集散控制系統(tǒng)講義

1、DCS教程DCS從1975年問世以來，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)視軟件都是專用的，由各DCS廠家自己開發(fā)的，也沒有動態(tài)流程圖，通訊網(wǎng)絡(luò)基本上都是輪詢方式的；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，有的開始采用以太網(wǎng)?？偟膩砜?，變化主要體現(xiàn)在板、操作站和通訊網(wǎng)絡(luò)。控制器相對來講變化要小一些。操作站主要表現(xiàn)在由專用機變化到通用機，如PC機和小型機的應(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，相比較來看UNIX的穩(wěn)定性要好一些，NT則有死機現(xiàn)象。I/O板主要體現(xiàn)在現(xiàn)場

2、總線的引入DCS系統(tǒng)。 從理論上講，一個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，有時也由于DCS廠家技術(shù)人員工藝知識的局限性而引起，如HONEYWELL公司對石化比較熟悉，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。用戶在選擇DCS的時候主要是要注意其技術(shù)人員是否對該生產(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)；最后是價格，不同的組合價格會有較大的差異，而國產(chǎn)的DCS系統(tǒng)價格比進口的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

3、網(wǎng)絡(luò)。I/O板和控制器國際上各DCS廠家的技術(shù)水平都相差不遠，如果說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能，有些沒有，但是控制器讀取所有I/O數(shù)據(jù)必須在一秒鐘內(nèi)完成一個循環(huán)；操作站差別比較大，主要差別是選用PC機還是選用小型機、采用UNIX還是采用NT操作系統(tǒng)、采用專用的還是通用的監(jiān)視軟件,操作系統(tǒng)和監(jiān)視軟件配合比較好時可以減少死機現(xiàn)象；差別最大的是通訊網(wǎng)絡(luò)，最差的是輪詢方式，最好的是例外報告方式，根據(jù)我們的實驗，其速度要相差七八倍。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)和人機接口。人機接口包括操作站、工程師站和歷史站?？刂破鱅

4、/O部件和生產(chǎn)過程相聯(lián)接，操作站和人相聯(lián)系，通訊網(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)過程的歷史數(shù)據(jù)。最近幾年開發(fā)的人機界面還有動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。一個DCS系統(tǒng)控制器和I/O部件通?？梢赃\行16-20年，而操作站因為有活動部件，所以比較容易損壞，如：硬盤、鍵盤、CRT、軟驅(qū)等，運行6-8年后出現(xiàn)故障的概率就比較大，所以在DCS運行過程中，操作站更新的情況比較多。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點數(shù)的多少和內(nèi)存的大小等，操作系統(tǒng)一般都是專用的。操作站的變化就很大，八十年代以前的操作站

5、，一般沒有硬盤及動態(tài)流程圖，能顯示的標簽數(shù)比較少，例如500個標簽（標簽指的是AI、DI、回路、開關(guān)量的邏輯關(guān)系等），八十年代出現(xiàn)了能顯示5000個標簽的操作站，九十年代出現(xiàn)了能顯示30000個標簽的操作站。同時，也出現(xiàn)了在微軟的NT通用平臺上運行的通用顯示軟件。開始，通用軟件只在PLC的操作站上使用，后來也逐漸應(yīng)用在DCS上。它的標簽量可以達到10000個，甚至更多。DCS操作站發(fā)展的過程（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，當時是無硬盤、無動態(tài)流程圖的，標簽量500。后來增加了硬盤和流程圖，標簽量1400-5000點。八十年代中期推出了MCS系列，標

6、簽量10000，特別是MCS PULS，它是SCSI接口，可以有30000個標簽點，當時在DCS市場上處于領(lǐng)先地位。1986年，BAILEY產(chǎn)品占世界DCS市場的1/3。到1988年，共有8500套在世界各國運轉(zhuǎn)。到了90年代，DCS市場爭奪激烈，BAILEY無論在技術(shù)上還是在銷售方面都不象80年代那樣光輝。于是BAILEY公司欲通過購買FISCHER&PORTER、HARTMANN&BRAUN等公司銷售他們的系統(tǒng)來重鑄輝煌。BAILEY的控制器和通訊網(wǎng)絡(luò)都比較好，但在操作站上面，不能與競爭者相比，BAILEY最新的操作站是以WINDOWS NT、通用微機為基礎(chǔ)的Conduct

7、or NT。實際上，該操作站不是為INFI-90開發(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)動軟件而成。由于銷售量不大，磨合的機會少，問題比較多，死機現(xiàn)象嚴重。OIS40系列的操作站運行在DEC的VMS平臺上。實際上，它仍然是在MCS操作站的MTOS操作系統(tǒng)平臺上，開發(fā)了一個與VMS通訊的驅(qū)動軟件，因為80年代的OIU和MCS在80年代末都已經(jīng)停止銷售。BAILEY只賣OIS20系列和OIS40系列。OIS20系列是90年代初推向市場的，它本質(zhì)上是MCS，但它們能與INFI-90通訊它的開發(fā)、制造成本都比較低，性能也比較好。OIS20系列

8、的輔站不是用網(wǎng)絡(luò)來傳輸信息的，只是在主站上多加了1塊顯卡來實現(xiàn)輔站。后來因維護成本很高，硬盤和軟驅(qū)都難以買到，用戶反映不好。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，組成后門網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)打印機共享。把圖形傳給不同主站的能力也有所增強，也給用戶提供了開發(fā)打印系統(tǒng)的空間，這是后話。由于OIS40、OIS41、OIS42主機性能較差，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，加拿大BAILEY公司開發(fā)了PCV，它是以PC為基礎(chǔ)的操作站，采用QNX操作系統(tǒng)。因為它的標簽量較少，價格低廉，運行穩(wěn)定，故適用于

9、小系統(tǒng)的使用，這就是BAILEY的OIS10系列，版本5以前，只有文本沒有圖形。版本5以后既有文本也有圖形。OIS11操作站后門之間用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，故價格較高，更重要的一點是DEC公司被COMPAQ公司兼并，Alpha機255/233停止生產(chǎn)，這給BAILEY公司和用戶無疑是雪上加霜。二.八十年代中期，因為PLC操作站的開發(fā)都不太成功，一些軟件公司就開發(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），由于市場前景較好，所以軟件開發(fā)商又開發(fā)了許多PLC的

10、驅(qū)動軟件。到了九十年代，又開發(fā)了DCS的驅(qū)動軟件。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。由于INFI-90系統(tǒng)在九十年代一直沒有推出比較優(yōu)秀的操作站，故PREVISE公司推出了OPsCon操作站。OPsCon操作站運行在PC硬件平臺，NT操作系統(tǒng)下，把FIX作為監(jiān)控軟件，并開發(fā)了能與多種DCS通訊的對應(yīng)驅(qū)動軟件，標簽量為10000個。因為FIX軟件在世界各地已經(jīng)銷售了90000套，它與各種PLC、DCS和NT系統(tǒng)磨合較好，這種操作站可以運用在多種PLC、DCS操作站上。在INFI-90系統(tǒng)上應(yīng)用已經(jīng)有幾千臺。如：新西蘭的一家造紙廠，原來

11、已經(jīng)運行有CONDUCT NT，后來還是改用OPsCon。通用操作站的出現(xiàn)，給DCS用戶帶來了以下方便：、 不必再為原DCS生產(chǎn)廠家是否倒閉、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。、 由于通用操作站的適用面廣，相對生產(chǎn)量大，成本下降，因而可以節(jié)省用戶的經(jīng)費。維護費用也比較少。、 采用通用系統(tǒng)要比使用各種不同的專用系統(tǒng)更為簡單，用戶也可減少人員培訓的費用。、 更新和升級容易。、 開放性能好，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。被控制對象確定以后，選用什么樣的控制系統(tǒng)就成為重要問題。主要是根據(jù)項目規(guī)模和投資預(yù)算來考慮的，以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的DCS系統(tǒng)和早期的

12、模擬儀表組成的控制系統(tǒng)，從工程項目的實施來看，本質(zhì)差別不大，主要考慮項目規(guī)模和投資預(yù)算，但DCS與模擬儀表相比，它更為復(fù)雜，技術(shù)性要求更高，下面我來談?wù)凞CS系統(tǒng)選型中的幾個問題。從理論上來講，DCS可以用與不同的工藝過程，它是通用的，但是，DCS的制造廠家專長與某一領(lǐng)域。如：HOMEYWELL主要用于石化部門，BAILEY公司的N90、INFI90主要用于電力系統(tǒng)，ROSEMOUNT的RS3、-V大多用于化工系統(tǒng)。但也不能否認不同工藝過程會有一些特殊要求，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償?shù)?，選型時也要考慮這些因素。第二點就是經(jīng)濟性

13、，應(yīng)該從DCS本身價格和預(yù)計所創(chuàng)效益角度考慮。DCS有國產(chǎn)的和進口的，對相同檔次而言，進口的控制功能強一些，有一些先進的控制算法，如Smith預(yù)估、三維矩陣運算等，國產(chǎn)DCS價格要比進口的低很多，也能滿足技術(shù)要求。從結(jié)構(gòu)上來看，國外DCS的控制器各廠家差別不太遠，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機為基礎(chǔ)的，有以小型機為基礎(chǔ)的，操作系統(tǒng)一般選用UNIX類系統(tǒng)。小型機的價格要比PC機高很多，進口小型機操作站的價格要高于四萬美金，而且許多機型已經(jīng)停產(chǎn)（如DEC公司的VAX機和機）。PC機的操作站不到三萬美金，它的操作系統(tǒng)采用NT，其穩(wěn)定性沒有

14、UNIX好。小型機的接口采用SCSI，傳輸速率是串行的8倍之多。以NT操作系統(tǒng)作為操作站的，點數(shù)要少一些，不然會頻繁死機，國產(chǎn)的PC機更便宜得多，采用PC機操作站，可以采用最新的機型，操作人員對軟件的安裝、調(diào)試、聯(lián)網(wǎng)和開發(fā)也要熟悉得多。監(jiān)視軟件有專用的也可以用通用的，通用的監(jiān)視軟件開放性要好一些，用戶應(yīng)按照項目的規(guī)模大小和預(yù)算資金來選擇使用。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格貴的主要原因，各個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)卡等價格很低，專用的網(wǎng)絡(luò)接口很貴，最貴

15、可以達到20000美金。因此，經(jīng)濟性與很多因素有關(guān)，有時外商給你報價降下來，實際是改變了一些結(jié)構(gòu)而已，并沒有給你什么優(yōu)惠，甚至他的利潤還增加了。這時可取的辦法是聯(lián)系國內(nèi)類似的單位和請教有經(jīng)驗的專家。第三點就是承包方的技術(shù)力量，也就是承包方對哪一工藝過程和DCS本身比較熟悉。如經(jīng)常做化工控制系統(tǒng)的承包商來做軋制的控制系統(tǒng)，他對活套的控制、卷曲的控制和張力的控制等就不太熟悉，做的工程就不會太好。如果承包方對DCS本身不熟悉，控制器做的太大時會產(chǎn)生死機。不少工廠都購買了不同廠家的DCS系統(tǒng)，我們稱之為“八國聯(lián)軍”狀態(tài)，此時更要選擇技術(shù)力量比較強的單位抓總，而不宜選擇某一個國外廠商作為承包商。第四點是

16、售后服務(wù)，國外廠商通常情況下配品、備件供應(yīng)價格高，且不能及時提供。DCS用戶應(yīng)選擇廠商實力雄厚的，技術(shù)力量強的、境內(nèi)技術(shù)支持好的廠家。計算機技術(shù)發(fā)展很快，DCS廠家也會不斷更新它的產(chǎn)品，新舊產(chǎn)品兼容性要好才行，個別廠家新舊系統(tǒng)不兼容，系統(tǒng)升級時造成很大損失。國內(nèi)的DCS廠家配品、備件供應(yīng)比較及時，售后服務(wù)方面做的也比較好。第五點是關(guān)于DCS的技術(shù)先進性，指系統(tǒng)采用了經(jīng)過驗證的最新技術(shù)，并有發(fā)展前途和生命力，包括DCS系統(tǒng)的開放和互聯(lián)，現(xiàn)場總線的應(yīng)用，第三方軟件的支持等。這里要注意的一點是：有些廠家為了占領(lǐng)市場，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

17、小型系統(tǒng)推到用戶，結(jié)果這270多套系統(tǒng)基本都已經(jīng)提前退役。早在1983年，某外國公司推銷的DCS，在電源出現(xiàn)故障并復(fù)電后，控制器的輸出是任意的，此時閥門的位置就很危險，這種產(chǎn)品本不能出廠，但還是賣給了我們國家，結(jié)果購買單位基本上沒有運行?？傊珼CS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到要求，建立系統(tǒng)時選型是一個非常重要的環(huán)節(jié)，我們不但主要考慮項目規(guī)模和投資預(yù)算，還要考慮到一系列其它的因素，選型是否恰當往往從一開始就決定了該系統(tǒng)今后的命運，萬萬不可掉以輕心。DCS動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器:DCS系統(tǒng)屬于基礎(chǔ)自動化，MIS系統(tǒng)側(cè)重于辦公自動化。這兩者在反映速度上的區(qū)別很大，DCS

18、是屬于秒級的，而MIS是以小時或更長時間為單位的。所以這兩者之間必須要有隔離設(shè)備，這個隔離設(shè)備就是動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。它的功能是生產(chǎn)過程監(jiān)控；歷史數(shù)據(jù)的存儲及管理；統(tǒng)計質(zhì)量控制；設(shè)備預(yù)防性維護；設(shè)備故障診斷；生產(chǎn)優(yōu)化等。 DCS、PLC采集現(xiàn)場的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳給操作站和動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器是采集生產(chǎn)全過程的模擬信號或邏輯信號，所以它的采集速度是海量的。要經(jīng)過數(shù)據(jù)淘金，將信號送到生產(chǎn)管理部門。 通常情況下，一個企業(yè)往往有幾種不同牌號的DCS、PLC，要把這幾種信號都集中到動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器中，最好要選擇一個通用顯示平臺。在這個平臺上來顯示不同型號的DCS、PLC的信號。通用顯

19、示平臺可采用FIX、INTOUCH、組態(tài)王、Synall等軟件，開發(fā)各種DCS和PLC的驅(qū)動軟件。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型號采用不同的驅(qū)動軟件。各種DCS之間信號傳輸采用OPC服務(wù)器聯(lián)接，也可以把少量的信號送到MIS系統(tǒng)的服務(wù)器中。FIX、INTOUCH等軟件都能存儲歷史數(shù)據(jù)，幾十個信號可存儲280天之多。如要存儲更多的歷史數(shù)據(jù)，可以采用OSI歷史數(shù)據(jù)庫，它可以存儲三年以上。這些通用監(jiān)控軟件都有OSI的接口。老一代的DCS系統(tǒng)的操作站無論操作系統(tǒng)還是監(jiān)控軟件都是專用的，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)，

20、通過計算機接口單元建立動態(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平臺上運行，但它的數(shù)據(jù)只能上行，不能下行。在設(shè)計MIS系統(tǒng)過程中，最好使用動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器，不要把DCS和PLC數(shù)據(jù)直接送到Web否則會影響到DCS、PLC的正常運行。至于究竟需要建立多少個動態(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10000點。多屏操作站和操作站的后門網(wǎng)絡(luò)一個DCS系統(tǒng)可以有好幾臺操作站，每一臺操作站可以顯示一樣的內(nèi)容，也可以是不一樣的內(nèi)容。對于電廠來說，一臺300MV的發(fā)電機組，工藝過程比較集中，通常采用2臺操作站冗余運行認為是比較合適的。但對于大型機組，由于它的輸入、輸出點數(shù)較多

21、，一個顯示器不夠用，最好有多個顯示器。這時的監(jiān)控軟件應(yīng)該能支持多屏幕。早期的DCS都采用在操作站的主機上加分屏卡，如加2分屏，4分屏的分屏卡，分別可連接2臺CRT或4臺CRT。用這種方法以增加人機界面。對于除電廠以外的生產(chǎn)工藝，如水泥廠，鋼鐵廠，一個生產(chǎn)工藝很長，地域比較分散，并由一套DCS系統(tǒng)控制，它的輸入、輸出點數(shù)較多，為了節(jié)省投資，一臺操作站往往和一部分生產(chǎn)工藝相對應(yīng)。比如水泥廠的回轉(zhuǎn)窯和磨機相隔距離很遠，操作站可以安裝在兩個地方。這時一臺操作站配置一臺打印機。如果其中一臺操作站的主機壞了，這臺操作站顯示的內(nèi)容就沒有了。為了系統(tǒng)的安全運行，采用標簽的重疊組態(tài)來實現(xiàn)的。如該系統(tǒng)有兩臺操作站

22、，分別為A站和B站，該系統(tǒng)有2000個標簽，A、B操作站要分別組態(tài)1300個標簽，其中300個標簽是重疊的。即使A操作站發(fā)生故障，只用要B操作站正常運行，系統(tǒng)照常工作。因為重要的標簽在B操作站上都有了。值得注意的是，由于重疊組態(tài)也會帶來負面影響。會使得A、B操作站的管理人員責任不明確。由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，人機界面的數(shù)量可以不限。操作站分為主站和從站。主站連在DCS網(wǎng)絡(luò)上。通過DCS網(wǎng)絡(luò)接口，直接從DCS網(wǎng)絡(luò)上讀取控制器數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。主站的數(shù)量是由接口的數(shù)量決定的。從站則與主站相連。它沒有數(shù)據(jù)庫，在顯示流程圖畫面時，由主站顯示完整的工藝畫面，而從站就顯示主站的工藝畫面。從站的數(shù)量是不限的。

23、不論是主站，還是從站，都用后門網(wǎng)絡(luò)連接起來。有了后門網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)維護時，各操作站之間可作文本拷貝。系統(tǒng)運行時，即使其中一臺主操作站發(fā)生故障，它的從站可作為另一臺主站的從站。在網(wǎng)絡(luò)中，接進打印服務(wù)器，服務(wù)器有許多通道，幾臺操作站共用一臺或幾臺打印機。連接主站和從站的這個網(wǎng)絡(luò)與DCS網(wǎng)絡(luò)沒有關(guān)系。所以就稱為后門網(wǎng)絡(luò)。早期的后門網(wǎng)絡(luò)采用ARCNET，后來由于有的DCS系統(tǒng)的操作站主機采用DEC的小型機，后門網(wǎng)絡(luò)就采用DECNET或以太網(wǎng)。在操作站作標簽組態(tài)時，是否要把重要的I/O點重疊組態(tài)要由用戶確定。采用通用操作站以后，系統(tǒng)就成為開放的，各主站和各從站之間用以太網(wǎng)連接，從站的數(shù)量不限。為了提高后門網(wǎng)

24、絡(luò)的可靠性，以太網(wǎng)的低廉，通常采用雙網(wǎng)?？梢宰龅竭h程操作。 在局部的地域用網(wǎng)絡(luò)，會帶來很大的方便。如果過程控制與INTERNET網(wǎng)絡(luò)相連，會受到病毒或黑客的侵入。一定要加安全級別、數(shù)據(jù)單向傳輸和加防火墻。以太網(wǎng)之間的協(xié)議遵從OSI模型（Open System Interconnection）的七層協(xié)議。七層協(xié)議分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。物理層描述傳輸介質(zhì)、連接器和信號脈沖標準。中繼器或集線器（hub）也是物理層的設(shè)備，它與傳輸?shù)男畔木唧w內(nèi)容無關(guān)。幀是發(fā)送到介質(zhì)上的一組數(shù)字脈沖。用以傳輸信息。幀的大小為64-1518字節(jié)。幀包括預(yù)同步信號，消息頭、數(shù)據(jù)

25、信息和幀校驗序列。中繼器或集線器（hub）僅僅放大導(dǎo)線中的電信號，并繼續(xù)向前傳送。數(shù)據(jù)鏈路層描述本地系統(tǒng)之間的拓撲和通信標準。以太網(wǎng)能與多個物理層標準（雙絞線線纜、光纜）和多個網(wǎng)絡(luò)層標準一起工作。將網(wǎng)絡(luò)的物理方面（線纜和數(shù)字脈沖）與軟件和數(shù)據(jù)流的抽象世界連接起來。在網(wǎng)絡(luò)里傳的信息是以幀的格式傳輸?shù)摹Ｔ趲杏邢㈩^和尾，數(shù)據(jù)報包到幀里。檢測錯誤，調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流量。幀消息由源和目標介質(zhì)訪問控制（media access control ）MAC地址組成，并利用該信息和數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容建立CRC尾。數(shù)據(jù)鏈路層根據(jù)網(wǎng)絡(luò)采用拓撲規(guī)則，發(fā)送幀，把幀發(fā)到物理層（網(wǎng)絡(luò)線纜）。網(wǎng)橋和交換器是數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備。因為它們是

26、支持幀的。兩者都利用幀消息頭中的信息調(diào)節(jié)交通。幀消息頭負責識別是誰發(fā)送的信息，信息發(fā)送到哪里。幀消息頭包含兩個區(qū)域，用以識別傳輸?shù)脑春湍繕?，是源和目標系統(tǒng)的節(jié)點地址。幀消息頭的大小總是14字節(jié)。網(wǎng)絡(luò)層描述在不同網(wǎng)段上的系統(tǒng)如何彼此尋找，也定義了網(wǎng)址。網(wǎng)址是指定給一組物理連接的系統(tǒng)名字或號碼。是所有上層的基石，單位是數(shù)據(jù)報（datagram）單位如網(wǎng)絡(luò)的IP數(shù)據(jù)報傳遞協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層功能的例子。網(wǎng)址這一術(shù)語，根據(jù)采用的協(xié)議不同，叫法也不同。采用IP，叫做子網(wǎng)（subnet）。傳輸層處理數(shù)據(jù)的實際操作，并準備通過網(wǎng)絡(luò)傳送。如果數(shù)據(jù)太大而不能作為一個幀，傳輸層將其分解為更小的部分，并編制序號，序號允許其

27、它系統(tǒng)上的傳輸層重新將數(shù)據(jù)組合為最初內(nèi)容。幀的CRC校驗是在數(shù)據(jù)鏈路層進行的，傳輸層能夠起到備用效驗的作用。傳輸層的功能如IP的傳輸協(xié)議（TCP）、單位是段（segment）。會話層處理兩個或多個系統(tǒng)之間連接的建立和維護。它保證正確完成具體的服務(wù)請求。如果系統(tǒng)正在運行多個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，會話層負責保持正確通信順序，保證進入的數(shù)據(jù)引到正確的應(yīng)用程序。表示層保證數(shù)據(jù)可以用于應(yīng)用程序的形式接收。它的任務(wù)是編碼和解碼。應(yīng)用層的任務(wù)是確定何時要求訪問網(wǎng)絡(luò)資源。異種系統(tǒng)的互聯(lián),時間同步和SDSL技術(shù):一個企業(yè)特別是大中型企業(yè)有許多工藝過程，每一個工藝過程都有相對獨立性。在不同時期建設(shè)或不同時間進行技術(shù)改造，

28、一定會采用不同型號的DCS系統(tǒng)，設(shè)備連鎖和控制等會采用幾種不同型號的PLC系統(tǒng)。為了在企業(yè)內(nèi)建立綜合管理信息系統(tǒng)，異種系統(tǒng)的互聯(lián)和時間同步就成為很重要的問題。早期DCS和PLC的互連是采用把PLC作為DCS的一個輸入板，DCS專們設(shè)計一塊與PLC的接口板，與DCS的本身的I/O板連在同一條I/O總線上?？刂破髯x入PLC來的信號，通過DCS的網(wǎng)絡(luò)把PLC的信號送到DCS操作站上。這樣互連的辦法有一個大的缺點是：PLC的快速信號在慢速反應(yīng)的DCS的操作站上顯示。經(jīng)測定，一個微動開關(guān)的動作要經(jīng)過幾秒以上的時間才能在DCS的操作站上表現(xiàn)出來。有的DCS甚至需要8秒。另一個互聯(lián)辦法是把PLC的個別信號用

29、硬線連到DCS的輸入板上，這樣輸入的點數(shù)很少，成本比較高。有的DCS在DCS網(wǎng)絡(luò)上設(shè)計一個結(jié)點，該結(jié)點專門用來讀取PLC的信號。把PLC的信號送入DCS的網(wǎng)絡(luò)是比較困難的。缺點是開發(fā)接口的費用很高。即使開發(fā)成功，接口也經(jīng)常發(fā)生故障。一個典型例子是燃汽輪機和鍋爐聯(lián)合發(fā)電的電廠，燃汽輪機從美國或其它國家進口，燃汽輪機的控制系統(tǒng)（PLC）和主設(shè)備一起配成，而鍋爐的控制系統(tǒng)由用戶自己選配，用戶很想把兩者的信息在一個操作站上顯示。為開發(fā)這個操作站，開發(fā)費用在幾萬美金以上。即使開發(fā)成功，也經(jīng)常發(fā)生故障。對于PLC來說，70年代中期曾經(jīng)開發(fā)過專用操作站，但不太成功。后來它就沒有開發(fā)專用操作站，當時，PLC只

30、處理開關(guān)量，在控制器上的數(shù)碼顯示作為人機界面也能滿足要求。PLC的控制器和I/O之間用網(wǎng)絡(luò)連接。到80年代末和90年代，模擬量控制進入PLC，。用戶感到?jīng)]有以CRT為基礎(chǔ)的人機界面很不方便，用戶選用通用監(jiān)控軟件，運行在NT平臺上，采用普通微機作為硬件平臺，編出各個PLC的驅(qū)動軟件，這樣PLC也有了操作站。因為商業(yè)原因，一些PLC廠家在90年代也開發(fā)了監(jiān)控軟件。并企圖成為工控通用監(jiān)控軟件。由于開發(fā)時間很晚， 不僅各個PLC的驅(qū)動軟件太少，而且市場也被其他軟件占據(jù)。對于通用監(jiān)控軟件來說，微軟開發(fā)的通訊協(xié)議DDE（DYNAMIC DATA EXCHANGE）、快速DDE 、網(wǎng)絡(luò)DDE等都支持。u D

31、DE允許Windows環(huán)境下各使用的機器建立客戶機/服務(wù)器關(guān)系，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，彼次發(fā)送指令。由服務(wù)器提供數(shù)據(jù)和接收從其它使用的機器發(fā)來的感興趣的數(shù)據(jù)請求。發(fā)請求的機器就是客戶機，送數(shù)據(jù)的是服務(wù)器。u 快速DDE 提供許多DDE的信息打包到單個DDE信息中。打包提高效率，減少服務(wù)器和客戶機之間傳送的DDE數(shù)據(jù)。u 網(wǎng)絡(luò)DDE 延伸了標準DDE功能，其中包括了局域網(wǎng)通過串行口的通訊。網(wǎng)絡(luò)的延伸允許連在網(wǎng)上的不同計算機作為服務(wù)器、客戶機應(yīng)用運行的DDE連接。比如，網(wǎng)絡(luò)DDE支持連到LAN，或modem上的IBM兼容計算機和諸如在VMS、UNIX等操作環(huán)境下的非PC為基礎(chǔ)的平臺之間的DDE。u Su

32、itLinkK用于TCP/IP為基礎(chǔ)的協(xié)議、被設(shè)計成滿足工業(yè)需要，如數(shù)據(jù)完整性、高吞吐量和容易診斷。此協(xié)議標準只適用于Windows NT4.0以上。u OPC（OBJACT LINK EMBED PROCESS CONTROL）客戶機，可以從服務(wù)器取數(shù)據(jù)。遵守TCP/IP協(xié)議。由于市場需要監(jiān)控軟件，因此，通用監(jiān)控軟件有許多廠商開發(fā)，在90年代，有如FIX、INTOUCH、PARAGON、ONSPEC、CIMPLICITY等100多種。國內(nèi)有組態(tài)王、SYNALL等。對于監(jiān)控軟件如果開發(fā)了許多DCS和PLC的驅(qū)動軟件，在聯(lián)網(wǎng)時有許多網(wǎng)絡(luò)套件，它就成為通用監(jiān)控軟件。其中驅(qū)動軟件最多的是FIX和IN

33、TOUCH。在NT平臺上，如果采用FIX、INTOUCH等軟件，彼此可作為服務(wù)器，也可作為客戶機，彼此可以交換數(shù)據(jù)。DCS在70年代問世時，計算機技術(shù)水平還比較低，市場上可以選用的零部件比較少。DCS生產(chǎn)廠家自己開發(fā)的操作站有專用的操作系統(tǒng)、專用的監(jiān)控軟件、專用的接口硬件和CRT、專用的打印機、專用硬盤和軟驅(qū)。甚至連接用的電纜和插頭、插座也是專用的。當然，這樣作也不能排除是DCS廠家為了獲取最大的商業(yè)利益而考慮的。由于計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，而DCS的發(fā)展沒有計算機快，它處在相對穩(wěn)定的發(fā)展階段。后來市場上的各種微機零部件很多，但DCS都連接不上，異種系統(tǒng)更沒有辦法互連，DCS廠家又都沒有按照市場

34、變化修改自己的軟件，所以DCS成為名符其實的自動化“孤島”。DCS的用戶感到十分不方便，另外操作站比控制器更容易損壞。其壽命大約7-8年左右。操作站由于買不到如硬盤、軟驅(qū)等，許多用戶決定在更換操作站時，不再采用原DCS廠家的操作站，因為它價格昂貴、備件難賣。采用PC機和NT平臺，安裝通用監(jiān)控軟件，并開發(fā)和某一具體DCS的驅(qū)動軟件，做成通用操作站，代替原來的專用操作站。有的DCS廠家索性把專用操作站去掉，配以通用操作站。如MOORE公司的APACS系統(tǒng)，在1996年采用INTOUCH軟件（FIX也可以），MOORE公司只提供APACS的驅(qū)動軟件和提硬件的配置要求，硬件由用戶自己選配。經(jīng)使用，運行

35、很好。比MOORE公司自己開發(fā)的監(jiān)控軟件要好用一些。這也許是DCS廠家軟件開發(fā)人員比通用軟件開發(fā)公司的軟件開發(fā)人員少有關(guān)。又如MEASUREX的操作站也采用通用監(jiān)控軟件。目前最多的替代操作站是FIX、INTOUCH兩大類型的通用替代操作站。早期的DCS，廠家分別都自己開發(fā)專用監(jiān)控軟件。編寫程序時，控制器的驅(qū)動軟件和顯示軟件不是分開來編寫。如果采用通用微機和NT平臺，它們與通用軟件相比，CPU的開銷要小一些，對硬件的要求比通用的要低一些，但由于是和系統(tǒng)一起銷售，銷售量很小，軟件本身的問題沒有得到充分暴露。如果硬件都能滿足通用、專用要求，專用監(jiān)控軟件的操作站死機現(xiàn)象比通用的嚴重一些。據(jù)了解，某一套

36、DCS系統(tǒng)，硬件為PC機，操作系統(tǒng)為NT，專用監(jiān)控軟件裝配成的操作站，一天內(nèi)死機幾次。隨著軟件版本升級，死機現(xiàn)象有增無減。一年內(nèi)打幾次補釘，死機現(xiàn)象仍然存在。專用、通用兩種軟件相比，專用的目前還是比通用的要封閉一些。在網(wǎng)絡(luò)中使用，還沒有網(wǎng)絡(luò)套件軟件。如采用通用監(jiān)控軟件，DCS和DCS之間，DCS和PLC之間，PLC和PLC之間，各自的人機界面可以互連。只要是微軟的WINDOWS界面，都能作為客戶機，采用DDE、快速DDE和Suitelink讀取數(shù)據(jù)。它們既可以作為服務(wù)器，也可以作為客戶機。在企業(yè)內(nèi)可組成綜合管理信息系統(tǒng)。為了保證操作站的安全運行，可以單獨用一個HMI用于互連。通用監(jiān)控軟件通常有

37、網(wǎng)絡(luò)版的軟件，經(jīng)組態(tài)后，能通過網(wǎng)絡(luò)，組成服務(wù)器/客戶機格式，把實時信息傳到遠方。在客戶機中，可以實時查看通用軟件做成的動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。也能把信息送入MIS系統(tǒng)的標準數(shù)據(jù)庫中（如SQL、SYBASE、ORACLE）。通用監(jiān)控軟件在它們的套件軟件中，也有Web軟件，安裝成Web服務(wù)器，通過Web服務(wù)器。瀏覽動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。它不是實時數(shù)據(jù)。同時，通過微軟的GLANZE軟件，也可以接Web。 瀏覽MIS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。采用Web服務(wù)器, 瀏覽數(shù)據(jù)，都比服務(wù)器/客戶機的方式要慢。采用通用操作站優(yōu)點歸納如下：價格低廉DCS功能擴展用戶熟息各個系統(tǒng)的時間同步也是很重要的問題。網(wǎng)絡(luò)時間服

38、務(wù)器是用于所有網(wǎng)上工作站的高品質(zhì)時間同步的設(shè)備。一般情況下，DCS系統(tǒng)的絕對時間是在操作站上(人機界面)形成的，控制器中只有相對時間。為了時間同步，可以把衛(wèi)星時間GPS(GLOBAL POSITION SYSTEM)作為基準，來校對DCS的時間。具體實現(xiàn)辦法如下：通過衛(wèi)星接收天線，時間服務(wù)器接收GPS系統(tǒng)中各個衛(wèi)星的原子鐘，再把時間信號送給動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器或DCS的操作站。通過動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器或操作站的DCS的驅(qū)動軟件，把時間信號送到DCS的網(wǎng)絡(luò)上。原來以太網(wǎng)在DCS網(wǎng)絡(luò)中比較少用，但現(xiàn)在也有用的。因為它比較廉價。它廣泛用于管理信息網(wǎng)（MIS），以太網(wǎng)也采用廣播式協(xié)議，但與令牌網(wǎng)有區(qū)別。它采用隨機

39、訪問的鏈路控制。在以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中，各結(jié)點可以隨機的發(fā)送數(shù)據(jù)。但當兩個或更多的結(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，就產(chǎn)生數(shù)據(jù)發(fā)送沖突。發(fā)生沖突的結(jié)點都退回去，用一個隨機延時的算法后再繼續(xù)發(fā)送。即采用載波監(jiān)聽多路訪問技術(shù)。隨機延時的算法有很多種，目前都應(yīng)用于以太網(wǎng)。目前MIS系統(tǒng)已經(jīng)與DCS、PLC連接成一個系統(tǒng)，DCS、PLC數(shù)據(jù)通過動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器，送到以太網(wǎng)，它的傳輸載體大都采用光纖。調(diào)度室通常是中心區(qū)域，以它為基點，連成星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。中心區(qū)域配置有服務(wù)器。如ORACLE、SYBASE、SQL等。在服務(wù)器中存有軟件，把軟件編制成子模塊形式。如財務(wù)管理子模塊、人事管理子模塊、原材料子模塊等。把DCS、PLC來的

40、信號放在生產(chǎn)實時子系統(tǒng)模塊內(nèi)。生產(chǎn)實時的數(shù)據(jù)是海量的，既有實時的，又有歷史的。對于通用監(jiān)控軟件都有歷史數(shù)據(jù)平臺。設(shè)服務(wù)器，它可以自成系統(tǒng)。最后再與MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫相連，為數(shù)據(jù)安全，還應(yīng)該有防火墻。目前傳輸載體也大都是光纖。敷設(shè)光纖的費用比較高（大約2萬元人民幣/公里）。在用光纖作為載體的MIS系統(tǒng)中，有些地方可能遠離中心區(qū)域，但有少數(shù)數(shù)據(jù)也希望送到中心來顯示，這時不一定用光纖，可以采用電話線。像地衡、輸煤、水處理等地方的數(shù)據(jù)，數(shù)量很少。只要在電話總機的交換機接入特殊的路由器，它有以太網(wǎng)的接口。在信息源加貓（MODEM），布線中要稍加調(diào)整就可以了。路由器、MODEM費用不很高。這時，光纖和電話

41、線可以同時用于以太網(wǎng)。這就是SDSL（Symmetric Digital Subscriber Line）技術(shù)。SDSL技術(shù)的特點是同時既能通電話，又能傳輸網(wǎng)絡(luò)。只要電話通了，網(wǎng)絡(luò)也就通了。這種技術(shù)應(yīng)用于已經(jīng)有電話線的廠礦，并有電話總機的情況。現(xiàn)在國外已廣泛用于工廠網(wǎng)。如果企業(yè)比較小，可以不用光纖，全部用電話線，通訊速率為2.3M。無論從信息端讀取數(shù)據(jù)還是傳到信息端的指令，速率是一樣的。路由器、MODEM之間的距離可以7000英尺。在使用時，不同時使用電話，距離還能延長。具體應(yīng)用接線見下圖。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 CONT

42、ROL SYSTEM）簡稱。指的是控制危險分散、管理和顯示集中。60年代末有人研制了作邏輯運算的可編程序控制器（Programmable Logic Controller）。簡稱PLC。主要應(yīng)用于汽車制造業(yè)。70年代中期以完成模擬量控制的DCS推向市場，代替以PID運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，當時主要應(yīng)用于化工行業(yè)。后又有計算機行業(yè)從事DCS的開發(fā)。70年代微機技術(shù)還不成熟，計算機技術(shù)還不夠發(fā)達。操作站、控制器、I/O板和網(wǎng)絡(luò)接口板等都是DCS生產(chǎn)廠家自行開發(fā)的，也就是所有部件都是專用的。70年代初，有人用如PDP/1124這樣的小型機代替原來的集中

43、安裝的模擬儀表控制。連接到中央控制室的電纜很多。如用小型機既作為控制器、同時把連接小型機的CRT又作為顯示設(shè)備（即人機界面）。一臺小型機需接收幾千臺變送器或別的傳感器來的信號，完成幾百個回路的運算。很顯然其危險有點集中。和模擬儀表連接的電纜一樣多，并且一旦小型機壞了，控制和顯示都沒有了。數(shù)字控制沒有達到預(yù)期的目的。后有人提出把控制和顯示分開。一臺計算機完成控制計算任務(wù)，另一臺計算機完成顯示任務(wù)。另外，一個工藝過程作為被控對象可能需要顯示和控制的點很多，其中有一些還需要閉環(huán)控制或邏輯運算，工藝過程作為被控對象的各個部分會有相對獨立性，可以分成若干個獨立的工序，再把在計算機控制系統(tǒng)中獨立的工序上需

44、要顯示和控制的輸入、輸出的點分配到數(shù)臺計算機中去，把原來由一臺小型機完成的運算任務(wù)由幾臺或幾十臺計算機（控制器）去完成。其中一臺機器壞了不影響全局。所謂“狼群代替老虎”的戰(zhàn)術(shù)，這就是危險分散的意思。把顯示、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系統(tǒng)。當時有人把這種系統(tǒng)稱為集散系統(tǒng)。危險究竟要分散到多少算合適呢？這與當時的計算機技術(shù)的發(fā)展水平有關(guān)。70年代中期，徹底分散就是一個控制器完成一個回路的運算。當時由于人們對數(shù)字技術(shù)不太熟息，習慣于模擬儀表，70年代末、80年代曾經(jīng)風行回路控制器，把數(shù)字控制器做成和原來模擬儀表在外觀上幾乎完全一樣，不改變操作習慣 ，內(nèi)

45、部把PID運算數(shù)字化。一塊儀表（一臺計算機）完成一個回路的控制任務(wù)。其價格較為昂貴，但危險是分散了。然后用通訊網(wǎng)絡(luò)把各個控制器和以CRT為基礎(chǔ)的人機界面連成一個系統(tǒng)。這時網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常都是星形結(jié)構(gòu)?；芈返目刂破鞯闹谱鞒杀咎撸瑑r格/性能比不好。后來為了減低成本，就有兩回路的、四回路的控制器， 它的價格/性能比稍好一些。對于一個大中型系統(tǒng)來說，DCS的價格/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，如一個控制器采集幾千點、完成幾百個回路的運算，危險又太集中。在這種情況下，危險必需分散。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機的運算能力、存儲容量和可靠性不斷

46、提高，一臺計算機所完成的任務(wù)也可以增加。完成的任務(wù)也可集中一點。另外，控制器、網(wǎng)絡(luò)等冗余技術(shù)也得到了發(fā)展，控制運算也可集中一些。從目前的DCS來看，一個控制器完成幾十個回路的運算和幾百點的采集、再加適量的邏輯運算，經(jīng)現(xiàn)場使用，效果是比較好的。這就產(chǎn)生控制器升級的問題了。有時控制器和檢測元件的距離還是比較遠，這就促進現(xiàn)場總線的發(fā)展。如CAN、LOONWORKS、FF等現(xiàn)場總線，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)和人機界面（HMI）。由I/O板通過端子板直接與生產(chǎn)過程相連，讀取傳感器來的信號。I/O板有幾種不同的類型，每一種I/O板都有相

47、應(yīng)的端子板。l 模擬量輸入，4-20毫安的標準信號板和用以讀取熱電偶的毫伏信號板；4-16個通道不等；l 模擬量輸出，通常都是4-20毫安的標準信號，一般它的通道比較少，4-8個個通道；l 開關(guān)量輸入；16-32個通道：l 開關(guān)量輸出，開關(guān)量輸入和輸出還分不同電壓等級的板，如直流24伏、125伏；交流220伏或115伏等；8-16個通道不等； l 脈沖量輸入，用于采集速率的信號；4-8通道不等；l 快速中斷輸入；l HART協(xié)議輸入板；l 現(xiàn)場總線I/O板；每一塊I/O板都接在I/O總線上。為了信號的安全和完整，信號在進入I/O板以前信號要進行整修，如上下限的檢查、溫度補償、濾波，這些工作可以

48、在端子板完成，也可以分開完成，完成信號整修的板現(xiàn)在有人稱它們?yōu)樾盘栒{(diào)理板。I/O總線和控制器相連。80年代的DCS由于控制器的運算能力不強，為了增加I/O點數(shù)，把控制器的任務(wù)分開，實際上是有三種類型的控制器。即：完成閉環(huán)運算的控制器、模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運算器。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)采集器和邏輯運算器的I/O點數(shù)可以多一些。閉環(huán)控制器、模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運算器可以和人機界面直接連在通訊網(wǎng)絡(luò)上，在網(wǎng)絡(luò)上的每一個不同的控制器作為網(wǎng)絡(luò)上的一個獨立結(jié)點。每一個結(jié)點完成

49、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)采集器和邏輯運算器預(yù)先連在控制總線上，稱為過程控制站。這可以增加過程控制站能接收的I/O點數(shù)，又能節(jié)省接口。然后再通過接口連到網(wǎng)絡(luò)上，與人機界面相連。隨著計算機計術(shù)的發(fā)展，控制器的運算能力不斷增強，如PC機做的一個控制器能力很強，既可接收模擬量運算，也接收開關(guān)量邏輯運算。一個控制器成為網(wǎng)絡(luò)上的一個結(jié)點。通過網(wǎng)絡(luò)與人機界面相連。控制器是DCS的核心部件，它相當于一臺PC機。有的DCS的控制器本身就是PC機。它主要有CPU、RAM、E2PROM和ROM等芯片，還有兩個接口，一個向下接收I/O

50、總線來的信號，另一個接口是向上把信號送到網(wǎng)絡(luò)上與人機界面相連。ROM用來存貯完成各種運算功能的控制算法（有的DCS稱為功能塊庫）。在庫中存功能塊，如控制算法PID、帶死區(qū)PID，積分分離PID，算術(shù)運算加、減、乘、除、平方、開方、函數(shù)運算一次濾波、正弦、余弦、X-Y函數(shù)發(fā)生器、超前-滯后；比較先進的算法有史密斯預(yù)估，C語言接口、矩陣加、矩陣乘；邏輯運算有邏輯與、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關(guān)量結(jié)合起來，還與人連系起來。功能塊越多，用戶編寫應(yīng)用程序（即組態(tài)）越方便。組態(tài)按照工藝要求，把功能塊連接起來形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因為E2PROM可以擦寫

51、，組態(tài)要隨工藝改變而改變，所以把組態(tài)存在E2PROM中。不同用戶有不同組態(tài)。組態(tài)時，用戶從功能塊庫中選擇要的功能塊，填上參數(shù)，把功能塊連接起來。形成控制方案存到E2PROM中。這時控制器在組態(tài)方式，投入運行后就成為運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)安全運行，閉環(huán)控制器一定是冗余運行的，一用一備，并且是熱備。為了使冗余成功，應(yīng)注意以下幾點：兩個控制器的硬件、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。兩個模件的設(shè)定是否一樣、還要檢查有沒有帶手操站等。通訊網(wǎng)絡(luò)把過程站和人機界面連成一個系統(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（

52、見圖）?？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。人機界面有4種不同形式的結(jié)點，它們是操作站、工程師工作站、歷史趨勢站和動態(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)動軟件。顯示系統(tǒng)的標簽、動態(tài)流程圖和報警信息。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)（作動態(tài)流程圖）。如果監(jiān)控軟件作圖能力很強，作圖工作可以由監(jiān)控軟件獨立完成。工程師站的另外一個功能是讀控制器的組態(tài)，用于控制器升級，查找故障。我們稱之為逆向工程師站。u 歷史趨勢站用于存儲歷史數(shù)據(jù)，一般

53、用磁盤陣列（稱為RAID技術(shù)）。u 動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器是DCS和MIS系統(tǒng)的接口，也是DCS和Web的隔離設(shè)備。DCS和PLC的設(shè)計原理區(qū)別較大，PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，70年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從

54、起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。程序計數(shù)器這樣的循環(huán)操作，這是DCS所沒有的。這也是使PLC的冗余不如DCS的原因。DCS是在運算放大器的基礎(chǔ)上得以發(fā)展的。把所有的函數(shù)、各過程變量之間的關(guān)系都作成功能塊（有的DCS系統(tǒng)稱為膨化塊）。70年代中期的DCS只有模擬量控制。如TDC2000系統(tǒng)，一個控制器一秒鐘內(nèi)能完成8個PID回路的運算。首先應(yīng)用的是化工行業(yè)。DCS和PLC的表現(xiàn)的主要差別是在開關(guān)量的邏輯解算和模擬量的運算上，即使后來兩者相

55、互有些滲透，但是還是有區(qū)別。80年代以后，PLC除邏輯運算外，也有一些控制回路用的算法，但要完成一些復(fù)雜運算還是比較困難，PLC用梯形圖編程，模擬量的運算在編程時不太直觀，編程比較麻煩。但在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。而DCS把所有輸入都當成模擬量，1位就是開關(guān)量。解算一個邏輯是在幾百微秒至幾毫秒量級。對于PLC解算一個PID運算在幾十毫秒，這與DCS的運算時間不相上下。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。不同型號的DCS，解算PID所需時

56、間不同，但都在幾十毫秒的量級。如早期的TDC2000系統(tǒng)，1秒鐘內(nèi)完成8個回路的控制運算。隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，解算一個算法的時簡在縮短。解算一個算法所需時間與功能塊的安排方式和組態(tài)方式有關(guān)。在接地電阻方面，對PLC也許要求不高，但對DCS一定要在幾歐姆以下（通常在4歐姆以下）。模擬量隔離也是非常重要的。在有爆炸危險的地方，應(yīng)配置本質(zhì)安全柵。相同I/O點數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。DCS的控制器，只能幾百

57、個I/O點（不超過500個I/O）。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。如果主要是模擬量控制、并且函數(shù)運算很多，最好采用DCS。DCS在控制器、I/O板、通訊網(wǎng)絡(luò)等的冗余方面，一些高級運算、行業(yè)的特殊要求方面都要比PLC好的多。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。特別要指出的是，DCS的專用操作站，不是天經(jīng)地義的。它是由歷史原因形成的。DCS廠家如再不開放操作站，與工廠的管理信息系統(tǒng)連網(wǎng)，個別DCS就有從市場中消失的危險。隨著新技術(shù)的誕生，負面影響也跟著而來。新操作站的開放，病毒和黑客容易侵入到系統(tǒng)。在作設(shè)計時，在操作站上設(shè)置密碼，系統(tǒng)多

58、加隔離和防火墻。把負面影響減到最小。多屏操作站、操作站的后門網(wǎng)絡(luò)和雙機雙網(wǎng):一個DCS系統(tǒng)可以有好幾臺操作站，每一臺操作站可以顯示一樣的內(nèi)容，稱為冗余運行。也可以是不一樣的內(nèi)容。對于電廠來說，一臺300MV的發(fā)電機組，工藝過程比較集中，通常采用2臺操作站冗余運行認為是比較合適的。但對于大型機組，由于它的輸入、輸出點數(shù)較多，一臺顯示器不夠用，最好有多臺顯示器。這時的監(jiān)控軟件應(yīng)該能支持多屏幕。早期的DCS都采用在操作站的主機上多加顯示卡，如加2塊顯示卡，3塊顯示卡等。分別可連接2臺CRT或3臺CRT。用這種方法以增加人機界面。對于除電廠以外的生產(chǎn)工藝，如水泥廠，鋼鐵廠，一個生產(chǎn)工藝很長，地域比較分散，并由一套DCS系統(tǒng)控制，它的輸入、輸出點數(shù)較多，為了節(jié)省投資，一臺操作站往往和一部分生產(chǎn)工藝相對應(yīng)。比如水泥廠的回轉(zhuǎn)窯和磨機相隔距離很遠，操作站可以安裝在兩個地方。這時一臺操作站配置一臺打印機。如果其中一臺操作站的主機壞了，這臺操作站顯示的內(nèi)容就沒有了。為了系統(tǒng)的安全運行，采用標簽的重疊組態(tài)來實現(xiàn)安全運行。如該系統(tǒng)有兩臺操作站，分