DCS教程

DCS教程[第1讲]——Dcs绪论

作者:张新薇

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Ｉ／Ｏ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ＢAILEY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教程[第2讲]——DCS最新操作站--通用操作站

作者:张新薇

DCS系统包括三大部分：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、HARTMANN&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，更重要的一点是DEC公司被COMPAQ公司兼并，Alpha机255/233停止生产，这给BAILEY公司和用户无疑是雪上加霜。

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。

OPsCon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：

１、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。

２、由于通用操作站的适用面广，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。

３、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。

４、更新和升级容易。

５、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。

DCS教程[第3讲]——DCS在选型中的几个问题

作者:张新薇

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、Δ-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DCS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α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，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教程[第4讲]——DCS动态数据服务器

作者:张新薇

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。

DCS教程[第5讲]——多屏操作站和操作站的后门网络

作者:张新薇

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。

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

DCS网络上。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。

物理层描述传输介质、连接器和信号脉冲标准。中继器或集线器（hub）也是物理层的设备，它与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 ）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。它的任务是编码和解码。

应用层的任务是确定何时要求访问网络资源。

DCS教程[第6讲]——异种系统的互联,时间同步和SDSL技术

作者:张新薇

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。

对于通用监控软件来说，微软开发的通讯协议DDE（DYNAMIC DA TA EXCHANGE）、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（OBJACT LINK EMBED PROCESS CONTROL）客户机，可以从服务器取数据。遵守TCP/IP协议。

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90年代，有如FIX、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。

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，不同时使用电话，距离还能延长。具体应用接线见下图。

DCS教程[第7讲]——DCS的基本结构和PLC的区别

作者:张新薇

DCS为分散控制系统的英文（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL 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，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。

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。70年代中期，彻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悉，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；

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24伏、125伏；交流220伏或115伏等；8-16个通道不等；

l 脉冲量输入，用于采集速率的信号；4-8通道不等；

l 快速中断输入；

l HART协议输入板；

l 现场总线I/O板；

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、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。

为了系统安全运行，闭环控制器一定是冗余运行的，一用一备，并且是热备。为了使冗余成功，应注意以下几点：两个控制器的硬件、软件版本必需一致；检查发送-接收的芯片是否完好；冗余的芯片是否完好。两个模件的设定是否一样、还要检查有没有带手操站等。

通讯网络把过程站和人机界面连成一个系统。通讯网络有几种不同的结构行式。如总线式、环形和星形（见图）。总线形在逻辑上也是环形的。星形的只适用于小系统。不论是环形还是总线形，一般都采用广播式。其它一些协议方式已用的较少。通讯网络的速率在10M和100M左右。

人机界面有4种不同形式的结点，它们是操作站、工程师工作站、历史趋势站和动态数据服务器。

u 操作站安装有操作系统、监控软件和控制器的驱动软件。显示系统的标签、动态流程图和报警信息。

u 工程师工作站给控制器组态（CAD），也可以给操作站组态（作动态流程图）。如果监控软

件作图能力很强，作图工作可以由监控软件独立完成。工程师站的另外一个功能是读控制器的组态，用于控制器升级，查找故障。我们称之为逆向工程师站。

u 历史趋势站用于存储历史数据，一般用磁盘阵列（称为RAID技术）。

u 动态数据服务器是DCS和MIS系统的接口，也是DCS和Web的隔离设备。

DCS和PLC的设计原理区别较大，PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，70年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。程序计数器这样的循环操作，这是DCS所没有的。这也是使PLC的冗余不如DCS的原因。DCS是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数、各过程变量之间的关系都作成功能块（有的DCS系统称为膨化块）。70年代中期的DCS只有模拟量控制。如TDC2000系统，一个控制器一秒钟内能完成8个PID回路的运算。首先应用的是化工行业。DCS和PLC的表现的主要差别是在开关量的逻辑解算和模拟量的运算上，即使后来两者相互有些渗透，但是还是有区别。80年代以后，PLC除逻辑运算外，也有一些控制回路用的算法，但要完成一些复杂运算还是比较困难，PLC用梯形图编程，模拟量的运算在编程时不太直观，编程比较麻烦。但在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。而DCS把所有输入都当成模拟量，1位就是开关量。解算一个逻辑是在几百微秒至几毫秒量级。对于PLC解算一个PID运算在几十毫秒，这与DCS的运算时间不相上下。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。不同型号的DCS，解算PID所需时间不同，但都在几十毫秒的量级。如早期的TDC2000系统，1秒钟内完成8个回路的控制运算。随着芯片技术的发展，解算一个算法的时简在缩短。解算一个算法所需时间与功能块的安排方式和组态方式有关。

在接地电阻方面，对PLC也许要求不高，但对DCS一定要在几欧姆以下（通常在4欧姆以下）。模拟量隔离也是非常重要的。在有爆炸危险的地方，应配置本质安全栅。

相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，

可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。DCS的控制器，只能几百个I/O点（不超过500个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。如果主要是模拟量控制、并且函数运算很多，最好采用DCS。DCS在控制器、I/O板、通讯网络等的冗余方面，一些高级运算、行业的特殊要求方面都要比PLC好的多。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。

特别要指出的是，DCS的专用操作站，不是天经地义的。它是由历史原因形成的。DCS厂家如再不开放操作站，与工厂的管理信息系统连网，个别DCS就有从市场中消失的危险。

随着新技术的诞生，负面影响也跟着而来。新操作站的开放，病毒和黑客容易侵入到系统。在作设计时，在操作站上设置密码，系统多加隔离和防火墙。把负面影响减到最小。

DCS教程[第8讲]——多屏操作站、操作站的后门网络和双机双网

作者:张新薇

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，称为冗余运行。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，一台显示器不够用，最好有多台显示器。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多加显示卡，如加2块显示卡，3块显示卡等。分别可连接2台CRT或3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安全运行。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B操作站进行监控，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。在运行发生故障时，会使得A、B操作站的管理人员责任不明确。

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DCS网络上。通过DCS网络接口，直接从DCS网络上读取各个控制器数据库中的数据。主站的数量是由接口的数量决定的。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。

由于网络和数据库技术的发展，人机界面怎样与DCS网络连接又有新的方式。把服务器连在DCS网络上。服务器和人机界面组成服务器/客户机格式，服务器和人机界面之间用以太网连接，，以太网的低廉，通常采用双网。为提高服务器的安全性能，采用冗余的方式，这就是双机双网。可以做到远程操作。客户机中有操作站、工程师站、历史趋势站和MIS系统接口。服务器中的数据库可以组态。

在局部的地域用网络传递信息，会带来很大的方便。

北京和利时的DCS系统，ABB的PROCONTROL P就是这样的结构。见下图。如果过程控制与INTERNET网络相连，会受到病毒或黑客的侵入。一定要加安全级别和加防火墙。从使用来看，国产DCS在结构和硬件制造都已经达到较高的水平。在功能块的开发方面还需进一步努力。

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。

物理层描述传输介质、连接器和信号脉冲标准。中继器或集线器（hub）也是物理层的设备，它与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 ）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。它的任务是编码和解码。

应用层的任务是确定何时要求访问网络资源。

DCS教程[第9讲]——回路控制器和DCS系统

作者:张新薇

七十年代，因为在现场工作的仪表工程师们对数字控制不太熟悉，希望数字控制的仪表面板作成与原来的模拟仪表的一样，这样就可以不改变操作习惯，另外也是为了危险分散，因而就出现了回路控制器。如HONEYWELL公司的KMM系列、FOXBORO公司的SPEC 200和日本北辰(后与横河合并)的HOMAC系列表，在面板上有过程变量（PV）、设定值和控制输出（CO）的棒图，指针式显示的过程值,手/自动切换、报警确认等。这种能完成以PID为基础的回路控制的数字仪表，只有一个或两个回路（两个单回路）。当时有人为了不与可编程序逻辑控制器（PLC）混淆，称这种仪表为可编程序调节器。到80年代出现了双回路(可作两个串级回路)、四回路的控制器、32路数据采集器以及无纸记录仪等一系列数字仪表，在面板上仍保留棒图和手/自动切换，用数字显示代替指针显示，这些数字仪表统称为回路控制器。

到目前为止，这种仪表种类很多。最有特点的是能与上位（即人机界面）通讯组成一个系统，每一块表可以与现场总线相连，I/O可以根据需要扩展，它内部的算法预先用程序作成功能块的形式，存在ROM中。可以按照所要求的控制策略，进行组态（不是编程）。如美国MOORE公司的353产品有80多块功能块，通过组态路图实现控制组态，用MODBUS与人机界面相连，人机界面的监控软件既可以用IFIX、也可以用INTOUCH。因为这两种软件都有这种可编程序调节器的驱动软件。国产监控软件只要有这种可编程序调节器的驱动软件，同样可以作为这种系统的监控软件。否则连不上

去。353本身只有4个AI，2个AO，也就是能完成2个PID回路的控制。如果要增加控制回路，就要采用现场总线，因为它有LONWORKS的接口，可以把LONWORKS的模块连到该总线上。在组成系统时，要进行软件捆绑。为了数据安全，在表和总线之间加光电转换器。这种系统见图一。又如FOXBORO公司和SMAR公司的回路控制器，它有多回路的。并且还有与可编程控制器（PLC）的接口，所以在我国应用也比较多。

有几个模拟量的输出，就称为几回路的控制器。模拟量的输入可以多于模拟量的输出。另外还可以有少量的开关量的输入、输出。

另一类是不能与现场总线相连，它的I/O点数不能扩展，但它也能与上位通讯组成一个系统。这种产品如美国HONEYWELL 公司的UDC、FOXBORO公司的另外的产品，费希尔的900系列、日本横河、富士、东芝和欧洲ABB公司都有类似的产品。最有代表性的产品是香港欧陆的系统6000，采用英国多家厂商的回路控制器，美国的可编程控制器，美国的监控软件，由香港人集成成为S6000系统。。由于它有良好的销售网络，在大陆应用很为广泛。尤其是制药行业应用较多。

可以用铺天盖地来形容产品之多的数显表是把PID算法作成固定的，只要把过程变量（PV）接到仪表的端子上，人为输进设定，表就能输出控制量（CO）。也就是说，一个仪表只有一个功能块，就是PID，这样的产品国内、外已经很多，如日本千野的表，香港朝辉，国内天辰、天津仪表厂、沿海各省的仪表厂等都生产这样的产品。国内有时把它们叫作S系列仪表。产品的外观见图三。它的功能非常单一，一块表只能完成一个功能。特点是不能组态。每一块表的价格只有几百元人民币。但进口的也需4000元左右。

总的来看回路控制器的输入、输出点数很少。如果有几百个I/O点，完成几十个PID回路的控制任务，而每个表都需要有一个外壳和带棒图显示的面板，相对于可插模件来说，其价格就高多了。另外它的功能块相对于DCS控制器来说要少很多，因为它的内存较小，特别是当既有很多的模拟量采集量、又有开关量并且还有高级运算，用回路控制器就更不合算。如果没有上位来显示，又感到不太直观。由回路控制器集成的系统，加上以CRT为基础的人机界面，其价格比由模件组成的DCS就高多了。还有一个缺点，回路控制器组成的系统一般采用MODBUS与人机界面相连，只能采用星形结构，即只有一个主站。对于电厂需要冗余操作站来说，这就是一个缺陷。所以它只适用于比较小的系统，即I/O点数比较少，且控制回路较多的被控对象中。如生产抗生素的制药厂就比较适用。另外，特别是对于一些化工企业，经常用于户外操作，它有特有的优势。有如电厂的旁路系统，采用它们也比较合适。也就是说它也占有一定的市场份额。它们的设计原理与DCS没有任何差别。把DCS的控制器和它相应的手操站合在一起，就是可骗程序调节器。所以说回路控制器是DCS系统中的一个分

支，从本质上说还属于DCS。

对于DCS、PLC和可编程序调节器等都是计算机控制系统，它们的共同点是其基本结构相似，其中有几部分是必不可少的，只是随着系统规模的大小和被控对象的差别有一些区别。要把现场信号读进控制系统，首先把传感器的信号线接到端子。如果传感器不是一个，它的信号线多了，并需要作一些信号预处理，这时就要端子板。模拟信号要转换成数字信号，要模拟输入板。经运算后输出，要把数字信号转换成模拟信号，需要输出板，然后到端子板。最后将信号送到执行器（如阀门）。由于通讯技术的发展，控制系统中只有运算部分（即控制器）是可以讨论的，如果采用基金会现场总线，可以把这部分省去。把作运算的功能块分别存到传感器和执行器的存储器中。组态时通过网络去调用。目前由于开发的功能块还不太多、又受到各厂家利益的限制，这种总线应用还不够广泛。FISHER-ROSEMOUNT公司为现场总线作了许多工作。

比较大的系统，一定要有以CRT（或液晶显示器LCD）为基础的人机界面，用起来才会比较方便。对于用户来说，投资少、用起来又比较方便、功能比较全的系统才是合用的。

DCS教程[第10讲]——数据采集系统和软DCS、软PLC

作者:张新薇

数据采集系统只是把现场信号采集到控制计算机中，在计算机中没有回路控制功能块。只是供人机界面显示。应该说是比较简单的。再硬件结构吧上它可以分成三级，也可以是两级。分别是I/O板、控制器和人机界面。简单的可以分为I/O板和人机界面。不过，一些行业有一些特殊要求。如电厂的控制系统往往把锅炉控制和数据采集系统分开。锅炉控制采用DCS，而其他采用数据采集系统（DAS）。国际上也有许多厂家生产数据采集系统。在一般情况下，数据采集系统在技术上是没有问题的，但在电厂就有一些特殊要求。电厂的有一些点需要记录事件顺序。有快速中断功能（通常是2毫秒）。这样的点数量不多，大约100点左右的开关量。输入板的分辨率应该是毫秒级的。它的难点是事件顺序记录（SOE）。在输入板应该有存储历史数据的功能。当人机界面调出查看时，能把事件的时间顺序显示出来。SOE(SEQUENCE OF EVENT)有专门的厂家制造。一些专门用于电厂的DCS系统也有这样的功能。

应用比较多的数据采集系统是美国的OPTO22产品，一路一个小模块，分别有开关量（DI、DO）和模拟量（AI、AO）的小模块。共有不同电压等级等42种小模块供用户选择。使用时，把小模块装在一块大板上（即B1板、B2板），模拟量8块/块板，开关量16块/块板，B1、B2板上除这些小模块外，还有串行通讯口。再把这两种板安装在一个架子上，再把架子安装在机柜内。以CRT 为基础的人机界面在WINDOWS平台上运行。安装有带MODBUS驱动软件的监控软件，以前用