集散控制系統(tǒng).ppt

1、DCS集散控制系統(tǒng),發(fā)展及應(yīng)用,第一講 緒論,DCS是繼1969年P(guān)LC問世后，由 HONEYWELL公司在1975年首先推出的系統(tǒng)。即：TDC2000，它只有模擬量控制。 隨后，相繼有幾十家美國儀表公司也推出自己的系統(tǒng)。同時(shí)，由于DCS的高額利潤，負(fù)責(zé)制造傳動(dòng)設(shè)備的公司和計(jì)算機(jī)公司也開始涉及DCS的開發(fā)、生產(chǎn)。,從不同方向發(fā)展起來的DCS在結(jié)構(gòu)上、軟件方面有些區(qū)別。儀表公司開發(fā)的DCS的控制器的軟件部分比較符合儀表工程人員應(yīng)用的習(xí)慣，特別是組態(tài)方式比較方便。傳動(dòng)公司設(shè)計(jì)的PLC部分比較好。計(jì)算機(jī)公司設(shè)計(jì)的DCS的人機(jī)界面比較友好。相繼出現(xiàn)的DCS有MAX-1、RS3、MOD、N-90、D/3

2、、WDPF、MICRO、ECS-1200；日本橫河的YEPARKMARK、東芝的TOSDIC；，英國的P4000；德國的TELEPERM、PROCONTROLP、瑞典的AC210等。,在硬件結(jié)構(gòu)、軟件應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，大約有三次比較大的變革。表現(xiàn)在操作站、DCS網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線的出現(xiàn)三個(gè)方面。七十年代操作站的硬件、操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件都是專用的，由各DCS廠家自己開發(fā)的，操作站也沒有動(dòng)態(tài)流程圖，只有文本顯示。通訊網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議基本上都是采用輪詢方式的，在網(wǎng)絡(luò)上設(shè)交通指揮器。八十年代就發(fā)生變化了，通訊網(wǎng)絡(luò)較多地使用令牌方式。九十年代操作站出現(xiàn)了通用操作站，,打開了DCS形成的自動(dòng)

3、化“孤島”。自動(dòng)化“孤島”的形成，既有歷史原因，也有商業(yè)原因，而更重要的是商業(yè)原因。九十年代末DCS通訊網(wǎng)絡(luò)有部分開始采用以太網(wǎng)。21世紀(jì)初DCS和MIS系統(tǒng)相結(jié)合，組成綜合管理信息系統(tǒng)。DCS的信號(hào)送到全廠和存入工廠數(shù)據(jù)庫。供管理人員查詢。MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，載體采用光纖網(wǎng)和電話線網(wǎng)相結(jié)合的方式。傳輸數(shù)據(jù)多的地方采用光纖，數(shù)據(jù)少的地方用電話線，很像公共交通中的高速公路和國道聯(lián)合使用一樣。稱為對(duì)稱數(shù)字訂戶線（SDSL）技術(shù)。國內(nèi)已有非對(duì)稱數(shù)字訂戶線（ADSL）技術(shù)。,總的來看，DCS本身的I/O板變化主要體現(xiàn)在I/O板A/D的轉(zhuǎn)換位數(shù)。操作站的變化體現(xiàn)在軟、硬件的改變，通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、協(xié)議的改

4、進(jìn)。控制器相對(duì)來講變化要小的多。它只是由于芯片水平的提高而作一些調(diào)整。功能塊的算法和組態(tài)方式是不變的。操作站主要表現(xiàn)在由專用機(jī)變化到通用機(jī)，監(jiān)控軟件由專用逐漸變化到通用。如普通微機(jī)（PC機(jī)）和小型機(jī)、FIX和INTOUCH用于操作站。專用操作站的硬件在90年代初就被淘汰。后來專用操作系統(tǒng)也被淘汰。目前許多DCS系統(tǒng)的操作系統(tǒng),采用UNIX或其變種，也有中、小系統(tǒng)采用NT。相比較來看，UNIX的穩(wěn)定性要好一些，采用NT系統(tǒng)死機(jī)現(xiàn)象發(fā)生較多。DCS的另一個(gè)重要發(fā)展是：現(xiàn)場總線作為控制器的輸入、輸出。把現(xiàn)場總線作為DCS的輸入、輸出板，目的是解決遠(yuǎn)程信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸問題。如把HART總線做成DCS的一

5、種輸入板，可以有16個(gè)變送器連接在HART總線上。又如LONWORKS總線作為MOORE的353回路控制器的輸入、輸出。把兩個(gè)控制回路的控制器的控制回路,增加到25個(gè)控制回路。同時(shí)還能有100個(gè)開關(guān)量。變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和DCS的控制器的距離可達(dá)1公里以上。不僅解決了遠(yuǎn)程信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸問題，還節(jié)省了連接電纜。 現(xiàn)場總線的提出到現(xiàn)在也有將近十年的歷史，為節(jié)約從變送器到控制器的連接電纜，擬把控制器甩掉而自成系統(tǒng)，即只有I/O板和人機(jī)界面。這種方案也在發(fā)展。相對(duì)于DCS和工廠網(wǎng)的發(fā)展來看，顯得要緩慢一些。,從理論上講，一個(gè)DCS系統(tǒng)可以應(yīng)用 于各種行業(yè)。但由于各行業(yè)有它的特殊性，所以DCS也就出現(xiàn)了型

6、號(hào)與應(yīng)用行業(yè)是否匹配的問題。有時(shí)也由于DCS廠家和用戶的技術(shù)人員的工藝知識(shí)的局限性而引起的。例如：HONEYWELL公司對(duì)石化 行業(yè)比較熟悉，其產(chǎn)品在石化行業(yè)應(yīng)用較多，它缺少其它行業(yè)的特殊模塊，如事件記錄的快速模塊。而AILEY的產(chǎn)品則在電力行業(yè)應(yīng)用比較普遍，這些特殊模塊都已經(jīng)有了。用戶在選擇D技術(shù)人員對(duì)自己生產(chǎn)工藝的熟悉,程度，然后選擇符合自己要求的DCS。并應(yīng)注意行業(yè)應(yīng)用的特殊性，如電廠的SOE、水泥廠的大純滯后，造紙廠的橫向水分控制等。DCS系統(tǒng)適用于多大規(guī)模，比如使用NT操作系統(tǒng)的就適應(yīng)于中、小規(guī)模的系統(tǒng)（標(biāo)簽量在10000點(diǎn)以下），最后才考慮價(jià)格因素。 各DCS廠家開發(fā)有不同類型硬件

7、的操站，它和控制器的不同組合會(huì)有不同的價(jià)格，其差異很大。在作系統(tǒng)配置時(shí)，即使是同一個(gè)系統(tǒng)的不同組合，價(jià)格也不一樣。,專用操作站也是可改變的。以前是因?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)不夠發(fā)達(dá)、沒有合適的軟、硬件供選擇，所以DCS廠家只能自己開發(fā)自己的專用操作站，因而造成封閉局面。后來則是由于DCS廠家為了保證其利益造成的，因?yàn)椴捎脤Ｓ貌考趥浼矫婵梢杂泻芨叩睦麧?。但這種封閉局面總會(huì)被打破，DCS的用戶只要及時(shí)了解技術(shù)的發(fā)展情況，就能選出合適的系統(tǒng)。 國產(chǎn)的DCS系統(tǒng)在技術(shù)上可能不如進(jìn)口的，但也能滿足基本要求。其價(jià)格比進(jìn)口的DCS至少要低一半，算上備品備件、現(xiàn)場服務(wù)費(fèi)用，它的成本則要低很多。,DCS由四部份組成（

8、也可以說成三部分）：I/O板、控制器、操作站和通訊網(wǎng)絡(luò)。I/O板主要完成模擬和數(shù)字的轉(zhuǎn)換（A/D和D/A轉(zhuǎn)換），最初用的最多的是8位，后來是12位加1位符號(hào)位?？刂破魇荄CS的核心部件，任務(wù)是完成以PID為主要功能的過程控制。在國際上各DCS廠家在模擬量的算法上的技術(shù)水平都相差不遠(yuǎn)，用戶編寫應(yīng)用程序都采用很方便的組態(tài)方式（填寫若干個(gè)參數(shù)）。如果說有些差別的話是各種控制器內(nèi)的算法有多有少，算法的組合和組態(tài)方式有些不一樣。在開關(guān)量的處理方面區(qū)別很大。有的DCS在開關(guān)量的處理方面不很方便，甚,至要用語言來編。模擬量和開關(guān)量的結(jié)合也不十分理想。模擬量和開關(guān)量結(jié)合得是否好也成為評(píng)價(jià)DCS的指標(biāo)。標(biāo)簽量的

9、多少與操作站的軟、硬件有關(guān)。但從目前PC機(jī)的水平來看，10000個(gè)標(biāo)簽是能滿足要求的。最重要的是DCS與操作站的通訊方式。幾萬個(gè)標(biāo)簽的采用串行口可能速度不夠，應(yīng)采用SCSI接口。I/O板的差別在于有的有智能，有的沒有。A/D轉(zhuǎn)換方式是采用調(diào)頻還是調(diào)幅。控制器從結(jié)構(gòu)、軟件等方面各DCS差別很大。一個(gè)控制器不管完成多少個(gè)PID的運(yùn)算，但是完成,PID運(yùn)算必須在一秒鐘內(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)控軟件,操作系統(tǒng)和監(jiān)控軟件配合比較好時(shí)可以減少死機(jī)現(xiàn)象；在通訊網(wǎng)絡(luò)方面，最差的是輪詢方式，在網(wǎng)絡(luò)上設(shè)有交通指揮

10、器。較好的是令牌廣播、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。 根據(jù)國內(nèi)外使用經(jīng)驗(yàn)，DCS的操作站以使用7年以上，控制器則可用15-20年。 DCS的各部件的壽命與平常的維護(hù)水平有關(guān)，在投運(yùn)初期，容易損壞的概率比較大，,一旦投入運(yùn)行，幾乎是不壞的。從檢修的經(jīng)驗(yàn)來看，經(jīng)檢修過的模件，已修復(fù)的部分一般不會(huì)重復(fù)損壞。從部件故障概率來看，電源的損壞概率最大。第二講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

11、和投資預(yù)算。DCS與模擬儀表相比，它更為復(fù)雜，技術(shù)性要求更高，下面來談?wù)凞CS系統(tǒng)選型中的幾個(gè)題。,從理論上來講，DCS可以用于不同的工藝過程，它是通用的控制設(shè)備。但是DCS的制造廠家可能專長于某一領(lǐng)域。如：HOMEYWELL公司的TDC2000、TDC3000，主要用于石化部門。BAILEY公司的N90、INFI90主要用于電力系統(tǒng)，ROSEMOUNT公司的RS3、-V大多用于化工系統(tǒng)。因?yàn)椴煌に囘^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)要考慮這些特殊因素。,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)

12、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。進(jìn)口DCS產(chǎn)品有一些先進(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，也能滿足基本技術(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類的操作系,統(tǒng)。如SOLARIS操作系統(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)和機(jī)）。PC機(jī)的操作站不到三萬美金，它的操作系統(tǒng)采

13、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)（標(biāo)簽數(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，最新的監(jiān)控軟件，它與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展基本是同步 的。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)控軟件有專用的也可以用通用的，通用的監(jiān)控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。Astec公司推出的N+

14、1電源可作為參考。,把控制器和操作站聯(lián)成一個(gè)系統(tǒng)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。而專用的網(wǎng)絡(luò)接口很貴，最貴可以達(dá)到20000美金之多。因此，經(jīng)濟(jì)性與很多因素有關(guān)，有時(shí)DCS廠商把報(bào)價(jià)降下來，實(shí)際是改變了一些結(jié)構(gòu)而已，并沒有給用戶什么優(yōu)惠，甚至廠商的利潤還增加了。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)的承包商來做軋鋼的控制系統(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)理想。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)。

15、不少工廠都購買了不同廠家的DCS系統(tǒng)，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DCS廠商作為總承包商。因?yàn)橥鈬募夹g(shù)人員不可能大批來我國服務(wù)，也不熟悉我們的應(yīng)用情況，也不可能什么系統(tǒng)都很清楚，所以具體實(shí)施還是我們國內(nèi)的技術(shù)人員來作。沒有必要非化外匯不可。,第四點(diǎn)是售后服務(wù)問題，國外廠商通常情況下存在配品、備件供應(yīng)價(jià)格高，且不能及時(shí)供應(yīng)問題。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基本上跟不上計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，但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)

16、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。也可選用。另外許多第三方廠家也已經(jīng)開發(fā)出了許多很好產(chǎn)品，用戶也可選用。沒有必要抱著所謂正宗不放。由于第三方的沖擊，系統(tǒng)才能更加完善。,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)場總線的應(yīng)用，第三方軟、硬件的支持等。這里要注意的一點(diǎn)是：有些國外廠家為了搶占市場，把一些不成熟的產(chǎn)品推到第三世界，這是經(jīng)常發(fā)生的事情。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。還如：早在1983年

17、，某外國公司銷售的DCS，該產(chǎn)品在電源出現(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)品根本不能出廠，但還是賣給了我們國家，結(jié)果購買的單位基本上沒有運(yùn)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(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)，不要把國外系統(tǒng)看成什么都好，國內(nèi)什么都不好。另外，系統(tǒng)集成已很成熟，為了節(jié)約資金，可以作系統(tǒng)集成。操作站有通用的，現(xiàn)場總線有許多模塊，這樣就可以作系統(tǒng)集成。如歐陸的S6000，它早在80年代就作系統(tǒng)集成，利用英國的控制器，美國的監(jiān)控軟件和美國的PLC，作成S6000系統(tǒng)。我們都能接受，為什么國內(nèi)集成就不

18、能接受呢？,選型不但要考慮項(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)，應(yīng)慎重考慮。這內(nèi)容還是根據(jù)上世紀(jì)80年代末90年代初水平的資料,嚴(yán)重跟不上時(shí)代了,沒有多少參考價(jià)值。,目前在國際上DCS已經(jīng)基本與PLC融合，國內(nèi)正在實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程。在總的系統(tǒng)集成和大系統(tǒng)工程方面，國內(nèi)是處于國際領(lǐng)先水平的，這是中國從錢學(xué)森那一代就建立起來的老傳統(tǒng)優(yōu)勢了；電子硬件設(shè)備方面總體也處于國際領(lǐng)先水平，我國是世界基礎(chǔ)電子設(shè)備的制造工廠，世界頂級(jí)的電子設(shè)備品牌NOKIA、MOTOLOLA都在中國OEM；中國現(xiàn)在弱在高精度儀器儀表方面，該類產(chǎn)品國內(nèi)品牌的可靠性嚴(yán)重不足，

19、還有就是核心軟件技術(shù)。所以現(xiàn)在國內(nèi)幾家品牌的DCS互相攻擊實(shí)在不是明智之舉，因?yàn)槲覀兊膶?shí)力其實(shí)不相上下，而且不輸與任何國際品牌。,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

20、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、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(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

21、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OIU系列，當(dāng)時(shí)是無硬盤、無動(dòng)態(tài)流程圖的，標(biāo)簽量500。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(yùn)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

22、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。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，開發(fā)了一個(gè)與VMS通訊的驅(qū)

23、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(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OIS40

24、、OIS41、OIS42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(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

25、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

26、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180000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：、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(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。、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

27、，用戶也可減少人員培訓(xùn)的費(fèi)用。、更新和升級(jí)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。,第四講動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器DCS是屬于基礎(chǔ)自動(dòng)化，直接與生產(chǎn)過程相連。MIS(ManagementInformationSystem)系統(tǒng)是完成管理信息方面的任務(wù)，側(cè)重于辦公自動(dòng)化。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器也是DCS系統(tǒng)人機(jī)界面的一種。它連在DCS網(wǎng)絡(luò)上。它除接受DCS的數(shù)據(jù)以外，還可以接收其他設(shè)備來的數(shù)據(jù)。,DCS和MIS，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)或更長時(shí)間為單位的。這兩者之間的信息交換必須要有隔離設(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

28、產(chǎn)生是與DCS操作站的封閉有關(guān)。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)場來的生產(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)，所以它的數(shù)據(jù)采集量是海量的。不僅有實(shí)時(shí)的，也有歷史的。將這些生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)用與管理，需要經(jīng)過數(shù)據(jù)淘金，然后將信號(hào)送到生產(chǎn)管理部門。比如有些信息不一定來自DCS，象設(shè)備故障診斷，可能來自設(shè)備狀態(tài)檢測信號(hào)。它是豪秒級(jí)的快速信號(hào)。,通常情況下，一個(gè)企業(yè)往往有幾種不同牌號(hào)的DCS、PLC，管理部門需要生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，DCS又不開放，這就產(chǎn)

29、生了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。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。因?yàn)槠胀ㄎC(jī)經(jīng)擴(kuò)展可以有8個(gè)串行口，所以一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器理論上可以連接8種DCS、PLC和設(shè)備狀態(tài)檢測信號(hào)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要看幾套DCS和PLC之間的距離、讀取點(diǎn)數(shù)的多少。,為了數(shù)據(jù)安全，最好一套DCS（PLC）一臺(tái)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。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

30、DCS之間信號(hào)交換采用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等軟件的數(shù)據(jù)庫都能存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，幾十個(gè)信號(hào)可存儲(chǔ)1年以上。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，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，監(jiān)控軟件仍然可以使用通用的。,動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器讀取DCS和PLC的數(shù)據(jù)時(shí)，為保證數(shù)據(jù)安全，不影響DCS的工作，如不影響控制器、操作站的工作，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)

31、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，采用普通微機(jī)作為硬件，WINDOWS98或NT操作系統(tǒng)，通用監(jiān)控軟件，各種DCS、PLC的驅(qū)動(dòng)軟件。,動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器的兩個(gè)重要指標(biāo)是：能讀取的數(shù)據(jù)量和讀取的速度。為讀取數(shù)據(jù)，在作動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器的機(jī)器上，把要讀的數(shù)據(jù)做成DCS的標(biāo)簽形式，最大數(shù)量可達(dá)10000多點(diǎn)。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器另外一個(gè)指標(biāo)是讀取數(shù)據(jù)的速度，它應(yīng)該在幾,秒鐘內(nèi)讀完幾百個(gè)數(shù)據(jù)。讀取速度與所編的驅(qū)動(dòng)軟件有關(guān)。如果動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器的硬件是小型機(jī)，用SCSI(sma

32、llcomputersysteminterface)接口連接外部設(shè)備，最快1000多個(gè)數(shù)據(jù)/秒。外設(shè)和主機(jī)的距離不能超過3米。如果采用普通微機(jī)，采用串行接口，大約200個(gè)數(shù)據(jù)/秒。,另外一個(gè)方法是將操作站當(dāng)成動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器用。理論上是沒有問題的。因?yàn)镸IS系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)器是在以太網(wǎng)上運(yùn)行，和操作站是在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上。操作站內(nèi)有DCS的各種數(shù)據(jù)，為取DCS的數(shù)據(jù)，所以操作站必須是開放的，目前DCS的操作站開,放的不多，另外，操作站內(nèi)的數(shù)據(jù)必須是系統(tǒng)的全數(shù)據(jù)。因?yàn)橐粋€(gè)較大型的DCS系統(tǒng)可以有許多臺(tái)操作站，一臺(tái)操作站往往只有一部分生產(chǎn)工藝的數(shù)據(jù)。從操作站取數(shù)據(jù)有可能會(huì)影響到操作站的安全運(yùn)行。,操作站安裝微

33、軟的GLANCE軟件，也可將數(shù)據(jù)讀出。瀏覽器必須用微軟的Web。從控制器讀取數(shù)據(jù)也時(shí)一種辦法，把MIS的所要的數(shù)據(jù)都組態(tài)到一個(gè)控制器中，這個(gè)控制器不再用于控制。通過串行口把數(shù)據(jù)送出。這種辦法讀出的數(shù)據(jù)較少。,第五講DCS通訊網(wǎng)絡(luò)堵塞和人機(jī)接口的死機(jī)現(xiàn)象動(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。歷史趨勢站和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器類似，它的功能可以合并到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。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。一類是直接與生產(chǎn)過程通過I/O板連接起來的結(jié)點(diǎn)，我們稱之為控制器?？刂破鞲鶕?jù)功能不同又可

34、以分為數(shù)據(jù)采集,控制器、回路控制器和邏輯運(yùn)算器。三者可以合為一個(gè)結(jié)點(diǎn)。另一類結(jié)點(diǎn)是與人相連的，稱為人機(jī)界面。它們通過通訊網(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)分別是工程師工作站、歷史趨勢站和動(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，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)別于用算法語言編程，稱之為組態(tài)。,控制器中存有各種控制算法，如：PID、加、減、乘、除、三角函數(shù)

35、、矩陣運(yùn)算、先進(jìn)算法史密斯預(yù)估器，與BASIC、C語言接口等。如果操作站中的監(jiān)控軟件作圖功能不能滿足要求，也可由工程師站做動(dòng)態(tài)流程圖，稱為SLDG設(shè)計(jì)。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，也可以單獨(dú)成為一個(gè)結(jié)點(diǎn)，但是在網(wǎng)絡(luò)上要加一個(gè)結(jié)點(diǎn)的接口設(shè)備。通常這種接口設(shè)備是比較昂貴的。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，由于MIS系統(tǒng)需要從

36、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)象很嚴(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)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)問詢數(shù)據(jù)，但如果其他結(jié)

37、點(diǎn)沒有這個(gè)數(shù)據(jù)，它就反復(fù)進(jìn)行問詢工作，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七十年代問世以來，都不同程度的存在死機(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廠家自行開發(fā)的，或者說是專用的。,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)，特別是鍵盤操作時(shí)，在幾個(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)移植過來，DCS制造廠家只開發(fā)一個(gè)驅(qū)動(dòng)軟件。這種情況下，由于DCS銷售量小，軟件之間配合問題沒有得到充分暴露，死機(jī)

38、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用戶是最近幾年根據(jù)需要才添加的。DCS運(yùn)行時(shí)間比較長的情況下，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)只加不減，有一部分組態(tài)實(shí)際上已沒有與真正的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，刪除無效點(diǎn)，就可以避免網(wǎng)絡(luò)堵塞和死機(jī)現(xiàn)象。如果沒有逆向工程師站，人工讀取控制器組態(tài)也是可以的，但比較費(fèi)時(shí)。,另一個(gè)應(yīng)注意的問題是在接入動(dòng)態(tài)數(shù)

39、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。由于軟件的銷售量大，軟件存在的問題較少。通用操作站的開放性能好，死機(jī)現(xiàn)象會(huì)大大

40、減少。無論維護(hù)成本、備件采購都不受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)，它們分別來自于美國、日本和歐洲。有,的系統(tǒng)是專用的，它隨主設(shè)備一起進(jìn)入我國。如造紙廠的一些控制系統(tǒng)如Measurex，它可能隨造紙主設(shè)備進(jìn)入我國。大部分DCS是直接進(jìn)入我國。又如歐陸的系統(tǒng)6000，它是集成的DCS系統(tǒng)?；芈房刂破髯鬟^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

41、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)在中國的使用情況。用戶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（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)用戶的，如PROCONTROLP14，全國只有4套，D/3只有5套，TOSDIC系統(tǒng)在全國的用戶也不多。無論在中國的用戶多還是少，這

42、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買的，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，其接口大都是ST412(像ST225、ST4096、ST4097、XT1085等)或IDE接口，這種硬盤體積大，但容量小。目前已停產(chǎn)多年。當(dāng)操作站的硬盤損壞時(shí)，購買原配硬盤會(huì)比較困難，只能用與原硬盤同系列的，BIOS稍加修改后的硬盤代替。少量的SCSI接口的硬盤

43、購買要容易一些。,DCS的顯示器（CRT），一般都是R、G、B三路模擬信號(hào)輸入。這與DCS操作站所用的顯卡有關(guān)。顯卡分為單顯、CGA彩顯、EGA彩顯、VGA、SVGA彩顯和MTS多頻彩顯。92年以前進(jìn)口的DCS基本上都采用EGA彩顯。分辨率640480，行頻是15.7和21.8千赫，有的甚至是CGA彩顯，行頻是15.7，場頻60赫，但目前市場上的CRT是,VGA顯示器較多，行頻是31.5千赫。原來的CRT行頻率太低,無法與大部分DCS操作站相連。EGA和VGA場頻可能是一樣的。市場上的顯示器SVGA彩顯，行頻31.5千赫，分辨率800660和1024768。場頻可能仍然是60赫不變。無法連上的

44、原因就是由于行頻不同。為了把顯示器的更換問題講的清楚一些，下面介紹顯示器的基本技術(shù)參數(shù)。,VGA顯示器較多，行頻是31.5千赫。原來的CRT行頻率太低,無法與大部分DCS操作站相連。EGA和VGA場頻可能是一樣的。市場上的顯示器SVGA彩顯，行頻31.5千赫，分辨率800660和1024768。場頻可能仍然是60赫不變。無法連上的原因就是由于行頻不同。為了把顯示器的更換問題講的清楚一些，下面介紹顯示器的基本技術(shù)參數(shù)。,l行頻（khz）：是水平刷新頻率。是電子槍每秒在屏幕上掃描過的水平條數(shù)。l分辨率：是顯示器畫面解析度的標(biāo)準(zhǔn)。由每幀畫面的圖素?cái)?shù)決定。以水平顯示的圖素個(gè)數(shù)水平掃描線數(shù)表示。如800

45、600是指每幀圖像由水平800個(gè)像素和垂直600條掃描線組成。顯卡的輸出應(yīng)該與顯示器的顯示參數(shù)吻合。,l點(diǎn)距（mm）：指CRT上兩個(gè)顏色相同的磷光點(diǎn)之間的距離。l帶寬（mhz）:是表示顯示器顯示能力的一個(gè)指標(biāo)。l動(dòng)態(tài)聚焦：是在電子槍掃描屏幕時(shí)，對(duì)電子束在屏幕中心和四角聚焦上的差異進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?shù)墓δ?。如果CRT發(fā)生故障，操作站無法發(fā)揮作用。需要更換顯示器的另外一個(gè)原因是1994年以前的顯示器，都屬于球面顯示器。在水平和垂直方向都是彎曲的，圖像也隨著屏幕的形態(tài)彎曲。而現(xiàn)在都采用純平顯示器。該顯示器的屏幕在水平、垂直都是筆直的。失真和反光都減到最小限度。現(xiàn)在確實(shí)需要更換顯示器，解決的辦法是在操作站主

46、機(jī)和顯示器之間接一個(gè)轉(zhuǎn)換器后才能用現(xiàn)在的顯示器和DCS操作站相連，如采用液晶平面顯示器，同樣需要轉(zhuǎn)換器。才能顯示DCS系統(tǒng)的信息。,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（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(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

47、行業(yè)。后又有計(jì)算機(jī)行業(yè)從事DCS的開發(fā)。,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)需接收幾千臺(tái)變送器或別的傳感器來的信號(hào)，完成幾百個(gè)回路的運(yùn)算。很顯然其危險(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

48、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，

49、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)?；芈返目刂破鞯闹谱鞒杀咎?，,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

50、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)控制器和檢測元件的距離還是比較遠(yuǎn)，這就促進(jìn)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(jī)界

51、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(hào)。I/O板有幾種不同的類型，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 開關(guān)量輸入；16-32個(gè)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(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)場總線I/O板； 每一

52、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)

53、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

54、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

55、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?yàn)镋2PROM可以擦寫，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(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E2PROM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

56、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

57、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。,u 歷史趨勢站用于存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，一般用磁盤陣列（稱為RAID技術(shù)）。 u 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

58、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微秒到幾十微秒之間。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T

59、DC2000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