DCS分散控制系統(tǒng)原理

1、DCS分散控制系統(tǒng)原理 發(fā)布時(shí)間：2010-1-5    作者： 過(guò)程控制服務(wù)網(wǎng)                          DCS分散控制系統(tǒng)原理第一講 緒論DCS從1975年問(wèn)世以來(lái)，大約有三次比較大的變革，七十年代操作站的硬件、操作系統(tǒng)、監(jiān)視軟件都是專(zhuān)用的，由各DCS廠家自己開(kāi)發(fā)的，也沒(méi)有動(dòng)態(tài)流程

2、圖，通訊網(wǎng)絡(luò)基本上都是輪詢(xún)方式的；八十年代就不一樣了，通訊網(wǎng)絡(luò)較多使用令牌方式；九十年代操作站出現(xiàn)了通用系統(tǒng)，九十年代末通訊網(wǎng)絡(luò)有部份遵守TCP/IP協(xié)議，有的開(kāi)始采用以太網(wǎng)?？偟膩?lái)看，變化主要體現(xiàn)在板、操作站和通訊網(wǎng)絡(luò)?？刂破飨鄬?duì)來(lái)講變化要小一些。操作站主要表現(xiàn)在由專(zhuān)用機(jī)變化到通用機(jī)，如PC機(jī)和小型機(jī)的應(yīng)用。但是目前它的操作系統(tǒng)一般采用UNIX，也有小系統(tǒng)采用NT，相比較來(lái)看UNIX的穩(wěn)定性要好一些，NT則有死機(jī)現(xiàn)象。I/O板主要體現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)總線的引入DCS系統(tǒng)。 從理論上講，一個(gè)DCS系統(tǒng)可以應(yīng)用于各種行業(yè)，但是各行業(yè)有它的特殊性，所以DCS也就出現(xiàn)了不同的分支，有時(shí)也由于DCS廠家技術(shù)人員

3、工藝知識(shí)的局限性而引起，如HONEYWELL公司對(duì)石化比較熟悉，其產(chǎn)品在石化行業(yè)應(yīng)用較多，而AILEY的產(chǎn)品則在電力行業(yè)應(yīng)用比較普遍。用戶(hù)在選擇DCS的時(shí)候主要是要注意其技術(shù)人員是否對(duì)該生產(chǎn)工藝比較熟悉；然后要看該系統(tǒng)適用于多大規(guī)模，比如NT操作系統(tǒng)的就適應(yīng)于較小規(guī)模的系統(tǒng)；最后是價(jià)格，不同的組合價(jià)格會(huì)有較大的差異，而國(guó)產(chǎn)的DCS系統(tǒng)價(jià)格比進(jìn)口的DCS至少要低一半，算上備品備件則要低得更多。 DCS由四部份組成：I/O板、控制器、操作站、通訊網(wǎng)絡(luò)。I/O板和控制器國(guó)際上各DCS廠家的技術(shù)水平都相差不遠(yuǎn)，如果說(shuō)有些差別的話是控制器內(nèi)的算法有多有少，算法的組合有些不一樣，I/O板的差別在于有的有智

4、能，有些沒(méi)有，但是控制器讀取所有I/O數(shù)據(jù)必須在一秒鐘內(nèi)完成一個(gè)循環(huán)；操作站差別比較大，主要差別是選用PC機(jī)還是選用小型機(jī)、采用UNIX還是采用NT操作系統(tǒng)、采用專(zhuān)用的還是通用的監(jiān)視軟件,操作系統(tǒng)和監(jiān)視軟件配合比較好時(shí)可以減少死機(jī)現(xiàn)象；差別最大的是通訊網(wǎng)絡(luò)，最差的是輪詢(xún)方式，最好的是例外報(bào)告方式，根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)，其速度要相差七八倍。第二講 DCS在選型中的幾個(gè)問(wèn)題被控制對(duì)象確定以后，選用什么樣的控制系統(tǒng)就成為重要問(wèn)題。主要是根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模和投資預(yù)算來(lái)考慮的，以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的DCS系統(tǒng)和早期的模擬儀表組成的控制系統(tǒng)，從工程項(xiàng)目的實(shí)施來(lái)看，本質(zhì)差別不大，主要考慮項(xiàng)目規(guī)模和投資預(yù)算，但DCS與模擬儀

5、表相比，它更為復(fù)雜，技術(shù)性要求更高，下面我來(lái)談?wù)凞CS系統(tǒng)選型中的幾個(gè)問(wèn)題。從理論上來(lái)講，DCS可以用與不同的工藝過(guò)程，它是通用的，但是，DCS的制造廠家專(zhuān)長(zhǎng)與某一領(lǐng)域。如：HOMEYWELL(霍尼韋爾)主要用于石化部門(mén)，BAILEY公司的N90、INFI90主要用于電力系統(tǒng)，ROSEMOUNT(羅斯蒙特)的RS3、-V大多用于化工系統(tǒng)。但也不能否認(rèn)不同工藝過(guò)程會(huì)有一些特殊要求，如：電廠一定要有電調(diào)設(shè)備和SOE，石化部門(mén)一定要有選擇性控制，水泥行業(yè)一定要有大純滯后控制補(bǔ)償?shù)?，選型時(shí)也要考慮這些因素。 第二點(diǎn)就是經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)該從DCS本身價(jià)格和預(yù)計(jì)所創(chuàng)效益角度考慮。DCS有國(guó)產(chǎn)的和進(jìn)口的，對(duì)相同檔

6、次而言，進(jìn)口的控制功能強(qiáng)一些，有一些先進(jìn)的控制算法，如Smith預(yù)估、三維矩陣運(yùn)算等，國(guó)產(chǎn)DCS價(jià)格要比進(jìn)口的低很多，也能滿(mǎn)足技術(shù)要求。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，國(guó)外DCS的控制器各廠家差別不太遠(yuǎn)，控制器的預(yù)置算法稍有差別，控制器與I/O板的連接方式也有所不同。而操作站區(qū)別較大。有以PC機(jī)為基礎(chǔ)的，有以小型機(jī)為基礎(chǔ)的，操作系統(tǒng)一般選用UNIX類(lèi)系統(tǒng)。小型機(jī)的價(jià)格要比PC機(jī)高很多，進(jìn)口小型機(jī)操作站的價(jià)格要高于四萬(wàn)美金，而且許多機(jī)型已經(jīng)停產(chǎn)（如DEC公司的VAX機(jī)和機(jī)）。PC機(jī)的操作站不到三萬(wàn)美金，它的操作系統(tǒng)采用NT，其穩(wěn)定性沒(méi)有UNIX好。小型機(jī)的接口采用SCSI，傳輸速率是串行的8倍之多。以NT操作系統(tǒng)

7、作為操作站的，點(diǎn)數(shù)要少一些，不然會(huì)頻繁死機(jī)，國(guó)產(chǎn)的PC機(jī)更便宜得多，采用PC機(jī)操作站，可以采用最新的機(jī)型，操作人員對(duì)軟件的安裝、調(diào)試、聯(lián)網(wǎng)和開(kāi)發(fā)也要熟悉得多。監(jiān)視軟件有專(zhuān)用的也可以用通用的，通用的監(jiān)視軟件開(kāi)放性要好一些，用戶(hù)應(yīng)按照項(xiàng)目的規(guī)模大小和預(yù)算資金來(lái)選擇使用。 DCS比較貴的原因，除了上述理由外，還有控制器的電源系統(tǒng)，通常采用冗余供電，電源的引入和散熱是價(jià)格貴的主要原因，各個(gè)DCS系統(tǒng)在這方面差別比較大。 把控制器和操作站聯(lián)系起來(lái)的通訊網(wǎng)絡(luò)也要考慮，如果采用通用的以太網(wǎng)，則網(wǎng)卡等價(jià)格很低，專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò)接口很貴，最貴可以達(dá)到20000美金。 因此，經(jīng)濟(jì)性與很多因素有關(guān)，有時(shí)外商給你報(bào)價(jià)降下來(lái)

8、，實(shí)際是改變了一些結(jié)構(gòu)而已，并沒(méi)有給你什么優(yōu)惠，甚至他的利潤(rùn)還增加了。這時(shí)可取的辦法是聯(lián)系國(guó)內(nèi)類(lèi)似的單位和請(qǐng)教有經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家。 第三點(diǎn)就是承包方的技術(shù)力量，也就是承包方對(duì)哪一工藝過(guò)程和DCS本身比較熟悉。如經(jīng)常做化工控制系統(tǒng)的承包商來(lái)做軋制的控制系統(tǒng)，他對(duì)活套的控制、卷曲的控制和張力的控制等就不太熟悉，做的工程就不會(huì)太好。如果承包方對(duì)DCS本身不熟悉，控制器做的太大時(shí)會(huì)產(chǎn)生死機(jī)。不少工廠都購(gòu)買(mǎi)了不同廠家的DCS系統(tǒng)，我們稱(chēng)之為“八國(guó)聯(lián)軍”狀態(tài)，此時(shí)更要選擇技術(shù)力量比較強(qiáng)的單位抓總，而不宜選擇某一個(gè)國(guó)外廠商作為承包商， 第四點(diǎn)是售后服務(wù)，國(guó)外廠商通常情況下配品、備件供應(yīng)價(jià)格高，且不能及時(shí)提供。DC

9、S用戶(hù)應(yīng)選擇廠商實(shí)力雄厚的，技術(shù)力量強(qiáng)的、境內(nèi)技術(shù)支持好的廠家。計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展很快，DCS廠家也會(huì)不斷更新它的產(chǎn)品，新舊產(chǎn)品兼容性要好才行，個(gè)別廠家新舊系統(tǒng)不兼容，系統(tǒng)升級(jí)時(shí)造成很大損失。國(guó)內(nèi)的DCS廠家配品、備件供應(yīng)比較及時(shí)，售后服務(wù)方面做的也比較好。 第五點(diǎn)是關(guān)于DCS的技術(shù)先進(jìn)性，指系統(tǒng)采用了經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的最新技術(shù)，并有發(fā)展前途和生命力，包括DCS系統(tǒng)的開(kāi)放和互聯(lián)，現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用，第三方軟件的支持等。這里要注意的一點(diǎn)是：有些廠家為了占領(lǐng)市場(chǎng)，把一些不成熟的產(chǎn)品推到第三世界，如五、六年前DCS缺少小型系統(tǒng)，有的廠家把不太成熟的小型系統(tǒng)推到用戶(hù)，結(jié)果這270多套系統(tǒng)基本都已經(jīng)提前退役。早在198

10、3年，某外國(guó)公司推銷(xiāo)的DCS，在電源出現(xiàn)故障并復(fù)電后，控制器的輸出是任意的，此時(shí)閥門(mén)的位置就很危險(xiǎn)，這種產(chǎn)品本不能出廠，但還是賣(mài)給了我們國(guó)家，結(jié)果購(gòu)買(mǎi)單位基本上沒(méi)有運(yùn)行。 總之，DCS從七五年到現(xiàn)在已經(jīng)有二十多年的應(yīng)用歷史了，可靠性方面基本都能達(dá)到要求，建立系統(tǒng)時(shí)選型是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，我們不但主要考慮項(xiàng)目規(guī)模和投資預(yù)算，還要考慮到一系列其它的因素，選型是否恰當(dāng)往往從一開(kāi)始就決定了該系統(tǒng)今后的命運(yùn)，萬(wàn)萬(wàn)不可掉以輕心。第三講 DCS操作站 DCS系統(tǒng)包括三大部分：帶I/O部件的控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)和人機(jī)接口人機(jī)接口包括操作站、工程師站和歷史站?？刂破鱅/O部件和生產(chǎn)過(guò)程相聯(lián)接，操作站和人相聯(lián)系，通

11、訊網(wǎng)絡(luò)把這兩部分聯(lián)成系統(tǒng)。所以操作站是DCS的重要組成部分，工程師站給控制器和操作站組態(tài)，歷史站記錄生產(chǎn)過(guò)程的歷史數(shù)據(jù)。 一個(gè)DCS系統(tǒng)控制器和I/O部件通?？梢赃\(yùn)行16-20年，而操作站因?yàn)橛谢顒?dòng)部件，還有一些相互的電磁干擾，所以比較容易損壞，如：硬盤(pán)、鍵盤(pán)、CRT、軟驅(qū)等，運(yùn)行6-8年后出現(xiàn)故障的概率就比較大，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)最長(zhǎng)的也只能運(yùn)行十年左右。所以在DCS運(yùn)行過(guò)程中，更新操作站的情況比較多。 DCS的控制器的變化較小。其變化表現(xiàn)在控制算法的安排、控制算法的多少，存取的 I/O點(diǎn)數(shù)的多少和內(nèi)存的大小等，它隨著硬件的進(jìn)步而做相應(yīng)的更改，操作系統(tǒng)一般都是專(zhuān)用的。操作站的變化就很大，八十年代以前

12、的操作站，一般沒(méi)有硬盤(pán)及動(dòng)態(tài)流程圖，能顯示的標(biāo)簽數(shù)比較少，例如500個(gè)標(biāo)簽（標(biāo)簽指的是AI、DI、回路、開(kāi)關(guān)量的邏輯關(guān)系等），八十年代出現(xiàn)了能顯示5000個(gè)標(biāo)簽的操作站，九十年代出現(xiàn)了能顯示30000個(gè)標(biāo)簽的操作站，同時(shí)，也出現(xiàn)了在微軟的NT通用平臺(tái)上運(yùn)行的通用顯示軟件，開(kāi)始，通用軟件只在PLC的操作站上使用，后來(lái)也逐漸應(yīng)用在DCS上，它的標(biāo)簽量可以達(dá)到10000個(gè)。 DCS操作站發(fā)展的過(guò)程（以BAILEY的操作站為例）如下： 一八十年代初，N90的操作站是OIU系列，當(dāng)時(shí)是無(wú)硬盤(pán)、無(wú)動(dòng)態(tài)流程圖的，標(biāo)簽量500。后來(lái)增加了硬盤(pán)和流程圖，標(biāo)簽量1400-5000點(diǎn)。八十年代中期推出了MCS系列，

13、標(biāo)簽量10000，特別是MCSPULS，它是SCSI接口，可以有30000個(gè)標(biāo)簽點(diǎn)，當(dāng)時(shí)在DCS市場(chǎng)上處于領(lǐng)先地位。1986年，BAILEY產(chǎn)品占世界DCS市場(chǎng)的1/3。到1988年，共有8500套在世界各國(guó)運(yùn)轉(zhuǎn)。到了90年代，DCS市場(chǎng)爭(zhēng)奪激烈，BAILEY無(wú)論在技術(shù)上還是在銷(xiāo)售方面都不象80年代那樣令人矚目,于是BAILEY公司欲通過(guò)收購(gòu)FISCHER&PORTER、HARTMANN&BRAUN等公司銷(xiāo)售他們的系統(tǒng)來(lái)重鑄輝煌。 BAILEY的控制器和通訊網(wǎng)絡(luò)都比較好，但在操作站上面，不能與競(jìng)爭(zhēng)者相比，BAILEY最新的操作站是以WINDOWS NT、通用微機(jī)為基礎(chǔ)的Cond

14、uctor NT。實(shí)際上，該操作站不是為INFI-90開(kāi)發(fā)的，它是FISCHER-PORTER的系統(tǒng)6的操作站，用它的監(jiān)控軟件嵌入和INFI-90通訊的驅(qū)動(dòng)軟件而成。由于銷(xiāo)售量不大，磨合的機(jī)會(huì)少，問(wèn)題比較多，死機(jī)現(xiàn)象嚴(yán)重。OIS40系列的操作站運(yùn)行在DEC的VMS平臺(tái)上。實(shí)際上，它仍然是在MCS操作站的MTOS操作系統(tǒng)平臺(tái)上，開(kāi)發(fā)了一個(gè)與VMS通訊的驅(qū)動(dòng)軟件，因?yàn)?0年代的OIU和MCS在80年代末都已經(jīng)停止銷(xiāo)售。BAILEY只賣(mài)OIS20系列和OIS40系列。 OIS20系列是90年代初推向市場(chǎng)的，它本質(zhì)上是MCS，但它們能與INFI-90通訊。它的開(kāi)發(fā)、制造成本都比較低，性能也比較好。OI

15、S20系列的輔站不是用網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸信息的，只是在主站上多加了1塊顯卡來(lái)實(shí)現(xiàn)輔站的功能。后來(lái)因維護(hù)成本很高，硬盤(pán)和軟驅(qū)都難以買(mǎi)到，用戶(hù)反映不太好。 繼OIS20系列，BAILEY公司推出了OIS41、OIS42，在操作站之間增加了以太網(wǎng)卡，組成后門(mén)網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)打印機(jī)共享。把圖形傳給不同主站的能力也有所增強(qiáng)，也給用戶(hù)提供了開(kāi)發(fā)打印系統(tǒng)的空間，這是后話。由于OIS40、OIS41、OIS42主機(jī)性能較差，所以操作站的性能提高不明顯。直到OIS43 Alpha芯片的出現(xiàn)，性能才得到提高。同時(shí)，加拿大BAILEY公司開(kāi)發(fā)了PCV，它是以PC為基礎(chǔ)的操作站，采用QNX操作系統(tǒng)。因?yàn)樗臉?biāo)簽量較少，價(jià)格低廉

16、，運(yùn)行穩(wěn)定，故適用于小系統(tǒng)的使用，這就是BAILEY的OIS10系列，版本5以前，只有文本沒(méi)有圖形。版本5以后既有文本也有圖形。OIS11操作站后門(mén)之間用ARCNET聯(lián)網(wǎng)。OIS12既可用ARCNET也可用以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。 由于OIS40系列軟件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故價(jià)格較高，更重要的一點(diǎn)是DEC公司被COMPAQ公司兼并，Alpha機(jī)255/233停止生產(chǎn)，這給BAILEY公司和用戶(hù)無(wú)疑是雪上加霜。 二. 八十年代中期，因?yàn)镻LC操作站的開(kāi)發(fā)都不太成功，一些軟件公司就開(kāi)發(fā)了通用的監(jiān)控軟件，且很快就被PLC制造廠家所采用。如：FIX 、INTOUCH、ONSPEC等（一共有上百種），由于市場(chǎng)前景較好，所以軟

17、件開(kāi)發(fā)商又開(kāi)發(fā)了許多PLC的驅(qū)動(dòng)軟件。到了九十年代，又開(kāi)發(fā)了DCS的驅(qū)動(dòng)軟件。最早采用通用工控監(jiān)控軟件的是MOORE公司的APEC系統(tǒng)，它既可以用INTOUCH也可用FIX，以FIX軟件為基礎(chǔ)的操作站也應(yīng)用在Fisher Rosmont DeltaV and Toshiba DCS系統(tǒng)上，由于INFI-90系統(tǒng)在九十年代一直沒(méi)有推出比較優(yōu)秀的操作站，故PREVISE公司推出了OPsCon操作站。 OPsCon操作站運(yùn)行在PC硬件平臺(tái)，NT操作系統(tǒng)下。把FIX作為監(jiān)控軟件，并開(kāi)發(fā)了能與多種DCS通訊的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)軟件，標(biāo)簽量為10000個(gè)。因?yàn)镕IX軟件在世界各地已經(jīng)銷(xiāo)售了90000套，它與各種PL

18、C、DCS和NT系統(tǒng)磨合較好，這種監(jiān)控軟件只要開(kāi)發(fā)出多種PLC、DCS的驅(qū)動(dòng)軟件就可以成為通用操作站。2000年開(kāi)始應(yīng)用在INFI-90系統(tǒng)上。如：新西蘭的一家造紙廠，原來(lái)已經(jīng)運(yùn)行有CONDUCT NT，后來(lái)還是改用OPsCon。 通用操作站的功能不僅具備專(zhuān)用操作站的功能，如：繪制動(dòng)態(tài)流程圖、報(bào)警、實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)，DCS參數(shù)調(diào)整、模件診斷、模件編程等。如：OPsCon的工程師站新增的功能在于不僅能給模件編程，還可以讀取模件的編程。通用操作站的出現(xiàn)，給DCS用戶(hù)帶來(lái)了以下方便： 、 不必再為原DCS生產(chǎn)廠家是否倒閉、被兼并。該型產(chǎn)品是否已經(jīng)停產(chǎn)、備件是否能夠找到而操心。 、 由于通用操作站的

19、適用面廣，相對(duì)生產(chǎn)量大，成本下降，因而可以節(jié)省用戶(hù)的經(jīng)費(fèi)。維護(hù)費(fèi)用也比較少。 、 采用通用系統(tǒng)要比使用各種不同的專(zhuān)用系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單，用戶(hù)也可減少人員培訓(xùn)的費(fèi)用。 、 更新和升級(jí)容易。 、 開(kāi)放性能好，很容易建立生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)。 因此，通用操作站是DCS的發(fā)展方向。第四講 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器 DCS系統(tǒng)屬于基礎(chǔ)自動(dòng)化，MIS系統(tǒng)側(cè)重于辦公自動(dòng)化。這兩者在反映速度上的區(qū)別很大，DCS是屬于秒級(jí)的，而MIS是以小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間為單位的。所以這兩者之間必須要有隔離設(shè)備，這個(gè)隔離設(shè)備就是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。它的功能是生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控；歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及管理；統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制；設(shè)備預(yù)防性維護(hù)；設(shè)備故障診斷；生產(chǎn)優(yōu)化等。 DC

20、S、PLC采集現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳給操作站和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器是采集生產(chǎn)全過(guò)程的模擬信號(hào)或邏輯信號(hào)，所以它的采集速度是海量的。要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)淘金，將信號(hào)送到生產(chǎn)管理部門(mén)。 通常情況下，一個(gè)企業(yè)往往有幾種不同牌號(hào)的DCS、PLC，要把這幾種信號(hào)都集中到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器中，最好要選擇一個(gè)通用顯示平臺(tái)。在這個(gè)平臺(tái)上來(lái)顯示不同型號(hào)的DCS、PLC的信號(hào)。通用顯示平臺(tái)可采用FIX、INTOUCH、組態(tài)王、Synall等軟件，開(kāi)發(fā)各種DCS和PLC的驅(qū)動(dòng)軟件。 最近出廠的DCS采用通用操作站，它采用NT操作系統(tǒng)，監(jiān)控軟件就是FIX、INTOUCH. 不同DCS型號(hào)采用不同的驅(qū)動(dòng)軟件

21、。各種DCS之間信號(hào)傳輸采用OPC服務(wù)器聯(lián)接，也可以把少量的信號(hào)送到MIS系統(tǒng)的服務(wù)器中。FIX、INTOUCH等軟件都能存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，幾十個(gè)信號(hào)可存儲(chǔ)280天之多。如要存儲(chǔ)更多的歷史數(shù)據(jù)，可以采用OSI歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，它可以存儲(chǔ)三年以上。這些通用監(jiān)控軟件都有OSI的接口。老一代的DCS系統(tǒng)的操作站無(wú)論操作系統(tǒng)還是監(jiān)控軟件都是專(zhuān)用的，和其它系統(tǒng)通訊都非常困難。如要建立系統(tǒng)間的互聯(lián)，通過(guò)計(jì)算機(jī)接口單元建立動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器，監(jiān)控軟件仍然可以使用通用的，在NT平臺(tái)上運(yùn)行，但它的數(shù)據(jù)只能上行，不能下行。在設(shè)計(jì)MIS系統(tǒng)過(guò)程中，最好使用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器，不要把DCS和PLC數(shù)據(jù)直接送到Web否則會(huì)影響到DCS、

22、PLC的正常運(yùn)行。至于究竟需要建立多少個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器，由所需采集的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)安全決定。一般情況下，可達(dá)10000點(diǎn)。第五講 DCS的通訊網(wǎng)絡(luò)堵塞和人機(jī)界面死機(jī)現(xiàn)象在DCS的通訊網(wǎng)絡(luò)上連接有幾種不同的結(jié)點(diǎn)，它通常分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是直接與生產(chǎn)過(guò)程通過(guò)I/O板連接起來(lái)的結(jié)點(diǎn)，我們稱(chēng)之為控制器?？刂破鞲鶕?jù)功能不同又可以分為數(shù)據(jù)采集控制器和回路控制器，兩者可以合為一個(gè)結(jié)點(diǎn)。另一類(lèi)結(jié)點(diǎn)是與人機(jī)相連的，稱(chēng)為人機(jī)界面。它們通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)采集控制器中的數(shù)據(jù)。根據(jù)功能又分為操作站，這是工廠運(yùn)營(yíng)的主要設(shè)備，它既要從控制器中讀取數(shù)據(jù)，又要將運(yùn)營(yíng)人員的意圖送給控制器，所以數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。人機(jī)界面的另外幾種結(jié)點(diǎn)分別是

23、工程師工作站、歷史趨勢(shì)站和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。工程師工作站通常只在系統(tǒng)投運(yùn)前，把存儲(chǔ)在控制器中的各種算法按照生產(chǎn)要求連接起來(lái)，并填進(jìn)參數(shù)最后下裝給控制器，它是組態(tài)用的工具，系統(tǒng)投運(yùn)以后可以離線。工程師站的工作區(qū)別于用算法語(yǔ)言編程，稱(chēng)之為組態(tài)。 控制器的存儲(chǔ)器中存有各種控制算法，如：PID、加、減、乘、除、三角函數(shù)、矩陣運(yùn)算、先進(jìn)算法史密斯預(yù)估器，與BASIC、C語(yǔ)言接口等。如果操作站中的監(jiān)控軟件作圖功能不能滿(mǎn)足要求，也可由工程師站做動(dòng)態(tài)流程圖，然后裝載給操作站。 為了DCS的控制器和操作站的升級(jí)，不改變組態(tài)，由逆向工程師站讀取控制器組態(tài)。然后下裝給升級(jí)后的控制器。逆向工程師站的另外一個(gè)功能是為了查

24、找故障，讀取控制器組態(tài)供分析使用。 人機(jī)界面的另一個(gè)重要結(jié)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器，它是DCS和MIS系統(tǒng)的接口，是DCS和Web的隔離設(shè)備。它的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)只能上行，不能下行，而且存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量是海量的。歷史趨勢(shì)站和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器類(lèi)似，它的功能可以合并到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器上，也可以單獨(dú)成為一個(gè)結(jié)點(diǎn)。 在系統(tǒng)剛投入運(yùn)行時(shí)，由于系統(tǒng)組態(tài)不完善，經(jīng)常發(fā)生網(wǎng)絡(luò)堵塞。但投運(yùn)一段時(shí)間后，就很少發(fā)生網(wǎng)絡(luò)堵塞。 近來(lái)，由于MIS系統(tǒng)需要從DCS中讀取生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在網(wǎng)絡(luò)中接進(jìn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)堵塞現(xiàn)象就變得十分頻繁，并使得各種人機(jī)界面的結(jié)點(diǎn)死機(jī)現(xiàn)象很?chē)?yán)重。網(wǎng)絡(luò)堵塞現(xiàn)象的嚴(yán)重程度與多種因素相關(guān)。 當(dāng)結(jié)點(diǎn)連到DCS的通訊網(wǎng)

25、絡(luò)上時(shí)，通常有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，控制器把數(shù)據(jù)送到接口。人機(jī)界面從網(wǎng)絡(luò)接口讀取數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)應(yīng)遵守網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)有環(huán)形和總線兩種，總線網(wǎng)絡(luò)在邏輯上也是環(huán)形的。星形網(wǎng)絡(luò)只用于小系統(tǒng)（100個(gè)I/O點(diǎn)內(nèi)）。常用的通訊協(xié)議是廣播式的，在網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點(diǎn)，只要把數(shù)據(jù)送到網(wǎng)絡(luò)上，它就要不斷廣播數(shù)據(jù)，需要數(shù)據(jù)的結(jié)點(diǎn)就接收數(shù)據(jù)。廣播式協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)除了這種方式以外，還有一種方式：一個(gè)結(jié)點(diǎn)向網(wǎng)上的其他結(jié)點(diǎn)問(wèn)詢(xún)數(shù)據(jù)，但如果其他結(jié)點(diǎn)沒(méi)有這個(gè)數(shù)據(jù)，它就反復(fù)進(jìn)行問(wèn)詢(xún)工作，直至讀取到這個(gè)數(shù)據(jù)。那么如果網(wǎng)絡(luò)上根本沒(méi)有這個(gè)數(shù)據(jù)，就會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)堵塞。 操作站死機(jī)現(xiàn)象，不管何種DCS系統(tǒng)，在DCS七十年代問(wèn)世以來(lái)，都不同程度的存在

26、死機(jī)現(xiàn)象。操作站主要軟件是操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件和控制器的驅(qū)動(dòng)軟件。早期的DCS系統(tǒng)，所有這三個(gè)軟件都是由DCS廠家自行開(kāi)發(fā)的，或者說(shuō)是專(zhuān)用的。這三個(gè)軟件可能有不相配的地方，所以在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生死機(jī)，特別是鍵盤(pán)操作時(shí)幾個(gè)特殊鍵按下時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生死機(jī)。另外一種情況是：有的DCS系統(tǒng)、監(jiān)控軟件從其它系統(tǒng)移植過(guò)來(lái)，DCS制造廠家只開(kāi)發(fā)一個(gè)驅(qū)動(dòng)軟件。這種情況下，由于DCS銷(xiāo)售量小，軟件之間配合問(wèn)題沒(méi)有得到充分暴露，死機(jī)就更為頻繁。 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器不是系統(tǒng)剛投運(yùn)時(shí)就存在的，許多DCS用戶(hù)是最近幾年根據(jù)需要才添加的。DCS運(yùn)行時(shí)間比較長(zhǎng)的情況下，工廠的維護(hù)人員不斷更替，控制器的組態(tài)也不斷變化，但有一個(gè)現(xiàn)象是：組態(tài)只

27、加不減，有一部分組態(tài)實(shí)際上已沒(méi)有與真正的I/O點(diǎn)相連。而動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器接入時(shí)，欲將DCS上所有數(shù)據(jù)點(diǎn)都讀上去，而其中有很大數(shù)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)是無(wú)效的，因而造成網(wǎng)絡(luò)堵塞，所以人機(jī)界面就發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象。這時(shí)可以用逆向工程師站讀取控制器中的組態(tài)，與正向工程師站的內(nèi)容進(jìn)行比較，刪除無(wú)效點(diǎn)，就可以避免網(wǎng)絡(luò)堵塞和死機(jī)現(xiàn)象。 另一個(gè)應(yīng)注意的問(wèn)題是在接入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器時(shí)，應(yīng)檢查所有接口的軟件版本是否一致。否則也會(huì)影響數(shù)據(jù)的傳遞。 解決網(wǎng)絡(luò)堵塞的第三種方法是：如果采用例外報(bào)告的方式，可將例外報(bào)告的區(qū)域加大一些，以減少網(wǎng)絡(luò)的通訊量。例外報(bào)告的意思是現(xiàn)場(chǎng)的某點(diǎn)只在發(fā)生變化時(shí)把數(shù)據(jù)送到網(wǎng)絡(luò)上，如果不發(fā)生變化就不會(huì)傳送。但為了

28、防止點(diǎn)已經(jīng)壞而人機(jī)界面不知道的情況。所以，即使點(diǎn)不變化，超過(guò)一段時(shí)間也要報(bào)告。為了減少網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)量，把例外報(bào)告的二個(gè)參數(shù)都適當(dāng)加大，也能達(dá)到減少數(shù)據(jù)量的目的。 最近幾年推出的通用操作站，大多采用NT操作系統(tǒng)，監(jiān)控軟件也采用通用的，如：FIX、INTOUCH等。由于軟件的銷(xiāo)售量大，軟件存在的問(wèn)題較少。通用操作站的開(kāi)放性能好，死機(jī)現(xiàn)象會(huì)大大減少。無(wú)論維護(hù)成本、備件采購(gòu)都不受DCS制造廠家的限制。這是DCS的一大進(jìn)步。第六講 DCS操作站部件更換技巧和DCS的打印系統(tǒng) 1995年以前從國(guó)外進(jìn)口的DCS系統(tǒng)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，大約近3000套、20多種不同型號(hào)的DCS系統(tǒng)，它們分別來(lái)自于美國(guó)、日本和歐洲。有

29、的系統(tǒng)是專(zhuān)用的，它隨主設(shè)備一起進(jìn)入我國(guó)。如造紙廠的一些控制系統(tǒng)如Measurex ODX，它可能隨造紙主設(shè)備進(jìn)入我國(guó)。大部分DCS是直接進(jìn)入我國(guó)。又如歐陸的系統(tǒng)6000，它是集成的DCS系統(tǒng)?；芈房刂破髯鬟^(guò)程控制用，人機(jī)界面采用PARAGON軟件作為監(jiān)控軟件。利用PC機(jī)的串形口，把PLC也接進(jìn)HMI中。同一廠家又有幾種不同型號(hào)的DCS，這是由于系統(tǒng)升級(jí)或系統(tǒng)規(guī)模不同而設(shè)計(jì)的不同型號(hào)的系統(tǒng)。把同一廠家的放在一起，觀察幾種DCS系統(tǒng)在中國(guó)的使用情況。用戶(hù)有幾十套以上的有以下幾種系統(tǒng)：TDC3000（TDC2000、R150、S9000）、XL、（CENTUM）、I/A（SPECTRUM）、 N90

30、（INFI90）、PROVAX、RS3(V)、APACES、MOD300（MOD）、AC450（AC210、AC500）、WDPF、HIACS、TELEPUM和MAX-1（MAX-1000）。還有一些系統(tǒng)不到10個(gè)用戶(hù)的，如PROCONTROL P14，全國(guó)只有4套，D/3只有5套，TOSDIC系統(tǒng)在全國(guó)的用戶(hù)也不多。無(wú)論在中國(guó)的用戶(hù)多還是少，這些DCS系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是人機(jī)界面的許多部件也都是從第三方購(gòu)買(mǎi)的，不是自己生產(chǎn)的，現(xiàn)在大部分部件都已經(jīng)停止生產(chǎn)。 如有的DCS操作站主機(jī)采用DEC公司的VAX機(jī)或機(jī)，在96年DEC已被COMPAQ公司兼并，到現(xiàn)在已經(jīng)停產(chǎn)5年，不僅機(jī)器不生產(chǎn)，而且連芯片也

31、不生產(chǎn)。如果現(xiàn)在仍然進(jìn)口這樣的DCS，備件將會(huì)成為很困難的事情。 又如操作站使用的硬盤(pán)，與硬盤(pán)的接口大都是ST412接口(像ST225、ST4096、ST4097、XT1085等)或IDE接口，這種硬盤(pán)體積大，但容量小。目前已停產(chǎn)多年。當(dāng)操作站的硬盤(pán)損壞時(shí)，購(gòu)買(mǎi)原配硬盤(pán)會(huì)比較困難，只能用與原硬盤(pán)同系列的，BIOS稍加修改后的硬盤(pán)代替。少量的SCSI接口的硬盤(pán)購(gòu)買(mǎi)要容易一些。還有低分辨率的CRT，一般都是RGB輸入，目前市場(chǎng)上的CRT無(wú)法與大部分DCS操作站相連，一旦CRT發(fā)生故障，操作站無(wú)法發(fā)揮作用。解決的辦法是需要接一個(gè)轉(zhuǎn)換器后才能用現(xiàn)在的顯示器和DCS操作站相連，用來(lái)顯示DCS系統(tǒng)的信息。

32、又如ARCHIVE磁帶機(jī)，TEAC軟驅(qū)等都無(wú)法買(mǎi)到。尋找舊產(chǎn)品是很困難的事情。即使找到，也不一定用的上。如硬盤(pán)還需要低格或初始化等。 如果還想用原來(lái)的操作站主機(jī)，就需要配上能兼容的硬盤(pán)、CRT、鍵盤(pán)等。80年代進(jìn)口的DCS，即使是DCS的生產(chǎn)廠家，有時(shí)也無(wú)法供應(yīng)部分備件。有時(shí)能供應(yīng)，但到貨的時(shí)間特別長(zhǎng)，無(wú)法滿(mǎn)足緊急要求。其價(jià)格可以說(shuō)是天價(jià)。因?yàn)檫@些部件DCS廠家也是從第三方購(gòu)進(jìn)的，也需要去尋找，使的供貨時(shí)間很長(zhǎng)。每個(gè)部件如硬盤(pán)、CRT、磁帶機(jī)等都要在幾萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)人民幣。如換主機(jī)，就需要幾十萬(wàn)人民幣。所以說(shuō), 購(gòu)買(mǎi)這些部件還需要有新的思路。更換主機(jī)的話，有時(shí)甚至不如把原來(lái)操作站去掉，換上新的通

33、用操作站。 值的一提的是各DCS系統(tǒng)的專(zhuān)用打印機(jī)，像能打圖形的GENICON打印機(jī)，它的打印頭、色帶等很難買(mǎi)到。又如原DCS配的報(bào)警打印機(jī)，系統(tǒng)中只要有報(bào)警發(fā)生，打印機(jī)就會(huì)不停的打印，而且報(bào)警的產(chǎn)生次序沒(méi)有存儲(chǔ)，不能查出哪一個(gè)報(bào)警是最先發(fā)生的，一些有用的信息淹沒(méi)在海量的無(wú)用的信息中。不僅浪費(fèi)大量的打印紙，而且有用信息很難提取出來(lái)。 打印系統(tǒng)就是在上述背景下開(kāi)發(fā)的，打印軟件用于各類(lèi)DCS系統(tǒng)的打印管理系統(tǒng)。該打印系統(tǒng)可以與各類(lèi)DCS系統(tǒng)的操作站相聯(lián)，構(gòu)成打印信息管理系統(tǒng)，包括在線報(bào)警記錄，屏幕拷貝及事件列表等。不僅可以完全替代專(zhuān)用打印機(jī)，而且還兼有存儲(chǔ)、查詢(xún)等功能，從而更適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。每一套打印

34、系統(tǒng)可以與4臺(tái)DCS操作站相聯(lián)。 打印管理系統(tǒng)其核心是打印管理軟件，把它安裝在普通PC機(jī)上，在WINDOWS平臺(tái)上運(yùn)行。為保證數(shù)據(jù)安全，采用RAID技術(shù)，雙硬盤(pán)冗余運(yùn)行。該軟件是為改善計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制（DCS）操作站的打印功能，加強(qiáng)信息的存儲(chǔ)、查閱和拷貝能力而開(kāi)發(fā)的一套打印信息管理軟件，具有功能強(qiáng)，界面友好，操作方便等特點(diǎn)。使用它可以從根本上避免過(guò)去只使用打印機(jī)時(shí)，由于打印機(jī)故障而經(jīng)常造成信息丟失的現(xiàn)象，也可以從根本上避免有用信息淹沒(méi)在大量無(wú)用信息中。使用可以將操作站的打印輸出信息長(zhǎng)期地以文件形式保存在硬盤(pán)上（視硬盤(pán)容量及打印信息量的大小，可達(dá)數(shù)月甚至數(shù)年），也可將其拷貝到其它存儲(chǔ)設(shè)備（如：光盤(pán)

35、等）上。 打印系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別操作站信息中的報(bào)警記錄、控制操作、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、事件觸發(fā)報(bào)表、畫(huà)面拷貝及組態(tài)列表等內(nèi)容，并分別進(jìn)行處理。使用它可以實(shí)時(shí)地觀察到操作站的報(bào)警記錄、控制操作、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、事件觸發(fā)報(bào)表、畫(huà)面拷貝及組態(tài)列表等內(nèi)容，并分別進(jìn)行處理；并可以實(shí)時(shí)地觀察到操作站的報(bào)警記錄和控制操作等需要即時(shí)響應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，也能方便地查閱已經(jīng)接受到的所有記錄。既可以使用“離線打印”對(duì)已經(jīng)接收到的信息進(jìn)行有選擇地打印，又可以使用“在線打印”將操作員站的打印內(nèi)容立即輸出到打印機(jī)上。 打印系統(tǒng)的工作原理是：各個(gè)打印機(jī)廠商生產(chǎn)的打印機(jī)都有與WINDOWS操作系統(tǒng)相聯(lián)的驅(qū)動(dòng)程序。而原DCS的大部分操作站的操作系

36、統(tǒng)是專(zhuān)用的，它們只有特殊幾種打印機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序。市場(chǎng)上常用的打印機(jī)它們沒(méi)有驅(qū)動(dòng)程序，所以是連不上的。實(shí)際上，打印系統(tǒng)軟件的任務(wù)是編寫(xiě)WINDOWS操作系統(tǒng)的反驅(qū)動(dòng)軟件，就是使DCS操作站來(lái)的信號(hào)能在WINDOOWS環(huán)境下識(shí)別。然后通過(guò)WINDOWS的驅(qū)動(dòng)程序去連接常用的打印機(jī)。打印系統(tǒng)軟件要識(shí)別不同的數(shù)據(jù)格式，因?yàn)樵B接不同型號(hào)的DCS操作站的打印機(jī)有它們自己的數(shù)據(jù)格式，如ANSI格式、IBM格式等，在打印系統(tǒng)連接到操作站之前，弄清它的數(shù)據(jù)格式，使這種數(shù)據(jù)格式在WINDOWS環(huán)境下工作。打印系統(tǒng)軟件應(yīng)編寫(xiě)多種數(shù)據(jù)格式的反驅(qū)動(dòng)軟件。另外，打印圖形和打印文本的軟件差別很大。僅打印文本，其軟件比較簡(jiǎn)單

37、，打印圖形比較復(fù)雜。比如采用HP打印機(jī)打印圖形，首先弄清是點(diǎn)陣格式還是頁(yè)掃描格式。大部分Hp打印機(jī)是頁(yè)掃描方式，軟件要解釋PCL指令，打印機(jī)就能打印操作站屏幕上的圖形。如果不是HP打印機(jī)，就要解釋別的指令。 打印系統(tǒng)軟件國(guó)外和國(guó)內(nèi)都有產(chǎn)品，經(jīng)使用運(yùn)行都很好。 DCS打印系統(tǒng) 第七講 DCS的基本結(jié)構(gòu)和PLC的區(qū)別 DCS為分散控制系統(tǒng)的英文（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）簡(jiǎn)稱(chēng)。指的是控制危險(xiǎn)分散、管理和顯示集中。60年代末有人研制了作邏輯運(yùn)算的可編程序控制器（Programmable Logic Controller）。簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。主要應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)。70

38、年代中期以完成模擬量控制的DCS推向市場(chǎng)，代替以PID運(yùn)算為主的模擬儀表控制。首先提出DCS這樣一種思想的是原制造儀表的廠商，當(dāng)時(shí)主要應(yīng)用于化工行業(yè)。后又有計(jì)算機(jī)行業(yè)從事DCS的開(kāi)發(fā)。 70年代微機(jī)技術(shù)還不成熟，計(jì)算機(jī)技術(shù)還不夠發(fā)達(dá)。操作站、控制器、I/O板和網(wǎng)絡(luò)接口板等都是DCS生產(chǎn)廠家自行開(kāi)發(fā)的，也就是所有部件都是專(zhuān)用的。 70年代初，有人用如PDP/1124這樣的小型機(jī)代替原來(lái)的集中安裝的模擬儀表控制。連接到中央控制室的電纜很多。如用小型機(jī)既作為控制器、同時(shí)把連接小型機(jī)的CRT又作為顯示設(shè)備（即人機(jī)界面）。一臺(tái)小型機(jī)需接收幾千臺(tái)變送器或別的傳感器來(lái)的信號(hào)，完成幾百個(gè)回路的運(yùn)算。很顯然其危

39、險(xiǎn)有點(diǎn)集中。和模擬儀表連接的電纜一樣多，并且一旦小型機(jī)壞了，控制和顯示都沒(méi)有了。數(shù)字控制沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的目的。 后有人提出把控制和顯示分開(kāi)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成控制計(jì)算任務(wù)，另一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成顯示任務(wù)。另外，一個(gè)工藝過(guò)程作為被控對(duì)象可能需要顯示和控制的點(diǎn)很多，其中有一些還需要閉環(huán)控制或邏輯運(yùn)算，工藝過(guò)程作為被控對(duì)象的各個(gè)部分會(huì)有相對(duì)獨(dú)立性，可以分成若干個(gè)獨(dú)立的工序，再把在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中獨(dú)立的工序上需要顯示和控制的輸入、輸出的點(diǎn)分配到數(shù)臺(tái)計(jì)算機(jī)中去，把原來(lái)由一臺(tái)小型機(jī)完成的運(yùn)算任務(wù)由幾臺(tái)或幾十臺(tái)計(jì)算機(jī)（控制器）去完成。其中一臺(tái)機(jī)器壞了不影響全局。所謂“狼群代替老虎”的戰(zhàn)術(shù)，這就是危險(xiǎn)分散的意思。把顯示、

40、操作、打印等管理功能集中在一起，用網(wǎng)絡(luò)把上述完成控制和顯示的兩部分連成一個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)有人把這種系統(tǒng)稱(chēng)為集散系統(tǒng)。 危險(xiǎn)究竟要分散到多少算合適呢？這與當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展水平有關(guān)。70年代中期，徹底分散就是一個(gè)控制器完成一個(gè)回路的運(yùn)算。當(dāng)時(shí)由于人們對(duì)數(shù)字技術(shù)不太熟息，習(xí)慣于模擬儀表，70年代末、80年代曾經(jīng)風(fēng)行回路控制器，把數(shù)字控制器做成和原來(lái)模擬儀表在外觀上幾乎完全一樣，不改變操作習(xí)慣 ，內(nèi)部把PID運(yùn)算數(shù)字化。一塊儀表（一臺(tái)計(jì)算機(jī)）完成一個(gè)回路的控制任務(wù)。其價(jià)格較為昂貴，但危險(xiǎn)是分散了。然后用通訊網(wǎng)絡(luò)把各個(gè)控制器和以CRT為基礎(chǔ)的人機(jī)界面連成一個(gè)系統(tǒng)。這時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常都是星形結(jié)構(gòu)?；芈返目?/p>

41、制器的制作成本太高，價(jià)格/性能比不好。后來(lái)為了減低成本，就有兩回路的、四回路的控制器， 它的價(jià)格/性能比稍好一些。對(duì)于一個(gè)大中型系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，DCS的價(jià)格/性能比比回路控制器組成的系統(tǒng)要好。有些特殊地方還是要用到一些回路控制器。 如果所要完成的回路太多，如一個(gè)控制器采集幾千點(diǎn)、完成幾百個(gè)回路的運(yùn)算，危險(xiǎn)又太集中。在這種情況下，危險(xiǎn)必需分散。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力、存儲(chǔ)容量和可靠性不斷提高，一臺(tái)計(jì)算機(jī)所完成的任務(wù)也可以增加。完成的任務(wù)也可集中一點(diǎn)。另外，控制器、網(wǎng)絡(luò)等冗余技術(shù)也得到了發(fā)展，控制運(yùn)算也可集中一些。 從目前的DCS來(lái)看，一個(gè)控制器完成幾十個(gè)回路的運(yùn)算和幾百點(diǎn)的采集、再加適

42、量的邏輯運(yùn)算，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用，效果是比較好的。這就產(chǎn)生控制器升級(jí)的問(wèn)題了。有時(shí)控制器和檢測(cè)元件的距離還是比較遠(yuǎn)，這就促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展。如CAN、LOONWORKS、FF等現(xiàn)場(chǎng)總線，以及HART協(xié)議接收板等都用到DCS系統(tǒng)中。 DCS分為三大部分，帶I/O板的控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)和人機(jī)界面（HMI）。由I/O板通過(guò)端子板直接與生產(chǎn)過(guò)程相連，讀取傳感器來(lái)的信號(hào)。I/O板有幾種不同的類(lèi)型，每一種I/O板都有相應(yīng)的端子板。 l 模擬量輸入，4-20毫安的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)板和用以讀取熱電偶的毫伏信號(hào)板；4-16個(gè)通道不等； l 模擬量輸出，通常都是4-20毫安的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，一般它的通道比較少，4-8個(gè)個(gè)通道； l 開(kāi)關(guān)

43、量輸入；16-32個(gè)通道： l 開(kāi)關(guān)量輸出，開(kāi)關(guān)量輸入和輸出還分不同電壓等級(jí)的板，如直流24伏、125伏；交流220伏或115伏等；8-16個(gè)通道不等； l 脈沖量輸入，用于采集速率的信號(hào)；4-8通道不等； l 快速中斷輸入； l HART協(xié)議輸入板； l 現(xiàn)場(chǎng)總線I/O板； 每一塊I/O板都接在I/O總線上。為了信號(hào)的安全和完整，信號(hào)在進(jìn)入I/O板以前信號(hào)要進(jìn)行整修，如上下限的檢查、溫度補(bǔ)償、濾波，這些工作可以在端子板完成，也可以分開(kāi)完成，完成信號(hào)整修的板現(xiàn)在有人稱(chēng)它們?yōu)樾盘?hào)調(diào)理板。 I/O總線和控制器相連。80年代的DCS由于控制器的運(yùn)算能力不強(qiáng)，為了增加I/O點(diǎn)數(shù)，把控制器的任務(wù)分開(kāi)，實(shí)

44、際上是有三種類(lèi)型的控制器。即：完成閉環(huán)運(yùn)算的控制器、模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運(yùn)算器。它們分別有自己的I/O總線，各種DCS的I/O總線各不相同。如果要求快速，最好采用并行總線。一般采用串行總線比較多。尤其是RS485總線較多，模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運(yùn)算器的I/O點(diǎn)數(shù)可以多一些。 閉環(huán)控制器、模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運(yùn)算器可以和人機(jī)界面直接連在通訊網(wǎng)絡(luò)上，在網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)不同的控制器作為網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)獨(dú)立結(jié)點(diǎn)。每一個(gè)結(jié)點(diǎn)完成不同的功能。它們都應(yīng)有網(wǎng)絡(luò)接口。有的DCS為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)接口，把所有的過(guò)程控制用的設(shè)備即閉環(huán)控制器、模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運(yùn)算器預(yù)先連在控制總線上，稱(chēng)為過(guò)程控制站。這可以增加過(guò)程控制

45、站能接收的I/O點(diǎn)數(shù)，又能節(jié)省接口。然后再通過(guò)接口連到網(wǎng)絡(luò)上，與人機(jī)界面相連。隨著計(jì)算機(jī)計(jì)術(shù)的發(fā)展，控制器的運(yùn)算能力不斷增強(qiáng)，如PC機(jī)做的一個(gè)控制器能力很強(qiáng)，既可接收模擬量運(yùn)算，也接收開(kāi)關(guān)量邏輯運(yùn)算。一個(gè)控制器成為網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)結(jié)點(diǎn)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與人機(jī)界面相連。 控制器是DCS的核心部件，它相當(dāng)于一臺(tái)PC機(jī)。有的DCS的控制器本身就是PC機(jī)。它主要有CPU、RAM、E2PROM和ROM等芯片，還有兩個(gè)接口，一個(gè)向下接收I/O總線來(lái)的信號(hào)，另一個(gè)接口是向上把信號(hào)送到網(wǎng)絡(luò)上與人機(jī)界面相連。ROM用來(lái)存貯完成各種運(yùn)算功能的控制算法（有的DCS稱(chēng)為功能塊庫(kù)）。在庫(kù)中存功能塊，如控制算法PID、帶死區(qū)PID，

46、積分分離PID，算術(shù)運(yùn)算加、減、乘、除、平方、開(kāi)方、函數(shù)運(yùn)算一次濾波、正弦、余弦、X-Y函數(shù)發(fā)生器、超前-滯后；比較先進(jìn)的算法有史密斯預(yù)估，C語(yǔ)言接口、矩陣加、矩陣乘；邏輯運(yùn)算有邏輯與、邏輯或、邏輯非、邏輯與非等。通常用站功能塊不僅把模擬量和開(kāi)關(guān)量結(jié)合起來(lái)，還與人連系起來(lái)。功能塊越多，用戶(hù)編寫(xiě)應(yīng)用程序（即組態(tài)）越方便。組態(tài)按照工藝要求，把功能塊連接起來(lái)形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因?yàn)镋2PROM可以擦寫(xiě)，組態(tài)要隨工藝改變而改變，所以把組態(tài)存在E2PROM中。不同用戶(hù)有不同組態(tài)。組態(tài)時(shí)，用戶(hù)從功能塊庫(kù)中選擇要的功能塊，填上參數(shù)，把功能塊連接起來(lái)。形成控制方案存到E2PROM中。這

47、時(shí)控制器在組態(tài)方式，投入運(yùn)行后就成為運(yùn)行方式 控制器中安裝有操作系統(tǒng)，功能塊組態(tài)軟件和通訊軟件。 為了系統(tǒng)安全運(yùn)行，閉環(huán)控制器一定是冗余運(yùn)行的，一用一備，并且是熱備。為了使冗余成功，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：兩個(gè)控制器的硬件、軟件版本必需一致；檢查發(fā)送-接收的芯片是否完好；冗余的芯片是否完好。兩個(gè)模件的設(shè)定是否一樣、還要檢查有沒(méi)有帶手操站等。 通訊網(wǎng)絡(luò)把過(guò)程站和人機(jī)界面連成一個(gè)系統(tǒng)。通訊網(wǎng)絡(luò)有幾種不同的結(jié)構(gòu)行式。如總線式、環(huán)形和星形（見(jiàn)圖）?？偩€形在邏輯上也是環(huán)形的。星形的只適用于小系統(tǒng)。不論是環(huán)形還是總線形，一般都采用廣播式。其它一些協(xié)議方式已用的較少。通訊網(wǎng)絡(luò)的速率在10M和100M左右。 人機(jī)界面有4種不同形式的結(jié)點(diǎn)，它們是操作站、工程師工作站、歷史趨勢(shì)站和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。 u 操作站安裝有操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件和控制器的驅(qū)動(dòng)軟件。顯示系統(tǒng)的標(biāo)簽、動(dòng)態(tài)流程圖和報(bào)警信息。 u 工程師工作站給控制器組態(tài)（CAD），也可以給操作站組態(tài)（作動(dòng)態(tài)流程圖）。如果監(jiān)控軟件作圖能力很強(qiáng)，作圖工作可以由監(jiān)控軟件獨(dú)立完成。工程師站的另外一個(gè)功能是讀控制器的組態(tài)，用于控制器升級(jí)，查找故障。我們稱(chēng)之為