工作中的徐紹衡

        工業(yè)控制與管理一體化平臺信息系統(tǒng)

        AutoNet64型萬能采集控制管理平臺是國內(nèi)首創(chuàng)的新一代網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫式PLC控制器，據(jù)本刊記者了解，該控制器采用新一代的ETN現(xiàn)場總線，無需通信，編程全自動，具有功能全面、每個端子輸入傳感器品種可編程、輸出輸入可編程、網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度高、平臺數(shù)據(jù)庫信息共享、新一代的邏輯表格式編程語言等優(yōu)點(diǎn)；功能有邏輯控制、模擬量控制、定時(shí)與按鈕邏輯、專用控制、PID調(diào)控、驅(qū)動燈及儀表、免驅(qū)串口連接等等，能滿足新一代船舶自動化產(chǎn)品的發(fā)展需要，在性能上優(yōu)于某些長期占據(jù)中國市場的進(jìn)口產(chǎn)品。
        該技術(shù)的發(fā)明人是我國著名船舶自動化專家徐紹衡。透過這項(xiàng)專利發(fā)明的背后，多少能看出我國科研人員強(qiáng)烈的民族自尊心。長期以來，中國的工業(yè)控制與船舶控制大量采用國外公司品牌的可編程PLC控制器。據(jù)市場調(diào)查，僅上海市的公用事業(yè)單位每年采購西門子PLC控制器就在60000臺左右，國內(nèi)沒有批量的PLC品牌，實(shí)際上工業(yè)控制的基礎(chǔ)核心技術(shù)掌握在國外公司手中。面對這樣冰冷的數(shù)據(jù)，從事船運(yùn)技術(shù)事業(yè)近四十年的徐紹衡無法接受，擁有總長3.2萬公里海岸線的中國，船舶控制器卻還要依賴進(jìn)口。
        江蘇常熟市電子儀器廠作為海軍裝備技術(shù)部、中國船舶總公司、原勞動部定點(diǎn)生產(chǎn)電子儀器及成套設(shè)備的企業(yè)，對推動我國船舶工業(yè)發(fā)展功不可沒。在這里，徐紹衡在繼承國際上PLC技術(shù)基礎(chǔ)上創(chuàng)新，發(fā)展新一代的PLC技術(shù)，經(jīng)十年努力，終于研制開發(fā)出“AutoNet64型萬能采集控制管理平臺”。
        AutoNet64型萬能采集控制管理平臺具有如下特點(diǎn)：
        把工作原理集成為一塊被稱為ETN數(shù)據(jù)庫式現(xiàn)場總線接口芯片（或組件），在PC電腦上用網(wǎng)卡及相同原理集成的一個被稱為Udboard的驅(qū)動軟件，作為本一體化平臺每個節(jié)點(diǎn)連接平臺的接口，也稱為ETN現(xiàn)場總線接口。
        采用現(xiàn)有的以太網(wǎng)介質(zhì)作為物理接口平臺，速度比CAN快1000倍，保證平臺實(shí)施的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也保證了本專利平臺的性能。為了保證工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)備和數(shù)據(jù)傳送的可靠性，本平臺采用雙套以太網(wǎng)并用及單網(wǎng)連發(fā)二個相同報(bào)文的冗余設(shè)計(jì)。同時(shí)以太網(wǎng)可以方便地實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)距離傳送及因特網(wǎng)全球傳送，是CAN無可比擬的。
        采用單區(qū)廣播方式（相當(dāng)于組播）發(fā)送，每個標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文接收或發(fā)送一個數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。接口快速發(fā)送實(shí)時(shí)變化數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，同時(shí)慢速發(fā)送非變化歷史數(shù)據(jù)，因此每個用戶接口必須設(shè)一個全網(wǎng)數(shù)據(jù)庫存儲塊，用以存儲歷史數(shù)據(jù)庫，同時(shí)收到實(shí)時(shí)變化數(shù)據(jù)馬上刷新數(shù)據(jù)庫，才能實(shí)現(xiàn)接收到全網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)其平臺信息傳播響應(yīng)小于1毫秒。每個節(jié)點(diǎn)均收到全網(wǎng)數(shù)據(jù)，全網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫每個節(jié)點(diǎn)共享，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)即插即用。

        萬用監(jiān)測控制器的結(jié)構(gòu)，除常規(guī)電路及ETN現(xiàn)場總線接口外，均采用實(shí)用新型專利原理：一是將各種傳感器品種的輸入歸結(jié)成8種放大器（數(shù)量可增減），用可編程邏輯選擇，使控制器每個端子可編程為任何傳感器輸入，也可以可編程為輸出，成為萬用監(jiān)測控制器；二是吸收國際上通用PLC可編程邏輯控制器的原理，用專用EEPROM邏輯組成全功能可編程邏輯控制器，并擴(kuò)展模擬量邏輯控制和PID調(diào)控。因此本萬用控制器能夠取代國際上PLC控制器，也能夠取代各種采集控制器，而且PLC功能更多，一物全能又方便維護(hù)。
        采用“邏輯表格式編程語言”，直接用共享數(shù)據(jù)庫號及邏輯關(guān)系填表，比國際上的PLC編程“繼電器邏輯圖”及“填表方式”語言更方便直觀，功能更齊全。
        采用了每個控制器64個信息點(diǎn)，平臺上最多可插接萬用控制器1000臺，總共64000點(diǎn)，并可以插接1000臺PC電腦，PC電腦可用現(xiàn)有的組態(tài)軟件或VB、VC編制的軟件監(jiān)控整個系統(tǒng)。
        采用VLAN（超級分區(qū)）類似的方法，全平臺分成32個分區(qū)組播，PC電腦設(shè)權(quán)限匯總信息，也可以用路由器導(dǎo)通各區(qū)數(shù)據(jù)。
        平臺采用路由器整合現(xiàn)有串口與現(xiàn)場總線等各種規(guī)格的設(shè)備，使串行設(shè)備用標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文直接讀寫平臺數(shù)據(jù)庫。
        管理系統(tǒng)均使用大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫，用兩種方式實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化：第一種方法是在管理系統(tǒng)服務(wù)器中運(yùn)行現(xiàn)有的組態(tài)軟件，利用組態(tài)軟件中的SQL指令，將64000點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫嵌入到大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，使管理系統(tǒng)可方便地讀寫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了控制與管理一體化，用此方法時(shí)管理系統(tǒng)還需要服務(wù)器；第二種方法是使用發(fā)明專利“虛擬數(shù)據(jù)庫信息平臺”的原理，增加報(bào)文長度與分布式硬盤檢索協(xié)議，構(gòu)成一個高速分布式管理數(shù)據(jù)庫，將大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫移植使用高速分布式管理數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與管理數(shù)據(jù)庫一體，實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化，此方法不需要服務(wù)器，可靠性高，并可大大提高管理系統(tǒng)的運(yùn)行速度，但軟件需進(jìn)一步開發(fā)。
        以上獨(dú)創(chuàng)技術(shù)的組合，構(gòu)成了一套完整的工業(yè)控制與管理一體化平臺信息系統(tǒng)。

        新一代PLC控制器創(chuàng)新優(yōu)勢

        作為新一代PLC控制器，AutoNet64繼承了PLC的二次編程萬能控制的全部功能，但不是仿造而是在方式方法上有很多創(chuàng)新。

        徐紹衡在論文中介紹AutoNet64的創(chuàng)新點(diǎn)有六個：
        1.國外PLC設(shè)計(jì)較早，沒有采用飛速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，而AutoNet64采用了“分布數(shù)據(jù)庫式大容量高速響應(yīng)實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)”AutoNet的專利技術(shù)組成ETN現(xiàn)場總線平臺，采用分布式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫（由于數(shù)據(jù)庫沒有服務(wù)器，也稱為虛擬數(shù)據(jù)庫），網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)高速共享全平臺數(shù)據(jù)（即共享所有節(jié)點(diǎn)的I/O）；徹底淘汰了RS485、RS232、CAN等又低速又麻煩的通信方式，也為控制與管理一體化提供了方便的方法；采用“邏輯表格式編程語言”大大簡化了編程，使PLC進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)庫芯一代。
        2.隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，工業(yè)控制和造船工業(yè)設(shè)備應(yīng)用機(jī)器人愈來愈普遍，節(jié)能減排也需要機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人也愈來愈復(fù)雜，常規(guī)的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)PLC用于機(jī)器人神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度指標(biāo)低，愈來愈力不從心，必須發(fā)展高標(biāo)準(zhǔn)的AutoNet工業(yè)機(jī)器人動態(tài)響應(yīng)一毫秒以內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也必須創(chuàng)新發(fā)展與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配套的PLC萬能采集控制管理技術(shù)、高速液晶屏、遠(yuǎn)程電腦等產(chǎn)品，構(gòu)成一整套工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品技術(shù)。
        3.工業(yè)監(jiān)控信號品種多，傳統(tǒng)的PLC采用一個信號一個品種I/O，I/O品種多，管理維護(hù)復(fù)雜；AutiNet64采用可編程自動選擇放大器品種，每個端子輸入輸出可編程，每個輸入傳感器品種可編程，使整機(jī)一個品種，大大簡化系統(tǒng)，是一大創(chuàng)新。
        4．對于大型系統(tǒng)的控制與管理，往往需要3萬點(diǎn)以上的實(shí)時(shí)信號容量，國際上很難解決；“AutoNet64型萬能采集控制管理平臺”能實(shí)現(xiàn)64000點(diǎn)超大容量，而且在大容量時(shí)其動態(tài)響應(yīng)仍能達(dá)到毫秒級，可以滿足大型系統(tǒng)的需要，對于中小系統(tǒng)應(yīng)用性能更好。
        5．?dāng)?shù)據(jù)平臺采用路由器聯(lián)接傳統(tǒng)的串行通信設(shè)備，使現(xiàn)有的RS485、RS232、CAN等設(shè)備直接讀寫網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，也提高了串行設(shè)備的效率。
        6．目前市場上5至15英寸的彩色工業(yè)級組態(tài)顯示器支持本平臺格式，能直接用以太網(wǎng)口連通，作為局部網(wǎng)絡(luò)組高速組態(tài)顯示屏；用各種電腦也能方便地聯(lián)接本平臺作遠(yuǎn)程遙控與監(jiān)視，從而組成整套工業(yè)控制系統(tǒng)。
        創(chuàng)新是該控制器的靈魂設(shè)計(jì)，徐紹衡稱，“多年前國內(nèi)也有人開發(fā)PLC控制器，均沒有大量進(jìn)入市場，其主要原因是以技術(shù)仿制為主沒有創(chuàng)新，工藝上也趕不上國外產(chǎn)品?！?BR>        AutoNet64萬用采集控制管理平臺具有巨大的利用價(jià)值，它的開發(fā)成功使國際上發(fā)展了20多年的PLC可編程控制產(chǎn)品及技術(shù)進(jìn)入到一個新階段，AutoNet64是新一代的PLC產(chǎn)品及技術(shù)，具有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫化的信息時(shí)代的特點(diǎn)，是一種創(chuàng)新發(fā)展。
        2008年微軟XP黑屏事件，無時(shí)無刻不在敲擊著中國科研工作者的設(shè)計(jì)理念：自主創(chuàng)新，脫離受制于人的進(jìn)口技術(shù)刻不容緩。20多年來，PLC技術(shù)一直是國外壟斷的外商品牌，沒有中國知識產(chǎn)權(quán)，而AutoNet64萬用采集控制管理平臺是完全的中國知識產(chǎn)權(quán)，中國制造，成本僅為國外價(jià)格的幾分之一，這對我國從“生產(chǎn)大國”過渡到“技術(shù)強(qiáng)國”意義明顯。

        見證中國科技海洋時(shí)代

        新一代的AutoNet64無異于開創(chuàng)了控制管理平臺的新紀(jì)元。該技術(shù)不僅在軍用艦上使用，從而推動了我國海軍科技發(fā)展，而且國內(nèi)有大量民用船只應(yīng)用，還出口到世界四大洲，同時(shí)在其他工業(yè)控制領(lǐng)域也有應(yīng)用。它不需要復(fù)雜而不可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重大技術(shù)革新；其可靠性強(qiáng)，在軍艦上應(yīng)用證明十年無故障，已成為一項(xiàng)成熟的新技術(shù)，其價(jià)格僅為進(jìn)口的幾分之一，可以在工業(yè)控制領(lǐng)域全面推廣，用以替代進(jìn)口設(shè)備，降低成本及優(yōu)化工業(yè)控制系統(tǒng)。

        1997年至今，徐紹衡作為技術(shù)負(fù)責(zé)人在海軍11艘大中型新型艦船的建造中負(fù)責(zé)損管系統(tǒng)項(xiàng)目的建造?？v觀徐紹衡研究員的工作經(jīng)歷，恰恰象征著中國航運(yùn)與船舶工業(yè)的發(fā)展，從1973年起在交通部廣州航道局船舶技術(shù)處工作，對早期仿蘇的航道挖泥設(shè)備和日本制造的港口機(jī)械進(jìn)行技術(shù)改造，到1981年進(jìn)入交通部上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所工作，參加了國家重大科技項(xiàng)目“船舶無人值班機(jī)艙自動化系統(tǒng)”，再到90年代中期，擔(dān)任中國船舶工業(yè)集團(tuán)611研究所副總工程師，研制出國內(nèi)第一套CAN網(wǎng)絡(luò)艦船自動化設(shè)備。
        直到21世紀(jì)信息化時(shí)代，徐紹衡研究開發(fā)了AutoNet64萬用采集控制管理平臺，見證著中國航運(yùn)與船舶工業(yè)從仿造到局部研發(fā)，再到全面自主創(chuàng)新的風(fēng)雨歷程。
        “科技武裝軍隊(duì)”是我國為適應(yīng)未來戰(zhàn)場提出來的理念。目前已普遍裝備到我國大中型軍艦上的萬用監(jiān)測控制器分布數(shù)據(jù)庫控制管理一體化平臺，實(shí)現(xiàn)了64000點(diǎn)雙向信息和1毫秒以內(nèi)的信息響應(yīng)速度—在國際上僅有挪威KONGSBERG與加拿大的兩家公司能生產(chǎn)2萬點(diǎn)以上實(shí)時(shí)信息平臺—這一功能指標(biāo)已達(dá)到和超過了國外先進(jìn)設(shè)備的水平，獲總裝備部科技大獎，對促進(jìn)海軍科技進(jìn)步起到了積極作用。
        從1980年至今，徐紹衡共獲得18項(xiàng)國家、部市級科技進(jìn)步獎，其中10項(xiàng)為一、二等獎，獲得中國發(fā)明專利和實(shí)用新型專利共8項(xiàng)。在國內(nèi)外發(fā)表論文40余篇，多次獲優(yōu)秀論文獎。在人才培養(yǎng)上，徐紹衡為國家培養(yǎng)了兩名青年研究員、12名副研究員、6名碩士生。