基礎(chǔ)知識(shí)-DCS教程

DCS教程［第1講］——Des緒論

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作者:張新薇瀏覽次數(shù)：5874

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(dòng)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I/。板、操作站和通訊

網(wǎng)絡(luò)?？刂破飨鄬?duì)來講變化要小一些。操作站主要表現(xiàn)在由專用機(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BAILEY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(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

板和控制器國際上各DCS廠家的技術(shù)水平都相差不遠(yuǎn)，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(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。

DCS教程［第2講］——DCS最新操作站一通用操作站

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/。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(jī)界面還有動(dòng)態(tài)數(shù)

據(jù)服務(wù)器。

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，所以比較容易損壞，如：硬盤、鍵盤、CRT、軟

驅(qū)等，運(yùn)行6-8年后出現(xiàn)故障的概率就比較大，所以在DCS運(yùn)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(diǎn)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，一般

沒有硬盤及動(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、DK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(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(biāo)簽量可以達(dá)到10000個(gè)，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0IU系列，當(dāng)時(shí)是無硬盤、

無動(dòng)態(tài)流程圖的，標(biāo)簽量500o后來增加了硬盤和流程圖，標(biāo)簽量

1400-5000點(diǎn)。八十年代中期推出了MCS系列,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套在世界各國運(yùn)轉(zhuǎn)。到了90年代，DCS市場(chǎng)

爭(zhēng)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&P0RTER.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(jìng)爭(zhēng)者相比，BAILEY最新的操作站是以WINDOWSNT、通用微機(jī)為

基礎(chǔ)的ConductorNT。實(shí)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(dòng)軟件而成。由于銷售量不大，磨合的機(jī)會(huì)少，問

題比較多，死機(jī)現(xiàn)象嚴(yán)重。0IS40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

發(fā)了一個(gè)與VMS通訊的驅(qū)動(dòng)軟件，因?yàn)?0年代的0IU和MCS在80年

代末都已經(jīng)停止銷售。BAILEY只賣0IS20系列和0IS40系列。

0IS20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.它的開發(fā)、制造成本都比較低，性能也比較好。0IS20

系列的輔站不是用網(wǎng)絡(luò)來傳輸信息的，只是在主站上多加了1塊顯卡

來實(shí)現(xiàn)輔站。后來因維護(hù)成本很高，硬盤和軟驅(qū)都難以買到，用戶反

映不好。

繼0IS20系列，BAILEY公司推出了0IS41、0IS42,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(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)，也給用戶提供了開發(fā)打印系統(tǒng)的空

間，這是后話。由于0IS4后0IS41、0IS42主機(jī)性能較差,所以操作

站的性能提高不明顯。直到OIS43Alpha芯片的出現(xiàn)，性能才得到提

高。同時(shí)，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?yàn)樗臉?biāo)簽量較少，價(jià)格低廉，運(yùn)行穩(wěn)定,

故適用于小系統(tǒng)的使用，這就是BAILEY的0IS10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。0IS11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0IS40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

公司和用戶無疑是雪上加霜。

二.八十年代中期，因?yàn)镻LC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(chǎng)前景較

好，所以軟件開發(fā)商又開發(fā)了許多PLC的驅(qū)動(dòng)軟件。到了九十年代，

又開發(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。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(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(yùn)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(tái)。如：新西蘭的一家

造紙廠，原來已經(jīng)運(yùn)行有CONDUCTNT,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：

1、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。

2、由于通用操作站的適用面廣，相對(duì)生產(chǎn)量大，成本下

降，因而可以節(jié)省用戶的經(jīng)費(fèi)。維護(hù)費(fèi)用也比較少。

3、采用通用系統(tǒng)要比使用各種不同的專用系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單,

用戶也可減少人員培訓(xùn)的費(fèi)用。

4、更新和升級(jí)容易。

5、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。

DCS教程［第3講］——DCS在選型中的幾個(gè)問題

被控制對(duì)象確定以后，選用什么樣的控制系統(tǒng)就成為重要問題。

主要是根據(jù)項(xiàng)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)和早期的模擬儀表組成的控制系統(tǒng)，從工程項(xiàng)目的實(shí)施來看，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)選型中的兒個(gè)

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(zhǎng)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、4-V大多用于化工系統(tǒng)。但也不能否認(rèn)不同工藝過程會(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有國產(chǎn)的和進(jìn)口的，對(duì)相同檔次而言，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，國產(chǎn)

DCS價(jià)格要比進(jìn)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(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

萬美金，而且許多機(jī)型已經(jīng)停產(chǎn)（如DEC公司的VAX機(jī)和a機(jī)）。

PC機(jī)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

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)作為操作站的，點(diǎn)數(shù)要少一些，不然會(huì)頻繁死機(jī)，國產(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(xiàng)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(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，實(shí)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(shí)可取的辦法是聯(lián)系國內(nèi)類似的單位和請(qǐng)教有經(jīng)驗(yàn)的專家。

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(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(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)國外廠商作為承包商。

第四點(diǎn)是售后服務(wù)，國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。DCS用戶應(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，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(shí)閥

門的位置就很危險(xiǎn)，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(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)往往從一開始就決定了該系統(tǒng)今后的命運(yùn)，萬萬不

可掉以輕心。

DCS教程［第4講］——DCS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。

DCS、PLC采集現(xiàn)場(chǎng)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(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)過數(shù)據(jù)淘金，將信號(hào)

送到生產(chǎn)管理部門。

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。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0SI歷史

數(shù)據(jù)庫，它可以存儲(chǔ)三年以上。這些通用監(jiān)控軟件都有0SI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)，通過計(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、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)。

DCS教程［第5講］——多屏操作站和操作站的后門網(wǎng)絡(luò)

一個(gè)DCS系統(tǒng)可以有好幾臺(tái)操作站，每一臺(tái)操作站可以顯示一樣

的內(nèi)容，也可以是

一樣的內(nèi)容。對(duì)于電廠來說，一臺(tái)300MV的發(fā)電機(jī)組，工藝過程比較

集中，通常采用2臺(tái)操作站冗余運(yùn)行認(rèn)為是比較合適的。但對(duì)于

大型機(jī)組，由于它的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)較多，一個(gè)顯示器不夠用，

最好有多個(gè)顯示器。這時(shí)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(jī)上加分屏卡，如加2分屏，4分屏的

分屏卡，分別可連接2臺(tái)CRT或4臺(tái)CRT。用這種方法以增加人

機(jī)界面。對(duì)于除電廠以外的生產(chǎn)工藝，如水泥廠，鋼鐵廠，一個(gè)

生產(chǎn)工藝很長(zhǎng)，地域比較分散，并由一套DCS系統(tǒng)控制，它的輸

入、輸出點(diǎn)數(shù)較多，為了節(jié)省投資，一臺(tái)操作站往往和一部分生

產(chǎn)工藝相對(duì)應(yīng)。比如水泥廠的回轉(zhuǎn)窯和磨機(jī)相隔距離很遠(yuǎn)，操作

站可以安裝在兩個(gè)地方。這時(shí)一臺(tái)操作站配置一臺(tái)打印機(jī)。如果

其中一臺(tái)操作站的主機(jī)壞了，這臺(tái)操作站顯示的內(nèi)容就沒有了。

為了系統(tǒng)的安全運(yùn)行，采用標(biāo)簽的重疊組態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。如該系統(tǒng)

有兩臺(tái)操作站，分別為A站和B站，該系統(tǒng)有2000個(gè)標(biāo)簽，A、

B操作站要分別組態(tài)1300個(gè)標(biāo)簽，其中300個(gè)標(biāo)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(yùn)行，系統(tǒng)照常工

作。因?yàn)橹匾臉?biāo)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(huì)帶來負(fù)面影響。會(huì)使得A、B操作站的管理人員責(zé)

任不明確。

由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，人機(jī)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(shí)，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。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(hù)時(shí)，各操作站之

間可作文本拷貝。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，即使其中一臺(tái)主操作站發(fā)生故障,

它的從站可作為另一臺(tái)主站的從站。在網(wǎng)絡(luò)中，接進(jìn)打印服務(wù)器,

服務(wù)器有許多通道，兒臺(tái)操作站共用一臺(tái)或兒臺(tái)打印機(jī)。連接主

站和從站的這個(gè)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(jī)采用DEC的小型機(jī)，后門網(wǎng)絡(luò)就采用DECNET或以太網(wǎng)。

在操作站作標(biāo)簽組態(tài)時(shí)，是否要把重要的I/O點(diǎn)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)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(yuǎn)程操作。在局

部的地域用網(wǎng)絡(luò)，會(huì)帶來很大的方便。如果過程控制與INTERNET

網(wǎng)絡(luò)相連，會(huì)受到病毒或黑客的侵入。一定要加安全級(jí)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（OpenSystem

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(huì)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(hào)脈沖標(biāo)準(zhǔn)。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64T518字節(jié)。幀包括預(yù)同步信號(hào)，消息頭、數(shù)據(jù)信息和

幀校驗(yàn)序列。中繼器或集線器（hub）僅僅放大導(dǎo)線中的電信號(hào)，

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?fù)浜屯ㄐ艠?biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)能

與多個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)（雙絞線線纜、光纜）和多個(gè)網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)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)?。?/p>

幀中有消息頭和尾，數(shù)據(jù)報(bào)包到幀里。檢測(cè)錯(cuò)誤，調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流量。

幀消息由源和目標(biāo)介質(zhì)訪問控制（mediaaccesscontrol）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?fù)湟?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?yàn)樗鼈兪侵С謳?。兩?/p>

都利用幀消息頭中的信息調(diào)節(jié)交通。幀消息頭負(fù)責(zé)識(shí)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(gè)區(qū)域，用以識(shí)別傳

輸?shù)脑春湍繕?biāo)，是源和目標(biāo)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)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(hào)碼。是所有上層

的基石，單位是數(shù)據(jù)報(bào)(datagram)單位如網(wǎng)絡(luò)的IP數(shù)據(jù)報(bào)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)0

傳輸層處理數(shù)據(jù)的實(shí)際操作，并準(zhǔn)備通過網(wǎng)絡(luò)傳送。如果數(shù)

據(jù)太大而不能作為一個(gè)幀，傳輸層將其分解為更小的部分，并編

制序號(hào)，序號(hào)允許其它系統(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(yàn)是在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行的，傳輸層能夠起到備用

效驗(yàn)的作用。傳輸層的功能如IP的傳輸協(xié)議(TCP)、單位是段

(segment)。

會(huì)話層處理兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)之間連接的建立和維護(hù)。它保證

正確完成具體的服務(wù)請(qǐng)求。

如果系統(tǒng)正在運(yùn)行多個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，會(huì)話層負(fù)責(zé)保持正確

通信順序，保證進(jìn)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(shí)要求訪問網(wǎng)絡(luò)資源。

DCS教程［第6講］——異種系統(tǒng)的互聯(lián),時(shí)間同步和SDSL技術(shù)

一個(gè)企業(yè)特別是大中型企業(yè)有許多工藝過程，每一個(gè)工藝過程都

有相對(duì)獨(dú)立性。在不同時(shí)期建設(shè)或不同時(shí)間進(jìn)行技術(shù)改造，一定會(huì)采

用不同型號(hào)的DCS系統(tǒng)，設(shè)備連鎖和控制等會(huì)采用兒種不同型號(hào)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(shí)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(gè)輸入板，DCS專們?cè)O(shè)計(jì)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(hào)，

通過DCS的網(wǎng)絡(luò)把PLC的信號(hào)送到DCS操作站上。這樣互連的辦法有

一個(gè)大的缺點(diǎn)是:PLC的快速信號(hào)在慢速反應(yīng)的DCS的操作站上顯示。

經(jīng)測(cè)定，一個(gè)微動(dòng)開關(guān)的動(dòng)作要經(jīng)過幾秒以上的時(shí)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(gè)互聯(lián)辦法是把PLC

的個(gè)別信號(hào)用硬線連到DCS的輸入板上，這樣輸入的點(diǎn)數(shù)很少，成本

比較高。有的DCS在DCS網(wǎng)絡(luò)上設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)專門用來讀取

PLC的信號(hào)。把PLC的信號(hào)送入DCS的網(wǎng)絡(luò)是比較困難的。缺點(diǎn)是開

發(fā)接口的費(fèi)用很高。即使開發(fā)成功，接口也經(jīng)常發(fā)生故障。一個(gè)典型

例子是燃汽輪機(jī)和鍋爐聯(lián)合發(fā)電的電廠，燃汽輪機(jī)從美國或其它國家

進(jìn)口，燃汽輪機(jī)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(gè)操作站上顯

示。為開發(fā)這個(gè)操作站，開發(fā)費(fèi)用在兒萬美金以上。即使開發(fā)成功，

也經(jīng)常發(fā)生故障。

對(duì)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(dāng)時(shí)，PLC只處理開關(guān)量，在控

制器上的數(shù)碼顯示作為人機(jī)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(jìn)入PLC,。

用戶感到?jīng)]有以CRT為基礎(chǔ)的人機(jī)界面很不方便，用戶選用通用監(jiān)控

軟件，運(yùn)行在NT平臺(tái)上，采用普通微機(jī)作為硬件平臺(tái)，編出各個(gè)PLC

的驅(qū)動(dòng)軟件，這樣PLC也有了操作站。因?yàn)樯虡I(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(shí)間很晚，不僅各個(gè)PLC的驅(qū)動(dòng)軟件太少，而且市場(chǎng)也被其他

軟件占據(jù)。

對(duì)于通用監(jiān)控軟件來說，微軟開發(fā)的通訊協(xié)議DDE(DYNAMICDATA

EXCHANGE)、快速DDE、網(wǎng)絡(luò)DDE等都支持。

DDE允許Windows環(huán)境下各使用的機(jī)器建立客戶機(jī)/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(jī)器發(fā)來的感興趣的數(shù)據(jù)請(qǐng)求。發(fā)請(qǐng)求的機(jī)器就是客戶機(jī)，

送數(shù)據(jù)的是服務(wù)器。

快速DDE提供許多DDE的信息打包到單個(gè)DDE信息中。打包提

高效率，減少服務(wù)器和客戶機(jī)之間傳送的DDE數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)DDE延伸了標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算機(jī)作為服務(wù)器、客戶機(jī)

應(yīng)用運(yùn)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(jì)算機(jī)和諸如在VMS、UNIX等操作環(huán)境下的非PC為基礎(chǔ)的

平臺(tái)之間的DDE。

SuitLinkK用于TCP/IP為基礎(chǔ)的協(xié)議、被設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)只適用于Windows

NT4.0以上。

OPC(OBJACTLINKEMBEDPROCESSCONTROL)客戶機(jī)，可以從服

務(wù)器取數(shù)據(jù)。遵守TCP/IP協(xié)議。

由于市場(chǎng)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(duì)于監(jiān)控軟件如果開發(fā)了許多

DCS和PLC的驅(qū)動(dòng)軟件，在聯(lián)網(wǎng)時(shí)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(dòng)軟件最多的是FIX和INTOUCH。在NT平臺(tái)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(jī),

彼此可以交換數(shù)據(jù)。

DCS在70年代問世時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)水平還比較低，市場(chǎng)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(jī)、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(dāng)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(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，而DCS的發(fā)展沒有計(jì)算機(jī)快，它處在相對(duì)

穩(wěn)定的發(fā)展階段。后來市場(chǎng)上的各種微機(jī)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(chǎng)變化修

改自己的軟件，所以DCS成為名符其實(shí)的自動(dòng)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(shí)，不再采用原DCS廠家的操作站，因?yàn)樗鼉r(jià)格昂貴、備件

難賣。采用PC機(jī)和NT平臺(tái)，安裝通用監(jiān)控軟件，并開發(fā)和某一具體

DCS的驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(yùn)行很好比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(shí)，

控制器的驅(qū)動(dòng)軟件和顯示軟件不是分開來編寫。如果采用通用微機(jī)和

NT平臺(tái)，它們與通用軟件相比，CPU的開銷要小一些，對(duì)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(jī)現(xiàn)象比通用的嚴(yán)重一些。據(jù)了解，某一套

DCS系統(tǒng)，硬件為PC機(jī)，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(jī)兒次。隨著軟件版本升級(jí)，死機(jī)現(xiàn)象有增無減?！?/p>

年內(nèi)打兒次補(bǔ)釘，死機(jī)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(jī)界面可以互連。只要是微軟的WINDOWS界面,

都能作為客戶機(jī)，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(jī)。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(yùn)行，可以單獨(dú)用一個(gè)HMI用于互連。

通用監(jiān)控軟件通常有網(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(jī)格式，把實(shí)時(shí)信息傳到遠(yuǎn)方。在客戶機(jī)中，可以實(shí)時(shí)查

看通用軟件做成的動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中（如SQL、SYBASE>ORACLE）o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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。它不是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。同時(shí)，

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(jī)的方式要慢。

采用通用操作站優(yōu)點(diǎn)歸納如下：

?價(jià)格低廉

?DCS功能擴(kuò)展

?用戶熟息

各個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間同步也是很重要的問題。網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器是用于

所有網(wǎng)上工作站的高品質(zhì)時(shí)間同步的設(shè)備。一般情況下，DCS系統(tǒng)的

絕對(duì)時(shí)間是在操作站上（人機(jī)界面）形成的，控制器中只有相對(duì)時(shí)間。

為了時(shí)間同步，可以把衛(wèi)星時(shí)間GPS（GLOBALPOSITIONSYSTEM）作為

基準(zhǔn)，來校對(duì)DCS的時(shí)間。具體實(shí)現(xiàn)辦法如下：通過衛(wèi)星接收天線，

時(shí)間服務(wù)器接收GPS系統(tǒng)中各個(gè)衛(wèi)星的原子鐘，再把時(shí)間信號(hào)送給動(dòng)

態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器或DCS的操作站。通過動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器或操作站的DCS

的驅(qū)動(dòng)軟件，把時(shí)間信號(hào)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?yàn)樗容^廉價(jià)。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(jī)訪問的鏈路控制。在以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中，各結(jié)點(diǎn)可以隨機(jī)的發(fā)送

數(shù)據(jù)。但當(dāng)兩個(gè)或更多的結(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，就產(chǎn)生數(shù)據(jù)發(fā)送沖突。

發(fā)生沖突的結(jié)點(diǎn)都退回去，用一個(gè)隨機(jī)延時(shí)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(jī)延時(shí)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(gè)系統(tǒng)，DCS、PLC數(shù)據(jù)

通過動(dòng)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(diǎn)，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(cái)務(wù)管理子模塊、人事管理子模塊、原材

料子模塊等。把DCS、PLC來的信號(hào)放在生產(chǎn)實(shí)時(shí)子系統(tǒng)模塊內(nèi)。

生產(chǎn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)是海量的，既有實(shí)時(shí)的，又有歷史的。對(duì)于通用

監(jiān)控軟件都有歷史數(shù)據(jù)平臺(tái)。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(fèi)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(yuǎn)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(shí)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(jī)的交換機(jī)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(fèi)用不很

高。這時(shí)，光纖和電話線可以同時(shí)用于以太網(wǎng)。這就是SDSL(Symmetric

DigitalSubscriberLine)技術(shù)。SDSL技術(shù)的特點(diǎn)是同時(shí)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(jī)的情況?，F(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(shí)，不同時(shí)使用

電話，距離還能延長(zhǎng)。具體應(yīng)用接線見下圖

DCS教程［第7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(TOTALDISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM)

簡(jiǎn)稱。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(ProgrammableLogicController)o

簡(jiǎn)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(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(jī)代替原來的集中安

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)需接收兒千臺(tái)變送器或別的傳感器來的信號(hào)，完成兒百個(gè)

回路的運(yùn)算。很顯然其危險(xiǎn)有點(diǎn)集中o和模擬儀表連接的電纜一樣多,

并且一旦小型機(jī)壞了，控制和顯示都沒有了。數(shù)字控制沒有達(dá)到預(yù)期

的目的。

后有人提出把控制和顯示分開。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、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模

擬儀表在外觀上兒乎完全一樣，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)。

回路的控制器的制作成本太高，價(jià)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(jià)格/性能比稍好一些。

對(duì)于一個(gè)大中型系統(tǒng)來說，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

(HMDo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(hào)。I/O板有兒種不同的類型，每一種I/O板都有相應(yīng)的端子板。

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；4T6個(gè)通道不等；

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；

開關(guān)量輸入；16-32個(gè)通道：

開關(guān)量輸出，開關(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；

脈沖量輸入，用于采集速率的信號(hào)；4-8通道不等；

快速中斷輸入；

HART協(xié)議輸入板；

1現(xiàn)場(chǎng)總線I/O板；

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，也可以分開完成，完成信號(hào)整修的板現(xiàn)

在有人稱它們?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，實(shí)際上是有三種類型

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，稱為過程

控制站。這可以增加過程控制站能接收的I/O點(diǎn)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(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用來存貯完成各種運(yùn)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(yùn)算加、減、乘、除、平方、

開方、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E2PR0M中。因?yàn)镋2PR0M可以

擦寫，組態(tài)要隨工藝改變而改變，所以把組態(tài)存在E2PR0M中。不同

用戶有不同組態(tài)。組態(tài)時(shí)，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E2PR0M中。這時(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、還要檢查有沒有帶手操站等。

通訊網(wǎng)絡(luò)把過程站和人機(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。

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。

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。我們稱之為逆向工程師站。

歷史趨勢(shì)站用于存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，一般用磁盤陣列（稱為RAID技

術(shù)）。

動(dòng)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(jì)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(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)

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(jī)械或生

產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存

入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)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(chǔ)地址的程

序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1,程序

從起始步（步序號(hào)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(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱

為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC,循環(huán)掃描周期在1微秒到兒十微

秒之間。程序計(jì)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(yùn)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(gè)控制器一秒鐘內(nèi)能完成8個(gè)PID回路的運(yùn)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(yùn)算上，即使后來兩者相互有些滲透，但是還是有區(qū)別。80

年代以后，PLC除邏輯運(yùn)算外，也有一些控制回路用的算法，但要完

成一些復(fù)雜運(yùn)算還是比較困難，PLC用梯形圖編程，模擬量的運(yùn)算在

編程時(shí)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(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入

都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。而DCS

把所有輸入都當(dāng)成模擬量，1位就是開關(guān)量。解算一個(gè)邏輯是在幾百

微秒至幾毫秒量級(jí)。對(duì)于PLC解算一個(gè)PID運(yùn)算在幾十毫秒，這與

DCS的運(yùn)算時(shí)間不相上下。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來完成模擬量

的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。不同型號(hào)的DCS,解算PID

所需時(shí)間不同，但都在幾十毫秒的量級(jí)。如早期的TDC2000系統(tǒng)，1

秒鐘內(nèi)完成8個(gè)回路的控制運(yùn)算。隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，解算一個(gè)算

法的時(shí)簡(jiǎn)在縮短。解算一個(gè)算法所需時(shí)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(duì)PLC也許要求不高，但對(duì)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(xiǎn)的地方，應(yīng)配置本質(zhì)安全柵。

相同I/O點(diǎn)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(hù)成本比DCS要低很多。一個(gè)PLC的控制器，可以接收幾

千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）oDCS的控制器，只能兒百個(gè)

I/O點(diǎn)（不超過500個(gè)I/O）。如果被控對(duì)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(yùn)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(jí)運(yùn)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(jì)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(gè)別DCS就有從市場(chǎng)中消失的危險(xiǎn)。

隨著新技術(shù)的誕生，負(fù)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(jì)時(shí)，在操作站上設(shè)置密碼，系統(tǒng)

多加隔離和防火墻。把負(fù)面影響減到最小。DCS教程［第8講］——多

屏操作站、操作站的后門網(wǎng)絡(luò)和雙機(jī)雙網(wǎng)

一個(gè)DCS系統(tǒng)可以有好兒臺(tái)操作站，每一臺(tái)操作站可以顯示一樣的內(nèi)

容，稱為冗余運(yùn)行。也可以是不一樣的內(nèi)容。對(duì)于電廠來說，一臺(tái)

300MV的發(fā)電機(jī)組，工藝過程比較集中，通常采用2臺(tái)操作站冗余運(yùn)

行認(rèn)為是比較合適的。但對(duì)于大型機(jī)組，由于它的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)較

多，一臺(tái)顯示器不夠用，最好有多臺(tái)顯示器。這時(shí)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(jī)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(tái)CRT或3臺(tái)CRTo用這

種方法以增加人機(jī)界面。對(duì)于除電廠以外的生產(chǎn)工藝，如水泥廠，鋼

鐵廠，一個(gè)生產(chǎn)工藝很長(zhǎng)，地域比較分散，并由一套DCS系統(tǒng)控制，

它的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)較多，為了節(jié)省投資，一臺(tái)操作站往往和一部分

生產(chǎn)工藝相對(duì)應(yīng)。比如水泥廠的回轉(zhuǎn)窯和磨機(jī)相隔距離很遠(yuǎn)，操作站

可以安裝在兩個(gè)地方。這時(shí)一臺(tái)操作站配置一臺(tái)打印機(jī)。如果其中一

臺(tái)操作站的主機(jī)壞了，這臺(tái)操作站顯示的內(nèi)容就沒有了。為了系統(tǒng)的

安全運(yùn)行，采用標(biāo)簽的重疊組態(tài)來實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行。如該系統(tǒng)有兩臺(tái)操

作站，分別為A站和B站，該系統(tǒng)有2000個(gè)標(biāo)簽，A、B操作站要分

別組態(tài)1300個(gè)標(biāo)簽，其中300個(gè)標(biāo)簽是重疊的。即使A操作站發(fā)生

故障，只用B操作站進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)照常工作。因?yàn)橹匾臉?biāo)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(huì)帶來負(fù)面影響。

在運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，會(huì)使得A、B操作站的管理人員責(zé)任不明確。

由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，人機(jī)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)上讀取各個(gè)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(shí)，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。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(hù)時(shí)，各操作站之間可作文本拷貝。系統(tǒng)運(yùn)行

時(shí);即使其中一臺(tái)主操作站發(fā)生故障，它的從站可作為另一臺(tái)主站的

從站。在網(wǎng)絡(luò)中，接進(jìn)打印服務(wù)器，服務(wù)器有許多通道，幾臺(tái)操作站

共用一臺(tái)或幾臺(tái)打印機(jī)。連接主站和從站的這個(gè)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(jī)采用DEC的小型機(jī)，后門網(wǎng)絡(luò)就采用

DECNET或以太網(wǎng)。在操作站作標(biāo)簽組態(tài)時(shí)，是否要把重要的I/O點(diǎn)

重疊組態(tài)要由用戶確定。

由于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)界面怎樣與DCS網(wǎng)絡(luò)連接又

有新的方式。把服務(wù)器連在DCS網(wǎng)絡(luò)上。服務(wù)器和人機(jī)界面組成服務(wù)

器/客戶機(jī)格式，服務(wù)器和人機(jī)界面之間用以太網(wǎng)連接，，以太網(wǎng)的

低廉，通常采用雙網(wǎng)。為提高服務(wù)器的安全性能，采用冗余的方式，

這就是雙機(jī)雙網(wǎng)。可以做到遠(yuǎn)程操作?？蛻魴C(jī)中有操作站、工程師站、

歷史趨勢(shì)站和MIS系統(tǒng)接口。服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫可以組態(tài)。

在局部的地域用網(wǎng)絡(luò)傳遞信息，會(huì)帶來很大的方便。

北京和利時(shí)的DCS系統(tǒng)，ABB的PROCONTROLP就是這樣的結(jié)構(gòu)。

見下圖。如果過程控制與INTERNET網(wǎng)絡(luò)相連，會(huì)受到病毒或黑客的

侵入。一定要加安全級(jí)別和加防火墻。從使用來看，國產(chǎn)DCS在結(jié)構(gòu)

和硬件制造都已經(jīng)達(dá)到較高的水平。在功能塊的開發(fā)方面還需進(jìn)一步

努力。

以太網(wǎng)之間的協(xié)議遵從OSI模型(OpenSystem

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(huì)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(hào)脈沖標(biāo)準(zhǔn)。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(hào)，消息頭、數(shù)據(jù)信息和幀校驗(yàn)序列。中繼器

或集線器(hub)僅僅放大導(dǎo)線中的電信號(hào)，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?fù)浜屯ㄐ艠?biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)能與多

個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)（雙絞線線纜、光纜）和多個(gè)網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)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)?。在幀中有消息頭和尾,

數(shù)據(jù)報(bào)包到幀里。檢測(cè)錯(cuò)誤，調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流量。幀消息由源和目標(biāo)介質(zhì)

訪問控制（mediaaccesscontrol）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?fù)湟?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?yàn)樗鼈兪侵С謳?。兩者都利用幀消息頭中的信息調(diào)節(jié)交通。

幀消息頭負(fù)責(zé)識(shí)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(gè)區(qū)域，用以識(shí)別傳輸?shù)脑春湍繕?biāo)，是源和目標(biāo)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)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(hào)碼。是所有上層的基石，

單位是數(shù)據(jù)報(bào)（datagram）單位如網(wǎng)絡(luò)的IP數(shù)據(jù)報(bào)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）o

傳輸層處理數(shù)據(jù)的實(shí)際操作，并準(zhǔn)備通過網(wǎng)絡(luò)傳送。如果數(shù)據(jù)太

大而不能作為一個(gè)幀，傳輸層將其分解為更小的部分，并編制序號(hào)，

序號(hào)允許其它系統(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(yàn)是在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行的，傳輸層能夠起到備用效驗(yàn)的作用。傳輸

層的功能如IP的傳輸協(xié)議（TCP）、單位是段（segment）。

會(huì)話層處理兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)之間連接的建立和維護(hù)。它保證正確

完成具體的服務(wù)請(qǐng)求。

如果系統(tǒng)正在運(yùn)行多個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，會(huì)話層負(fù)責(zé)保持正確通信

順序，保證進(jìn)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(shí)要求訪問網(wǎng)絡(luò)資源。

DCS教程［第9講］——回路控制器和DCS系統(tǒng)

七十年代，因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)工作的儀表工程師們對(duì)數(shù)字控制不太熟悉,

希望數(shù)字控制的儀表面板作成與原來的模擬儀表的一樣，這樣就可以

不改變操作習(xí)慣，另外也是為了危險(xiǎn)分散，因而就出現(xiàn)了回路控制器。

如HONEYWELL公司的KMM系列、FOXBORO公司的SPEC200和日本北

辰（后與橫河合并）的HOMAC系列表，在面板上有過程變量（PV）、設(shè)

定值和控制輸出（C0）的棒圖，指針式顯示的過程值，手/自動(dòng)切換、

報(bào)警確認(rèn)等。這種能完成以PID為基礎(chǔ)的回路控制的數(shù)字儀表，只有

一個(gè)或兩個(gè)回路（兩個(gè)單回路）。當(dāng)時(shí)有人為了不與可編程序邏輯控

制器（PLC）混淆，稱這種儀表為可編程序調(diào)節(jié)器。到80年代出現(xiàn)了

雙回路（可作兩個(gè)串級(jí)回路）、四回路的控制器、32路數(shù)據(jù)采集器以

及無紙記錄儀等一系列數(shù)字儀表，在面板上仍保留棒圖和手/自動(dòng)切

換,用數(shù)字顯示代替指針顯示，這些數(shù)字儀表統(tǒng)稱為回路控制器。到

目前為止，這種儀表種類很多。最有特點(diǎn)的是能與上位（即人機(jī)界面）

通訊組成一個(gè)系統(tǒng)，每一塊表可以與現(xiàn)場(chǎng)總線相連，I/O可以根據(jù)需

要擴(kuò)展，它內(nèi)部的算法預(yù)先用程序作成功能塊的形式，存在ROM中。

可以按照所要求的控制策略，進(jìn)行組態(tài)（不是編程）。如美國MOORE

公司的353產(chǎn)品有80多塊功能塊，通過組態(tài)路圖實(shí)現(xiàn)控制組態(tài)，用

MODBUS與人機(jī)界面相連，人機(jī)界面的監(jiān)控軟件既可以用IFIX、也可

以用INTOUCH。因?yàn)檫@兩種軟件都有這種可編程序調(diào)節(jié)器的驅(qū)動(dòng)軟件。

國產(chǎn)監(jiān)控軟件只要有這種可編程序調(diào)節(jié)器的驅(qū)動(dòng)軟件，同樣可以作為

這種系統(tǒng)的監(jiān)控軟件。否則連不上去。353本身只有4個(gè)AI,2個(gè)A0,

也就是能完成2個(gè)PID回路的控制。如果要增加控制回路，就要采用

現(xiàn)場(chǎng)總線，因?yàn)樗蠰ONWORKS的接口，可以把LONWORKS的模塊連到

該總線上。在組成系統(tǒng)時(shí)，要進(jìn)行軟件捆綁。為了數(shù)據(jù)安全，在表和

總線之間加光電轉(zhuǎn)換器。這種系統(tǒng)見圖一。又如FOXBORO公司和SMAR

公司的回I路控制器，它有多回路的。并且還有與可編程控制器（PLC）

的接口，所以在我國應(yīng)用也比較多。

有兒個(gè)模擬量的輸出，就稱為兒回路的控制器。模擬量的輸入可

以多于模擬量的輸出。另外還可以有少量的開關(guān)量的輸入、輸出。

另一類是不能與現(xiàn)場(chǎng)總線相連，它的I/O點(diǎn)數(shù)不能擴(kuò)展，但它也

能與上位通訊組成一個(gè)系