的RCAS 或ROUT 接收。为确保后者的可靠运行，RCAS 或ROUT 均是包含参数，而不是连接参数；非但如此，一旦异常则自动与前者脱离；而在正常时对RCAS 均有限幅、限速措施，对ROUT有限幅举措；如此种种均是确保基础控制安全可靠运行。

FCS 的优化及/或先进控制应用程序

这类应用程序并不是由系统集成商提供的，而是由用户自行决定开发使用与否，FCS 系统只是对其提供一个工作平台。它们都是在MMI 上按后台作业予以运行的，或是作为SCADA（监督控制与数据采集）的一部分予以运行的。为不对基础控制构成扰动，它们必须接受与其相连的基础控功能模块的RCAS-OUT 作为其输入之一的BKCAL-IN，或后者的ROUT-OUT作为其另一输入的ROUT-IN。

这类程序都使用数学模型，而这些模型应从工艺设计所使用的工艺包中摘取。事实上，现代流程工业，例如石油化工流程都是按化学工程方法进行流程设计后形成工艺包，据此再进行机械、安装、施工设计。工艺包包含有一组优化的工作点（操作条件），这组工作点是在一组稳定的工艺条件（例如原料的成分、规格、处理量等均固定）下，按照流程中描述各装置行为的数学——物理方程形成的数学模型进行优化得出的一组稳态工作点（例如温度、压力、流量），这就是工艺操作的依据。无疑，当工艺条件变动时，则最优稳态工作点也迁移，所谓优化及/或先进控制就是要根据当时条件在线计算新一组最优稳态工作点。显然，在线进行优化及先进控制计算只有以工艺包所采用的数学模型为基准进行Tailor-made(量体载衣进行简化)才可真正收到实效。

然而，现代流程工业的流程设计由于以下因素而变得十分繁冗：公用工程将其全程勾连；返料使其入口成分常随时间变化且使流程首尾勾连，以及可能包含的部分设备的运行周期性轮换等。这些因素使化学工程处理连续流程的定常方法（常用稳态数学-物理方程描述工艺装置的行为）与处理间歇过程的非定常方法（常用与时间有关的微分方程或与时空等有关的偏微分方程描述其行为）交叉运用，以及公用工程与返料的耦合使流程计算与优化十分繁复，多次选代甚为费时而只能进行离线计算。不言而喻，这种优化是流程总体优化，如仅对其中部分装置进行优化是不会有什么实效的。

以往，由于计算机时空资源有限，进行在线优化常对工艺包进行“漫画式”简化，即只能抽取1 个或几个特征予以描述。现在，计算机时空资源已允许进行“素描、写生”式简化，但如何Tailormade,则必须深入了解工艺，或在工艺包提供者指导下进行方可取得实效。

据笔者所知，乙烯裂解与急冷分离压缩工艺流程就是如此进行实时优化的。其工艺流程大体包含两个部分：把原料油（石脑油或轻柴油）在乙烯裂解炉内快速加温裂解成烯烃、烷烃与炔烃；为减少副反应对裂解气进行急冷、分离、压缩，将非烯烃者返料或其它处理。其中，裂解炉管内会结焦需定时轮流停工清焦，而后续的急冷、分离、压缩是连续运行。对此，荷兰KTI（动力技术国际公司）对该工艺流程推出了“ADVANCED CONTROL AND OPTIMISATION FOR ETHYLENE PLANTS”软件包。其中包括有根据KTI（它提供KTI型裂解炉）离线计算所使用的FIREBOX 与SPYRO 这两个软件包进行Tailor-made 的在线模型，另外也包括有Honywell Profimatics所提供的RMPCT（Robust Multi-variable Predictive Control Technology）鲁棒性多变量预估控制技术，据此进行优化计算与先进控制不但在该裂解流程上应用取得实效；而且也是该流程的产品-乙烯、丙烯的最优分配与原料油的使用等全企业的CIPS 系统的主干软件。

笔者在此只所以举这个例子，只是想说明以下问题：

1．如果以为掌握了R M P C T 或DMC等优化或先进控制方法就能取得实效，那是徒劳的。国内目前很多优化立项的结果不是如此吗？优化与先进控制取得成效的关键是如何从工艺包中Tailor-made 出在线计算模型。

2．进行CIPS或ERP 等开发应用，应针对具体工艺流程1 对1 地进行开发应用；应由熟悉该工艺流程的系统工程师进行总体规划、制定总体方案。系统工程师不但对相关学科均有广而深的知识积累，尤其是对具体工程或生产中所出现的各种问题能当场即兴予以及时诊断、解决，使其能融会贯通各相关学科之间“峡谷”。笔者认为：系统工程师只能是那些具有“无为，而无所不为”潜质的工程师从多年工程实践中造就出来，他们是工程界的真正精英。