《國產(chǎn)DCS系統(tǒng)》

1、：Dcs緒論本論題共有17人回復(fù)。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)。總的來看，變化主要體現(xiàn)在板、操作站和通訊網(wǎng)絡(luò)?？刂破飨鄬碇v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

2、。I/O板主要體現(xiàn)在現(xiàn)場總線的引入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公司對石化比較熟悉，其產(chǎn)品在石化行業(yè)應(yīng)用較多，而AILEY的產(chǎn)品則在電力行業(yè)應(yīng)用比較普遍。用戶在選擇DCS的時(shí)候主要是要注意其技術(shù)人員是否對該生產(chǎn)工藝比較熟悉；然后要看該系統(tǒng)適用于多大規(guī)模，比如NT操作系統(tǒng)的就適應(yīng)于較小規(guī)模的系統(tǒng)；最后是價(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

3、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。80年代中期，許多單位和個(gè)體技術(shù)人員都想涉及DCS的開發(fā)和生產(chǎn)。由于資金投入太多，軟件的

4、工程量太大，需要軟件開發(fā)人員、硬件人員和工程人員協(xié)調(diào)工作，另外DCS的開發(fā)畢竟太復(fù)雜了，它涉及到計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)和顯示技術(shù)。幾個(gè)技術(shù)人員不可能掌握那樣多的技術(shù)，同時(shí)也沒有那樣多的資金投入，并且不可能在短時(shí)間內(nèi)就有產(chǎn)出。幾個(gè)技術(shù)人員是沒有力量來支撐的。許多技術(shù)人員只能望DCS興嘆。許多單位如幾個(gè)大鋼鐵公司的自動(dòng)化部也由于資金不足退出DCS的開發(fā)。如阿城繼電器廠從1984年就開始DCS的開發(fā)，并取得很好的成績。由于資金不足和管理混亂，也無奈的基本退出DCS的角逐。STD總線的產(chǎn)品是控制系統(tǒng)的中間產(chǎn)品，90年代初期生產(chǎn)廠家很多，每年在國內(nèi)達(dá)到幾億的銷售量（與現(xiàn)在國產(chǎn)的DCS銷量相當(dāng)）。

5、由于最終用戶的工作量很大，也正在退出市場。90年代中期，DCS的部件除功能塊以外，在市場上都能買到。如控制器可以用PC機(jī)主板，DCS網(wǎng)絡(luò)也可以用以太網(wǎng)。人機(jī)界面可用通用監(jiān)控軟件，如組態(tài)王等。市場形勢比80年代有很大改變。又一次浪潮涉及開發(fā)DCS，各種牌號(hào)的DCS紛紛出籠，大約有上百種系統(tǒng)推向市場。仔細(xì)分析，都在較低層次上重復(fù)，功能單一，形不成規(guī)模。由于政府有關(guān)部門的界入，開始有新的單位進(jìn)入DCS的開發(fā)。政府的有關(guān)部門無論從資金還是項(xiàng)目都大力支持，所以得到蓬勃發(fā)展。如北京和利時(shí)、上海新華和浙大中控。他們都有幾百套的銷量，基本形成規(guī)模生產(chǎn)。他們雖然一時(shí)還達(dá)不到進(jìn)口的水平，但控制的基本要求還能滿足。

6、從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和I/O板的生產(chǎn)來看，已經(jīng)有相當(dāng)高的水平，和國際上的水平已相差不遠(yuǎn)。如無錫生產(chǎn)的I/O板就很美觀。人機(jī)界面的軟件國內(nèi)已有開發(fā)，如組態(tài)王，每年有2000套的銷售量，經(jīng)使用情況也是良好的。開發(fā)DCS最難的是控制器的開發(fā)問題，一是硬件，用的是PC機(jī)卡，操作系統(tǒng)也是通用型的，如微軟的NT、加拿大開發(fā)的QNX等，價(jià)格高，使得利潤減低。二是功能塊的開發(fā)。這是最難的。功能塊的數(shù)量幾乎是無限的。它的工作量很大，不僅要有軟件人員，還要有工程人員的配合，才能編出好用的功能塊。由于我國以前實(shí)行計(jì)劃經(jīng)濟(jì)，對技術(shù)人才一是不重視，二是各單位私有。一個(gè)單位很難集中有如此多的優(yōu)秀的技術(shù)人員。我國軟件開發(fā)人員不僅數(shù)

7、量少，而且習(xí)慣于自己獨(dú)立編程，不能很好的與現(xiàn)場技術(shù)人員交流，所以開發(fā)的功能塊就會(huì)出現(xiàn)不如人意的地方。國產(chǎn)DCS不僅功能塊的數(shù)量少，而且據(jù)用戶反映，如順序控制器功能塊，其真值表不象國外的那樣好用。又如自調(diào)整功能塊，現(xiàn)場一般都不用，即使用也不好用?？傊捎阡N售量還是比較小，跟蹤用戶的反應(yīng)還不夠，所以我國還缺少一套千錘百煉有自主產(chǎn)權(quán)的功能碼。這套軟件是沒有賣的。一定要自己開發(fā)，在不同的操作系統(tǒng)下，編的程序就不一樣。這與要不要控制器這個(gè)硬件沒有關(guān)系。使用現(xiàn)場總線系統(tǒng)也需要算法，用PC作為既控制又顯示同樣需要算法。用于控制策略的組態(tài)軟件目前還沒有發(fā)現(xiàn)問題。另外一個(gè)問題是控制器的電源系統(tǒng)，我國基本都采用

8、整體式電源。由于我國的DCS系統(tǒng)價(jià)格很低，利潤也很低，DCS制造廠家沒有資金投入來開發(fā)電源系統(tǒng)。國外DCS系統(tǒng)的電源冗余見下圖。在即將把兩臺(tái)電源安裝到柜子上時(shí)，需分別帶負(fù)載調(diào)整。調(diào)整時(shí)，兩臺(tái)電源的負(fù)載一定是相同的，要調(diào)整到相同的輸出，然后安裝到機(jī)柜上。電源系統(tǒng)中有一塊電源檢測板，能顯示兩臺(tái)電源的輸出情況。兩臺(tái)能同時(shí)給負(fù)載供電。最好工作在平衡電壓的狀態(tài)。經(jīng)20年的運(yùn)行證明電源系統(tǒng)是良好的。國產(chǎn)DCS兩臺(tái)電源冗余運(yùn)行，一用一備。其中一臺(tái)的交流輸入電源階躍下降，能切換到備用電源。如果斜坡下降，就不能切換到備用電源。這是電源系統(tǒng)的缺點(diǎn)之一。N+1的電源方案沒有進(jìn)入到我國的DCS系統(tǒng)。進(jìn)口DCS采用N+

9、1電源，問題也很多。N+1電源的意思是只要知道每一個(gè)所插模件的功率，把所有模件所需功率求和，而每個(gè)模件電源的功率是一定的，所需總功率除以模件電源的功率，就得到電源數(shù)。有小數(shù)位，都要進(jìn)一位成為整數(shù)，這個(gè)整數(shù)為N，然后再加一，稱為N+1。第三個(gè)問題是由于銷量小。很少有第三方幫助完善系統(tǒng)，比如專家系統(tǒng)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，與數(shù)字儀表及PLC的接口等。本講座撰寫人李爾鋼先生，重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所所長助理；汪仁智先生，技術(shù)市場管理部部長。關(guān)鍵詞：分布式I/O系統(tǒng)解決方案柔性化模件過程控制器一 前言當(dāng)今的分布式I/O系統(tǒng)解決方案為工業(yè)用戶提供了廣泛的系統(tǒng)連通性選擇，并且這種解決方案能夠?qū)崒?shí)在在地被分解到任何實(shí)

10、際的過程控制應(yīng)用系統(tǒng)中去。許多工業(yè)用戶已經(jīng)具有選擇分布式I/O系統(tǒng)的豐富經(jīng)驗(yàn)，包括事先設(shè)計(jì)好的模擬量和數(shù)字量I/O，所選擇的I/O系統(tǒng)即使是在最惡劣的工業(yè)環(huán)境中也能可靠地運(yùn)行，其連通性選擇能夠滿足大多數(shù)工業(yè)過程控制級或生產(chǎn)企業(yè)級設(shè)備的需要，分布式I/O系統(tǒng)所提供的寬范圍可選擇性地允許將I/O分解到基本的點(diǎn)對點(diǎn)環(huán)境，同時(shí)還具備了較容易的可擴(kuò)展性能。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微處理器硬件技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，分布式I/O系統(tǒng)的市場份額正得到逐步地?cái)U(kuò)大和增長；同樣隨著新一代分布式I/O系統(tǒng)產(chǎn)品及其解決方案的開發(fā)和應(yīng)用，分布式I/O系統(tǒng)將會(huì)成為與分散控制系統(tǒng)(DCS)、可編程控制器(PLC)和基于PC控制系統(tǒng)并

11、駕齊驅(qū)的另一類大眾化產(chǎn)品，也必將得到工業(yè)用戶的認(rèn)可。許多新的分布式I/O系統(tǒng)采用了完全模塊化設(shè)計(jì)選型方案，因?yàn)槟K化設(shè)計(jì)能夠進(jìn)一步滿足工業(yè)用戶對過程控制系統(tǒng)高度柔性化的系統(tǒng)選型要求。模塊化設(shè)計(jì)也有助于滿足工業(yè)用戶對于各種類型I/O模件的需求，因?yàn)榇蠖鄶?shù)控制系統(tǒng)都具有數(shù)字量和模擬量混合控制的要求。只有采取數(shù)字量和模擬量混合型模塊化設(shè)計(jì)方案，才能進(jìn)一步滿足這種過程控制系統(tǒng)非常柔性化的要求。本文將重點(diǎn)介紹目前市場上最新的分布式I/O系統(tǒng)產(chǎn)品，并進(jìn)一步討論各種不同類型的分布式I/O系統(tǒng)在工業(yè)和過程控制領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用情況，僅供從事分布式I/O系統(tǒng)解決方案應(yīng)用的同仁參考。二 網(wǎng)絡(luò)連接性能分布式I/O系統(tǒng)制造

12、商正計(jì)劃通過提供最好的產(chǎn)品支持并滿足工業(yè)用戶的各種需求，他們?yōu)槠浞植际絀/O產(chǎn)品增加了許多連通性選擇功能，且成為了他們在市場上通行的商業(yè)運(yùn)作模式。一些分布式I/O系統(tǒng)制造商正在設(shè)法至少能夠支持兩種或者3種類型以上的網(wǎng)絡(luò)連接特性選項(xiàng)。最近，Rockwell自動(dòng)化公司已經(jīng)為其Allen-Bradley FLEX I/O系列產(chǎn)品擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)連接性能，同時(shí)增加了FLEX系列EtherNet/IP適配器1794-AENT。該適配器與DeviceNet和ControlNet采用了相同的控制與信息傳輸協(xié)議(CIP)，而且進(jìn)一步整合了Ethernet TCP/IP和CIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)。1794-AENT適配

13、器能夠?yàn)楣I(yè)用戶提供巨大的使用價(jià)值，因?yàn)橹灰ㄟ^現(xiàn)有的Ethernet媒體就能夠運(yùn)行遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)信息，并具備連接到高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能力，以便處理大量的I/O數(shù)據(jù)信息，也能夠非常容易地從遠(yuǎn)程站點(diǎn)上監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和I/O設(shè)備的運(yùn)行情況。與當(dāng)前分布式I/O系統(tǒng)朝著能夠具備Web地址的性能方向發(fā)展趨勢相一致，這種新型適配器內(nèi)藏Web頁面，同時(shí)還具有I/O模件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的診斷數(shù)據(jù)信息，以及I/O模件組態(tài)參數(shù)和TCP/IP配置參數(shù)等。這種適配器還能夠作為分布式I/O模件與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的網(wǎng)橋，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信功能度。Phoenix Contact公司也已經(jīng)進(jìn)一步擴(kuò)展了其現(xiàn)場總線I/O系列產(chǎn)品，并提供

14、了新一代FL IL 24 BK Ethernet總線終端器產(chǎn)品，該產(chǎn)品允許在線安裝系統(tǒng)(IIS)能夠利用基于Ethernet TCP/IP技術(shù)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)解決方案。整個(gè)系統(tǒng)允許不超過63個(gè)I/O模件，包括標(biāo)準(zhǔn)的模擬量和數(shù)字量I/O模件、熱電偶(T/C)和熱電阻(RTD)模件、安保型繼電器模件、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、機(jī)械裝配式I/O設(shè)備等，也能夠完全集成到Ethernet TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中去。FL IL 24 BK終端器還包括了一個(gè)Web服務(wù)器，能夠充分滿足基于Web管理對頁面的需求。Scanimation公司是Phoenix Contact公司的一個(gè)客戶，該公司在其高速掃描系統(tǒng)中采用了帶有Dev

15、iceNet I/O BK模件的Inline型分布式I/O系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用對象為木材加工制造工業(yè)的一條自動(dòng)化生產(chǎn)線。該公司的意圖是希望能夠從傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)I/O布線方式改變到分布式遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)的運(yùn)行方式上，以便減少生產(chǎn)成本和增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。Phoenix Contact公司為Scanimation公司提供了一種能夠容納不同總線系統(tǒng)的分布式I/O解決方案，可以隨意選擇諸如Interbus、Profibus、DeviceNet等現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。這一系統(tǒng)解決方案的確定對于該公司下一步的工作起到了非常重要的作用。Entrelec公司最新推出了內(nèi)藏Device Net現(xiàn)場總線模件的RIO系列化產(chǎn)品，

16、RIO產(chǎn)品包含了一個(gè)終端模塊的基本模件和一個(gè)內(nèi)藏通信的模件。每個(gè)終端模塊包括8通道數(shù)字量輸入和8通道數(shù)字量輸出。另外的I/O還可以通過模擬量和數(shù)字量擴(kuò)展模件來完成。內(nèi)藏模件的使用允許總線系統(tǒng)不需要再連接終端模塊，基本模件就能夠容易改變。Siemens電力與自動(dòng)化公司的SIMATIC ET200S分布式I/O機(jī)架能夠處理不超過64個(gè)模件，包括Profibus接口模件、數(shù)字量和模擬量I/O模件、用于計(jì)算和定位任務(wù)并面向過程控制的模件，以及一體化電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器。I/O模件能夠被增加到機(jī)械式終端模件中，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)無擾動(dòng)熱交換。Wago公司最近已經(jīng)推出了基于Ethernet的可編程現(xiàn)場總線控制器(PF

17、C)產(chǎn)品，該產(chǎn)品能夠在線支持大多數(shù)工業(yè)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，包括Profibus、Interbus、DeviceNet、CANopen、Modbus和Modbus Ethernet等。該公司的傳感器I/O接口現(xiàn)已超過90多種類型，包括低和高電壓控制、模擬量、計(jì)數(shù)器、條形碼閱讀器、RFID閱讀器和編碼器等。Wieland電氣公司為基于現(xiàn)場總線技術(shù)的Ricos系列遠(yuǎn)程接口系統(tǒng)增加了一種熱電偶(T/C)模件。該模件能夠接受不超過4種類型的J或者K分度熱電偶輸入信號(hào)，其接口直接為基于現(xiàn)場總線系統(tǒng)提供了一個(gè)面向總線型的連接器模件，該連接器能夠支持Ethernet、ProfibusDP、DeviceNet、CAN

18、open或者Interbus。該模件的一個(gè)關(guān)鍵性特點(diǎn)是具備自動(dòng)感覺功能，即能夠自動(dòng)識(shí)別所連接的熱電偶分度的類型，免除了人為手動(dòng)設(shè)置的工作。利用Beckhoff公司的FM3300型現(xiàn)場總線模件能夠?qū)?2或者32通道的熱電偶信號(hào)直接連接到一個(gè)Profibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中去。所有必需的電氣參數(shù)被隱藏到一個(gè)符合IP65等級規(guī)范的緊湊型工業(yè)插件式連接器內(nèi)。 三 無線網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連通性不僅僅意味著硬件方面。無線通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的應(yīng)用正在得到進(jìn)一步的增長，因?yàn)檫@些產(chǎn)品能夠繼續(xù)增強(qiáng)系統(tǒng)的通信容量，并將為工業(yè)用戶提供更加誘人的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信解決方案，其應(yīng)用范圍逐漸涉及到各個(gè)領(lǐng)域。Omron公司已向工業(yè)用戶提

19、供了無線DeviceNet產(chǎn)品。該產(chǎn)品能夠連接到任何兼容DeviceNet的過程控制設(shè)備，并允許相應(yīng)的子網(wǎng)可以向任何方面擴(kuò)展到500m以外。該產(chǎn)品結(jié)合了無線通信傳輸頻譜、頻率跳變和天線多樣性中3種關(guān)鍵性技術(shù)，因?yàn)闊o線通信關(guān)注的重點(diǎn)在于所傳輸信號(hào)的可靠性和正確度。借助于無線DeviceNet，一個(gè)過程控制系統(tǒng)能夠容納32個(gè)無線主工作站，而每個(gè)主工作站還可以帶32個(gè)從工作站，對于可以建立不超過1024個(gè)子網(wǎng)的性能完全能夠滿足工業(yè)用戶的需求，其應(yīng)用領(lǐng)域包括原材料處理、傳動(dòng)系統(tǒng)，以及集裝箱生產(chǎn)線等。四 Ethernet的選擇與應(yīng)用在分布式I/O網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，Ethernet已經(jīng)變得愈加重要，越來越多的公

20、司已經(jīng)決定充分利用這種發(fā)展趨勢。A公司推出了Ethernet遠(yuǎn)程主控制器模件H2-ERM產(chǎn)品，該模件能夠被應(yīng)用到其D2-240和D2-250型PLC系統(tǒng)中，連同基于Windows CE平臺(tái)的WinPLC型嵌入式CPU模件一起組成新的過程控制系統(tǒng)。通過高速Ethernet鏈路，H2-ERM模件能夠?qū)⒈镜刂鰿PU基件連接到遠(yuǎn)程從I/O控制器。每個(gè)模件能夠支持不超過16個(gè)額外的DL205基件、16個(gè)終結(jié)器I/O系統(tǒng)、4個(gè)全擴(kuò)展DL405系統(tǒng)、或者這3種類型的任意組合型系統(tǒng)。Linear公司是A公司的一個(gè)長期客戶，它最近發(fā)現(xiàn)了采用Ethernet遠(yuǎn)程I/O所帶來的好處。該公司利用A公司的DL05、DL

21、105和DL205系列PLC系統(tǒng)為醫(yī)藥制造設(shè)備行業(yè)提供自動(dòng)化和半自動(dòng)化人工助推器裝配生產(chǎn)線解決方案。就先前的I/O系統(tǒng)而言，該公司已經(jīng)安裝了兩三個(gè)配線安裝支架，每個(gè)安裝支架不超過37條信號(hào)電纜線。他們希望利用Ethernet來改進(jìn)I/O信號(hào)的傳輸，將DL250與H2-EBC(基于Ethernet過程控制器)和T1H-EBC(終結(jié)器I/O Ethernet接口模件)結(jié)合起來；在每臺(tái)機(jī)器上，他們已經(jīng)戲劇性地取得了降低配線數(shù)量和設(shè)計(jì)時(shí)間的功效。因此，他們不再必須安裝配線的安裝支架，所有I/O系統(tǒng)僅僅通過一條5類或者超5類雙絞線就能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸和處理。這種簡單的配線方式和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連通性為OEM

22、制造商提供了具有重要性的額外好處。Linear公司為利用基于Ethernet I/O系統(tǒng)出具了應(yīng)用報(bào)告，允許進(jìn)一步采用標(biāo)準(zhǔn)控制箱設(shè)計(jì)方案，并且還可以應(yīng)用于個(gè)別特殊機(jī)器的控制。要是在過去，該公司還不得不為多機(jī)器系統(tǒng)中的每臺(tái)機(jī)器設(shè)計(jì)特殊的控制箱。Intelligent Instrumentation公司正在計(jì)劃將Ethernet技術(shù)應(yīng)用到其EDAS產(chǎn)品系列。該公司還推出了iFactory監(jiān)控軟件包，該軟件包通過標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器能夠?qū)DAS單元的數(shù)據(jù)信息發(fā)布到Internet上。Intelligent Instrumentation公司的EDAS CE開放型結(jié)構(gòu)體系工業(yè)分布式I/O系統(tǒng)提供了隔離

23、數(shù)字量和模擬量I/O、10/100Base-T Ethernet，以及基于Windows CE平臺(tái)的開發(fā)工具。其設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于分布式監(jiān)控和過程控制任務(wù)，可以允許有不超過8個(gè)I/O模件能夠被增加到其基本單元，同時(shí)提供了不超過128通道的I/O能夠滿足各種類型的I/O需求。Comark為工業(yè)用戶提供了ADS(增強(qiáng)型分布式系統(tǒng))，ADS是人們期待已久的一種高度柔性化過程控制系統(tǒng)。其I/O模件產(chǎn)品可以通過直接或者分布式Ethernet I/O的形式加以應(yīng)用，對于直接型I/O能夠容納不超過32768個(gè)I/O測點(diǎn)，而對于網(wǎng)絡(luò)型I/O則是沒有限制的。ADS的I/O模件包括了模擬量、數(shù)字量、熱電偶、熱電阻、定

24、時(shí)器/計(jì)數(shù)器和通信等類型。OPTO 22公司已經(jīng)將開發(fā)重點(diǎn)完全轉(zhuǎn)移到Ethernet，并取得了巨大的成功。該公司前不久推出了SNAP系列分布式Ethernet I/O系統(tǒng)，系統(tǒng)剛推出就獲得了大量的訂單。在該系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)了為工業(yè)用戶開發(fā)的Web頁面和系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)。SNAP系列分布式Ethernet I/O系統(tǒng)內(nèi)藏了基于Web的人機(jī)界面，用于診斷信息顯示、組態(tài)參數(shù)配置和設(shè)備維護(hù)與故障處理信息顯示，這些信息為工業(yè)用戶提供了截然不同的好處?，F(xiàn)在，在這種分布式I/O系統(tǒng)內(nèi)，工業(yè)用戶可以通過內(nèi)藏的Web服務(wù)器建立他們自己的Web頁面，可為分布式I/O系統(tǒng)建立高度用戶化和特殊圖形化應(yīng)用的人機(jī)界面。OPTO

25、22公司還推出了基于其SNAP Ethernet I/O系統(tǒng)的SNAP Ultimate I/O模件，該模件充分結(jié)合了當(dāng)前分布式I/O發(fā)展趨勢的一些關(guān)鍵性特點(diǎn)，以及一般情況下自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域的特性，包括本地、分布式智能控制，編程能力和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連通性等。SNAP Ultimate I/O模件合并了一個(gè)10/100Mb/s自適應(yīng)Ethernet接口，并采用純粹的TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，同時(shí)支持多種應(yīng)用級數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，包括Modbus TCP、XML、用于網(wǎng)絡(luò)管理的SNMP、用于電子郵件傳輸?shù)腟MTP，以及該公司的開放型IEEE 1394等協(xié)議。通過將這些數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議嵌入到相應(yīng)的控制系統(tǒng)產(chǎn)品中去，S

26、NAP Ultimate I/O能夠直接與生產(chǎn)企業(yè)管理系統(tǒng)通信，排除了對于復(fù)雜軟件接口的要求。OPTO 22公司的ioControl軟件內(nèi)藏了SNAP Ultimate I/O模件的組態(tài)功能，該軟件是基于流程圖的控制軟件解決方案，其腳本語言開發(fā)工具能夠應(yīng)用于像數(shù)學(xué)計(jì)算、控制回路和字符處理等復(fù)雜功能，進(jìn)一步結(jié)合了SNAP Ultimate I/O的附加內(nèi)存(8MB)。現(xiàn)在，先前需要通過PLC、PC或者其他過程控制器完成的功能，在I/O級就能夠被獨(dú)立地執(zhí)行。Nematron公司的一個(gè)全資子公司Optimation也正在努力將Ethernet技術(shù)融入到自己的控制系統(tǒng)產(chǎn)品中。Optimation公司正

27、好推出了兩種新的基于Ethernet I/O模件的OptiLogic系列產(chǎn)品OL2258和OL2304。OL2258是一個(gè)具有雙通道高速脈沖計(jì)數(shù)器模件，該模件包含了在板智能化處理和計(jì)算脈沖信息，它能夠應(yīng)用于諸如運(yùn)動(dòng)控制、儀器儀表和速度測量等監(jiān)控與過程控制。OL2304模件具有4通道模擬量電壓輸出，每個(gè)通道能夠被允許編程的4種電壓范圍為：05V DC、010V DC、1 5V DC和110V DC。該模件能夠應(yīng)用于以4或者8通道為基礎(chǔ)的其他模擬量和數(shù)字量模件的任意組合。Optimation公司所提供的OptiLogic型分布式Ethernet I/O產(chǎn)品系列已經(jīng)得到了進(jìn)一步擴(kuò)展，其擴(kuò)展包括了OL

28、2602型雙通道RS-232C接口模件。OptiLogic提高了該公司的模擬量和數(shù)字量I/O模件的應(yīng)用范圍，也能夠與OptiLogic型RTU單元并行工作，利用10Base-T Ethernet還能夠與分布式I/O進(jìn)行通信連接。在某示波鏡裝配廠的一條生產(chǎn)線上應(yīng)用了OptiLogic系列產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，Ethernet的采用和串行通信能力是其關(guān)鍵性特點(diǎn)之一。該生產(chǎn)線使用了2臺(tái)PC機(jī)用于控制和28個(gè)OptiLogic遠(yuǎn)程終端單元(RTU)，并采用了標(biāo)準(zhǔn)的10Base-T Ethernet接口部件。系統(tǒng)總共有825個(gè)分布式I/O測點(diǎn)，包括39個(gè)RFID讀/寫頭和12個(gè)條形碼閱讀器，它們通過RTU連

29、接在一起形成網(wǎng)絡(luò)?；赑C控制方案用于連接裝配線的運(yùn)行監(jiān)控，一套生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)用于跟蹤和區(qū)分每個(gè)獨(dú)立裝配線單元的執(zhí)行順序。Sixnet公司提供了一種EtherTRAK型產(chǎn)品ET-8INS，ET-8INS是一種能夠連接熱電偶、熱電阻、毫伏(mV)、電壓(V)和電流等輸入信號(hào)的通用輸入模件，這些信號(hào)可以直接通過Ethernet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。該模件具有高精確度的16位信號(hào)輸入通道，對于降低電氣噪聲和接地信號(hào)回饋提供了真正意義上的差分信號(hào)輸入特性。此外，該模件還具有線性化和熱電偶冷端補(bǔ)償功能，允許工業(yè)用戶混合輸入各種類型的信號(hào)，每個(gè)通道的信號(hào)可以通過軟件進(jìn)行組態(tài)設(shè)置，以適應(yīng)各種不同類型的信號(hào)輸

30、入范圍，而且通道之間是完全隔離的。Sixnet公司為其SiteTRAK型遠(yuǎn)程終端單元提供了Ethernet連接能力。Site TRAK具有6通道模擬量輸入和4通道數(shù)字量輸入，但通過RemoteTRAK I/O可以進(jìn)行擴(kuò)展。Sixnet公司的客戶正在將SiteTRAK系統(tǒng)應(yīng)用于電廠的監(jiān)控、化學(xué)容器罐的液位控制，以及臨界壓縮機(jī)和泵等生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視與過程控制。不久前，Advantech公司推出了其ADAM-5000/TCP產(chǎn)品，該產(chǎn)品是一種基于Ethernet I/O的解決方案，并廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集和過程控制系統(tǒng)。ADAM-5000/TCP提供了一個(gè)10/100Base-T Ethernet自適

31、應(yīng)通信接口，通信距離不超過100m。它支持Modbus TCP技術(shù)協(xié)議，并允許工業(yè)用戶通過Ethernet進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)。來自于Schneider自動(dòng)化公司的Momentum平臺(tái)利用Ethernet作為其通信的中樞，并用于完成數(shù)據(jù)信息采集、對等通信和I/O信息采樣。在其內(nèi)部還提供了5種嵌入式Web頁面，允許利用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器就可以訪問控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備故障診斷信息。A公司提供了基于Ethernet技術(shù)的基本控制器模件H2-EBC，該模件可以嵌入到任何Direct LOGIC 205型PLC I/O機(jī)架中的CPU插槽內(nèi)，通過一般的PC機(jī)還能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制。每個(gè)基件所提供的10Base-T

32、 Ethernet通信接口具有小于1ms的I/O刷新速率，而PC機(jī)與I/O模件之間的通信傳輸速率為10Mb/s。該公司還提供了用于DeviceNet現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的低價(jià)格I/O部件(F2-DEVNETS)和SDS(F2-SDS-1)網(wǎng)絡(luò)連接器。所有3種網(wǎng)絡(luò)模件均可以廣泛支持該公司的DL205系列數(shù)字量和模擬量I/O信號(hào)。National Instruments公司為其FieldPoint型智能化分布式I/O系統(tǒng)開發(fā)了一種新的高速Ethernet接口模件。該模件采用了TCP/IP兼容的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通信速率為10/100Mb/s，利用其FP-1600模件能夠?qū)ieldPoint型I/O模件直接連

33、接到標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet和快速Ethernet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在每個(gè)Ethernet網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，開發(fā)商可以利用單個(gè)網(wǎng)絡(luò)模件與不超過9個(gè)FieldPoint型I/O模件進(jìn)行接口連接。National Instruments公司另外還推出了一種SRM6000型無線調(diào)制解調(diào)器模件，該模件采用了頻率跳變和頻譜擴(kuò)展技術(shù)，利用具有特殊特性的天線能夠傳輸20英里以內(nèi)的數(shù)據(jù)信息。在制造業(yè)的許多應(yīng)用領(lǐng)域，安裝電纜是非常昂貴的，也是存在許多問題或者不太可能的事情。而SRM6000正好能夠克服這方面所存在的具體問題，因?yàn)镾RM6000使用了902928MHz的擴(kuò)展頻譜帶寬，工業(yè)用戶并不需要任何FCC或者DOC站點(diǎn)許可證

34、就能夠運(yùn)行操作。除能夠作為一種遠(yuǎn)程調(diào)制解調(diào)器與FieldPoint通信以外，它還能夠被組態(tài)作為一種基本單元，從現(xiàn)場控制設(shè)備接收數(shù)據(jù)信息，并直接將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)到PC機(jī)上。Foxboro公司的I/A系列自動(dòng)化控制系統(tǒng)也已經(jīng)采用了數(shù)字化現(xiàn)場總線技術(shù)。該公司最近推出了幾個(gè)增強(qiáng)型平臺(tái)，包括一種新的高性能Ethernet現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和增強(qiáng)型現(xiàn)場總線I/O模件。該Ethernet網(wǎng)絡(luò)模件的開發(fā)為安裝于生產(chǎn)現(xiàn)場的智能化現(xiàn)場總線模件與遍布整個(gè)工廠范圍內(nèi)的分散型過程控制系統(tǒng)之間提供了一種安全和低價(jià)格的數(shù)字化通信鏈路。該模件利用10Mb/s技術(shù)通過Foxboro公司原來的IEEE 1118數(shù)字化現(xiàn)場總線進(jìn)一步提高了

35、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的性能特性。這種總線型設(shè)計(jì)方式用于擴(kuò)展到遠(yuǎn)程現(xiàn)場控制設(shè)備，作為一條公共干線而提供服務(wù)，統(tǒng)一所有輸入和輸出現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，而不管這些數(shù)據(jù)信息的來源或者傳輸協(xié)議。經(jīng)過重新設(shè)計(jì)的現(xiàn)場總線模件幾乎能夠與各種類型的任何工程應(yīng)用相匹配，從基本數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的整體隔離I/O模件到通道隔離的I/O模件，以及應(yīng)用于臨界控制任務(wù)的冗余I/O模件。其設(shè)計(jì)符合Divi2、Zone 2危險(xiǎn)應(yīng)用領(lǐng)域規(guī)范，還能夠通過標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌安裝于控制現(xiàn)場的公共接線盒內(nèi)，更加接近于現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。Comark公司的增強(qiáng)型分布式I/O (ADS)系統(tǒng)通過10Base-T Ethernet技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)更改。該系統(tǒng)

36、為工業(yè)用戶提供了較寬范圍內(nèi)隔離模件的選擇機(jī)會(huì)，包括數(shù)字量、模擬量、運(yùn)動(dòng)部件、定時(shí)器和通信等模件。小牛張新薇教授：關(guān)于DCS的回顧與展望(轉(zhuǎn)載)本論題共有8人回復(fù)。本文作者卞正崗先生，北京市自動(dòng)化系統(tǒng)成套工程公司暨北京清大同飛優(yōu)化控制技術(shù)有限公司副總工程師、教授級高工。關(guān)鍵詞：DCS過程工業(yè)控制站操作站數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品生命周期集成技術(shù)一 DCS的發(fā)展歷程1975年前后，大規(guī)模集成電路由4位微處理器發(fā)展成8位，在形成單板機(jī)產(chǎn)品投入工業(yè)應(yīng)用的同時(shí)，自動(dòng)化儀表行業(yè)在原來采用中小規(guī)模集成電路而形成的直接數(shù)字控制器(DDC)的自控和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合陰極射線管(CRT)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)，開發(fā)出了以集中顯示

37、操作、分散控制為特征的集散系統(tǒng)，后來逐漸統(tǒng)一稱為分散型控制系統(tǒng)(DCS)。在以后的20多年中，DCS產(chǎn)品雖然在原理上并沒有多少突破，但由于技術(shù)的進(jìn)步、外界環(huán)境變化和需求的改變，設(shè)計(jì)思想發(fā)展了，共出現(xiàn)了3代DCS產(chǎn)品。1975年至80年代前期為第一代產(chǎn)品，80年代中期至90年代前期為第二代產(chǎn)品，90年代中期至21世紀(jì)初為第三代產(chǎn)品。3代產(chǎn)品的區(qū)別，可從DCS的三大部分，即控制站、操作站和通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展來判斷。當(dāng)然，由于產(chǎn)品生命周期是個(gè)復(fù)雜的問題，加之各DCS生產(chǎn)廠家情況不同、產(chǎn)品換型年代不同及劃分產(chǎn)品年代(三四代)的觀點(diǎn)也不同，所以這有待進(jìn)一步商榷。關(guān)于控制站、操作站、通信網(wǎng)絡(luò)的情況，留待下述幾

38、節(jié)論述?，F(xiàn)先就應(yīng)用和市場情況作一分析。70年代中期，過程工業(yè)發(fā)展很快，但由于設(shè)備大型化、工藝流程連續(xù)性要求高、要控制的工藝參數(shù)增多，而且條件苛刻，要求顯示操作集中等，使已經(jīng)普及的電動(dòng)單元組合儀表不能完全滿足要求，在此情況下，業(yè)內(nèi)廠商經(jīng)過市場調(diào)查，確定開發(fā)的DCS產(chǎn)品應(yīng)以模擬量反饋控制為主，輔以開關(guān)量的順序控制和模擬量開關(guān)量混合型的批量控制(針對精細(xì)化工等行業(yè)的批量生產(chǎn)方式)，這們可以覆蓋煉油、石化、化工、冶金、電力、輕工及市政工程等大部分行業(yè)。由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)并不普及，人們已習(xí)慣于常規(guī)自動(dòng)化儀表的顯示操作，所以開發(fā)DCS應(yīng)強(qiáng)調(diào)用戶可以不懂計(jì)算機(jī)就能使用DCS；同時(shí)，用戶已習(xí)慣于在購置系統(tǒng)的同時(shí)配

39、置自動(dòng)化儀表，所以開發(fā)DCS還應(yīng)強(qiáng)調(diào)向用戶提供整個(gè)系統(tǒng)。此外，開發(fā)的DCS應(yīng)做到與中控室的常規(guī)儀表具有相同的技術(shù)條件，以保證可靠性、安全性。由此可見，當(dāng)時(shí)DCS是與常規(guī)儀表中的二次儀表(控制室儀表)共同分享市場份額的。DCS先與成套設(shè)備配套，而后逐步擴(kuò)大到工藝裝置改造上，與此同時(shí)，也分成大型DCS和中小型DCS兩類產(chǎn)品，使其性能價(jià)格比更具有競爭力。目前，世界上有數(shù)十家生產(chǎn)DCS的廠家，據(jù)ARC (Automation Research Corporation)1996年統(tǒng)計(jì)，下述排名前10家的公司占到80%以上的市場份額：Honeywell(21.6%)、Elsag Bailay (12.6%

40、，包括H&B公司)、ABB(9.7%)、Yokogawa (9.6%)、Foxboro-Eckardt (9.3%)、Fisher- Rosemount(6.0%)、Yamatake Honeywell(4.6%)、Siemens (4.0%)、Cegelec/AEG Automation system(ATT)(3.2%)、Westinghouse(3.1%)。ARC把世界市場分成四大區(qū)，即北美、EMA(歐洲、中東、非洲)、日本、亞洲(日本以外)，其中亞洲(日本以外)的市場份額為：Honeywell(27.4%)、Yokogawa(12.6%)、Foxboro-Eckardt (11

41、.4%)、ABB(8.1%)、Elsag Bailay (6.4%)、Cegelec/ATT(5.5%)、Fisher-Rosemount(4.8%)、Yamatake Honeywell (4.2%)、其他公司19.6%。世界市場的DCS分析如表所示。 ARC還對19972000年的市場進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如圖1所示(其中，一套小型DCS為10萬美元，30回路以下；一套中型DCS為50萬美元，150回路以下)。1996年整個(gè)DCS世界市場為70.08億美元，而2000年為96.37億美元；按地區(qū)分，北美占29%，EMA占31%，日本占14.5%，拉丁美洲占4%，亞洲(日本以外)占21.5%。1996

42、年亞洲市場為11.388億美元，2000年為20.67億美元。其中小型DCS市場，1996年為0.64億美元，2000年為3.18億美元；中型DCS市場，1996年為2.94億美元，2000年為6.17億美元。由上可知，亞洲D(zhuǎn)CS市場的增長是較快的，2000年約為1996年的1.8倍以上。 關(guān)于DCS應(yīng)用行業(yè)的分布，以日本國內(nèi)CENTUM系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐為例(如圖2所示)：化工(含石油化工)占50.74%，石油和天然氣占15.73%，鋼鐵占7.72%，水處理(自來水廠等)占4.81%，有色金屬占4.24%，紙漿和造紙占8.25%，其他占8.4%。當(dāng)然這個(gè)比例與日本國情有關(guān)，如其中未計(jì)入電力。一方面

43、是橫河公司雖然在鍋爐控制方面的應(yīng)用實(shí)例很多，但總體而言，其產(chǎn)品并未進(jìn)入火力發(fā)電行業(yè)。實(shí)際上日本電力行業(yè)應(yīng)用DCS是比較多的，日本東芝、富士、三菱、日立等公司火力發(fā)電設(shè)備均由本公司產(chǎn)的DCS配套；日本貝利公司的DCS，在日本電力市場中占有率也較高。日本是比較重視DCS發(fā)展的國家，橫河公司在推出CS1000和CS3000之前，共生產(chǎn)1萬多套DCS，其中CENTUM約為4000套，其余為uXl和YEWPACK、YEWPACK MARKII中、小型DCS，僅uXl就向中國銷售2000多套。正是由于DCS產(chǎn)品的發(fā)展，帶動(dòng)了整個(gè)日本自動(dòng)化儀表行業(yè)的發(fā)展，日本內(nèi)需與出口之比約為3:1(大型DCS)或3:2(

44、中小型DCS)。我國從70年代中后期起，首先由大型進(jìn)口設(shè)備成套中引入國外的DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進(jìn)口項(xiàng)目。同時(shí)國內(nèi)開始自己研制和設(shè)計(jì)選用國外的DCS，經(jīng)過20多年的努力，國內(nèi)已有多家生產(chǎn)DCS的廠家，其產(chǎn)品應(yīng)用于大中小各類過程工業(yè)企業(yè)，其中和利時(shí)、浙大中控、上海新華3家已具有相當(dāng)規(guī)模。目前國外DCS產(chǎn)品在國內(nèi)市場中占有率還較高，其中以采用Honeywell、橫河兩公司產(chǎn)品為多。國內(nèi)應(yīng)用DCS的行業(yè)以煉油、石化、化纖為多，已使用了700多套DCS，其他還有化工、冶金、電力、輕工等行業(yè)。我國石化行業(yè)應(yīng)用水平較高，自動(dòng)投運(yùn)率在90%以上，維護(hù)水平也較高，目前正向充分發(fā)揮DCS性能和開展先進(jìn)

45、控制和優(yōu)化的方向發(fā)展。我國DCS的市場增長率高，年增長率約為20%，據(jù)有關(guān)部門估計(jì)，DCS的年市場需求為3035億元，由于DCS在石化行業(yè)大型自控裝置中近5年內(nèi)沒有可替代產(chǎn)品，所以今后幾年其市場增長率不會(huì)下降。據(jù)估計(jì)，到2005年，我國石化行業(yè)有1000多套裝置需要應(yīng)用DCS控制；電力系統(tǒng)每年新裝1000多萬千瓦發(fā)電機(jī)組，需要DCS實(shí)現(xiàn)監(jiān)控；并且不少企業(yè)已使用DCS近1520年，需要改造和設(shè)備更新。所以，今后5年內(nèi)，DCS作為自動(dòng)化儀表行業(yè)主要產(chǎn)品的地位不容置疑，但必須進(jìn)一步改善其功能，并兼容各種新技術(shù)，降低價(jià)格，提高應(yīng)用水平。二 DCS控制站DCS系統(tǒng)中，控制站繼承了DDC技術(shù)，它是一個(gè)完整

46、的計(jì)算機(jī)，實(shí)際運(yùn)行中可以在不與操作站及網(wǎng)絡(luò)相連的情況下，完成過程控制策略，保證生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行。從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說，控制站屬于過程控制專用計(jì)算機(jī)，其特點(diǎn)是第一代采用8位微處理器，第二代采用16位微處理器，第三代采用32位微處理器，這對于中小型DCS控制器來說比較確切。大型DCS控制站對中央處理器要求較高，必須為專用的處理器，準(zhǔn)16位和準(zhǔn)32位運(yùn)算方式；第二代DCS控制站采用精減指令系統(tǒng)(Reduced Instruction Set Computer, RISC)；第三代DCS控制站采用多CPU分別用于控制運(yùn)算、冗余切換、通信等操作?？刂普咀鳛橐粋€(gè)完整的計(jì)算機(jī)，它的主要I/O設(shè)備為現(xiàn)場的輸入

47、、輸出處理設(shè)備，以及過程輸入/輸出(P I/O)，包括信號(hào)變換與信號(hào)調(diào)理，A/D、D/A轉(zhuǎn)換。它在第二代和第三代產(chǎn)品中已陸續(xù)采用了嵌入式技術(shù)，并采用單片機(jī)等完成量程調(diào)整、遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)傳輸、小型化、減少P I/O卡硬件規(guī)格等功能，直至連接智能化的現(xiàn)場變送器或接受采用現(xiàn)場總線技術(shù)的數(shù)字信號(hào)。在信號(hào)變換過程中采用隔離技術(shù)以防止來自現(xiàn)場的干擾信號(hào)，這是至關(guān)重要的；與現(xiàn)場連接的端子及輸入、輸出信號(hào)的物理位置的方便確認(rèn)也是用戶非常關(guān)心的。這些在DCS控制站的更新?lián)Q代中，都有很大改進(jìn)。在這方面，原來生產(chǎn)自動(dòng)化儀表的廠家表現(xiàn)尤佳，所以說DCS是繼承了自動(dòng)化儀表技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。關(guān)于DCS控制站的系統(tǒng)軟件，原

48、則上也有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、編程語言及編譯系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、自診斷系統(tǒng)等，只是完善程度不同而已。第一代DCS控制站的功能更近似于多回路調(diào)節(jié)器，而且每個(gè)控制站都可以配置人機(jī)界面和備用操作器；第二代DCS控制站的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及程序編譯系統(tǒng)比較完整，編程語言有面向過程語言和高級語言，控制策略的組態(tài)由操作站或工作站在與控制站聯(lián)機(jī)的情況下，完成編譯和下裝；第三代DCS控制站的系統(tǒng)軟件齊全，操作站或工程師站可以完成離線組態(tài)及在線修改控制策略。為了完成控制策略，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)功能模塊及模塊之間連接的功能，可構(gòu)成反饋控制回路，這在3代DCS控制站中變化不大，而且是不斷積累完善的過程，如PID算法等典型的數(shù)值計(jì)算就是如此。

49、目前典型的功能模塊有50多種，這是DCS 廠家的專有技術(shù)。對于順序控制和批量控制組態(tài)編程，各種DCS控制站采用不同的方法，直到近年來才向IEC 61131-3編程語言標(biāo)準(zhǔn)靠攏。DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要來自現(xiàn)場的信號(hào)和各種變量，在控制站中表現(xiàn)為與工位號(hào)對應(yīng)的相關(guān)測量值(PV)、設(shè)定值(SV)、操作輸出值(MV)及回路狀態(tài)等。這些數(shù)據(jù)被采集到DCS控制站相應(yīng)的存儲(chǔ)器里，構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。其他屬于與工位號(hào)有關(guān)的組態(tài)信息，如量程、工程單位、回路連接信息、順序控制信息等，也在控制站中存儲(chǔ)，但同時(shí)必須在操作站或工程師站中存儲(chǔ)，而且有映像關(guān)系。至于歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，一般不是在DCS控制站完成。在完善DDC直接數(shù)字控制技

50、術(shù)中，對A/D、D/A轉(zhuǎn)換及控制算法，分別引入掃描周期和控制周期概念，在第二代、第三代DCS控制站中，掃描周期可以比缺省值的1s更短，如可以選用0.2 0.5s，以滿足少數(shù)快速反應(yīng)的控制對象的要求。對于第一代、第二代DCS控制站，為了完成回路控制以外的順序控制、批量控制及數(shù)據(jù)采集，分別開發(fā)了不同型號(hào)、規(guī)格的控制站產(chǎn)品；而第三代控制站因?yàn)槠涔δ芎軓?qiáng)大，對開關(guān)量和模擬量處理能力很強(qiáng)，所以一般不做區(qū)分。大型DCS的一臺(tái)控制站可以完成上百個(gè)回路的控制，其容錯(cuò)技術(shù)完善，可靠性、安全性強(qiáng)，所以“分散控制以消除危險(xiǎn)”的初衷已很難體現(xiàn)。當(dāng)然，對于一個(gè)有多套工藝裝置和一個(gè)中控室的工廠，每套裝置就近安裝一臺(tái)控制站

51、的大系統(tǒng)來說，這也是一種分散型控制，只是對控制站的可靠性要求更高了。中小型DCS控制站，以控制1632回路為限，分散性較易為人們所接受。目前小型DCS所占有的市場，已逐步與PLC、IPC、FCS共享，今后小型DCS可能首先與這3種系統(tǒng)融合，而且“軟DCS”技術(shù)將首先在小型DCS中得到發(fā)展?？刂普臼钦麄€(gè)DCS的基礎(chǔ)，它的可靠性和安全性最為重要，死機(jī)和控制失靈的現(xiàn)象是絕對不允許的，而且冗余、掉電保護(hù)、抗干擾、構(gòu)成防爆系統(tǒng)等方面都應(yīng)很有效而可靠，才能滿足用戶要求。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，絕大多數(shù)廠家的DCS控制站是能夠勝任用戶要求的。三 DCS操作站DCS操作站具有操作員功能、工程師功能、通信功能和高級

52、語言功能等，其中工程師功能中包括系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)通用(Utility)功能。實(shí)際的DCS操作站是典型的計(jì)算機(jī)，它與控制站不同，有著豐富的外圍設(shè)備和人機(jī)界面。70年代中期，CRT顯示器技術(shù)已成熟，以外部存儲(chǔ)器溫氏硬盤為特征，第二代DCS操作站還具有如下特點(diǎn)：操作站和工程師站(或稱工作站)分開，也有公司將操作站的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用硬盤(歷史模件)和高級語言應(yīng)用站(應(yīng)用模件)分別獨(dú)立掛在通信網(wǎng)絡(luò)上；操作系統(tǒng)除采用DOS系統(tǒng)以外，有的產(chǎn)品采用Unix等操作系統(tǒng)；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存性能逐漸完善；在人機(jī)界面方面，逐漸過渡為以GUI圖形用戶界面為平臺(tái)并采用鼠標(biāo)，組態(tài)時(shí)制作流程圖和控制回路圖等采用菜單、窗口、

53、CAD技術(shù)等，使人機(jī)界面友好。第三代DCS操作站是在個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)及Windows操作系統(tǒng)普及和通用監(jiān)控圖形軟件已商品化的基礎(chǔ)上誕生的，面對用戶要求的DCS系統(tǒng)應(yīng)具有開放性、便于系統(tǒng)集成和操作、與Windows一致等。目前大多數(shù)DCS操作站已采用高檔PC機(jī)或工控機(jī)，Windows NT(或Windows 98)操作系統(tǒng)，客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)結(jié)構(gòu)，DDE(動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換)或OPC(用于過程控制對象鏈接嵌入)接口技術(shù)，以太網(wǎng)接口與管理網(wǎng)絡(luò)相連。在采用通用監(jiān)控圖形軟件(如iFIX、Intouch等)這一點(diǎn)上，各DCS廠家做法不一，有的以此為平臺(tái)，形成“軟DCS”操作站，這多用于中小型DCS，或

54、以此類軟件為核心，進(jìn)行二次開發(fā)；大多數(shù)DCS廠家對原來的組態(tài)軟件進(jìn)行改造，使之符合上述特點(diǎn)，滿足系統(tǒng)開放要求。操作站要實(shí)現(xiàn)其多項(xiàng)功能，必須完成數(shù)據(jù)組織和存儲(chǔ)兩方面任務(wù)，如與工位號(hào)相關(guān)的一些數(shù)據(jù)，在操作站中要對由控制站某端與現(xiàn)場儀表相連的、由物理位置而決定的工位規(guī)定工位號(hào)(即特征號(hào)或標(biāo)簽Tag)和工位說明(可以用漢字)，使之與工藝對象一致，以保證工藝操作人員的操作。工位號(hào)可以在整個(gè)DCS系統(tǒng)中通用。其他還有系統(tǒng)配置、操作標(biāo)記、趨勢記錄、歷史數(shù)據(jù)管理、總貌畫面組態(tài)、控制站組態(tài)、工藝單元或區(qū)域組態(tài)等，這些均組織成文件，最終形成數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)在硬盤的相應(yīng)區(qū)域，使數(shù)據(jù)具有獨(dú)立性和共享性，保證數(shù)據(jù)的完整性和

55、安全性。DCS系統(tǒng)組態(tài)、操作站組態(tài)、控制站組態(tài)均有相應(yīng)軟件，為DCS用戶的工程設(shè)計(jì)人員提供人機(jī)界面。在工程設(shè)計(jì)中，第一代、第二代DCS均采用先讓DCS用戶的工程設(shè)計(jì)人員填寫工作單或繪制組態(tài)圖(或稱SAMA圖)，再在操作站或工程師站上鍵入生成，形成應(yīng)用軟件，同時(shí)拷貝出軟盤的方式。在第三代DCS中，逐步向無紙化和在PC機(jī)上完成工程設(shè)計(jì)的方式過渡。操作員的操作主要依靠流程圖畫面和標(biāo)準(zhǔn)的總貌畫面、分組畫面等，采用標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、鼠標(biāo)和操作員專用鍵盤，這是DCS的特點(diǎn)，要經(jīng)過專門培訓(xùn)才能被工藝操作人員接受。在多屏幕的情況下，操作的最后有效原則、各屏幕畫面等同化顯示及按工位號(hào)調(diào)用或按專用鍵調(diào)出畫面的速度或畫面定

56、時(shí)刷新問題，報(bào)警按時(shí)序顯示記錄問題，都陸續(xù)得到解決。操作站死機(jī)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，當(dāng)然這與DCS制造工藝、用戶使用操作等都有關(guān)系，但從操作站的操作系統(tǒng)上解決問題才是徹底的方法。目前，這個(gè)問題已經(jīng)不嚴(yán)重，但要徹底解決，還有待時(shí)日。四 數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)在DCS系統(tǒng)誕生時(shí)，主要解決一個(gè)生產(chǎn)裝置中幾個(gè)控制站和一個(gè)或幾個(gè)操作站之間的數(shù)據(jù)通信問題；第二代DCS則解決多個(gè)裝置的DCS互聯(lián)問題；第三代DCS則解決一個(gè)工廠的多個(gè)車間互聯(lián)及與全廠計(jì)算機(jī)管理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的問題，這是總的設(shè)計(jì)思想。在實(shí)際應(yīng)用中，如石化行業(yè)，DCS一直多用在一個(gè)生產(chǎn)裝置范圍內(nèi)的多機(jī)通信系統(tǒng)中，而且控制站和操作站均集中放置在控制室內(nèi)。電力行業(yè)、冶金行

57、業(yè)、自來水行業(yè)則將控制站分散放在樓上、樓下、生產(chǎn)線上或分散的地域處，與集中放置操作站的控制室總距離一般也多在1km以內(nèi)。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，全廠各生產(chǎn)車間用DCS 的通信總線相連的實(shí)例較少，所以在第三代DCS中DCS通信功能的發(fā)展是與全廠管理網(wǎng)絡(luò)(以太網(wǎng))技術(shù)相融合，逐漸實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)由多重結(jié)構(gòu)向扁平化過渡，所以，第三代DCS的通信系統(tǒng)特點(diǎn)是具有開放性。DCS系統(tǒng)的規(guī)模與通信能力有關(guān)系，但是用這作為劃分第一、二代DCS的方法還不妥，應(yīng)該說第一、二代DCS的信道和傳輸速率有變化，即第一代DCS采用雙絞線信道或同軸電纜，速率在1Mb/s以下，第二代DCS采用同軸電纜或光纖，通信速率為110Mb/s。也有人認(rèn)為，第一代DCS通信為數(shù)據(jù)高速公路，第二代DCS通信為局域網(wǎng)。有些DCS廠家還把DCS系統(tǒng)構(gòu)成多種總線互聯(lián)的結(jié)構(gòu)，如Honeywell公司把70年代的DHW(Data High Way)總線