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xxy811225
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樓主  發(fā)表于: 2007-10-13 20:51
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I/O板、操作站和通訊網(wǎng)絡(luò)。控制器相對來講變化要小一些。操作站主要表現(xiàn)在由專用機(jī)變化到通用機(jī),如PC機(jī)和小型機(jī)的應(yīng)用。但是目前它的操作系統(tǒng)一般采用UNIX,也有小系統(tǒng)采用NT,相比較來看UNIX的穩(wěn)定性要好一些,NT則有死機(jī)現(xiàn)象。I/O板主要體現(xiàn)在現(xiàn)場總線的引入DCS系統(tǒng)。
      從理論上講,一個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,有時也由于DCS廠家技術(shù)人員工藝知識的局限性而引起,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BAILEY的產(chǎn)品則在電力行業(yè)應(yīng)用比較普遍。用戶在選擇DCS的時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);最后是價格,不同的組合價格會有較大的差異,而國產(chǎn)的DCS系統(tǒng)價格比進(jìn)口的DCS至少要低一半,算上備品備件則要低得更多。
      DCS由四部份組成:I/O板、控制器、操作站、通訊網(wǎng)絡(luò)。I/O板和控制器國際上各DCS廠家的技術(shù)水平都相差不遠(yuǎn),如果說有些差別的話是控制器內(nèi)的算法有多有少,算法的組合有些不一樣,I/O板的差別在于有的有智能,有些沒有,但是控制器讀取所有I/O數(shù)據(jù)必須在一秒鐘內(nèi)完成一個循環(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,最好的是例外報告方式,根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn),其速度要相差七八倍。 
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1樓  發(fā)表于: 2007-10-13 20:52
  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。控制器I/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)界面還有動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。
    一個DCS系統(tǒng)控制器和I/O部件通常可以運(yùn)行16-20年,而操作站因?yàn)橛谢顒硬考员容^容易損壞,如:硬盤、鍵盤、CRT、軟驅(qū)等,運(yùn)行6-8年后出現(xiàn)故障的概率就比較大,所以在DCS運(yùn)行過程中,操作站更新的情況比較多。
    DCS的控制器的變化較小。其變化表現(xiàn)在控制算法的安排、控制算法的多少,存取的 I/O點(diǎn)數(shù)的多少和內(nèi)存的大小等,操作系統(tǒng)一般都是專用的。操作站的變化就很大,八十年代以前的操作站,一般沒有硬盤及動態(tài)流程圖,能顯示的標(biāo)簽數(shù)比較少,例如500個標(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個標(biāo)簽的操作站,九十年代出現(xiàn)了能顯示30000個標(biāo)簽的操作站。同時,也出現(xiàn)了在微軟的NT通用平臺上運(yùn)行的通用顯示軟件。開始,通用軟件只在PLC的操作站上使用,后來也逐漸應(yīng)用在DCS上。它的標(biāo)簽量可以達(dá)到10000個,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)時是無硬盤、無動態(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MCS PULS,它是SCSI接口,可以有30000個標(biāo)簽點(diǎn),當(dāng)時在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WINDOWS NT、通用微機(jī)為基礎(chǔ)的Conductor NT。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)動軟件而成。由于銷售量不大,磨合的機(jī)會少,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平臺上。實(shí)際上,它仍然是在MCS操作站的MTOS操作系統(tǒng)平臺上,開發(fā)了一個與VMS通訊的驅(qū)動軟件,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、OIS41、OIS42主機(jī)性能較差,所以操作站的性能提高不明顯。直到OIS43 Alpha芯片的出現(xiàn),性能才得到提高。同時,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,故價格較高,更重要的一點(diǎn)是DEC公司被COMPAQ公司兼并,Alpha機(jī)255/233停止生產(chǎn),這給BAILEY公司和用戶無疑是雪上加霜。
    二.八十年代中期,因?yàn)镻LC操作站的開發(fā)都不太成功,一些軟件公司就開發(fā)了通用的監(jiān)控軟件,且很快就被PLC制造廠家所采用。如:FIX、INTOUCH、ONSPEC等(一共有上百種),由于市場前景較好,所以軟件開發(fā)商又開發(fā)了許多PLC的驅(qū)動軟件。到了九十年代,又開發(fā)了DCS的驅(qū)動軟件。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,NT操作系統(tǒng)下,把FIX作為監(jiān)控軟件,并開發(fā)了能與多種DCS通訊的對應(yīng)驅(qū)動軟件,標(biāo)簽量為10000個。因?yàn)镕IX軟件在世界各地已經(jīng)銷售了90000套,它與各種PLC、DCS和NT系統(tǒng)磨合較好,這種操作站可以運(yùn)用在多種PLC、DCS操作站上。在INFI-90系統(tǒng)上應(yīng)用已經(jīng)有幾千臺。如:新西蘭的一家造紙廠,原來已經(jīng)運(yùn)行有CONDUCT NT,后來還是改用OPsCon。
    通用操作站的出現(xiàn),給DCS用戶帶來了以下方便:
    1、 不必再為原DCS生產(chǎn)廠家是否倒閉、兼并,該型產(chǎn)品是否已經(jīng)停產(chǎn)、備件是否能夠找到而操心。
    2、 由于通用操作站的適用面廣,相對生產(chǎn)量大,成本下降,因而可以節(jié)省用戶的經(jīng)費(fèi)。維護(hù)費(fèi)用也比較少。
    3、 采用通用系統(tǒng)要比使用各種不同的專用系統(tǒng)更為簡單,用戶也可減少人員培訓(xùn)的費(fèi)用。
    4、 更新和升級容易。
    5、 開放性能好,很容易建立生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)。
    因此,通用操作站是DCS的發(fā)展方向。
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2樓  發(fā)表于: 2007-10-13 20:53
  被控制對象確定以后,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),從工程項目的實(shí)施來看,本質(zhì)差別不大,主要考慮項目規(guī)模和投資預(yù)算,但DCS與模擬儀表相比,它更為復(fù)雜,技術(shù)性要求更高,下面我來談?wù)凞CS系統(tǒng)選型中的幾個問題。從理論上來講,DCS可以用與不同的工藝過程,它是通用的,但是,DCS的制造廠家專長與某一領(lǐng)域。如:HOMEYWELL主要用于石化部門,BAILEY公司的N90、INFI90主要用于電力系統(tǒng),ROSEMOUNT的RS3、Δ-V大多用于化工系統(tǒng)。但也不能否認(rèn)不同工藝過程會有一些特殊要求,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)龋x型時也要考慮這些因素。
      第二點(diǎn)就是經(jīng)濟(jì)性,應(yīng)該從DCS本身價格和預(yù)計所創(chuàng)效益角度考慮。DCS有國產(chǎn)的和進(jìn)口的,對相同檔次而言,進(jìn)口的控制功能強(qiáng)一些,有一些先進(jìn)的控制算法,如Smith預(yù)估、三維矩陣運(yùn)算等,國產(chǎn)DCS價格要比進(jìn)口的低很多,也能滿足技術(shù)要求。從結(jié)構(gòu)上來看,國外DCS的控制器各廠家差別不太遠(yuǎn),控制器的預(yù)置算法稍有差別,控制器與I/O板的連接方式也有所不同。而操作站區(qū)別較大。有以PC機(jī)為基礎(chǔ)的,有以小型機(jī)為基礎(chǔ)的,操作系統(tǒng)一般選用UNIX類系統(tǒng)。小型機(jī)的價格要比PC機(jī)高很多,進(jìn)口小型機(jī)操作站的價格要高于四萬美金,而且許多機(jī)型已經(jīng)停產(chǎn)(如DEC公司的VAX機(jī)和α機(jī))。PC機(jī)的操作站不到三萬美金,它的操作系統(tǒng)采用NT,其穩(wěn)定性沒有UNIX好。小型機(jī)的接口采用SCSI,傳輸速率是串行的8倍之多。以NT操作系統(tǒng)作為操作站的,點(diǎn)數(shù)要少一些,不然會頻繁死機(jī),國產(chǎn)的PC機(jī)更便宜得多,采用PC機(jī)操作站,可以采用最新的機(jī)型,操作人員對軟件的安裝、調(diào)試、聯(lián)網(wǎng)和開發(fā)也要熟悉得多。監(jiān)視軟件有專用的也可以用通用的,通用的監(jiān)視軟件開放性要好一些,用戶應(yīng)按照項目的規(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格貴的主要原因,各個DCS系統(tǒng)在這方面差別比較大。
      把控制器和操作站聯(lián)系起來的通訊網(wǎng)絡(luò)也要考慮,如果采用通用的以太網(wǎng),則網(wǎng)卡等價格很低,專用的網(wǎng)絡(luò)接口很貴,最貴可以達(dá)到20000美金。
      因此,經(jīng)濟(jì)性與很多因素有關(guān),有時外商給你報價降下來,實(shí)際是改變了一些結(jié)構(gòu)而已,并沒有給你什么優(yōu)惠,甚至他的利潤還增加了。這時可取的辦法是聯(lián)系國內(nèi)類似的單位和請教有經(jīng)驗(yàn)的專家。
      第三點(diǎn)就是承包方的技術(shù)力量,也就是承包方對哪一工藝過程和DCS本身比較熟悉。如經(jīng)常做化工控制系統(tǒng)的承包商來做軋制的控制系統(tǒng),他對活套的控制、卷曲的控制和張力的控制等就不太熟悉,做的工程就不會太好。如果承包方對DCS本身不熟悉,控制器做的太大時會產(chǎn)生死機(jī)。不少工廠都購買了不同廠家的DCS系統(tǒng),我們稱之為“八國聯(lián)軍”狀態(tài),此時更要選擇技術(shù)力量比較強(qiáng)的單位抓總,而不宜選擇某一個國外廠商作為承包商。
      第四點(diǎn)是售后服務(wù),國外廠商通常情況下配品、備件供應(yīng)價格高,且不能及時提供。DCS用戶應(yīng)選擇廠商實(shí)力雄厚的,技術(shù)力量強(qiáng)的、境內(nèi)技術(shù)支持好的廠家。計算機(jī)技術(shù)發(fā)展很快,DCS廠家也會不斷更新它的產(chǎn)品,新舊產(chǎn)品兼容性要好才行,個別廠家新舊系統(tǒng)不兼容,系統(tǒng)升級時造成很大損失。國內(nèi)的DCS廠家配品、備件供應(yīng)比較及時,售后服務(wù)方面做的也比較好。
      第五點(diǎn)是關(guān)于DCS的技術(shù)先進(jìn)性,指系統(tǒng)采用了經(jīng)過驗(yàn)證的最新技術(shù),并有發(fā)展前途和生命力,包括DCS系統(tǒng)的開放和互聯(lián),現(xiàn)場總線的應(yīng)用,第三方軟件的支持等。這里要注意的一點(diǎn)是:有些廠家為了占領(lǐng)市場,把一些不成熟的產(chǎn)品推到第三世界,如五、六年前DCS缺少小型系統(tǒng),有的廠家把不太成熟的小型系統(tǒng)推到用戶,結(jié)果這270多套系統(tǒng)基本都已經(jīng)提前退役。早在1983年,某外國公司推銷的DCS,在電源出現(xiàn)故障并復(fù)電后,控制器的輸出是任意的,此時閥門的位置就很危險,這種產(chǎn)品本不能出廠,但還是賣給了我們國家,結(jié)果購買單位基本上沒有運(yùn)行。
      總之,DCS從七五年到現(xiàn)在已經(jīng)有二十多年的應(yīng)用歷史了,可靠性方面基本都能達(dá)到要求,建立系統(tǒng)時選型是一個非常重要的環(huán)節(jié),我們不但主要考慮項目規(guī)模和投資預(yù)算,還要考慮到一系列其它的因素,選型是否恰當(dāng)往往從一開始就決定了該系統(tǒng)今后的命運(yùn),萬萬不可掉以輕心。 


DCS動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器

  DCS系統(tǒng)屬于基礎(chǔ)自動化,MIS系統(tǒng)側(cè)重于辦公自動化。這兩者在反映速度上的區(qū)別很大,DCS是屬于秒級的,而MIS是以小時或更長時間為單位的。所以這兩者之間必須要有隔離設(shè)備,這個隔離設(shè)備就是動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。它的功能是生產(chǎn)過程監(jiān)控;歷史數(shù)據(jù)的存儲及管理;統(tǒng)計質(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)傳給操作站和動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器是采集生產(chǎn)全過程的模擬信號或邏輯信號,所以它的采集速度是海量的。要經(jīng)過數(shù)據(jù)淘金,將信號送到生產(chǎn)管理部門。
      通常情況下,一個企業(yè)往往有幾種不同牌號的DCS、PLC,要把這幾種信號都集中到動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器中,最好要選擇一個通用顯示平臺。在這個平臺上來顯示不同型號的DCS、PLC的信號。通用顯示平臺可采用FIX、INTOUCH、組態(tài)王、Synall等軟件,開發(fā)各種DCS和PLC的驅(qū)動軟件。
      最近出廠的DCS采用通用操作站,它采用NT操作系統(tǒng),監(jiān)控軟件就是FIX、INTOUCH. 不同DCS型號采用不同的驅(qū)動軟件。各種DCS之間信號傳輸采用OPC服務(wù)器聯(lián)接,也可以把少量的信號送到MIS系統(tǒng)的服務(wù)器中。FIX、INTOUCH等軟件都能存儲歷史數(shù)據(jù),幾十個信號可存儲280天之多。如要存儲更多的歷史數(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),通過計算機(jī)接口單元建立動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器,監(jiān)控軟件仍然可以使用通用的,在NT平臺上運(yùn)行,但它的數(shù)據(jù)只能上行,不能下行。在設(shè)計MIS系統(tǒng)過程中,最好使用動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器,不要把DCS和PLC數(shù)據(jù)直接送到Web否則會影響到DCS、PLC的正常運(yùn)行。至于究竟需要建立多少個動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器,由所需采集的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)安全決定。一般情況下,可達(dá)10000點(diǎn)。
   

多屏操作站和操作站的后門網(wǎng)絡(luò)

  一個DCS系統(tǒng)可以有好幾臺操作站,每一臺操作站可以顯示一樣的內(nèi)容,也可以是不一樣的內(nèi)容。對于電廠來說,一臺300MV的發(fā)電機(jī)組,工藝過程比較集中,通常采用2臺操作站冗余運(yùn)行認(rèn)為是比較合適的。但對于大型機(jī)組,由于它的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)較多,一個顯示器不夠用,最好有多個顯示器。這時的監(jiān)控軟件應(yīng)該能支持多屏幕。早期的DCS都采用在操作站的主機(jī)上加分屏卡,如加2分屏,4分屏的分屏卡,分別可連接2臺CRT或4臺CRT。用這種方法以增加人機(jī)界面。對于除電廠以外的生產(chǎn)工藝,如水泥廠,鋼鐵廠,一個生產(chǎn)工藝很長,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,一臺操作站往往和一部分生產(chǎn)工藝相對應(yīng)。比如水泥廠的回轉(zhuǎn)窯和磨機(jī)相隔距離很遠(yuǎn),操作站可以安裝在兩個地方。這時一臺操作站配置一臺打印機(jī)。如果其中一臺操作站的主機(jī)壞了,這臺操作站顯示的內(nèi)容就沒有了。為了系統(tǒng)的安全運(yùn)行,采用標(biāo)簽的重疊組態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。如該系統(tǒng)有兩臺操作站,分別為A站和B站,該系統(tǒng)有2000個標(biāo)簽,A、B操作站要分別組態(tài)1300個標(biāo)簽,其中300個標(biāo)簽是重疊的。即使A操作站發(fā)生故障,只用要B操作站正常運(yùn)行,系統(tǒng)照常工作。因?yàn)橹匾臉?biāo)簽在B操作站上都有了。值得注意的是,由于重疊組態(tài)也會帶來負(fù)面影響。會使得A、B操作站的管理人員責(zé)任不明確。
    由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展,人機(jī)界面的數(shù)量可以不限。操作站分為主站和從站。主站連在DCS網(wǎng)絡(luò)上。通過DCS網(wǎng)絡(luò)接口,直接從DCS網(wǎng)絡(luò)上讀取控制器數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。主站的數(shù)量是由接口的數(shù)量決定的。從站則與主站相連。它沒有數(shù)據(jù)庫,在顯示流程圖畫面時,由主站顯示完整的工藝畫面,而從站就顯示主站的工藝畫面。從站的數(shù)量是不限的。不論是主站,還是從站,都用后門網(wǎng)絡(luò)連接起來。有了后門網(wǎng)絡(luò),系統(tǒng)維護(hù)時,各操作站之間可作文本拷貝。系統(tǒng)運(yùn)行時,即使其中一臺主操作站發(fā)生故障,它的從站可作為另一臺主站的從站。在網(wǎng)絡(luò)中,接進(jìn)打印服務(wù)器,服務(wù)器有許多通道,幾臺操作站共用一臺或幾臺打印機(jī)。連接主站和從站的這個網(wǎng)絡(luò)與DCS網(wǎng)絡(luò)沒有關(guān)系。所以就稱為后門網(wǎng)絡(luò)。早期的后門網(wǎng)絡(luò)采用ARCNET,后來由于有的DCS系統(tǒng)的操作站主機(jī)采用DEC的小型機(jī),后門網(wǎng)絡(luò)就采用DECNET或以太網(wǎng)。在操作站作標(biāo)簽組態(tài)時,是否要把重要的I/O點(diǎn)重疊組態(tài)要由用戶確定。
    采用通用操作站以后,系統(tǒng)就成為開放的,各主站和各從站之間用以太網(wǎng)連接,從站的數(shù)量不限。為了提高后門網(wǎng)絡(luò)的可靠性,以太網(wǎng)的低廉,通常采用雙網(wǎng)。可以做到遠(yuǎn)程操作。 在局部的地域用網(wǎng)絡(luò),會帶來很大的方便。如果過程控制與INTERNET網(wǎng)絡(luò)相連,會受到病毒或黑客的侵入。一定要加安全級別、數(shù)據(jù)單向傳輸和加防火墻。
    以太網(wǎng)之間的協(xié)議遵從OSI模型(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、會話層、表示層和應(yīng)用層。
    物理層描述傳輸介質(zhì)、連接器和信號脈沖標(biāo)準(zhǔn)。中繼器或集線器(hub)也是物理層的設(shè)備,它與傳輸?shù)男畔木唧w內(nèi)容無關(guān)。幀是發(fā)送到介質(zhì)上的一組數(shù)字脈沖。用以傳輸信息。幀的大小為64-1518字節(jié)。幀包括預(yù)同步信號,消息頭、數(shù)據(jù)信息和幀校驗(yàn)序列。中繼器或集線器(hub)僅僅放大導(dǎo)線中的電信號,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)能與多個物理層標(biāo)準(zhǔn)(雙絞線線纜、光纜)和多個網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)一起工作。將網(wǎng)絡(luò)的物理方面(線纜和數(shù)字脈沖)與軟件和數(shù)據(jù)流的抽象世界連接起來。在網(wǎng)絡(luò)里傳的信息是以幀的格式傳輸?shù)摹T趲杏邢㈩^和尾,數(shù)據(jù)報包到幀里。檢測錯誤,調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流量。幀消息由源和目標(biāo)介質(zhì)訪問控制(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)識別是誰發(fā)送的信息,信息發(fā)送到哪里。幀消息頭包含兩個區(qū)域,用以識別傳輸?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)名字或號碼。是所有上層的基石,單位是數(shù)據(jù)報(datagram)單位如網(wǎng)絡(luò)的IP數(shù)據(jù)報傳遞協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層功能的例子。網(wǎng)址這一術(shù)語,根據(jù)采用的協(xié)議不同,叫法也不同。采用IP,叫做子網(wǎng)(subnet)。
    傳輸層處理數(shù)據(jù)的實(shí)際操作,并準(zhǔn)備通過網(wǎng)絡(luò)傳送。如果數(shù)據(jù)太大而不能作為一個幀,傳輸層將其分解為更小的部分,并編制序號,序號允許其它系統(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)。
    會話層處理兩個或多個系統(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)請求。
    如果系統(tǒng)正在運(yùn)行多個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序,會話層負(fù)責(zé)保持正確通信順序,保證進(jìn)入的數(shù)據(jù)引到正確的應(yīng)用程序。
    表示層保證數(shù)據(jù)可以用于應(yīng)用程序的形式接收。它的任務(wù)是編碼和解碼。
    應(yīng)用層的任務(wù)是確定何時要求訪問網(wǎng)絡(luò)資源。
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3樓  發(fā)表于: 2007-10-13 20:56
異種系統(tǒng)的互聯(lián),時間同步和SDSL技術(shù)

  一個企業(yè)特別是大中型企業(yè)有許多工藝過程,每一個工藝過程都有相對獨(dú)立性。在不同時期建設(shè)或不同時間進(jìn)行技術(shù)改造,一定會采用不同型號的DCS系統(tǒng),設(shè)備連鎖和控制等會采用幾種不同型號的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)和時間同步就成為很重要的問題。早期DCS和PLC的互連是采用把PLC作為DCS的一個輸入板,DCS專們設(shè)計一塊與PLC的接口板,與DCS的本身的I/O板連在同一條I/O總線上。控制器讀入PLC來的信號,通過DCS的網(wǎng)絡(luò)把PLC的信號送到DCS操作站上。這樣互連的辦法有一個大的缺點(diǎn)是:PLC的快速信號在慢速反應(yīng)的DCS的操作站上顯示。經(jīng)測定,一個微動開關(guān)的動作要經(jīng)過幾秒以上的時間才能在DCS的操作站上表現(xiàn)出來。有的DCS甚至需要8秒。另一個互聯(lián)辦法是把PLC的個別信號用硬線連到DCS的輸入板上,這樣輸入的點(diǎn)數(shù)很少,成本比較高。有的DCS在DCS網(wǎng)絡(luò)上設(shè)計一個結(jié)點(diǎn),該結(jié)點(diǎn)專門用來讀取PLC的信號。把PLC的信號送入DCS的網(wǎng)絡(luò)是比較困難的。缺點(diǎn)是開發(fā)接口的費(fèi)用很高。即使開發(fā)成功,接口也經(jīng)常發(fā)生故障。一個典型例子是燃汽輪機(jī)和鍋爐聯(lián)合發(fā)電的電廠,燃汽輪機(jī)從美國或其它國家進(jìn)口,燃汽輪機(jī)的控制系統(tǒng)(PLC)和主設(shè)備一起配成,而鍋爐的控制系統(tǒng)由用戶自己選配,用戶很想把兩者的信息在一個操作站上顯示。為開發(fā)這個操作站,開發(fā)費(fèi)用在幾萬美金以上。即使開發(fā)成功,也經(jīng)常發(fā)生故障。
    對于PLC來說,70年代中期曾經(jīng)開發(fā)過專用操作站,但不太成功。后來它就沒有開發(fā)專用操作站,當(dāng)時,PLC只處理開關(guān)量,在控制器上的數(shù)碼顯示作為人機(jī)界面也能滿足要求。PLC的控制器和I/O之間用網(wǎng)絡(luò)連接。到80年代末和90年代,模擬量控制進(jìn)入PLC,。用戶感到?jīng)]有以CRT為基礎(chǔ)的人機(jī)界面很不方便,用戶選用通用監(jiān)控軟件,運(yùn)行在NT平臺上,采用普通微機(jī)作為硬件平臺,編出各個PLC的驅(qū)動軟件,這樣PLC也有了操作站。因?yàn)樯虡I(yè)原因,一些PLC廠家在90年代也開發(fā)了監(jiān)控軟件。并企圖成為工控通用監(jiān)控軟件。由于開發(fā)時間很晚, 不僅各個PLC的驅(qū)動軟件太少,而且市場也被其他軟件占據(jù)。
    對于通用監(jiān)控軟件來說,微軟開發(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)器建立客戶機(jī)/服務(wù)器關(guān)系,發(fā)送和接收數(shù)據(jù),彼次發(fā)送指令。由服務(wù)器提供數(shù)據(jù)和接收從其它使用的機(jī)器發(fā)來的感興趣的數(shù)據(jù)請求。發(fā)請求的機(jī)器就是客戶機(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DDE信息中。打包提高效率,減少服務(wù)器和客戶機(jī)之間傳送的DDE數(shù)據(jù)。
    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)通過串行口的通訊。網(wǎng)絡(luò)的延伸允許連在網(wǎng)上的不同計算機(jī)作為服務(wù)器、客戶機(jī)應(yīng)用運(yùn)行的DDE連接。比如,網(wǎng)絡(luò)DDE支持連到LAN,或modem上的IBM兼容計算機(jī)和諸如在VMS、UNIX等操作環(huán)境下的非PC為基礎(chǔ)的平臺之間的DDE。
    u SuitLinkK用于TCP/IP為基礎(chǔ)的協(xié)議、被設(shè)計成滿足工業(yè)需要,如數(shù)據(jù)完整性、高吞吐量和容易診斷。此協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)只適用于Windows NT4.0以上。
    u OPC(OBJACT LINK EMBED PROCESS CONTROL)客戶機(jī),可以從服務(wù)器取數(shù)據(jù)。遵守TCP/IP協(xié)議。
    由于市場需要監(jiān)控軟件,因此,通用監(jiān)控軟件有許多廠商開發(fā),在90年代,有如FIX、INTOUCH、PARAGON、ONSPEC、CIMPLICITY等100多種。國內(nèi)有組態(tài)王、SYNALL等。對于監(jiān)控軟件如果開發(fā)了許多DCS和PLC的驅(qū)動軟件,在聯(lián)網(wǎng)時有許多網(wǎng)絡(luò)套件,它就成為通用監(jiān)控軟件。其中驅(qū)動軟件最多的是FIX和INTOUCH。在NT平臺上,如果采用FIX、INTOUCH等軟件,彼此可作為服務(wù)器,也可作為客戶機(jī),彼此可以交換數(shù)據(jù)。
    DCS在70年代問世時,計算機(jī)技術(shù)水平還比較低,市場上可以選用的零部件比較少。DCS生產(chǎn)廠家自己開發(fā)的操作站有專用的操作系統(tǒng)、專用的監(jiān)控軟件、專用的接口硬件和CRT、專用的打印機(jī)、專用硬盤和軟驅(qū)。甚至連接用的電纜和插頭、插座也是專用的。當(dāng)然,這樣作也不能排除是DCS廠家為了獲取最大的商業(yè)利益而考慮的。由于計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,而DCS的發(fā)展沒有計算機(jī)快,它處在相對穩(wěn)定的發(fā)展階段。后來市場上的各種微機(jī)零部件很多,但DCS都連接不上,異種系統(tǒng)更沒有辦法互連,DCS廠家又都沒有按照市場變化修改自己的軟件,所以DCS成為名符其實(shí)的自動化“孤島”。DCS的用戶感到十分不方便,另外操作站比控制器更容易損壞。其壽命大約7-8年左右。操作站由于買不到如硬盤、軟驅(qū)等,許多用戶決定在更換操作站時,不再采用原DCS廠家的操作站,因?yàn)樗鼉r格昂貴、備件難賣。采用PC機(jī)和NT平臺,安裝通用監(jiān)控軟件,并開發(fā)和某一具體DCS的驅(qū)動軟件,做成通用操作站,代替原來的專用操作站。
    有的DCS廠家索性把專用操作站去掉,配以通用操作站。如MOORE公司的APACS系統(tǒng),在1996年采用INTOUCH軟件(FIX也可以),MOORE公司只提供APACS的驅(qū)動軟件和提硬件的配置要求,硬件由用戶自己選配。經(jīng)使用,運(yùn)行很好。比MOORE公司自己開發(fā)的監(jiān)控軟件要好用一些。這也許是DCS廠家軟件開發(fā)人員比通用軟件開發(fā)公司的軟件開發(fā)人員少有關(guān)。又如MEASUREX的操作站也采用通用監(jiān)控軟件。目前最多的替代操作站是FIX、INTOUCH兩大類型的通用替代操作站。
    早期的DCS,廠家分別都自己開發(fā)專用監(jiān)控軟件。編寫程序時,控制器的驅(qū)動軟件和顯示軟件不是分開來編寫。如果采用通用微機(jī)和NT平臺,它們與通用軟件相比,CPU的開銷要小一些,對硬件的要求比通用的要低一些,但由于是和系統(tǒng)一起銷售,銷售量很小,軟件本身的問題沒有得到充分暴露。如果硬件都能滿足通用、專用要求,專用監(jiān)控軟件的操作站死機(jī)現(xiàn)象比通用的嚴(yán)重一些。據(jù)了解,某一套DCS系統(tǒng),硬件為PC機(jī),操作系統(tǒng)為NT,專用監(jiān)控軟件裝配成的操作站,一天內(nèi)死機(jī)幾次。隨著軟件版本升級,死機(jī)現(xiàn)象有增無減。一年內(nèi)打幾次補(bǔ)釘,死機(jī)現(xiàn)象仍然存在。專用、通用兩種軟件相比,專用的目前還是比通用的要封閉一些。在網(wǎng)絡(luò)中使用,還沒有網(wǎng)絡(luò)套件軟件。如采用通用監(jiān)控軟件,DCS和DCS之間,DCS和PLC之間,PLC和PLC之間,各自的人機(jī)界面可以互連。只要是微軟的WINDOWS界面,都能作為客戶機(jī),采用DDE、快速DDE和Suitelink讀取數(shù)據(jù)。它們既可以作為服務(wù)器,也可以作為客戶機(jī)。在企業(yè)內(nèi)可組成綜合管理信息系統(tǒng)。為了保證操作站的安全運(yùn)行,可以單獨(dú)用一個HMI用于互連。通用監(jiān)控軟件通常有網(wǎng)絡(luò)版的軟件,經(jīng)組態(tài)后,能通過網(wǎng)絡(luò),組成服務(wù)器/客戶機(jī)格式,把實(shí)時信息傳到遠(yuǎn)方。在客戶機(jī)中,可以實(shí)時查看通用軟件做成的動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。也能把信息送入MIS系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中(如SQL、SYBASE、ORACLE)。通用監(jiān)控軟件在它們的套件軟件中,也有Web軟件,安裝成Web服務(wù)器,通過Web服務(wù)器。瀏覽動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。它不是實(shí)時數(shù)據(jù)。同時,通過微軟的GLANZE軟件,也可以接Web。 瀏覽MIS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。采用Web服務(wù)器, 瀏覽數(shù)據(jù),都比服務(wù)器/客戶機(jī)的方式要慢。
    采用通用操作站優(yōu)點(diǎn)歸納如下:
    ●價格低廉
    ●DCS功能擴(kuò)展
    ●用戶熟息
    各個系統(tǒng)的時間同步也是很重要的問題。網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器是用于所有網(wǎng)上工作站的高品質(zhì)時間同步的設(shè)備。一般情況下,DCS系統(tǒng)的絕對時間是在操作站上(人機(jī)界面)形成的,控制器中只有相對時間。為了時間同步,可以把衛(wèi)星時間GPS(GLOBAL POSITION SYSTEM)作為基準(zhǔn),來校對DCS的時間。具體實(shí)現(xiàn)辦法如下:通過衛(wèi)星接收天線,時間服務(wù)器接收GPS系統(tǒng)中各個衛(wèi)星的原子鐘,再把時間信號送給動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器或DCS的操作站。通過動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器或操作站的DCS的驅(qū)動軟件,把時間信號送到DCS的網(wǎng)絡(luò)上。原來以太網(wǎng)在DCS網(wǎng)絡(luò)中比較少用,但現(xiàn)在也有用的。因?yàn)樗容^廉價。它廣泛用于管理信息網(wǎng)(MIS),以太網(wǎng)也采用廣播式協(xié)議,但與令牌網(wǎng)有區(qū)別。它采用隨機(jī)訪問的鏈路控制。在以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中,各結(jié)點(diǎn)可以隨機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)。但當(dāng)兩個或更多的結(jié)點(diǎn)同時發(fā)送數(shù)據(jù)時,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,用一個隨機(jī)延時的算法后再繼續(xù)發(fā)送。即采用載波監(jiān)聽多路訪問技術(shù)。隨機(jī)延時的算法有很多種,目前都應(yīng)用于以太網(wǎng)。
    目前MIS系統(tǒng)已經(jīng)與DCS、PLC連接成一個系統(tǒng),DCS、PLC數(shù)據(jù)通過動態(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。如財務(wù)管理子模塊、人事管理子模塊、原材料子模塊等。把DCS、PLC來的信號放在生產(chǎn)實(shí)時子系統(tǒng)模塊內(nèi)。
    生產(chǎn)實(shí)時的數(shù)據(jù)是海量的,既有實(shí)時的,又有歷史的。對于通用監(jiān)控軟件都有歷史數(shù)據(jù)平臺。設(shè)服務(wù)器,它可以自成系統(tǒng)。最后再與MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫相連,為數(shù)據(jù)安全,還應(yīng)該有防火墻。目前傳輸載體也大都是光纖。敷設(shè)光纖的費(fèi)用比較高(大約2萬元人民幣/公里)。在用光纖作為載體的MIS系統(tǒng)中,有些地方可能遠(yuǎn)離中心區(qū)域,但有少數(shù)數(shù)據(jù)也希望送到中心來顯示,這時不一定用光纖,可以采用電話線。像地衡、輸煤、水處理等地方的數(shù)據(jù),數(shù)量很少。只要在電話總機(jī)的交換機(jī)接入特殊的路由器,它有以太網(wǎng)的接口。在信息源加貓(MODEM),布線中要稍加調(diào)整就可以了。路由器、MODEM費(fèi)用不很高。這時,光纖和電話線可以同時用于以太網(wǎng)。這就是SDSL(Symmetric Digital Subscriber Line)技術(shù)。SDSL技術(shù)的特點(diǎn)是同時既能通電話,又能傳輸網(wǎng)絡(luò)。只要電話通了,網(wǎng)絡(luò)也就通了。這種技術(shù)應(yīng)用于已經(jīng)有電話線的廠礦,并有電話總機(jī)的情況。現(xiàn)在國外已廣泛用于工廠網(wǎng)。如果企業(yè)比較小,可以不用光纖,全部用電話線,通訊速率為2.3M。無論從信息端讀取數(shù)據(jù)還是傳到信息端的指令,速率是一樣的。路由器、MODEM之間的距離可以7000英尺。在使用時,不同時使用電話,距離還能延長。具體應(yīng)用接線見下圖。
   
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)簡稱。指的是控制危險分散、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)時主要應(yīng)用于化工行業(yè)。后又有計算機(jī)行業(yè)從事DCS的開發(fā)。
    70年代微機(jī)技術(shù)還不成熟,計算機(jī)技術(shù)還不夠發(fā)達(dá)。操作站、控制器、I/O板和網(wǎng)絡(luò)接口板等都是DCS生產(chǎn)廠家自行開發(fā)的,也就是所有部件都是專用的。
    70年代初,有人用如PDP/1124這樣的小型機(jī)代替原來的集中安裝的模擬儀表控制。連接到中央控制室的電纜很多。如用小型機(jī)既作為控制器、同時把連接小型機(jī)的CRT又作為顯示設(shè)備(即人機(jī)界面)。一臺小型機(jī)需接收幾千臺變送器或別的傳感器來的信號,完成幾百個回路的運(yùn)算。很顯然其危險有點(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。一臺計算機(jī)完成控制計算任務(wù),另一臺計算機(jī)完成顯示任務(wù)。另外,一個工藝過程作為被控對象可能需要顯示和控制的點(diǎn)很多,其中有一些還需要閉環(huán)控制或邏輯運(yùn)算,工藝過程作為被控對象的各個部分會有相對獨(dú)立性,可以分成若干個獨(dú)立的工序,再把在計算機(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)臺計算機(jī)中去,把原來由一臺小型機(jī)完成的運(yùn)算任務(wù)由幾臺或幾十臺計算機(jī)(控制器)去完成。其中一臺機(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系統(tǒng)。當(dāng)時有人把這種系統(tǒng)稱為集散系統(tǒng)。
    危險究竟要分散到多少算合適呢?這與當(dāng)時的計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展水平有關(guān)。70年代中期,徹底分散就是一個控制器完成一個回路的運(yùn)算。當(dāng)時由于人們對數(shù)字技術(shù)不太熟息,習(xí)慣于模擬儀表,70年代末、80年代曾經(jīng)風(fēng)行回路控制器,把數(shù)字控制器做成和原來模擬儀表在外觀上幾乎完全一樣,不改變操作習(xí)慣 ,內(nèi)部把PID運(yùn)算數(shù)字化。一塊儀表(一臺計算機(jī))完成一個回路的控制任務(wù)。其價格較為昂貴,但危險是分散了。然后用通訊網(wǎng)絡(luò)把各個控制器和以CRT為基礎(chǔ)的人機(jī)界面連成一個系統(tǒng)。這時網(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, 它的價格/性能比稍好一些。對于一個大中型系統(tǒng)來說,DCS的價格/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,如一個控制器采集幾千點(diǎn)、完成幾百個回路的運(yùn)算,危險又太集中。在這種情況下,危險必需分散。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,計算機(jī)的運(yùn)算能力、存儲容量和可靠性不斷提高,一臺計算機(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,一個控制器完成幾十個回路的運(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)生控制器升級的問題了。有時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。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)信號板和用以讀取熱電偶的毫伏信號板;4-16個通道不等;
    l 模擬量輸出,通常都是4-20毫安的標(biāo)準(zhǔn)信號,一般它的通道比較少,4-8個個通道;
    l 開關(guān)量輸入;16-32個通道:
    l 開關(guān)量輸出,開關(guān)量輸入和輸出還分不同電壓等級的板,如直流24伏、125伏;交流220伏或115伏等;8-16個通道不等;
    l 脈沖量輸入,用于采集速率的信號;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;
    每一塊I/O板都接在I/O總線上。為了信號的安全和完整,信號在進(jìn)入I/O板以前信號要進(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,完成信號整修的板現(xiàn)在有人稱它們?yōu)樾盘栒{(diào)理板。
    I/O總線和控制器相連。80年代的DCS由于控制器的運(yùn)算能力不強(qiáng),為了增加I/O點(diǎn)數(shù),把控制器的任務(wù)分開,實(shí)際上是有三種類型的控制器。即:完成閉環(huán)運(yùn)算的控制器、模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運(yùn)算器。它們分別有自己的I/O總線,各種DCS的I/O總線各不相同。如果要求快速,最好采用并行總線。一般采用串行總線比較多。尤其是RS485總線較多,模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運(yùn)算器的I/O點(diǎn)數(shù)可以多一些。
    閉環(huán)控制器、模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運(yùn)算器可以和人機(jī)界面直接連在通訊網(wǎng)絡(luò)上,在網(wǎng)絡(luò)上的每一個不同的控制器作為網(wǎng)絡(luò)上的一個獨(dú)立結(jié)點(diǎn)。每一個結(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。隨著計算機(jī)計術(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。一個控制器成為網(wǎng)絡(luò)上的一個結(jié)點(diǎn)。通過網(wǎng)絡(luò)與人機(jī)界面相連。
    控制器是DCS的核心部件,它相當(dāng)于一臺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,還有兩個接口,一個向下接收I/O總線來的信號,另一個接口是向上把信號送到網(wǎng)絡(luò)上與人機(jī)界面相連。ROM用來存貯完成各種運(yùn)算功能的控制算法(有的DCS稱為功能塊庫)。在庫中存功能塊,如控制算法PID、帶死區(qū)PID,積分分離PID,算術(shù)運(yùn)算加、減、乘、除、平方、開方、函數(shù)運(yùn)算一次濾波、正弦、余弦、X-Y函數(shù)發(fā)生器、超前-滯后;比較先進(jìn)的算法有史密斯預(yù)估,C語言接口、矩陣加、矩陣乘;邏輯運(yùn)算有邏輯與、邏輯或、邏輯非、邏輯與非等。通常用站功能塊不僅把模擬量和開關(guān)量結(jié)合起來,還與人連系起來。功能塊越多,用戶編寫應(yīng)用程序(即組態(tài))越方便。組態(tài)按照工藝要求,把功能塊連接起來形成控制方案。把控制方案存在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,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)。總線形在邏輯上也是環(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)動軟件。顯示系統(tǒng)的標(biāo)簽、動態(tài)流程圖和報警信息。
    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功能是讀控制器的組態(tài),用于控制器升級,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歷史數(shù)據(jù),一般用磁盤陣列(稱為RAID技術(shù))。
    u 動態(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)。它以存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(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的用戶程序存儲器中。運(yùn)行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行,以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器,在程序運(yùn)行過程中,每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1,程序從起始步(步序號為零)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)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC,循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。程序計數(shù)器這樣的循環(huán)操作,這是DCS所沒有的。這也是使PLC的冗余不如DCS的原因。DCS是在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上得以發(fā)展的。把所有的函數(shù)、各過程變量之間的關(guān)系都作成功能塊(有的DCS系統(tǒng)稱為膨化塊)。70年代中期的DCS只有模擬量控制。如TDC2000系統(tǒng),一個控制器一秒鐘內(nèi)能完成8個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,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。解算一個邏輯是在幾百微秒至幾毫秒量級。對于PLC解算一個PID運(yùn)算在幾十毫秒,這與DCS的運(yùn)算時間不相上下。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。不同型號的DCS,解算PID所需時間不同,但都在幾十毫秒的量級。如早期的TDC2000系統(tǒng),1秒鐘內(nèi)完成8個回路的控制運(yùn)算。隨著芯片技術(shù)的發(fā)展,解算一個算法的時簡在縮短。解算一個算法所需時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PLC也許要求不高,但對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。在有爆炸危險的地方,應(yīng)配置本質(zhì)安全柵。
    相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng),用PLC比用DCS,其成本要低一些(大約能省40%左右)。PLC沒有專用操作站,它用的軟件和硬件都是通用的,所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器,可以接收幾千個I/O點(diǎn)(最多可達(dá)8000多個I/O)。DCS的控制器,只能幾百個I/O點(diǎn)(不超過500個I/O)。如果被控對象主要是設(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)計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面,要容易一些。
    特別要指出的是,DCS的專用操作站,不是天經(jīng)地義的。它是由歷史原因形成的。DCS廠家如再不開放操作站,與工廠的管理信息系統(tǒng)連網(wǎng),個別DCS就有從市場中消失的危險。
    隨著新技術(shù)的誕生,負(fù)面影響也跟著而來。新操作站的開放,病毒和黑客容易侵入到系統(tǒng)。在作設(shè)計時,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、操作站的后門網(wǎng)絡(luò)和雙機(jī)雙網(wǎng)

  一個DCS系統(tǒng)可以有好幾臺操作站,每一臺操作站可以顯示一樣的內(nèi)容,稱為冗余運(yùn)行。也可以是不一樣的內(nèi)容。對于電廠來說,一臺300MV的發(fā)電機(jī)組,工藝過程比較集中,通常采用2臺操作站冗余運(yùn)行認(rèn)為是比較合適的。但對于大型機(jī)組,由于它的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)較多,一臺顯示器不夠用,最好有多臺顯示器。這時的監(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CRT或3臺CRT。用這種方法以增加人機(jī)界面。對于除電廠以外的生產(chǎn)工藝,如水泥廠,鋼鐵廠,一個生產(chǎn)工藝很長,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,一臺操作站往往和一部分生產(chǎn)工藝相對應(yīng)。比如水泥廠的回轉(zhuǎn)窯和磨機(jī)相隔距離很遠(yuǎn),操作站可以安裝在兩個地方。這時一臺操作站配置一臺打印機(jī)。如果其中一臺操作站的主機(jī)壞了,這臺操作站顯示的內(nèi)容就沒有了。為了系統(tǒng)的安全運(yùn)行,采用標(biāo)簽的重疊組態(tài)來實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行。如該系統(tǒng)有兩臺操作站,分別為A站和B站,該系統(tǒng)有2000個標(biāo)簽,A、B操作站要分別組態(tài)1300個標(biāo)簽,其中300個標(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)也會帶來負(fù)面影響。在運(yùn)行發(fā)生故障時,會使得A、B操作站的管理人員責(zé)任不明確。
    由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展,人機(jī)界面的數(shù)量可以不限。操作站分為主站和從站。主站連在DCS網(wǎng)絡(luò)上。通過DCS網(wǎng)絡(luò)接口,直接從DCS網(wǎng)絡(luò)上讀取各個控制器數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。主站的數(shù)量是由接口的數(shù)量決定的。從站則與主站相連。它沒有數(shù)據(jù)庫,在顯示流程圖畫面時,由主站顯示完整的工藝畫面,而從站就顯示主站的工藝畫面。從站的數(shù)量是不限的。不論是主站,還是從站,都用后門網(wǎng)絡(luò)連接起來。有了后門網(wǎng)絡(luò),系統(tǒng)維護(hù)時,各操作站之間可作文本拷貝。系統(tǒng)運(yùn)行時,即使其中一臺主操作站發(fā)生故障,它的從站可作為另一臺主站的從站。在網(wǎng)絡(luò)中,接進(jìn)打印服務(wù)器,服務(wù)器有許多通道,幾臺操作站共用一臺或幾臺打印機(jī)。連接主站和從站的這個網(wǎng)絡(luò)與DCS網(wǎng)絡(luò)沒有關(guān)系。所以就稱為后門網(wǎng)絡(luò)。早期的后門網(wǎng)絡(luò)采用ARCNET,后來由于有的DCS系統(tǒng)的操作站主機(jī)采用DEC的小型機(jī),后門網(wǎng)絡(luò)就采用DECNET或以太網(wǎng)。在操作站作標(biāo)簽組態(tài)時,是否要把重要的I/O點(diǎn)重疊組態(tài)要由用戶確定。
    由于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展,人機(jī)界面怎樣與DCS網(wǎng)絡(luò)連接又有新的方式。把服務(wù)器連在DCS網(wǎng)絡(luò)上。服務(wù)器和人機(jī)界面組成服務(wù)器/客戶機(jī)格式,服務(wù)器和人機(jī)界面之間用以太網(wǎng)連接,,以太網(wǎng)的低廉,通常采用雙網(wǎng)。為提高服務(wù)器的安全性能,采用冗余的方式,這就是雙機(jī)雙網(wǎng)。可以做到遠(yuǎn)程操作。客戶機(jī)中有操作站、工程師站、歷史趨勢站和MIS系統(tǒng)接口。服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫可以組態(tài)。
    在局部的地域用網(wǎng)絡(luò)傳遞信息,會帶來很大的方便。
    北京和利時的DCS系統(tǒng),ABB的PROCONTROL P就是這樣的結(jié)構(gòu)。見下圖。如果過程控制與INTERNET網(wǎng)絡(luò)相連,會受到病毒或黑客的侵入。一定要加安全級別和加防火墻。從使用來看,國產(chǎn)DCS在結(jié)構(gòu)和硬件制造都已經(jīng)達(dá)到較高的水平。在功能塊的開發(fā)方面還需進(jìn)一步努力。
    以太網(wǎng)之間的協(xié)議遵從OSI模型(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、會話層、表示層和應(yīng)用層。
    物理層描述傳輸介質(zhì)、連接器和信號脈沖標(biāo)準(zhǔn)。中繼器或集線器(hub)也是物理層的設(shè)備,它與傳輸?shù)男畔木唧w內(nèi)容無關(guān)。幀是發(fā)送到介質(zhì)上的一組數(shù)字脈沖。用以傳輸信息。幀的大小為64-1518字節(jié)。幀包括預(yù)同步信號,消息頭、數(shù)據(jù)信息和幀校驗(yàn)序列。中繼器或集線器(hub)僅僅放大導(dǎo)線中的電信號,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)能與多個物理層標(biāo)準(zhǔn)(雙絞線線纜、光纜)和多個網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)一起工作。將網(wǎng)絡(luò)的物理方面(線纜和數(shù)字脈沖)與軟件和數(shù)據(jù)流的抽象世界連接起來。在網(wǎng)絡(luò)里傳的信息是以幀的格式傳輸?shù)摹T趲杏邢㈩^和尾,數(shù)據(jù)報包到幀里。檢測錯誤,調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流量。幀消息由源和目標(biāo)介質(zhì)訪問控制(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)識別是誰發(fā)送的信息,信息發(fā)送到哪里。幀消息頭包含兩個區(qū)域,用以識別傳輸?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)名字或號碼。是所有上層的基石,單位是數(shù)據(jù)報(datagram)單位如網(wǎng)絡(luò)的IP數(shù)據(jù)報傳遞協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層功能的例子。網(wǎng)址這一術(shù)語,根據(jù)采用的協(xié)議不同,叫法也不同。采用IP,叫做子網(wǎng)(subnet)。
    傳輸層處理數(shù)據(jù)的實(shí)際操作,并準(zhǔn)備通過網(wǎng)絡(luò)傳送。如果數(shù)據(jù)太大而不能作為一個幀,傳輸層將其分解為更小的部分,并編制序號,序號允許其它系統(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)。
    會話層處理兩個或多個系統(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)請求。
    如果系統(tǒng)正在運(yùn)行多個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序,會話層負(fù)責(zé)保持正確通信順序,保證進(jìn)入的數(shù)據(jù)引到正確的應(yīng)用程序。
    表示層保證數(shù)據(jù)可以用于應(yīng)用程序的形式接收。它的任務(wù)是編碼和解碼。
    應(yīng)用層的任務(wù)是確定何時要求訪問網(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)場工作的儀表工程師們對數(shù)字控制不太熟悉,希望數(shù)字控制的儀表面板作成與原來的模擬儀表的一樣,這樣就可以不改變操作習(xí)慣,另外也是為了危險分散,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,在面板上有過程變量(PV)、設(shè)定值和控制輸出(CO)的棒圖,指針式顯示的過程值,手/自動切換、報警確認(rèn)等。這種能完成以PID為基礎(chǔ)的回路控制的數(shù)字儀表,只有一個或兩個回路(兩個單回路)。當(dāng)時有人為了不與可編程序邏輯控制器(PLC)混淆,稱這種儀表為可編程序調(diào)節(jié)器。到80年代出現(xiàn)了雙回路(可作兩個串級回路)、四回路的控制器、32路數(shù)據(jù)采集器以及無紙記錄儀等一系列數(shù)字儀表,在面板上仍保留棒圖和手/自動切換,用數(shù)字顯示代替指針顯示,這些數(shù)字儀表統(tǒng)稱為回路控制器。
    到目前為止,這種儀表種類很多。最有特點(diǎn)的是能與上位(即人機(jī)界面)通訊組成一個系統(tǒng),每一塊表可以與現(xiàn)場總線相連,I/O可以根據(jù)需要擴(kuò)展,它內(nèi)部的算法預(yù)先用程序作成功能塊的形式,存在ROM中。可以按照所要求的控制策略,進(jìn)行組態(tài)(不是編程)。如美國MOORE公司的353產(chǎn)品有80多塊功能塊,通過組態(tài)路圖實(shí)現(xiàn)控制組態(tài),用MODBUS與人機(jī)界面相連,人機(jī)界面的監(jiān)控軟件既可以用IFIX、也可以用INTOUCH。因?yàn)檫@兩種軟件都有這種可編程序調(diào)節(jié)器的驅(qū)動軟件。國產(chǎn)監(jiān)控軟件只要有這種可編程序調(diào)節(jié)器的驅(qū)動軟件,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AI,2個AO,也就是能完成2個PID回路的控制。如果要增加控制回路,就要采用現(xiàn)場總線,因?yàn)樗蠰ONWORKS的接口,可以把LONWORKS的模塊連到該總線上。在組成系統(tǒng)時,要進(jìn)行軟件捆綁。為了數(shù)據(jù)安全,在表和總線之間加光電轉(zhuǎn)換器。這種系統(tǒng)見圖一。又如FOXBORO公司和SMAR公司的回路控制器,它有多回路的。并且還有與可編程控制器(PLC)的接口,所以在我國應(yīng)用也比較多。
    有幾個模擬量的輸出,就稱為幾回路的控制器。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關(guān)量的輸入、輸出。
    另一類是不能與現(xiàn)場總線相連,它的I/O點(diǎn)數(shù)不能擴(kuò)展,但它也能與 上位通訊組成一個系統(tǒng)。這種產(chǎn)品如美國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,采用英國多家廠商的回路控制器,美國的可編程控制器,美國的監(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,一個儀表只有一個功能塊,就是PID,這樣的產(chǎn)品國內(nèi)、外已經(jīng)很多,如日本千野的表,香港朝輝,國內(nèi)天辰、天津儀表廠、沿海各省的儀表廠等都生產(chǎn)這樣的產(chǎn)品。國內(nèi)有時把它們叫作S系列儀表。產(chǎn)品的外觀見圖三。它的功能非常單一,一塊表只能完成一個功能。特點(diǎn)是不能組態(tài)。每一塊表的價格只有幾百元人民幣。但進(jìn)口的也需4000元左右。
    總的來看回路控制器的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)很少。如果有幾百個I/O點(diǎn),完成幾十個PID回路的控制任務(wù),而每個表都需要有一個外殼和帶棒圖顯示的面板,相對于可插模件來說,其價格就高多了。另外它的功能塊相對于DCS控制器來說要少很多,因?yàn)樗膬?nèi)存較小,特別是當(dāng)既有很多的模擬量采集量、又有開關(guān)量并且還有高級運(yùn)算,用回路控制器就更不合算。如果沒有上位來顯示,又感到不太直觀。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,其價格比由模件組成的DCS就高多了。還有一個缺點(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),即只有一個主站。對于電廠需要冗余操作站來說,這就是一個缺陷。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象中。如生產(chǎn)抗生素的制藥廠就比較適用。另外,特別是對于一些化工企業(yè),經(jīng)常用于戶外操作,它有特有的優(yōu)勢。有如電廠的旁路系統(tǒng),采用它們也比較合適。也就是說它也占有一定的市場份額。它們的設(shè)計原理與DCS沒有任何差別。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。所以說回路控制器是DCS系統(tǒng)中的一個分支,從本質(zhì)上說還屬于DCS。
    對于DCS、PLC和可編程序調(diào)節(jié)器等都是計算機(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)模的大小和被控對象的差別有一些區(qū)別。要把現(xiàn)場信號讀進(jìn)控制系統(tǒng),首先把傳感器的信號線接到端子。如果傳感器不是一個,它的信號線多了,并需要作一些信號預(yù)處理,這時就要端子板。模擬信號要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,要模擬輸入板。經(jīng)運(yùn)算后輸出,要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號,需要輸出板,然后到端子板。最后將信號送到執(zhí)行器(如閥門)。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,如果采用基金會現(xiàn)場總線,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)行器的存儲器中。組態(tài)時通過網(wǎng)絡(luò)去調(diào)用。目前由于開發(fā)的功能塊還不太多、又受到各廠家利益的限制,這種總線應(yīng)用還不夠廣泛。FISHER-ROSEMOUNT公司為現(xiàn)場總線作了許多工作。
    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,用起來才會比較方便。對于用戶來說,投資少、用起來又比較方便、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)場信號采集到控制計算機(jī)中,在計算機(jī)中沒有回路控制功能塊。只是供人機(jī)界面顯示。應(yīng)該說是比較簡單的。再硬件結(jié)構(gòu)吧上它可以分成三級,也可以是兩級。分別是I/O板、控制器和人機(jī)界面。簡單的可以分為I/O板和人機(jī)界面。不過,一些行業(yè)有一些特殊要求。如電廠的控制系統(tǒng)往往把鍋爐控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分開。鍋爐控制采用DCS,而其他采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)。國際上也有許多廠家生產(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)上是沒有問題的,但在電廠就有一些特殊要求。電廠的有一些點(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)左右的開關(guān)量。輸入板的分辨率應(yīng)該是毫秒級的。它的難點(diǎn)是事件順序記錄(SOE)。在輸入板應(yīng)該有存儲歷史數(shù)據(jù)的功能。當(dāng)人機(jī)界面調(diào)出查看時,能把事件的時間順序顯示出來。SOE(SEQUENCE OF EVENT)有專門的廠家制造。一些專門用于電廠的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)是美國的OPTO22產(chǎn)品,一路一個小模塊,分別有開關(guān)量(DI、DO)和模擬量(AI、AO)的小模塊。共有不同電壓等級等42種小模塊供用戶選擇。使用時,把小模塊裝在一塊大板上(即B1板、B2板),模擬量8塊/塊板,開關(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平臺上運(yùn)行。安裝有帶MODBUS驅(qū)動軟件的監(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的I/O信號,并在CRT上顯示出來。在美國有20多家工廠生產(chǎn)這種類似的產(chǎn)品。它與STD總線的產(chǎn)品同一檔次。STD總線的產(chǎn)品由于使用時用戶的工程量太大,所以逐漸在退出市場。
    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I/O點(diǎn)的大控制系統(tǒng)采用OPTO22的還比較少。
    OPTO開關(guān)量的小模塊應(yīng)用最多的是作為DCS開關(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單,國產(chǎn)的模塊用戶反映也很好用,但價格不到進(jìn)口的一半。
    九十年代初,由于計算機(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,無論是運(yùn)算速度,還是內(nèi)存都能滿足控制要求。分前后臺操作。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,有人稱它們?yōu)檐汥CS、軟PLC。美國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。
heweli888
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4樓  發(fā)表于: 2008-01-02 12:13
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heweli888
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5樓  發(fā)表于: 2008-01-02 12:14
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heweli888
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6樓  發(fā)表于: 2008-01-02 12:14
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luojiehua
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7樓  發(fā)表于: 2008-01-03 18:28
很好謝謝了
wanghoney
honey
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8樓  發(fā)表于: 2008-04-27 18:08
太謝謝了,dddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd      
lw-0595
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9樓  發(fā)表于: 2008-05-20 16:22
zhengyueyong
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10樓  發(fā)表于: 2008-06-11 14:38
多謝樓主
wanghuhong
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11樓  發(fā)表于: 2008-06-11 18:31
很好謝謝了
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