集散控制系统讲义

1、DCS 教程DCS 从 1975 年问世以来，大约有三次比较大的变革，七十年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的， 由各 DCS 厂家自己开发的， 也没有动态流程图， 通讯网络基本上都是轮询方式的；八十年代就不一样了，通讯网络较多使用令牌方式；九十年代操作站出现了通用系统，九十年代末通讯网络有部份遵守TCP/IP 协议，有的开始采用以太网。 总的来看，变化主要体现在板、操作站和通讯网络。控制器相对来讲变化要小一些。操作站主要表现在由专用机变化到通用机，如 PC 机和小型机的应用。但是目前它的操作系统一般采用UNIX ，也有小系统采用NT，相比较来看 UNIX 的稳定性要好一些， NT

2、则有死机现象。 I/O 板主要体现在现场总线的引入DCS 系统。从理论上讲，一个 DCS 系统可以应用于各种行业，但是各行业有它的特殊性，所以DCS 也就出现了不同的分支，有时也由于DCS 厂家技术人员工艺知识的局限性而引起，如HONEYWELL公司对石化比较熟悉，其产品在石化行业应用较多，而AILEY 的产品则在电力行业应用比较普遍。用户在选择 DCS 的时候主要是要注意其技术人员是否对该生产工艺比较熟悉；然后要看该系统适用于多大规模，比如NT 操作系统的就适应于较小规模的系统；最后是价格，不同的组合价格会有较大的差异，而国产的DCS 系统价格比进口的DCS 至少要低一半，算上备品备件则要低

3、得更多。 DCS 由四部份组成： I/O 板、控制器、 操作站、通讯网络。 I/O 板和控制器国际上各DCS厂家的技术水平都相差不远，如果说有些差别的话是控制器内的算法有多有少，算法的组合有些不一样， I/O 板的差别在于有的有智能，有些没有，但是控制器读取所有I/O 数据必须在一秒钟内完成一个循环； 操作站差别比较大， 主要差别是选用PC 机还是选用小型机、 采用 UNIX 还是采用NT 操作系统、采用专用的还是通用的监视软件,操作系统和监视软件配合比较好时可以减少死机现象；差别最大的是通讯网络，最差的是轮询方式，最好的是例外报告方式，根据我们的实验，其速度要相差七八倍。DCS 系统包括三大

4、部分：带I/O 部件的控制器、通讯网络和人机接口。人机接口包括操作站、工程师站和历史站。控制器I/O 部件和生产过程相联接，操作站和人相联系，通讯网络把这两部分联成系统。所以操作站是DCS 的重要组成部分，工程师站给控制器和操作站组态，历史站记录生产过程的历史数据。最近几年开发的人机界面还有动态数据服务器。一个 DCS 系统控制器和 I/O 部件通常可以运行16-20 年，而操作站因为有活动部件，所以比较容易损坏，如：硬盘、键盘、CRT、软驱等，运行6-8 年后出现故障的概率就比较大，所以在DCS运行过程中，操作站更新的情况比较多。DCS 的控制器的变化较小。其变化表现在控制算法的安排、控制算

5、法的多少，存取的I/O 点数的多少和内存的大小等，操作系统一般都是专用的。操作站的变化就很大，八十年代以前的操作站，一般没有硬盘及动态流程图，能显示的标签数比较少，例如500 个标签（标签指的是AI 、DI 、回路、开关量的逻辑关系等） ，八十年代出现了能显示5000 个标签的操作站，九十年代出现了能显示 30000 个标签的操作站。同时，也出现了在微软的NT 通用平台上运行的通用显示软件。开始，通用软件只在 PLC 的操作站上使用，后来也逐渐应用在DCS 上。它的标签量可以达到10000 个，甚至更多。DCS 操作站发展的过程（以BAILEY 的操作站为例）如下：一八十年代初， N90 的操

6、作站是 OIU 系列，当时是无硬盘、无动态流程图的，标签量500。后来增加了硬盘和流程图，标签量1400-5000 点。八十年代中期推出了MCS 系列，标签量 10000，特别是 MCS PULS ，它是 SCSI 接口，可以有 30000 个标签点， 当时在 DCS 市场上处于领先地位。 1986 年， BAILEY 产品占世界 DCS 市场的 1/3。到 1988 年，共有 8500 套在世界各国运转。到了90 年代， DCS 市场争夺激烈， BAILEY无论在技术上还是在销售方面都不象80 年代那样光辉。于是 BAILEY公司欲通过购买FISCHER&PORTER 、HARTMA

7、NN&BRAUN等公司销售他们的系统来重铸辉煌。BAILEY的控制器和通讯网络都比较好，但在操作站上面，不能与竞争者相比，BAILEY最新的操作站是以WINDOWS NT 、通用微机为基础的Conductor NT 。实际上，该操作站不是为INFI-90开发的， 它是 FISCHER-PORTER 的系统 6 的操作站， 用它的监控软件嵌入和INFI-90 通讯的驱动软件而成。由于销售量不大，磨合的机会少，问题比较多，死机现象严重。OIS40 系列的操作站运行在 DEC 的 VMS 平台上。实际上，它仍然是在MCS 操作站的 MTOS 操作系统平台上，开发了一个与 VMS 通讯的驱动软

8、件，因为 80 年代的 OIU 和 MCS 在 80年代末都已经停止销售。 BAILEY 只卖 OIS20 系列和 OIS40 系列。OIS20 系列是 90 年代初推向市场的，它本质上是 MCS，但它们能与 INFI-90 通讯它的开发、制造成本都比较低，性能也比较好。 OIS20 系列的辅站不是用网络来传输信息的，只是在主站上多加了 1 块显卡来实现辅站。后来因维护成本很高，硬盘和软驱都难以买到，用户反映不好。继 OIS20 系列， BAILEY 公司推出了 OIS41、OIS42，在操作站之间增加了以太网卡，组成后门网络，可以实现打印机共享。把图形传给不同主站的能力也有所增强，也给用户提

9、供了开发打印系统的空间，这是后话。 由于 OIS40、OIS41、OIS42 主机性能较差， 所以操作站的性能提高不明显。直到 OIS43 Alpha 芯片的出现，性能才得到提高。同时，加拿大BAILEY公司开发了PCV ，它是以 PC 为基础的操作站，采用QNX 操作系统。因为它的标签量较少，价格低廉，运行稳定，故适用于小系统的使用，这就是BAILEY的 OIS10 系列，版本5 以前，只有文本没有图形。版本5 以后既有文本也有图形。 OIS11 操作站后门之间用ARCNET 联网。OIS12 既可用 ARCNET 也可用以太网联网。由于 OIS40 系列软件结构复杂，故价格较高，更重要的一

10、点是DEC 公司被 COMPAQ 公司兼并，二 .八十年代中期，因为 PLC 操作站的开发都不太成功，一些软件公司就开发了通用的监控软件，且很快就被 PLC 制造厂家所采用。如： FIX 、 INTOUCH 、 ONSPEC 等（一共有上百种） ，由于市场前景较好，所以软件开发商又开发了许多 PLC 的驱动软件。到了九十年代，又开发了 DCS 的驱动软件。最早采用通用工控监控软件的是 MOORE 公司的 APEC 系统，它既可以用 INTOUCH 也可用 FIX 。由于 INFI-90 系统在九十年代一直没有推出比较优秀的操作站，故 PREVISE 公司推出了 OPsCon 操作站。OPsCo

11、n 操作站运行在PC 硬件平台， NT 操作系统下，把FIX 作为监控软件，并开发了能与多种DCS 通讯的对应驱动软件，标签量为10000 个。因为 FIX 软件在世界各地已经销售了90000 套，它与各种 PLC、DCS 和 NT 系统磨合较好，这种操作站可以运用在多种PLC、 DCS 操作站上。在INFI-90 系统上应用已经有几千台。如：新西兰的一家造纸厂，原来已经运行有CONDUCT NT ，后来还是改用OPsCon。通用操作站的出现，给DCS 用户带来了以下方便：、 不必再为原 DCS 生产厂家是否倒闭、兼并，该型产品是否已经停产、备件是否能够找到而操心。、 由于通用操作站的适用面广

12、，相对生产量大，成本下降，因而可以节省用户的经费。维护费用也比较少。、采用通用系统要比使用各种不同的专用系统更为简单，用户也可减少人员培训的费用。、更新和升级容易。、开放性能好，很容易建立生产管理信息系统。因此，通用操作站是DCS 的发展方向。被控制对象确定以后，选用什么样的控制系统就成为重要问题。主要是根据项目规模和投资预算来考虑的，以数字技术为基础的DCS 系统和早期的模拟仪表组成的控制系统，从工程项目的实施来看，本质差别不大，主要考虑项目规模和投资预算，但DCS 与模拟仪表相比，它更为复杂，技术性要求更高， 下面我来谈谈 DCS 系统选型中的几个问题。 从理论上来讲， DCS 可以用与不

13、同的工艺过程，它是通用的，但是，DCS 的制造厂家专长与某一领域。如：HOMEYWELL 主要用于石化部门， BAILEY 公司的 N90、INFI90 主要用于电力系统， ROSEMOUNT 的 RS3、 -V 大多用于化工系统。 但也不能否认不同工艺过程会有一些特殊要求，如：电厂一定要有电调设备和 SOE，石化部门一定要有选择性控制，水泥行业一定要有大纯滞后控制补偿等，选型时也要考虑这些因素。第二点就是经济性， 应该从 DCS 本身价格和预计所创效益角度考虑。DCS 有国产的和进口的，对相同档次而言，进口的控制功能强一些，有一些先进的控制算法，如Smith 预估、三维矩阵运算等，国产 DC

14、S 价格要比进口的低很多，也能满足技术要求。从结构上来看，国外DCS 的控制器各厂家差别不太远，控制器的预置算法稍有差别，控制器与I/O 板的连接方式也有所不同。而操作站区别较大。有以 PC 机为基础的，有以小型机为基础的，操作系统一般选用UNIX 类系统。小型机的价格要比 PC 机高很多，进口小型机操作站的价格要高于四万美金，而且许多机型已经停产（如 DEC 公司的 VAX 机和 机）。PC 机的操作站不到三万美金，它的操作系统采用NT ，其稳定性没有 UNIX 好。小型机的接口采用 SCSI，传输速率是串行的 8 倍之多。以 NT 操作系统作为操作站的，点数要少一些，不然会频繁死机，国产的

15、PC 机更便宜得多，采用PC 机操作站，可以采用最新的机型，操作人员对软件的安装、调试、联网和开发也要熟悉得多。监视软件有专用的也可以用通用的，通用的监视软件开放性要好一些，用户应按照项目的规模大小和预算资金来选择使用。 DCS 比较贵的原因，除了上述理由外，还有控制器的电源系统，通常采用冗余供电，电源的引入和散热是价格贵的主要原因，各个DCS 系统在这方面差别比较大。把控制器和操作站联系起来的通讯网络也要考虑，如果采用通用的以太网，则网卡等价格很低，专用的网络接口很贵，最贵可以达到20000 美金。因此，经济性与很多因素有关，有时外商给你报价降下来，实际是改变了一些结构而已，并没有给你什么优

16、惠，甚至他的利润还增加了。这时可取的办法是联系国内类似的单位和请教有经验的专家。第三点就是承包方的技术力量，也就是承包方对哪一工艺过程和 DCS 本身比较熟悉。 如经常做化工控制系统的承包商来做轧制的控制系统，他对活套的控制、卷曲的控制和张力的控制等就不太熟悉，做的工程就不会太好。如果承包方对 DCS 本身不熟悉，控制器做的太大时会产生死机。不少工厂都购买了不同厂家的DCS 系统，我们称之为 “八国联军 ”状态，此时更要选择技术力量比较强的单位抓总，而不宜选择某一个国外厂商作为承包商。第四点是售后服务，国外厂商通常情况下配品、备件供应价格高，且不能及时提供。 DCS 用户应选择厂商实力雄厚的，

17、技术力量强的、境内技术支持好的厂家。计算机技术发展很快， DCS 厂家也会不断更新它的产品，新旧产品兼容性要好才行，个别厂家新旧系统不兼容，系统升级时造成很大损失。国内的DCS 厂家配品、备件供应比较及时，售后服务方面做的也比较好。第五点是关于DCS 的技术先进性，指系统采用了经过验证的最新技术，并有发展前途和生命力，包括 DCS 系统的开放和互联， 现场总线的应用， 第三方软件的支持等。这里要注意的一点是：有些厂家为了占领市场，把一些不成熟的产品推到第三世界，如五、六年前DCS 缺少小型系统，有的厂家把不太成熟的小型系统推到用户，结果这270 多套系统基本都已经提前退役。早在1983年，某外

18、国公司推销的 DCS，在电源出现故障并复电后，控制器的输出是任意的，此时阀门的位置就很危险，这种产品本不能出厂，但还是卖给了我们国家，结果购买单位基本上没有运行。总之， DCS 从七五年到现在已经有二十多年的应用历史了，可靠性方面基本都能达到要求，建立系统时选型是一个非常重要的环节，我们不但主要考虑项目规模和投资预算，还要考虑到一系列其它的因素，选型是否恰当往往从一开始就决定了该系统今后的命运，万万不可掉以轻心。DCS 动态数据服务器 :DCS 系统属于基础自动化， MIS 系统侧重于办公自动化。 这两者在反映速度上的区别很大， DCS 是属于秒级的，而 MIS 是以小时或更长时间为单位的。所

19、以这两者之间必须要有隔离设备，这个隔离设备就是动态数据服务器。它的功能是生产过程监控；历史数据的存储及管理；统计质量控制；设备预防性维护；设备故障诊断；生产优化等。DCS、 PLC 采集现场的生产过程数据通过通讯网络把数据传给操作站和动态数据服务器。动态数据服务器是采集生产全过程的模拟信号或逻辑信号，所以它的采集速度是海量的。要经过数据淘金，将信号送到生产管理部门。通常情况下，一个企业往往有几种不同牌号的DCS、PLC ，要把这几种信号都集中到动态数据服务器中，最好要选择一个通用显示平台。在这个平台上来显示不同型号的DCS、PLC 的信号。通用显示平台可采用 FIX 、 INTOUCH 、组态

20、王、 Synall 等软件，开发各种DCS 和 PLC 的驱动软件。最近出厂的 DCS 采用通用操作站，它采用NT 操作系统，监控软件就是FIX 、 INTOUCH. 不同DCS 型号采用不同的驱动软件。各种DCS 之间信号传输采用 OPC 服务器联接，也可以把少量的信号送到 MIS 系统的服务器中。 FIX 、INTOUCH 等软件都能存储历史数据，几十个信号可存储280 天之多。如要存储更多的历史数据，可以采用OSI 历史数据库，它可以存储三年以上。这些通用监控软件都有 OSI 的接口。老一代的 DCS 系统的操作站无论操作系统还是监控软件都是专用的，和其它系统通讯都非常困难。如要建立系统

21、间的互联，通过计算机接口单元建立动态数据服务器，监控软件仍然可以使用通用的，在NT 平台上运行，但它的数据只能上行，不能下行。在设计 MIS 系统过程中，最好使用动态数据服务器，不要把DCS 和 PLC 数据直接送到 Web 否则会影响到 DCS、PLC 的正常运行。至于究竟需要建立多少个动态数据服务器，由所需采集的数据量和数据安全决定。一般情况下，可达10000 点。多屏操作站和操作站的后门网络一个 DCS 系统可以有好几台操作站， 每一台操作站可以显示一样的内容， 也可以是不一样的内容。 对于电厂来说， 一台 300MV 的发电机组， 工艺过程比较集中，通常采用 2 台操作站冗余运行认为是

22、比较合适的。但对于大型机组，由于它的输入、输出点数较多，一个显示器不够用，最好有多个显示器。这时的监控软件应该能支持多屏幕。早期的 DCS 都采用在操作站的主机上加分屏卡， 如加 2 分屏，4 分屏的分屏卡，分别可连接 2 台 CRT 或 4 台 CRT。用这种方法以增加人机界面。对于除电厂以外的生产工艺，如水泥厂，钢铁厂，一个生产工艺很长，地域比较分散，并由一套 DCS 系统控制，它的输入、输出点数较多，为了节省投资，一台操作站往往和一部分生产工艺相对应。比如水泥厂的回转窑和磨机相隔距离很远，操作站可以安装在两个地方。这时一台操作站配置一台打印机。如果其中一台操作站的主机坏了，这台操作站显示

23、的内容就没有了。为了系统的安全运行，采用标签的重叠组态来实现的。如该系统有两台操作站，分别为 A 站和 B 站，该系统有 2000 个标签， A 、B 操作站要分别组态 1300 个标签，其中 300 个标签是重叠的。即使 A 操作站发生故障，只用要 B 操作站正常运行，系统照常工作。因为重要的标签在 B 操作站上都有了。值得注意的是，由于重叠组态也会带来负面影响。会使得A、B 操作站的管理人员责任不明确。DCS 网由于网络技术的高速发展，人机界面的数量可以不限。操作站分为主站和从站。主站连在络上。通过 DCS 网络接口，直接从 DCS 网络上读取控制器数据库中的数据。主站的数量是由接口的数量

24、决定的。从站则与主站相连。它没有数据库，在显示流程图画面时，由主站显示完整的工艺画面，而从站就显示主站的工艺画面。从站的数量是不限的。不论是主站，还是从站，都用后门网络连接起来。有了后门网络，系统维护时，各操作站之间可作文本拷贝。系统运行时，即使其中一台主操作站发生故障，它的从站可作为另一台主站的从站。在网络中，接进打印服务器，服务器有许多通道，几台操作站共用一台或几台打印机。连接主站和从站的这个网络与 DCS 网络没有关系。 所以就称为后门网络。 早期的后门网络采用 ARCNET ，后来由于有的 DCS 系统的操作站主机采用 DEC 的小型机，后门网络就采用 DECNET 或以太网。在操作站

25、作标签组态时，是否要把重要的I/O 点重叠组态要由用户确定。采用通用操作站以后，系统就成为开放的，各主站和各从站之间用以太网连接，从站的数量不限。为了提高后门网络的可靠性，以太网的低廉，通常采用双网。可以做到远程操作。 在局部的地域用网络，会带来很大的方便。如果过程控制与 INTERNET 网络相连，会受到病毒或黑客的侵入。一定要加安全级别、数据单向传输和加防火墙。以太网之间的协议遵从OSI 模型（ Open System Interconnection）的七层协议。七层协议分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。hub）也是物理层的设备，它与物理层描述传输介质、连接

26、器和信号脉冲标准。中继器或集线器（传输的信息帧的具体内容无关。帧是发送到介质上的一组数字脉冲。用以传输信息。帧的大小为64-1518 字节。帧包括预同步信号，消息头、数据信息和帧校验序列。中继器或集线器（hub）仅仅放大导线中的电信号，并继续向前传送。数据链路层描述本地系统之间的拓扑和通信标准。以太网能与多个物理层标准（双绞线线缆、光缆）和多个网络层标准一起工作。将网络的物理方面（线缆和数字脉冲）与软件和数据流的抽象世界连接起来。在网络里传的信息是以帧的格式传输的。在帧中有消息头和尾，数据报包到帧里。检测错误，调节数据流量。帧消息由源和目标介质访问控制（media access control

27、 ） MAC 地址组成，并利用该信息和数据区的内容建立CRC 尾。数据链路层根据网络采用拓扑规则，发送帧，把帧发到物理层（网络线缆） 。网桥和交换器是数据链路层的设备。因为它们是支持帧的。两者都利用帧消息头中的信息调节交通。帧消息头负责识别是谁发送的信息，信息发送到哪里。帧消息头包含两个区域，用以识别传输的源和目标，是源和目标系统的节点地址。帧消息头的大小总是14字节。网络层描述在不同网段上的系统如何彼此寻找，也定义了网址。网址是指定给一组物理连接的系统名字或号码。是所有上层的基石，单位是数据报（datagram）单位如网络的IP 数据报传递协议是网络层功能的例子。网址这一术语，根据采用的协议

28、不同，叫法也不同。采用IP ，叫做子网（ subnet）。传输层处理数据的实际操作，并准备通过网络传送。如果数据太大而不能作为一个帧，传输层将其分解为更小的部分，并编制序号， 序号允许其它系统上的传输层重新将数据组合为最初内容。帧的 CRC 校验是在数据链路层进行的，传输层能够起到备用效验的作用。传输层的功能如IP 的传输协议（ TCP）、单位是段（ segment）。会话层处理两个或多个系统之间连接的建立和维护。它保证正确完成具体的服务请求。如果系统正在运行多个网络应用程序，会话层负责保持正确通信顺序，保证进入的数据引到正确的应用程序。表示层保证数据可以用于应用程序的形式接收。它的任务是编码

29、和解码。应用层的任务是确定何时要求访问网络资源。异种系统的互联 ,时间同步和 SDSL 技术 :一个企业特别是大中型企业有许多工艺过程，每一个工艺过程都有相对独立性。在不同时期建设或不同时间进行技术改造，一定会采用不同型号的 DCS 系统，设备连锁和控制等会采用几种不同型号的 PLC 系统。为了在企业内建立综合管理信息系统，异种系统的互联和时间同步就成为很重要的问题。早期 DCS 和 PLC 的互连是采用把 PLC 作为 DCS 的一个输入板， DCS 专们设计一块与 PLC 的接口板，与 DCS 的本身的 I/O 板连在同一条 I/O 总线上。控制器读入 PLC 来的信号，通过 DCS 的网

30、络把 PLC 的信号送到 DCS 操作站上。这样互连的办法有一个大的缺点是：PLC 的快速信号在慢速反应的 DCS 的操作站上显示。经测定，一个微动开关的动作要经过几秒以上的时间才能在 DCS 的操作站上表现出来。有的 DCS 甚至需要 8 秒。另一个互联办法是把PLC 的个别信号用硬线连到 DCS 的输入板上，这样输入的点数很少，成本比较高。有的DCS 在 DCS 网络上设计一个结点， 该结点专门用来读取 PLC 的信号。把 PLC 的信号送入 DCS 的网络是比较困难的。缺点是开发接口的费用很高。即使开发成功，接口也经常发生故障。一个典型例子是燃汽轮机和锅炉联合发电的电厂，燃汽轮机从美国或

31、其它国家进口，燃汽轮机的控制系统（PLC）和主设备一起配成，而锅炉的控制系统由用户自己选配，用户很想把两者的信息在一个操作站上显示。为开发这个操作站，开发费用在几万美金以上。即使开发成功，也经常发生故障。对于 PLC 来说， 70 年代中期曾经开发过专用操作站，但不太成功。后来它就没有开发专用操作站，当时， PLC 只处理开关量，在控制器上的数码显示作为人机界面也能满足要求。PLC的控制器和 I/O 之间用网络连接。到 80 年代末和 90 年代，模拟量控制进入PLC ，。用户感到没有以 CRT 为基础的人机界面很不方便，用户选用通用监控软件，运行在NT 平台上，采用普通微机作为硬件平台，编出

32、各个 PLC 的驱动软件，这样 PLC 也有了操作站。因为商业原因，一些PLC厂家在 90 年代也开发了监控软件。并企图成为工控通用监控软件。由于开发时间很晚，不仅各个 PLC 的驱动软件太少，而且市场也被其他软件占据。DDE （ DYNAMIC DATA EXCHANGE ）、对于通用监控软件来说，微软开发的通讯协议快速 DDE 、网络 DDE 等都支持。u DDE 允许 Windows 环境下各使用的机器建立客户机 /服务器关系， 发送和接收数据， 彼次发送指令。由服务器提供数据和接收从其它使用的机器发来的感兴趣的数据请求。发请求的机器就是客户机，送数据的是服务器。u 快速 DDE 提供许

33、多 DDE 的信息打包到单个DDE 信息中。打包提高效率，减少服务器和客户机之间传送的 DDE 数据。u 网络 DDE 延伸了标准 DDE 功能，其中包括了局域网通过串行口的通讯。网络的延伸允许连在网上的不同计算机作为服务器、客户机应用运行的DDE 连接。比如，网络DDE 支持连到 LAN ，或 modem 上的 IBM 兼容计算机和诸如在 VMS 、 UNIX等操作环境下的非PC 为基础的平台之间的DDE 。u SuitLinkK 用于 TCP/IP 为基础的协议、 被设计成满足工业需要，如数据完整性、 高吞吐量和容易诊断。此协议标准只适用于Windows NT4.0 以上。u OPC（OB

34、JACT LINK EMBED PROCESS CONTROL ）客户机，可以从服务器取数据。遵守 TCP/IP 协议。90 年代，有如 FIX 、由于市场需要监控软件，因此，通用监控软件有许多厂商开发，在INTOUCH 、 PARAGON 、 ONSPEC、CIMPLICITY 等 100 多种。国内有组态王、 SYNALL等。对于监控软件如果开发了许多DCS 和 PLC 的驱动软件，在联网时有许多网络套件，它就成为通用监控软件。其中驱动软件最多的是FIX 和 INTOUCH 。在 NT 平台上，如果采用 FIX 、 INTOUCH等软件，彼此可作为服务器，也可作为客户机，彼此可以交换数据。

35、DCS 在 70 年代问世时，计算机技术水平还比较低，市场上可以选用的零部件比较少。DCS 生产厂家自己开发的操作站有专用的操作系统、专用的监控软件、专用的接口硬件和CRT、专用的打印机、专用硬盘和软驱。甚至连接用的电缆和插头、插座也是专用的。当然，这样作也不能排除是 DCS 厂家为了获取最大的商业利益而考虑的。由于计算机技术的飞速发展，而DCS的发展没有计算机快，它处在相对稳定的发展阶段。后来市场上的各种微机零部件很多，但DCS都连接不上，异种系统更没有办法互连，DCS 厂家又都没有按照市场变化修改自己的软件，所以DCS 成为名符其实的自动化“孤岛 ”。DCS 的用户感到十分不方便，另外操作

36、站比控制器更容易损坏。其寿命大约7-8 年左右。操作站由于买不到如硬盘、软驱等，许多用户决定在更换操作站时，不再采用原DCS 厂家的操作站，因为它价格昂贵、备件难卖。采用PC 机和 NT 平台，安装通用监控软件，并开发和某一具体DCS 的驱动软件，做成通用操作站，代替原来的专用操作站。有的 DCS 厂家索性把专用操作站去掉，配以通用操作站。如MOORE 公司的 APACS 系统，在 1996 年采用 INTOUCH 软件（ FIX 也可以），MOORE 公司只提供APACS 的驱动软件和提硬件的配置要求，硬件由用户自己选配。经使用，运行很好。比MOORE 公司自己开发的监控软件要好用一些。这也

37、许是DCS 厂家软件开发人员比通用软件开发公司的软件开发人员少有关。又如 MEASUREX 的操作站也采用通用监控软件。目前最多的替代操作站是FIX 、INTOUCH 两大类型的通用替代操作站。早期的 DCS，厂家分别都自己开发专用监控软件。编写程序时，控制器的驱动软件和显示软件不是分开来编写。如果采用通用微机和NT 平台，它们与通用软件相比，CPU 的开销要小一些，对硬件的要求比通用的要低一些，但由于是和系统一起销售，销售量很小，软件本身的问题没有得到充分暴露。如果硬件都能满足通用、专用要求，专用监控软件的操作站死机现象比通用的严重一些。据了解，某一套DCS 系统，硬件为 PC 机，操作系统

38、为 NT ，专用监控软件装配成的操作站，一天内死机几次。随着软件版本升级，死机现象有增无减。一年内打几次补钉，死机现象仍然存在。专用、通用两种软件相比，专用的目前还是比通用的要封闭一些。在网络中使用，还没有网络套件软件。如采用通用监控软件，DCS 和 DCS 之间， DCS 和 PLC 之间， PLC 和PLC 之间，各自的人机界面可以互连。只要是微软的WINDOWS 界面，都能作为客户机，采用DDE 、快速 DDE 和 Suitelink 读取数据。 它们既可以作为服务器，也可以作为客户机。 在企业内可组成综合管理信息系统。为了保证操作站的安全运行，可以单独用一个HMI 用于互连。通用监控软

39、件通常有网络版的软件，经组态后，能通过网络，组成服务器/客户机格式，把实时信息传到远方。在客户机中，可以实时查看通用软件做成的动态数据服务器数据库中的数据。也能把信息送入 MIS 系统的标准数据库中（如SQL 、 SYBASE 、 ORACLE ）。通用监控软件在它们的套件软件中，也有 Web 软件，安装成Web 服务器，通过Web 服务器。浏览动态数据服务器中的数据。它不是实时数据。同时，通过微软的GLANZE 软件，也可以接Web。 浏览 MIS 数据库中的数据。采用 Web 服务器 , 浏览数据，都比服务器/客户机的方式要慢。采用通用操作站优点归纳如下：价格低廉DCS功能扩展用户熟息各个

40、系统的时间同步也是很重要的问题。网络时间服务器是用于所有网上工作站的高品质时间同步的设备。一般情况下， DCS 系统的绝对时间是在操作站上 (人机界面 )形成的，控制器中只有相对时间。为了时间同步，可以把卫星时间 GPS(GLOBAL POSITION SYSTEM) 作为基准，来校对 DCS 的时间。具体实现办法如下：通过卫星接收天线，时间服务器接收 GPS 系统中各个卫星的原子钟，再把时间信号送给动态数据服务器或 DCS 的操作站。通过动态数据服务器或操作站的 DCS 的驱动软件，把时间信号送到 DCS 的网络上。原来以太网在 DCS 网络中比较少用，但现在也有用的。因为它比较廉价。它广泛

41、用于管理信息网（ MIS ），以太网也采用广播式协议，但与令牌网有区别。它采用随机访问的链路控制。在以太网的网络中，各结点可以随机的发送数据。但当两个或更多的结点同时发送数据时，就产生数据发送冲突。发生冲突的结点都退回去，用一个随机延时的算法后再继续发送。即采用载波监听多路访问技术。随机延时的算法有很多种，目前都应用于以太网。目前 MIS 系统已经与 DCS、PLC 连接成一个系统， DCS、PLC 数据通过动态数据服务器，送到以太网，它的传输载体大都采用光纤。调度室通常是中心区域，以它为基点，连成星形网络结构。中心区域配置有服务器。如 ORACLE 、 SYBASE 、SQL 等。在服务器中

42、存有软件，把软件编制成子模块形式。如财务管理子模块、人事管理子模块、原材料子模块等。把 DCS、 PLC 来的信号放在生产实时子系统模块内。生产实时的数据是海量的，既有实时的，又有历史的。对于通用监控软件都有历史数据平台。设服务器，它可以自成系统。最后再与 MIS 系统的数据库相连，为数据安全，还应该有防火墙。目前传输载体也大都是光纤。敷设光纤的费用比较高（大约 2 万元人民币 /公里）。在用光纤作为载体的 MIS 系统中，有些地方可能远离中心区域，但有少数数据也希望送到中心来显示，这时不一定用光纤，可以采用电话线。像地衡、输煤、水处理等地方的数据，数量很少。只要在电话总机的交换机接入特殊的路

43、由器，它有以太网的接口。在信息源加猫（ MODEM ），布线中要稍加调整就可以了。路由器、 MODEM 费用不很高。这时，光纤和电话线可以同时用于以太网。这就是 SDSL（ Symmetric Digital Subscriber Line ）技术。 SDSL 技术的特点是同时既能通电话，又能传输网络。只要电话通了，网络也就通了。这种技术应用于已经有电话线的厂矿，并有电话总机的情况。现在国外已广泛用于工厂网。如果企业比较小，可以不用光纤，全部用电话线，通讯速率为 2.3M 。无论从信息端读取数据还是传到信息端的指令，速率是一样的。路由器、MODEM之间的距离可以 7000 英尺。在使用时，不同

44、时使用电话，距离还能延长。具体应用接线见下图。DCS 的基本结构和 PLC 的区别 :DCS 为分散控制系统的英文（TOTAL DISTRIBUTEDCONTROL SYSTEM ）简称。指的是控制危险分散、管理和显示集中。60 年代末有人研制了作逻辑运算的可编程序控制器（Programmable Logic Controller ）。简称 PLC 。主要应用于汽车制造业。70 年代中期以完成模拟量控制的DCS 推向市场，代替以 PID 运算为主的模拟仪表控制。首先提出 DCS 这样一种思想的是原制造仪表的厂商，当时主要应用于化工行业。后又有计算机行业从事DCS 的开发。70 年代微机技术还不

45、成熟，计算机技术还不够发达。操作站、控制器、I/O 板和网络接口板等都是 DCS 生产厂家自行开发的，也就是所有部件都是专用的。70 年代初，有人用如PDP/1124 这样的小型机代替原来的集中安装的模拟仪表控制。连接到中央控制室的电缆很多。如用小型机既作为控制器、同时把连接小型机的CRT 又作为显示设备（即人机界面）。一台小型机需接收几千台变送器或别的传感器来的信号，完成几百个回路的运算。很显然其危险有点集中。和模拟仪表连接的电缆一样多，并且一旦小型机坏了，控制和显示都没有了。数字控制没有达到预期的目的。后有人提出把控制和显示分开。一台计算机完成控制计算任务，另一台计算机完成显示任务。另外，

46、一个工艺过程作为被控对象可能需要显示和控制的点很多，其中有一些还需要闭环控制或逻辑运算，工艺过程作为被控对象的各个部分会有相对独立性，可以分成若干个独立的工序，再把在计算机控制系统中独立的工序上需要显示和控制的输入、输出的点分配到数台计算机中去，把原来由一台小型机完成的运算任务由几台或几十台计算机（控制器）去完成。其中一台机器坏了不影响全局。所谓“狼群代替老虎 ”的战术，这就是危险分散的意思。把显示、操作、打印等管理功能集中在一起，用网络把上述完成控制和显示的两部分连成一个系统。当时有人把这种系统称为集散系统。70 年代中期，危险究竟要分散到多少算合适呢？这与当时的计算机技术的发展水平有关。彻

47、底分散就是一个控制器完成一个回路的运算。当时由于人们对数字技术不太熟息，习惯于模拟仪表， 70 年代末、 80 年代曾经风行回路控制器，把数字控制器做成和原来模拟仪表在外观上几乎完全一样，不改变操作习惯，内部把 PID 运算数字化。一块仪表（一台计算机）完成一个回路的控制任务。其价格较为昂贵，但危险是分散了。然后用通讯网络把各个控制器和以CRT 为基础的/人机界面连成一个系统。这时网络结构通常都是星形结构。回路的控制器的制作成本太高，价格性能比不好。后来为了减低成本，就有两回路的、四回路的控制器，它的价格 /性能比稍好一些。对于一个大中型系统来说，DCS 的价格 /性能比比回路控制器组成的系统

48、要好。有些特殊地方还是要用到一些回路控制器。如果所要完成的回路太多，如一个控制器采集几千点、完成几百个回路的运算，危险又太集中。在这种情况下，危险必需分散。随着计算机技术的发展，计算机的运算能力、存储容量和可靠性不断提高，一台计算机所完成的任务也可以增加。完成的任务也可集中一点。另外，控制器、网络等冗余技术也得到了发展，控制运算也可集中一些。从目前的 DCS 来看，一个控制器完成几十个回路的运算和几百点的采集、再加适量的逻辑运算，经现场使用，效果是比较好的。这就产生控制器升级的问题了。有时控制器和检测元件的距离还是比较远，这就促进现场总线的发展。如CAN 、 LOONWORKS 、 FF 等现

49、场总线，以及HART 协议接收板等都用到DCS 系统中。DCS 分为三大部分，带I/O 板的控制器、通讯网络和人机界面（HMI ）。由 I/O 板通过端子板直接与生产过程相连，读取传感器来的信号。I/O 板有几种不同的类型，每一种I/O 板都有相应的端子板。l 模拟量输入， 4-20 毫安的标准信号板和用以读取热电偶的毫伏信号板；4-16 个通道不等；l 模拟量输出，通常都是4-20 毫安的标准信号，一般它的通道比较少，4-8 个个通道；220 伏或l 开关量输入； 16-32 个通道：l 开关量输出，开关量输入和输出还分不同电压等级的板，如直流115 伏等； 8-16 个通道不等；24 伏、

50、 125 伏；交流l 脉冲量输入，用于采集速率的信号；l 快速中断输入；l HART 协议输入板；l 现场总线 I/O 板；4-8通道不等；每一块 I/O 板都接在 I/O 总线上。 为了信号的安全和完整， 信号在进入 I/O 板以前信号要进行整修，如上下限的检查、温度补偿、滤波，这些工作可以在端子板完成，也可以分开完成，完成信号整修的板现在有人称它们为信号调理板。I/O 总线和控制器相连。 80 年代的 DCS 由于控制器的运算能力不强， 为了增加 I/O 点数，把控制器的任务分开，实际上是有三种类型的控制器。即：完成闭环运算的控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器。它们分别有自己的I/O 总

51、线，各种 DCS 的 I/O 总线各不相同。如果要求快速，最好采用并行总线。一般采用串行总线比较多。尤其是 RS485 总线较多，模拟量数据采集器和逻辑运算器的 I/O 点数可以多一些。闭环控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器可以和人机界面直接连在通讯网络上，在网络上的每一个不同的控制器作为网络上的一个独立结点。每一个结点完成不同的功能。它们都应有网络接口。有的DCS 为了节省网络接口，把所有的过程控制用的设备即闭环控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器预先连在控制总线上，称为过程控制站。这可以增加过程控制站能接收的 I/O 点数，又能节省接口。然后再通过接口连到网络上，与人机界面相连。随着计算

52、机计术的发展，控制器的运算能力不断增强， 如 PC 机做的一个控制器能力很强，既可接收模拟量运算，也接收开关量逻辑运算。一个控制器成为网络上的一个结点。通过网络与人机界面相连。控制器是 DCS 的核心部件，它相当于一台PC 机。有的 DCS 的控制器本身就是PC 机。它主要有 CPU、 RAM 、E2PROM 和 ROM 等芯片，还有两个接口，一个向下接收I/O 总线来的信号，另一个接口是向上把信号送到网络上与人机界面相连。ROM 用来存贮完成各种运算功能的控制算法（有的DCS 称为功能块库） 。在库中存功能块，如控制算法PID 、带死区 PID，积分分离PID ，算术运算加、减、乘、除、平方

53、、开方、函数运算一次滤波、正弦、余弦、X-Y 函数发生器、超前 -滞后；比较先进的算法有史密斯预估，C 语言接口、矩阵加、矩阵乘；逻辑运算有逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非等。通常用站功能块不仅把模拟量和开关量结合起来，还与人连系起来。功能块越多，用户编写应用程序（即组态）越方便。组态按照工艺要求，把功能块连接起来形成控制方案。把控制方案存在E2PROM 中。因为 E2PROM 可以擦写，组态要随工艺改变而改变，所以把组态存在E2PROM 中。不同用户有不同组态。组态时，用户从功能块库中选择要的功能块，填上参数，把功能块连接起来。形成控制方案存到E2PROM 中。这时控制器在组态方式，投入运行后就成为运行方式控制器中安装有操作系统，功能块组态软件和通讯软件