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(guò)程，每一個(gè)工藝過(guò)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)采用幾種不同型號(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(wèn)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(zhuān)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(xiàn)上。控制器讀入PLC來(lái)的信號(hào)，通過(guò)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(kāi)關(guān)的動(dòng)作要經(jīng)過(guò)幾秒以上的時(shí)間才能在DCS的操作站上表現(xiàn)出來(lái)。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(xiàn)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(zhuān)門(mén)用來(lái)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(kāi)發(fā)接口的費(fèi)用很高。即使開(kāi)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(chǎng)，燃汽輪機(jī)從美國(guó)或其它國(guó)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(hù)自己選配，用戶(hù)很想把兩者的信息在一個(gè)操作站上顯示。為開(kāi)發(fā)這個(gè)操作站，開(kāi)發(fā)費(fèi)用在幾萬(wàn)美金以上。即使開(kāi)發(fā)成功，也經(jīng)常發(fā)生故障。
對(duì)于PLC來(lái)說(shuō)，70年代中期曾經(jīng)開(kāi)發(fā)過(guò)專(zhuān)用操作站，但不太成功。后來(lái)它就沒(méi)有開(kāi)發(fā)專(zhuān)用操作站，當(dāng)時(shí)，PLC只處理開(kāi)關(guān)量，在控制器上的數(shù)碼顯示作為人機(jī)界面也能滿(mǎn)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(hù)感到?jīng)]有以CRT為基礎(chǔ)的人機(jī)界面很不方便，用戶(hù)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(chǎng)家在90年代也開(kāi)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(kāi)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(lái)說(shuō)，微軟開(kāi)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 DDE允許Windows環(huán)境下各使用的機(jī)器建立客戶(hù)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(lái)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(hù)機(jī)，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(gè)DDE信息中。打包提高效率，減少服務(wù)器和客戶(hù)機(jī)之間傳送的DDE數(shù)據(jù)。
u 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(guò)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(hù)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。
u SuitLinkK用于TCP/IP為基礎(chǔ)的協(xié)議、被設(shè)計(jì)成滿(mǎn)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。
u OPC（OBJACT LINK EMBED PROCESS CONTROL）客戶(hù)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(chǎng)商開(kāi)發(fā)，在90年代，有如FIX、INTOUCH、PARAGON、ONSPEC、CIMPLICITY等100多種。國(guó)內(nèi)有組態(tài)王、SYNALL等。對(duì)于監(jiān)控軟件如果開(kāi)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(hù)機(jī)，彼此可以交換數(shù)據(jù)。
DCS在70年代問(wèn)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(chǎng)家自己開(kāi)發(fā)的操作站有專(zhuān)用的操作系統(tǒng)、專(zhuān)用的監(jiān)控軟件、專(zhuān)用的接口硬件和CRT、專(zhuān)用的打印機(jī)、專(zhuān)用硬盤(pán)和軟驅(qū)。甚至連接用的電纜和插頭、插座也是專(zhuān)用的。當(dāng)然，這樣作也不能排除是DCS廠(chǎng)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(méi)有計(jì)算機(jī)快，它處在相對(duì)穩(wěn)定的發(fā)展階段。后來(lái)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(méi)有辦法互連，DCS廠(chǎng)家又都沒(méi)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(hù)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(mǎi)不到如硬盤(pán)、軟驅(qū)等，許多用戶(hù)決定在更換操作站時(shí)，不再采用原DCS廠(chǎng)家的操作站，因?yàn)樗鼉r(jià)格昂貴、備件難賣(mài)。采用PC機(jī)和NT平臺(tái)，安裝通用監(jiān)控軟件，并開(kāi)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(lái)的專(zhuān)用操作站。
有的DCS廠(chǎng)家索性把專(zhuān)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(hù)自己選配。經(jīng)使用，運(yùn)行很好。比MOORE公司自己開(kāi)發(fā)的監(jiān)控軟件要好用一些。這也許是DCS廠(chǎng)家軟件開(kāi)發(fā)人員比通用軟件開(kāi)發(fā)公司的軟件開(kāi)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(lèi)型的通用替代操作站。
早期的DCS，廠(chǎng)家分別都自己開(kāi)發(fā)專(zhuān)用監(jiān)控軟件。編寫(xiě)程序時(shí)，控制器的驅(qū)動(dòng)軟件和顯示軟件不是分開(kāi)來(lái)編寫(xiě)。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(kāi)銷(xiāo)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(xiāo)售，銷(xiāo)售量很小，軟件本身的問(wèn)題沒(méi)有得到充分暴露。如果硬件都能滿(mǎn)足通用、專(zhuān)用要求，專(zhuān)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(zhuān)用監(jiān)控軟件裝配成的操作站，一天內(nèi)死機(jī)幾次。隨著軟件版本升級(jí)，死機(jī)現(xiàn)象有增無(wú)減。一年內(nèi)打幾次補(bǔ)釘，死機(jī)現(xiàn)象仍然存在。專(zhuān)用、通用兩種軟件相比，專(zhuān)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(méi)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(hù)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(hù)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(guò)網(wǎng)絡(luò)，組成服務(wù)器/客戶(hù)機(jī)格式，把實(shí)時(shí)信息傳到遠(yuǎn)方。在客戶(hù)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(kù)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(kù)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(guò)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(guò)微軟的GLANZE軟件，也可以接Web。 瀏覽MIS數(shù)據(jù)庫(kù)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(hù)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(hù)熟息
各個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間同步也是很重要的問(wèn)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(GLOBAL POSITION SYSTEM)作為基準(zhǔn)，來(lái)校對(duì)DCS的時(shí)間。具體實(shí)現(xiàn)辦法如下：通過(guò)衛(wèi)星接收天線(xiàn)，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(guò)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(lái)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(fǎng)問(wèn)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(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)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(guò)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(lái)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(kù)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(wàn)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(lái)顯示，這時(shí)不一定用光纖，可以采用電話(huà)線(xiàn)。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(huà)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(xiàn)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(huà)線(xiàn)可以同時(shí)用于以太網(wǎng)。這就是SDSL（Symmetric Digital Subscriber Line）技術(shù)。SDSL技術(shù)的特點(diǎn)是同時(shí)既能通電話(huà)，又能傳輸網(wǎng)絡(luò)。只要電話(huà)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(huà)線(xiàn)的廠(chǎng)礦，并有電話(huà)總機(jī)的情況。現(xiàn)在國(guó)外已廣泛用于工廠(chǎng)網(wǎng)。如果企業(yè)比較小，可以不用光纖，全部用電話(huà)線(xiàn)，通訊速率為2.3M。無(wú)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(huà)，距離還能延長(zhǎng)。具體應(yīng)用接線(xiàn)見(jiàn)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 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(chǎng)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(chǎng)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、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(guān)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)。回路的控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(xiàn)的發(fā)展。如CAN、LOONWORKS、FF等現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，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)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(xiàn)I/O板；
每一塊I/O板都接在I/O總線(xiàn)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(xiàn)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)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(xiàn)，各種DCS的I/O總線(xiàn)各不相同。如果要求快速，最好采用并行總線(xiàn)。一般采用串行總線(xiàn)比較多。尤其是RS485總線(xiàn)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(xiàn)上，稱(chēng)為過(guò)程控制站。這可以增加過(guò)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(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(xiàn)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，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(xiàn)式、環(huán)形和星形（見(jiàn)圖）。總線(xiàn)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(xiàn)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)之為逆向工程師站。
u 歷史趨勢(shì)站用于存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，一般用磁盤(pán)陣列（稱(chēng)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(lái)的，70年代的PLC只有開(kāi)關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車(chē)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(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類(lèi)機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶(hù)編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶(hù)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(guò)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(chēng)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(méi)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(guò)程變量之間的關(guān)系都作成功能塊（有的DCS系統(tǒng)稱(chēng)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(kāi)關(guān)量的邏輯解算和模擬量的運(yùn)算上，即使后來(lái)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(guān)，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(kāi)關(guān)量來(lái)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(kāi)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(lái)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(méi)有專(zhuān)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）。DCS的控制器，只能幾百個(gè)I/O點(diǎn)（不超過(guò)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(zhuān)用操作站，不是天經(jīng)地義的。它是由歷史原因形成的。DCS廠(chǎng)家如再不開(kāi)放操作站，與工廠(chǎng)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(lái)。新操作站的開(kāi)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。
多屏操作站、操作站的后門(mén)網(wǎng)絡(luò)和雙機(jī)雙網(wǎng)
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，稱(chēng)為冗余運(yùn)行。也可以是不一樣的內(nèi)容。對(duì)于電廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，一臺(tái)300MV的發(fā)電機(jī)組，工藝過(guò)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)CRT。用這種方法以增加人機(jī)界面。對(duì)于除電廠(chǎng)以外的生產(chǎn)工藝，如水泥廠(chǎng)，鋼鐵廠(chǎng)，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(chǎng)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(méi)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(lái)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(lái)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(guò)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(kù)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(méi)有數(shù)據(jù)庫(kù)，在顯示流程圖畫(huà)面時(shí)，由主站顯示完整的工藝畫(huà)面，而從站就顯示主站的工藝畫(huà)面。從站的數(shù)量是不限的。不論是主站，還是從站，都用后門(mén)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。有了后門(mén)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(méi)有關(guān)系。所以就稱(chēng)為后門(mén)網(wǎng)絡(luò)。早期的后門(mén)網(wǎng)絡(luò)采用ARCNET，后來(lái)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(mén)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(hù)確定。
由于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)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(hù)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。客戶(hù)機(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(kù)可以組態(tài)。
在局部的地域用網(wǎng)絡(luò)傳遞信息，會(huì)帶來(lái)很大的方便。
北京和利時(shí)的DCS系統(tǒng)，ABB的PROCONTROL P就是這樣的結(jié)構(gòu)。見(jiàn)下圖。如果過(guò)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(lái)看，國(guó)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(kāi)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（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(huì)話(huà)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(xiàn)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(wú)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(xiàn)器（hub）僅僅放大導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)線(xiàn)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(xiàn)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(lái)。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(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(fǎng)問(wèn)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?fù)湟?guī)則，發(fā)送幀，把幀發(fā)到物理層（網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)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謳摹烧叨祭脦㈩^中的信息調(diào)節(jié)交通。幀消息頭負(fù)責(zé)識(shí)別是誰(shuí)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(yǔ)，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(shí)際操作，并準(zhǔn)備通過(guò)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(huà)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(huà)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(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源。
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(lái)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SPEC 200和日本北辰(后與橫河合并)的HOMAC系列表，在面板上有過(guò)程變量（PV）、設(shè)定值和控制輸出（CO）的棒圖，指針式顯示的過(guò)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(chēng)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(wú)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(chēng)為回路控制器。
到目前為止，這種儀表種類(lèi)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(xiàn)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(guó)MOORE公司的353產(chǎn)品有80多塊功能塊，通過(guò)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(guó)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)AO，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(xiàn)，因?yàn)樗蠰ONWORKS的接口，可以把LONWORKS的模塊連到該總線(xiàn)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(xiàn)之間加光電轉(zhuǎn)換器。這種系統(tǒng)見(jiàn)圖一。又如FOXBORO公司和SMAR公司的回路控制器，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(guó)應(yīng)用也比較多。
有幾個(gè)模擬量的輸出，就稱(chēng)為幾回路的控制器。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(kāi)關(guān)量的輸入、輸出。
另一類(lèi)是不能與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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)系統(tǒng)。這種產(chǎn)品如美國(guó)HONEYWELL 公司的UDC、FOXBORO公司的另外的產(chǎn)品，費(fèi)希爾的900系列、日本橫河、富士、東芝和歐洲ABB公司都有類(lèi)似的產(chǎn)品。最有代表性的產(chǎn)品是香港歐陸的系統(tǒng)6000，采用英國(guó)多家廠(chǎng)商的回路控制器，美國(guó)的可編程控制器，美國(guó)的監(jiān)控軟件，由香港人集成成為S6000系統(tǒng)。。由于它有良好的銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)，在大陸應(yīng)用很為廣泛。尤其是制藥行業(yè)應(yīng)用較多。
可以用鋪天蓋地來(lái)形容產(chǎn)品之多的數(shù)顯表是把PID算法作成固定的，只要把過(guò)程變量（PV）接到儀表的端子上，人為輸進(jìn)設(shè)定，表就能輸出控制量（CO）。也就是說(shuō)，一個(gè)儀表只有一個(gè)功能塊，就是PID，這樣的產(chǎn)品國(guó)內(nèi)、外已經(jīng)很多，如日本千野的表，香港朝輝，國(guó)內(nèi)天辰、天津儀表廠(chǎng)、沿海各省的儀表廠(chǎng)等都生產(chǎn)這樣的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)有時(shí)把它們叫作S系列儀表。產(chǎn)品的外觀(guān)見(jiàn)圖三。它的功能非常單一，一塊表只能完成一個(gè)功能。特點(diǎn)是不能組態(tài)。每一塊表的價(jià)格只有幾百元人民幣。但進(jìn)口的也需4000元左右。
總的來(lái)看回路控制器的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)很少。如果有幾百個(gè)I/O點(diǎn)，完成幾十個(gè)PID回路的控制任務(wù)，而每個(gè)表都需要有一個(gè)外殼和帶棒圖顯示的面板，相對(duì)于可插模件來(lái)說(shuō)，其價(jià)格就高多了。另外它的功能塊相對(duì)于DCS控制器來(lái)說(shuō)要少很多，因?yàn)樗膬?nèi)存較小，特別是當(dāng)既有很多的模擬量采集量、又有開(kāi)關(guān)量并且還有高級(jí)運(yùn)算，用回路控制器就更不合算。如果沒(méi)有上位來(lái)顯示，又感到不太直觀(guān)。由回路控制器集成的系統(tǒng)，加上以CRT為基礎(chǔ)的人機(jī)界面，其價(jià)格比由模件組成的DCS就高多了。還有一個(gè)缺點(diǎn)，回路控制器組成的系統(tǒng)一般采用MODBUS與人機(jī)界面相連，只能采用星形結(jié)構(gòu)，即只有一個(gè)主站。對(duì)于電廠(chǎng)需要冗余操作站來(lái)說(shuō)，這就是一個(gè)缺陷。所以它只適用于比較小的系統(tǒng)，即I/O點(diǎn)數(shù)比較少，且控制回路較多的被控對(duì)象中。如生產(chǎn)抗生素的制藥廠(chǎng)就比較適用。另外，特別是對(duì)于一些化工企業(yè)，經(jīng)常用于戶(hù)外操作，它有特有的優(yōu)勢(shì)。有如電廠(chǎng)的旁路系統(tǒng)，采用它們也比較合適。也就是說(shuō)它也占有一定的市場(chǎng)份額。它們的設(shè)計(jì)原理與DCS沒(méi)有任何差別。把DCS的控制器和它相應(yīng)的手操站合在一起，就是可騙程序調(diào)節(jié)器。所以說(shuō)回路控制器是DCS系統(tǒng)中的一個(gè)分支，從本質(zhì)上說(shuō)還屬于DCS。
對(duì)于DCS、PLC和可編程序調(diào)節(jié)器等都是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它們的共同點(diǎn)是其基本結(jié)構(gòu)相似，其中有幾部分是必不可少的，只是隨著系統(tǒng)規(guī)模的大小和被控對(duì)象的差別有一些區(qū)別。要把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)讀進(jìn)控制系統(tǒng)，首先把傳感器的信號(hào)線(xiàn)接到端子。如果傳感器不是一個(gè)，它的信號(hào)線(xiàn)多了，并需要作一些信號(hào)預(yù)處理，這時(shí)就要端子板。模擬信號(hào)要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，要模擬輸入板。經(jīng)運(yùn)算后輸出，要把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，需要輸出板，然后到端子板。最后將信號(hào)送到執(zhí)行器（如閥門(mén)）。由于通訊技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)中只有運(yùn)算部分（即控制器）是可以討論的，如果采用基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，可以把這部分省去。把作運(yùn)算的功能塊分別存到傳感器和執(zhí)行器的存儲(chǔ)器中。組態(tài)時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)去調(diào)用。目前由于開(kāi)發(fā)的功能塊還不太多、又受到各廠(chǎng)家利益的限制，這種總線(xiàn)應(yīng)用還不夠廣泛。FISHER-ROSEMOUNT公司為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)作了許多工作。
比較大的系統(tǒng)，一定要有以CRT（或液晶顯示器LCD）為基礎(chǔ)的人機(jī)界面，用起來(lái)才會(huì)比較方便。對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，投資少、用起來(lái)又比較方便、功能比較全的系統(tǒng)才是合用的
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和 軟DCS、軟PLC
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只是把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集到控制計(jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)中沒(méi)有回路控制功能塊。只是供人機(jī)界面顯示。應(yīng)該說(shuō)是比較簡(jiǎn)單的。再硬件結(jié)構(gòu)吧上它可以分成三級(jí)，也可以是兩級(jí)。分別是I/O板、控制器和人機(jī)界面。簡(jiǎn)單的可以分為I/O板和人機(jī)界面。不過(guò)，一些行業(yè)有一些特殊要求。如電廠(chǎng)的控制系統(tǒng)往往把鍋爐控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分開(kāi)。鍋爐控制采用DCS，而其他采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。國(guó)際上也有許多廠(chǎng)家生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在一般情況下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在技術(shù)上是沒(méi)有問(wèn)題的，但在電廠(chǎng)就有一些特殊要求。電廠(chǎng)的有一些點(diǎn)需要記錄事件順序。有快速中斷功能（通常是2毫秒）。這樣的點(diǎn)數(shù)量不多，大約100點(diǎn)左右的開(kāi)關(guān)量。輸入板的分辨率應(yīng)該是毫秒級(jí)的。它的難點(diǎn)是事件順序記錄（SOE）。在輸入板應(yīng)該有存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)的功能。當(dāng)人機(jī)界面調(diào)出查看時(shí)，能把事件的時(shí)間順序顯示出來(lái)。SOE(SEQUENCE OF EVENT)有專(zhuān)門(mén)的廠(chǎng)家制造。一些專(zhuān)門(mén)用于電廠(chǎng)的DCS系統(tǒng)也有這樣的功能。
應(yīng)用比較多的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是美國(guó)的OPTO22產(chǎn)品，一路一個(gè)小模塊，分別有開(kāi)關(guān)量（DI、DO）和模擬量（AI、AO）的小模塊。共有不同電壓等級(jí)等42種小模塊供用戶(hù)選擇。使用時(shí)，把小模塊裝在一塊大板上（即B1板、B2板），模擬量8塊/塊板，開(kāi)關(guān)量16塊/塊板，B1、B2板上除這些小模塊外，還有串行通訊口。再把這兩種板安裝在一個(gè)架子上，再把架子安裝在機(jī)柜內(nèi)。以CRT為基礎(chǔ)的人機(jī)界面在WINDOWS平臺(tái)上運(yùn)行。安裝有帶MODBUS驅(qū)動(dòng)軟件的監(jiān)控軟件，以前用PAREGON軟件，現(xiàn)在用的人少了，現(xiàn)在多用FIX、INTOUCH，人機(jī)界面就可以讀取從小模塊來(lái)的I/O信號(hào)，并在CRT上顯示出來(lái)。在美國(guó)有20多家工廠(chǎng)生產(chǎn)這種類(lèi)似的產(chǎn)品。它與STD總線(xiàn)的產(chǎn)品同一檔次。STD總線(xiàn)的產(chǎn)品由于使用時(shí)用戶(hù)的工程量太大，所以逐漸在退出市場(chǎng)。
在一些純采集的系統(tǒng)中，OPTO產(chǎn)品應(yīng)用較多。主要優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)量少。如果需要有閉環(huán)控制，在人機(jī)界面和I/O之間加類(lèi)似于PC機(jī)（LC4）的控制器，在控制器中有一些功能塊，可以組態(tài)各種控制策略。一般情況下，因?yàn)楣δ軌K的數(shù)量比較少，所以作為有幾千個(gè)I/O點(diǎn)的大控制系統(tǒng)采用OPTO22的還比較少。
OPTO開(kāi)關(guān)量的小模塊應(yīng)用最多的是作為DCS開(kāi)關(guān)量輸入模件的隔離模塊。使DCS本身免遭雷擊干擾。由于制造工藝比較簡(jiǎn)單，國(guó)產(chǎn)的模塊用戶(hù)反映也很好用，但價(jià)格不到進(jìn)口的一半。
九十年代初，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有人提出普通微機(jī)（PC機(jī)）已經(jīng)很成熟，無(wú)論是運(yùn)算速度，還是內(nèi)存都能滿(mǎn)足控制要求。分前后臺(tái)操作。DCS還是PLC都不需要控制器，把DCS和PLC控制器中的功能碼、梯形圖移植到NT操作系統(tǒng)的PC機(jī)內(nèi)，軟件移植相當(dāng)困難。由微機(jī)直接與I/O板相連。因?yàn)榭刂扑惴ㄒ汛嬖赑C機(jī)內(nèi)，PC機(jī)既作為人機(jī)界面，又作為控制器，有人稱(chēng)它們?yōu)檐汥CS、軟PLC。美國(guó)AB公司就有軟PLC。各PC機(jī)之間用以太網(wǎng)連接。到目前為止，應(yīng)用仍然不太廣泛。一些小系統(tǒng)有采用SOFT DCS和SOFT PLC。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號(hào)
