dcs控制系统入门教程（dcs系统介绍）

第一讲 绪论 张新薇 教授，今天小编就来聊一聊关于dcs控制系统入门教程?接下来我们就一起去研究一下吧!

dcs控制系统入门教程

第一讲 绪论

张新薇 教授

DCS是继1969年PLC问世后，由HONEYWELL公司在1975年首先推出的系统。即：TDC2000，它只有模拟量控制。随后，相继有几十家美国仪表公司也推出自己的系统。同时，由于DCS的高额利润，负责制造传动设备的公司和计算机公司也开始涉及DCS的开发、生产。

从不同方向发展起来的DCS在结构上、软件方面有些区别。仪表公司开发的DCS的控制器的软件部分比较符合仪表工程人员应用的习惯，特别是组态方式比较方便。传动公司设计的PLC部分比较好。计算机公司设计的DCS的人机界面比较友好。相继出现的DCS有MAX-1、RS3、MODⅢ、N-90、D/3、WDPF、MICRO、ECS-1200；日本横河的YEPARK MARKⅡ、东芝的TOSDIC；，英国的P4000；德国的TELEPERM、PROCONTROL P、瑞典的AC210等。

在硬件结构、软件应用和网络协议方面，随着计算机技术的发展，大约有三次比较大的变革。表现在操作站、DCS网络、现场总线的出现三个方面。七十年代操作站的硬件、操作系统、监控软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发的，操作站也没有动态流程图，只有文本显示。通讯网络的协议基本上都是采用轮询方式的，在网络上设交通指挥器。八十年代就发生变化了，通讯网络较多地使用令牌方式。九十年代操作站出现了通用操作站，打开了DCS形成的自动化“孤岛”。自动化“孤岛”的形成，既有历史原因，也有商业原因，而更重要的是商业原因。九十年代末DCS通讯网络有部分开始采用以太网。21世纪初DCS和MIS系统相结合，组成综合管理信息系统。DCS的信号送到全厂和存入工厂数据库。供管理人员查询。MIS系统的数据传输，载体采用光纤网和电话线网相结合的方式。传输数据多的地方采用光纤，数据少的地方用电话线，很像公共交通中的高速公路和国道联合使用一样。称为对称数字订户线（SDSL）技术。国内已有非对称数字订户线（ADSL）技术。

总的来看，DCS本身的I/O板变化主要体现在I/O板A/D的转换位数。操作站的变化体现在软、硬件的改变，通讯网络结构、协议的改进。控制器相对来讲变化要小的多。它只是由于芯片水平的提高而作一些调整。功能块的算法和组态方式是不变的。操作站主要表现在由专用机变化到通用机，监控软件由专用逐渐变化到通用。如普通微机（PC机）和小型机、FIX和INTOUCH用于操作站。专用操作站的硬件在90年代初就被淘汰。后来专用操作系统也被淘汰。目前许多DCS系统的操作系统采用UNIX或其变种，也有中、小系统采用NT。相比较来看，UNIX的稳定性要好一些，采用NT系统死机现象发生较多。

DCS的另一个重要发展是：现场总线作为控制器的输入、输出。把现场总线作为DCS的输入、输出板，目的是解决远程信号的数据传输问题。如把HART总线做成DCS的一种输入板，可以有16个变送器连接在HART总线上。又如LONWORKS总线作为MOORE的353回路控制器的输入、输出。把两个控制回路的控制器的控制回路增加到25个控制回路。同时还能有100个开关量。变送器、执行机构和DCS的控制器的距离可达1公里以上。不仅解决了远程信号的数据传输问题，还节省了连接电缆。

现场总线的提出到现在也有将近十年的历史，为节约从变送器到控制器的连接电缆，拟把控制器甩掉而自成系统，即只有I/O板和人机界面。这种方案也在发展。相对于DCS和工厂网的发展来看，显得要缓慢一些。

从理论上讲，一个DCS系统可以应用于各种行业。但由于各行业有它的特殊性，所以DCS也就出现了型号与应用行业是否匹配的问题。有时也由于DCS厂家和用户的技术人员的工艺知识的局限性而引起的。例如：HONEYWELL公司对石化行业比较熟悉，其产品在石化行业应用较多，它缺少其它行业的特殊模块，如事件记录的快速模块。而ＢAILEY的产品则在电力行业应用比较普遍，这些特殊模块都已经有了。用户在选择DCS的时候主要是要注意其技术人员对自己生产工艺的熟悉程度，然后选择符合自己要求的DCS。并应注意行业应用的特殊性，如电厂的SOE、水泥厂的大纯滞后，造纸厂的横向水分控制等。DCS系统适用于多大规模，比如使用NT操作系统的就适应于中、小规模的系统（标签量在10000点以下），最后才考虑价格因素。

各DCS厂家开发有不同类型硬件的操作站，它和控制器的不同组合会有不同的价格，其差异很大。在作系统配置时，即使是同一个系统的不同组合，价格也不一样。

专用操作站也是可改变的。以前是因为计算机技术不够发达、没有合适的软、硬件供选择，所以DCS厂家只能自己开发自己的专用操作站，因而造成封闭局面。后来则是由于DCS厂家为了保证其利益造成的，因为采用专用部件，在备件方面可以有很高的利润。但这种封闭局面总会被打破，DCS的用户只要及时了解技术的发展情况，就能选出合适的系统。

国产的DCS系统在技术上可能不如进口的，但也能满足基本要求。其价格比进口的DCS至少要低一半，算上备品备件、现场服务费用，它的成本则要低很多。

DCS由四部份组成（也可以说成三部分）：I/O板、控制器、操作站和通讯网络。I/O板主要完成模拟和数字的转换（A/D和D/A转换），最初用的最多的是8位，后来是12位加1位符号位。控制器是DCS的核心部件，任务是完成以PID为主要功能的过程控制。在国际上各DCS厂家在模拟量的算法上的技术水平都相差不远，用户编写应用程序都采用很方便的组态方式（填写若干个参数）。如果说有些差别的话是各种控制器内的算法有多有少，算法的组合和组态方式有些不一样。在开关量的处理方面区别很大。有的DCS在开关量的处理方面不很方便，甚至要用语言来编。模拟量和开关量的结合也不十分理想。模拟量和开关量结合得是否好也成为评价DCS的指标。标签量的多少与操作站的软、硬件有关。但从目前PC机的水平来看，10000个标签是能满足要求的。最重要的是DCS与操作站的通讯方式。几万个标签的采用串行口可能速度不够，应采用SCSI接口。I/O板的差别在于有的有智能，有的没有。A/D转换方式是采用调频还是调幅。控制器从结构、软件等方面各DCS差别很大。一个控制器不管完成多少个PID的运算，但是完成PID运算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控软件,操作系统和监控软件配合比较好时可以减少死机现象；在通讯网络方面，最差的是轮询方式，在网络上设有交通指挥器。较好的是令牌广播、例外报告方式，根据我们的实验，其速度要相差七八倍。

根据国内外使用经验，DCS的操作站可以使用7年以上，控制器则可用15-20年。DCS的各部件的寿命与平常的维护水平有关。在投运初期，容易损坏的概率比较大，一旦投入运行，几乎是不坏的。从检修的经验来看，经检修过的模件，已修复的部分一般不会重复损坏。从部件故障概率来看，电源的损坏概率最大。

第二讲 DCS在选型中的几个问题

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。DCS与模拟仪表相比，它更为复杂，技术性要求更高，下面来谈谈DCS系统选型中的几个问题。

从理论上来讲，DCS可以用于不同的工艺过程，它是通用的控制设备。但是，DCS的制造厂家可能专长于某一领域。如：HOMEYWELL公司的TDC2000、TDC3000，主要用于石化部门。BAILEY公司的N90、INFI90主要用于电力系统，ROSEMOUNT公司的RS3、Δ-V大多用于化工系统。因为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，选型时要考虑这些特殊因素。

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。进口DCS产品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，也能满足基本技术要求。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类的操作系统。如SOLARIS 操作系统。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（标签数）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，最新的监控软件，它与计算机技术的发展基本是同步的。操作人员对软件的安装、调试、联网和开发也要熟悉得多。监控软件有专用的也可以用通用的，通用的监控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。Astec公司推出的N 1电源可作为参考。

把控制器和操作站联成一个系统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。而专用的网络接口很贵，最贵可以达到20000美金之多。

因此，经济性与很多因素有关，有时DCS厂商把报价降下来，实际是改变了一些结构而已，并没有给用户什么优惠，甚至厂商的利润还增加了。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钢的控制系统，他对活套的控制、卷曲的控制和张力的控制等就不太熟悉，做的工程就不会理想。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，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DCS厂商作为总承包商。因为外国的技术人员不可能大批来我国服务，也不熟悉我们的应用情况，也不可能什么系统都很清楚，所以具体实施还是我们国内的技术人员来作。没有必要非化外汇不可。

第四点是售后服务问题，国外厂商通常情况下存在配品、备件供应价格高，且不能及时供应问题。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基本上跟不上计算机技术的发展，但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。也可选用。另外许多第三方厂家也已经开发出了许多很好产品，用户也可选用。没有必要抱着所谓正宗不放。由于第三方的冲击，系统才能更加完善。

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、硬件的支持等。这里要注意的一点是：有些国外厂家为了抢占市场，把一些不成熟的产品推到第三世界，这是经常发生的事情。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。还如：早在1983年，某外国公司销售的DCS，该产品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。这种产品根本不能出厂，但还是卖给了我们国家，结果购买的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，不要把国外系统看成什么都好，国内什么都不好。另外，系统集成已很成熟，为了节约资金，可以作系统集成。操作站有通用的，现场总线有许多模块，这样就可以作系统集成。如欧陆的S6000，它早在80年代就作系统集成，利用英国的控制器，美国的监控软件和美国的PLC，作成S6000系统。我们都能接受，为什么国内集成就不能接受呢？

选型不但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，应慎重考虑。

第三讲 DCS操作站

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180000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。

第四讲 动态数据服务器

DCS是属于基础自动化，直接与生产过程相连。MIS(Management Information System)系统是完成管理信息方面的任务，侧重于办公自动化。动态数据服务器也是DCS系统人机界面的一种。它连在DCS网络上。它除接受DCS的数据以外，还可以接收其他设备来的数据。

DCS和MIS，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。这两者之间的信息交换必须要有隔离设备。这个隔离设备就是动态数据服务器。它的产生是与DCS操作站的封闭有关。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采集现场来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，所以它的数据采集量是海量的。不仅有实时的，也有历史的。将这些生产实时数据用与管理，需要经过数据淘金，然后将信号送到生产管理部门。比如有些信息不一定来自DCS，象设备故障诊断，可能来自设备状态检测信号。它是豪秒级的快速信号。

通常情况下，一个企业往往有几种不同牌号的DCS、PLC，管理部门需要生产实时数据，DCS又不开放，这就产生了动态数据服务器。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。因为普通微机经扩展可以有8个串行口，所以一个动态数据服务器理论上可以连接8种DCS、PLC和设备状态检测信号。实际应用时，要看几套DCS和PLC之间的距离、读取点数的多少。为了数据安全，最好一套DCS（PLC）一台动态数据服务器。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之间信号交换采用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等软件的数据库都能存储历史数据，几十个信号可存储1年以上。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，监控软件仍然可以使用通用的。

动态数据服务器读取DCS和PLC的数据时，为保证数据安全，不影响DCS的工作，如不影响控制器、操作站的工作，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，采用普通微机作为硬件，WINDOWS98或NT操作系统，通用监控软件，各种DCS、PLC的驱动软件。

动态数据服务器的两个重要指标是：能读取的数据量和读取的速度。为读取数据，在作动态数据服务器的机器上，把要读的数据做成DCS的标签形式，最大数量可达10000多点。动态数据服务器另外一个指标是读取数据的速度，它应该在几秒钟内读完几百个数据。读取速度与所编的驱动软件有关。如果动态数据服务器的硬件是小型机，用SCSI(small computer system interface)接口连接外部设备，最快1000多个数据/秒。外设和主机的距离不能超过3米。如果采用普通微机，采用串行接口，大约200个数据/秒。

另外一个方法是将操作站当成动态数据服务器用。理论上是没有问题的。因为MIS系统运行的机器是在以太网上运行，和操作站是在两个网络上。操作站内有DCS的各种数据，为取DCS的数据，所以操作站必须是开放的，目前DCS的操作站开放的不多，另外，操作站内的数据必须是系统的全数据。因为一个较大型的DCS系统可以有许多台操作站，一台操作站往往只有一部分生产工艺的数据。从操作站取数据有可能会影响到操作站的安全运行。

操作站安装微软的GLANCE软件，也可将数据读出。浏览器必须用微软的Web。

从控制器读取数据也时一种办法，把MIS的所要的数据都组态到一个控制器中，这个控制器不再用于控制。通过串行口把数据送出。这种办法读出的数据较少。

第五讲 DCS通讯网络堵塞和人机接口的死机现象

动态数据服务器，它是DCS和MIS系统的接口，是DCS和Web的隔离设备。它的特点是数据只能上行，不能下行，而且存储的数据量是海量的。历史趋势站和动态数据服务器类似，它的功能可以合并到动态数据服务器。在DCS的通讯网络上连接有几种不同的结点，它通常分为两大类。一类是直接与生产过程通过I/O板连接起来的结点，我们称之为控制器。控制器根据功能不同又可以分为数据采集控制器、回路控制器和逻辑运算器。三者可以合为一个结点。另一类结点是与人相连的，称为人机界面。它们通过通讯网络采集控制器中的数据。根据功能又分为操作站，这是工厂运营的主要设备，它既要从控制器中读取数据，又要将运营人员的意图送给控制器，所以数据传输是双向的。人机界面的另外几种结点分别是工程师工作站、历史趋势站和动态数据服务器。工程师工作站通常只在系统投运前，把存储在控制器中的各种算法按照生产要求连接起来，并填进参数最后下装给控制器，它是组态用的工具，系统投运以后可以离线。工程师站的工作区别于用算法语言编程，称之为组态。

控制器中存有各种控制算法，如：PID、加、减、乘、除、三角函数、矩阵运算、先进算法史密斯预估器，与BASIC、C语言接口等。如果操作站中的监控软件作图功能不能满足要求，也可由工程师站做动态流程图，称为SLDG设计。然后装载给操作站。

为了DCS的控制器和操作站的升级，不改变组态，由逆向工程师站读取控制器组态。然后下装给升级后的控制器。逆向工程师站的另外一个功能是为了查找故障，读取控制器组态供分析使用。

人机界面的另一个重要结点是动态数据服务器，也可以单独成为一个结点，但是在网络上要加一个结点的接口设备。通常这种接口设备是比较昂贵的。

在系统刚投入运行时，由于系统组态不完善，经常发生网络堵塞。但投运一段时间后，就很少发生网络堵塞。

近来，由于MIS系统需要从DCS中读取生产实时数据。在网络中接进动态数据服务器，网络堵塞现象就变得十分频繁，并使得各种人机界面的结点死机现象很严重。网络堵塞现象的严重程度与多种因素相关。

当结点连到DCS的通讯网络上时，通常有一个网络接口，控制器把数据送到接口。人机界面从网络接口读取数据，读取数据应遵守网络通讯协议。网络物理结构有环形和总线两种，总线网络在逻辑上也是环形的。星形网络只用于小系统（100个I/O点内）。常用的通讯协议是广播式的，在网络上的结点，只要把数据送到网络上，它就要不断广播数据，需要数据的结点就接收数据。广播式协议的网络除了这种方式以外，还有一种方式：一个结点向网上的其他结点问询数据，但如果其他结点没有这个数据，它就反复进行问询工作，直至读取到这个数据。那么，如果网络上根本没有这个数据，就会造成网络堵塞。

操作站死机现象，不管何种DCS系统，在DCS七十年代问世以来，都不同程度的存在死机现象。操作站主要软件是操作系统、监控软件和控制器的驱动软件。早期的DCS系统，所有这三个软件都是由DCS厂家自行开发的，或者说是专用的。这三个软件可能有不相配的地方，所以在运行时产生死机，特别是键盘操作时，在几个特殊键按下时，就会产生死机。另外一种情况是：有的DCS系统、监控软件从其它系统移植过来，DCS制造厂家只开发一个驱动软件。这种情况下，由于DCS销售量小，软件之间配合问题没有得到充分暴露，死机就更为频繁。

动态数据服务器不是系统刚投运时就存在的，许多DCS用户是最近几年根据需要才添加的。DCS运行时间比较长的情况下，工厂的维护人员不断更替，控制器的组态也不断变化，但有一个现象是：组态只加不减，有一部分组态实际上已没有与真正的I/O点相连。而动态数据服务器接入时，欲将DCS上所有数据点都读上去，而其中有很大数量的数据点是无效的，因而造成网络堵塞，所以人机界面就发生死机现象。这时可以用逆向工程师站读取控制器中的组态，与正向工程师站的内容进行比较，删除无效点，就可以避免网络堵塞和死机现象。如果没有逆向工程师站，人工读取控制器组态也是可以的，但比较费时。

另一个应注意的问题是在接入动态数据服务器时，应检查所有接口的软件版本是否一致。否则也会影响数据的传递。

解决网络堵塞的第三种方法是：如果采用例外报告的方式，可将例外报告的区域加大一些，以减少网络的通讯量。例外报告的意思是现场的某点只在发生变化时把数据送到网络上，如果不发生变化就不会传送。但为了防止点已经坏而人机界面不知道的情况。所以，即使点不变化，超过一段时间也要报告。

为了减少网络上的数量，把例外报告的二个参数都适当加大，也能达到减少数据量的目的。

最近几年推出的通用操作站，大多采用NT操作系统，监控软件也采用通用的，如：FIX、INTOUCH等。由于软件的销售量大，软件存在的问题较少。通用操作站的开放性能好，死机现象会大大减少。无论维护成本、备件采购都不受DCS制造厂家的限制。这是DCS的一大进步。

第六讲 DCS操作站部件更换技巧和DCS的打印系统

1995年以前从国外进口的DCS系统据不完全统计，大约近3000套、20多种不同型号的DCS系统，它们分别来自于美国、日本和欧洲。有的系统是专用的，它随主设备一起进入我国。如造纸厂的一些控制系统如Measurex ，它可能随造纸主设备进入我国。大部分DCS是直接进入我国。又如欧陆的系统6000，它是集成的DCS系统。回路控制器作过程控制用，人机界面采用PARAGON软件作为监控软件。利用PC机的串形口，把PLC也接进HMI中。同一厂家又有几种不同型号的DCS，这是由于系统升级或系统规模不同而设计的不同型号的系统。把同一厂家的放在一起，观察几种DCS系统在中国的使用情况。用户有几十套以上的有以下几种系统：TDC3000（TDC2000、R150、S9000）、μXL、（CENTUM）、I/A（SPECTRUM）、 N90（INFI90）、PROVAX、RS3(ΔV)、APACES、MOD300（MODⅢ）、AC450（AC210、AC500）、WDPF、HIACS、TELEPUM和MAX-1（MAX-1000）。还有一些系统不到10个用户的，如PROCONTROL P14，全国只有4套，D/3只有5套，TOSDIC系统在全国的用户也不多。无论在中国的用户多还是少，这些DCS系统的共同特点是人机界面的许多部件也都是从第三方购买的，不是自己生产的，现在大部分部件都已经停止生产。 如有的DCS操作站主机采用DEC公司的VAX机或α机，在96年DEC已被COMPAQ公司兼并，到现在已经停产5年，不仅机器不生产，而且连芯片也不生产。如果现在仍然进口这样的DCS，备件将会成为很困难的事情。

又如操作站使用的硬盘，其接口大都是ST412(像ST225、ST4096、ST4097、XT1085等)或IDE接口，这种硬盘体积大，但容量小。目前已停产多年。当操作站的硬盘损坏时，购买原配硬盘会比较困难，只能用与原硬盘同系列的，BIOS稍加修改后的硬盘代替。少量的SCSI接口的硬盘购买要容易一些。

DCS的显示器（CRT），一般都是R、G、B三路模拟信号输入。这与DCS操作站所用的显卡有关。显卡分为单显、CGA彩显、EGA彩显、VGA、SVGA彩显和MTS多频彩显。92年以前进口的DCS基本上都采用EGA彩显。分辨率640×480，行频是15.7和21.8千赫，有的甚至是CGA彩显，行频是15.7，场频60赫，但目前市场上的CRT是VGA显示器较多，行频是31.5千赫。原来的CRT行频率太低,无法与大部分DCS操作站相连。EGA和VGA场频可能是一样的。市场上的显示器SVGA彩显，行频31.5千赫，分辨率800×660和1024×768。场频可能仍然是60赫不变。无法连上的原因就是由于行频不同。为了把显示器的更换问题讲的清楚一些，下面介绍显示器的基本技术参数。

l 行频（khz）：是水平刷新频率。是电子枪每秒在屏幕上扫描过的水平条数。

l 场频(hz)：是垂直刷新频率。每秒屏幕重复绘制显示画面的次数，即重绘率。

l 像数：是每一个包含红、绿、蓝三种颜色的磷光体。

l 分辨率：是显示器画面解析度的标准。由每帧画面的图素数决定。以水平显示的图素个数×水平扫描线数表示。如800×600是指每帧图像由水平800个像素和垂直600条扫描线组成。显卡的输出应该与显示器的显示参数吻合。

l 点距（mm）：指CRT上两个颜色相同的磷光点之间的距离。

l 带宽（mhz）:是表示显示器显示能力的一个指标。

l 动态聚焦：是在电子枪扫描屏幕时，对电子束在屏幕中心和四角聚焦上的差异进行自动补偿的功能。

如果CRT发生故障，操作站无法发挥作用。需要更换显示器的另外一个原因是1994年以前的显示器，都属于球面显示器。在水平和垂直方向都是弯曲的，图像也随着屏幕的形态弯曲。而现在都采用纯平显示器。该显示器的屏幕在水平、垂直都是笔直的。失真和反光都减到最小限度。现在确实需要更换显示器，解决的办法是在操作站主机和显示器之间接一个转换器后才能用现在的显示器和DCS操作站相连，如采用液晶平面显示器，同样需要转换器。才能显示DCS系统的信息。

又如ARCHIVE磁带机，TEAC软驱等都无法买到。寻找旧产品是很困难的事情。即使找到，也不一定用的上。如硬盘还需要低格或初始化等。

如果还想用原来的操作站主机，就需要配上能兼容的硬盘、CRT、键盘等。DCS的键盘大都是薄膜键盘，国内维修是很方便的。80年代进口的DCS，即使是DCS的生产厂家，有时也无法供应部分备件。有时能供应，但到货的时间特别长，无法满足紧急要求。其价格可以说是天价。因为这些部件DCS厂家也是从第三方购进的，也需要去寻找，这使的供货时间很长。每个部件如硬盘、CRT、磁带机等都要在几万甚至十几万人民币。如换主机，就需要几十万人民币。所以说, 购买这些部件还需要有新的思路。更换主机的话，有时甚至不如把原来操作站去掉，换上新的通用操作站。

值的一提的是各DCS系统的专用打印机，像能打图形的GENICON打印机，它的打印头、色带等很难买到。又如原DCS配的报警打印机，系统中只要有报警发生，打印机就会不停的打印，而且报警的产生次序没有存储，不能查出哪一个报警是最先发生的，一些有用的信息淹没在海量的无用的信息中。不仅浪费大量的打印纸，而且有用信息很难提取出来。DCS主机把信号送到打印机，之间有驱动软件，驱动软件实际上是一群指令集。与DCS相配的打印机只用了指令集中的一部分指令。另外型号的打印机还需要另一部分指令，因所用指令不一样，所以就连不上去。

开发CRT的转换器、打印系统就是在上述背景下开发的，打印软件用于各类DCS系统的打印管理系统。该打印系统可以与各类DCS系统的操作站相联，构成打印信息管理系统，包括在线报警记录，屏幕拷贝及事件列表等。不仅可以完全替代专用打印机，而且还兼有存储、查询等功能，从而更适合现场应用。每一套打印系统可以与4台DCS操作站相联。

打印管理系统其核心是打印管理软件，把它安装在普通PC机上，在WINDOWS平台上运行。为保证数据安全，采用RAID技术，双硬盘冗余运行。该软件是为改善计算机自动控制（DCS）操作站的打印功能，加强信息的存储、查阅和拷贝能力而开发的一套打印信息管理软件，具有功能强，界面友好，操作方便等特点。使用它可以从根本上避免过去只使用打印机时，由于打印机故障而经常造成信息丢失的现象，也可以从根本上避免有用信息淹没在大量无用信息中。使用可以将操作站的打印输出信息长期地以文件形式保存在硬盘上（视硬盘容量及打印信息量的大小，可达数月甚至数年），也可将其拷贝到其它存储设备（如：光盘等）上。

打印系统可以自动识别操作站信息中的报警记录、控制操作、统计报表、事件触发报表、画面拷贝及组态列表等内容，并分别进行处理。使用它可以实时地观察到操作站的报警记录、控制操作、统计报表、事件触发报表、画面拷贝及组态列表等内容，并分别进行处理；并可以实时地观察到操作站的报警记录和控制操作等需要即时响应的数据和状态，也能方便地查阅已经接受到的所有记录。既可以使用“离线打印”对已经接收到的信息进行有选择地打印，又可以使用“在线打印”将操作员站的打印内容立即输出到打印机上。

打印系统的工作原理是：各个打印机厂商生产的打印机都有与WINDOWS操作系统相联的驱动程序。而原DCS的大部分操作站的操作系统是专用的，它们只有特殊几种打印机的驱动程序。市场上常用的打印机它们没有驱动程序，所以是连不上的。实际上，打印系统软件的任务是编写WINDOWS操作系统的反驱动软件，就是使DCS操作站来的信号能在WINDOOWS环境下识别。然后通过WINDOWS的驱动程序去连接常用的打印机。打印系统软件要识别不同的数据格式，因为原连接不同型号的DCS操作站的打印机有它们自己的数据格式，如ANSI格式、IBM格式等，在打印系统连接到操作站之前，弄清它的数据格式，使这种数据格式在WINDOWS环境下工作。打印系统软件应编写`多种数据格式的反驱动软件。另外，打印图形和打印文本的软件差别很大。仅打印文本，其软件比较简单，打印图形比较复杂。比如采用HP打印机打印图形，首先弄清是点阵格式还是页扫描格式。大部分Hp打印机是页扫描方式，软件要解释PCL＋指令，打印机就能打印操作站屏幕上的图形。虽然都是PCL 指令，不同型号的打印机的指令还是有区别的。只要型号不一样，与DCS的连接就不会太顺利。如果不是HP打印机，就要解释别的指令。

打印系统软件国外和国内都有产品，经使用运行都很好。

第七讲 DCS的基本结构和PLC的区别

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。

总线网络DCS

环形网络DCS

星形网络DCS

第八讲 DCS控制器中的功能块

DCS不仅能完成原来模拟仪表的功能，而且大大超过模拟仪表。这是因为它采用了先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术等4C技术.采用数字控制以后，控制器中预先存到ROM中的算法可以说是无限的，每一种算法代表一种功能。这些功能在模拟仪表中是用模拟线路来实现的，它受到模拟线路的漂移、电阻、电容等器件的限制，作一个精度很高的模拟仪表成本很高，甚至几乎是不可能的。而数字控制的算法是用程序实现的。用程序来代替模拟线路所能实现的功能。在理论上是无限的，这是很大的进步。对于各种DCS系统其原理都是一样的。通常称各种算法为功能块。功能块的总成称为功能块库。

DCS的控制器主要是由CPU、ROM、RAM、E2PROM、地址设定开关等组成。CPU完成运算，ROM用来存操作系统、功能块库，功能块在ROM中的排列是确定的，用户是不能改变的。RAM用来存CPU的运算结果和I/O信号。E2PROM存用功能块连成的控制方案。下电时，控制方案是不会丢失的。不仅如此，控制方案不合适，还可以修改。修改采用紫外线照射，抹去E2PROM中的内容。控制器在网络中应该有地址，由这些地址开关来设定。功能块在ROM中的排列有的DCS称这种排列为功能码。码的次序就是功能块在库中的地址。各种厂家的DCS对运算算法的处理有些差异，所以名称也不一样。如有的DCS称这些算法为内部仪表，但其实质都是一段程序，本质是一样的。在运用这些功能块时，应该标明该功能块输入输出之间运算的关系，还有运算所需要的许多参数。在用户根据被控对象，确定控制策略形成控制方案时，在功能块库中选择控制用所需要的功能块，弄清各功能块之间的联接关系，并首先定义它在E2PROM中的地址，和其它功能块的联系也都是用地址来表示的。同时填入所需参数。这些工作称为组态，这是为了区别于用语言编程。组态时，可以用作图的方式，即CAD方式。作CAD有一个软件，可以画出每一个控制回路所需的功能块以及它们之间的连接关系。它称为工程师站。用它给控制器组态。组态时，先画出SAMA图或ISA图。在用小功能块时，画SAMA图、大功能块时，画ISA图。

功能块库中最重要的功能块是PID功能块，它的输出Y(t)和输入X(t)的关系是比例-积分-微分关系，即

它在过程控制中有极其重要的作用。在完成闭环控制时一定要用到PID功能块。闭环控制的一个控制回路和串级控制回路的方框图如图一，图二所示，图三和图四是Infi90的组态图。

含PV-SP的PID功能块是实现过程变量（PV）和设定值（SP）之差进行比例-积分-微分运算，它的参数有设定、过程变量、比例-积分-微分的系数。它的输出通常送到输出板的端子板的地址。最后把输出送给阀门。一般情况下，PID功能块中包括PV-SP的运算。有的PID功能块没有SP和PV的减法运算，这是为了在PID之前还可以加入其它运算。如加死区。在功能块库中另外一个重要功能块是站功能块，它不能用数学公式表示输入和输出的直接关系，它是实现人机交流的功能块，把由人决定的设定值送给控制回路，并送进控制回路何时接入的条件和实现手/自动切换的条件等。

有的DCS的PID功能块几乎是包罗万象的，有100多个参数。1，首先问PV从那里来，要填入PV的地址；PV值来自一块模拟输入模件或端子板；2，SP的地址，SP的地址通常是站的地址；3，有没有死区，没有死区，这一项就不用管了，有死区，要写入死区的宽度和高度；4，要不要积分，要积分，积分常数是多少，5，要不要微分，要微分，微分常数是多少；6，比例是多少；7，要不要死区，如果要，需输入死区宽度，死区的高度。8， 要不要史密斯预估，如果要，就要填写史密斯预估器的参数；9，PID功能块的输出到那里，如输到模拟输出模件或端子板的功能块。其输出是真正到阀门。输出也可以到存储器中，但要规定一个地址。这时PID功能块的输出成为另一块功能块的输入。如串级控制，第一个PID的输出是第二个PID的设定，这时PV有二个，也用二个站功能块，但只有一个站功能块有手/自切换关系。手操站和操作站直接与该功能块通讯，其优先权手操站高于操作站。

算术运算加、减、乘、除，平方、开方等DCS是必不可少的。其次是函数运算，三角几何运算，矩阵运算，C语言接口和Basic语言接口功能块等。与硬件连接的功能块，如读取模拟和开关输入的功能块，模拟和开关输出的功能块，从网上读取模拟量和开关量的功能块，送到网上的模拟量和开关量的功能块。

作为一个DCS控制器，必须具备的功能块有：与硬件连接的功能块通常是4块，这与输入板的类型有关；包括模拟量输入功能块、模拟量输出功能块、开关量输入功能块、开关量输出功能块。每一个功能块必须与特定的端子板连接在一起。如果有接收现场总线的信号，还需要接收现场总线信号的功能块。另外有4块与网络相连的功能块。他们分别是：模拟量网络输入、模拟量网络输出、开关量网络输入、开关量网络输出。其次是PID功能块、站功能块，再其次是算术运算（加、减、乘、除）。然后才是函数运算（一次滤波、超前-滞后、二维曲线等）、三角几何运算（正弦、余弦、正切、余切等）和三维矩阵运算。一些高级运算，如模糊逻辑，模型控制等是可多可少的，但它们是判断DCS系统功能强弱的标准。至于一些行业的被控对象功能必须有一些特殊的硬件支持，如：电厂的SOE功能，必需有快速中断的硬件输入板。

为了增加控制器的I/O点数和增加控制器到现场的距离，可以把现场总线和控制器连接，如lonworks总线，这时控制器内应该有连接lonworks时的功能块。Lonworks总线上的模块有独立的输入输出板和运算板，在运算板中还有少量的功能块。

第九讲

回路控制器和DCS系统

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。

第十讲

数据采集系统和 软DCS、软PLC

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豪秒）。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PAREGON软件，现在用的人少了，现在多用FIX、INTOUCH，人机界面就可以读取从小模块来的I/O信号，并在CRT上显示出来。在美国有20多家工厂生产这种类似的产品。它与STD总线的产品同一档次。STD总线的产品由于使用时用户的工程量太大，所以逐渐在退出市场。

在一些纯采集的系统中，OPTO产品应用较多。主要优点是维护量少。如果需要有闭环控制，在人机界面和I/O之间加类似于PC机（LC4）的控制器，在控制器中有一些功能块，可以组态各种控制策略。一般情况下，因为功能块的数量比较少，所以作为有几千个I/O点的大控制系统采用OPTO22的还比较少。

OPTO开关量的小模块应用最多的是作为DCS开关量输入模件的隔离模块。使DCS本身免遭雷击干扰。由于制造工艺比较简单，国产的模块用户反映也很好用，但价格不到进口的一半。

九十年代初，由于计算机技术的发展，有人提出普通微机（PC机）已经很成熟，无论是运算速度，还是内存都能满足控制要求。分前后台操作。DCS还是PLC都不需要控制器，把DCS和PLC控制器中的功能码、梯形图移植到NT操作系统的PC机内，软件移植相当困难。由微机直接与I/O板相连。因为控制算法已存在PC机内，PC机既作为人机界面，又作为控制器，有人称它们为软DCS、软PLC。美国AB公司就有软PLC。各PC机之间用以太网连接。到目前为止，应用仍然不太广泛。一些小系统有采用SOFT DCS和SOFT PLC。

第十一讲 DCS控制器的电源系统

DCS控制器的电源分模件电源和I/O电源。模件电源输入AC 220V，输出DC 5V和15V。供给模件上的芯片用。I/O电源输入AC 220V，输出DC 24V或125V。供给现场变送器用。DC 125V用于粉尘大的行业。如水泥生产厂，环境恶劣。如果采用24V电源，有时DCS连接的继电器的结点会发生闭合不全的现象。条件好一点的工厂也可以采用24V的电源。从国内、外的运行经验来看，DCS运行5年以后，电源发生故障的概率比摸件的概率要大得多。主要的问题是电源上的电解电容的故障率比较高。

早期国外DCS的电源大都采用整体式电源。从两处不同地方来的交流电源送到DCS的两台电源上。冗余供电。两台电源同时供电，其中一台发生故障时，完全由另外一台电源供电。冗余电源的连接示意图见15讲。后来又采用N 1电源。这种电源也有两种，也有模件电源和I/O电源。根据计算，电源容量需要N台电源，为了安全，再加一台，所以称为N 1电源，这种提法是由美国ASTEC电源制造公司提出来的。把所有电源模件装在一个机笼内，通过电源母线向安装在机柜内的所有模件提供5V、15V和24V电源。5V的输出电流最大。如果N 1还不行，可以N 2。这种电源系统的原始思想是想让所有电源的负载均衡。每台电源公差很小。做到负载均衡，要做到这一点很困难，必须要有一套检测设备，用来检测各个电源的输出电流，然后加以调整。否则小于5V的电源永远不出力。因为电源在制造时总是有公差的，在下限公差的电源总是出力小。上限公差的电源出力大，使用时，它就容易损坏。I/O电源输出24V，如果模件电源输出的电流不能满足要求，另外可再加一台24V电源。

从整体式电源到分布式电源的进步是得益于DC/DC AC/DC块的出现，它把沉重的变压器去掉了。电源的设计变得简单了。

还有一种方案是一个机笼一个电源。这台电源只给这个机笼内的模件供电。主要是电源的地线要粗一些，并接好整个机柜的地线。否则也容易发生故障。

第十二讲 DCS的通讯网络

早期的DCS的通讯网络都是专用的，DCS有几级网络，完成不同模件之间的通讯。究竟做成几级，各厂家各不相同,并与计算机技术的发展有关。从目前的情况来看，DCS的最多网络级有四级，它们分别是现场总线、I/O总线、控制总线和DCS网络。

I/O总线，它把多种I/O信号送到控制器，由控制器读取I/O信号。这称为I/O总线。I/O板相互之间并不交换数据。I/O总线的速率是不高的。从几十K到几兆不等。这与计算机技术的发展情况有关。80年代初是20K，80年代中期是40K、80年代末期是80K，90年代是几兆。为了快速，最好是并行总线。采用并行总线，其I/O模件必需与控制器模件相邻。采用串行总线的情况下，I/O板和控制器之间的距离也要比较近才行。最好把控制器模件和I/O模件装在一个机柜内或相邻的机柜内。远程I/O应该采用现场总线。如CAN、LONWORKS、HART总线等。现场总线是90年代初发展起来的。在I/O板中从硬件来说应该有能接收现场总线来的信号的输入、输出板。从软件来说在控制器中应该有读取和写到现场总线信号的功能块。在DCS系统中，远程I/O采用HART总线比较多。比如现场的变送器，离控制器机柜距璃比较远，把16个变送器来的信号编成为一组，用HART总线把信号送到控制器，空制器同时读进16个变送器来的信号。控制器和变送器两者距离可达1公里以上。在从美国、欧洲进口的DCS系统中，几乎都有HART协议板。实际应用中，远程信号是比较多的。如水泥厂，回转窑的窑头与窑尾，两者距离有几百米，如果在网络上设两个结点，需要两套结点的接口模件，接口模件的费用比较高，如果设一个结点，在地理位置上不管结点安排是在窑头还是窑尾，都需要采用远程I/O。

第二级网络是控制器之间的通讯，把完成不同任务的三种控制器连在一条总线上，称为控制总线。在控制总线上的不同控制器的数量不受限制。在这一条总线上除三种不同的控制器模件以外，还有DCS网络的接口模件。在控制总线上，控制器之间可以调用数据。使得模拟量和开关量之间的结合很好。控制总线不是每一种DCS系统都有的，可以把各种控制器分别连到DCS网络上。控制器之间的数据调用要通过DCS网络。控制总线的速率情况与I/O总线的情况相类似。通常是几十K到几兆之间。当CPU和存储器的能力比较强时，把开关量的逻辑运算和模拟量的采集功能都在一个控制器中完成。在控制总线上就只有一种形式的控制器。其协议采用载波监听，广播发送，类似以太网的协议。

第三级是DCS网络。它把现场控制器和人机界面连成一个系统。为了确保通讯成功，DCS生产厂家无论是电缆，还是通讯口，都把它们做成冗余的。一条网络发生故障，另一条备用网络立即投入运行。备用方式各种DCS有别。如美国的LEEDS—NORTHROP的MAX-1系统采用冗余两环信息正向和反向同时运行。有的系统一个环在运行，另一个等待。

连在DCS通讯网络上的部件称为结点（节点）。在地理位置上，结点可以分散配置，各结点之间的距离各DCS系统不同。有的可达几百米。传输速率在几百K至一百兆之间。10兆是常用的速率。DCS网络的总长度可达几公里，最短也有几百米，网络不够长时要加中继器。

三种总线的通讯协议是由各DCS生产厂家自行开发的，通讯协议是不公开的。

DCS网络的结构形式大致是三种，分别是总线形、环形和星形。星形结构通常只用于小系统。通讯协议有令牌广播式，问询式和存储转发式。问询式协议的网络要有交通指挥器。所有人机界面要向控制器请求数据时，必需通过交通指挥器，由交通指挥器来向控制器请求数据。控制器才能发送信息给人机界面。如HONEYWELL的TDC2000，FISHER的PROVOX，都有交通指挥器。在星形网络中，人机界面（操作站）可以作为交通指挥器。它只能连接一个人机界面的结点。把它作为操作站。网络的覆盖面也比较小。由一些回路控制器组成的系统通常都连成星形网络。令牌广播式由一个结点发出一个令牌(令牌是特别的比特组，比特组内无源地址和目的地址)，令牌沿环绕行。拿到这个令牌的结点就改变令牌中一个特定位，将令牌变成一信息帧的帧起始定界符，加挂上构成一帧所需要的其余字段以发送信息，网络上的其它结点都在接收信息。当本站检测到帧的目的地址与本站地址相符时，就接收该信息帧（目的结点）。同时转发该帧，直到该帧回到发送站（源结点），才把该帧释放。再发送新令牌。这种协议的特点是持有令牌的结点才能发送信息。令牌广播式协议的网络中，可以连接多个人机界面的结点。在网络上的结点都是平等的。每一个结点都有机会发送信息。如美国BAILEY的INFI90 90是令牌广播网。存储转发协议是一个结点发出信息，传给下一个，这个结点接到信息，必需先存下来，如果自己要，就可以接收下来，如果不需要，就把它转发出去。直至到需要这个信息的结点为止。然后信息再返回到源结点，才释放这个信息。这种协议用于环形网络中。这种环形网络可以长达几公里。如美国BAILEY的NETWORK 90的厂区环路就是这样的网络。不管什么结构形式的网络，连到网络上的结点的总数是有限制的，至于什么样的结点，有几个，它是不受限制的。

在DCS网络中，数据传输是以信息帧的形式传输的。它是同步发送星息。半双工发送。双工发送的极少。每一帧信息都有信息头（称为首旗），信息尾（尾旗），信息帧中紧跟首旗的是地址，其中包括信号发出的结点的源地址，如结点号、模件号、功能块号以及接收信息的结点的目的地址，如结点号、模件号和功能块地址。信息帧的中间是数据，再后面是校验。校验最多的是采用循环冗余校验（CRC）。CRC码是一种高效能的检错和纠错码。数据在传输过程中，可以是一帧，也可以是两帧，如果是两帧，头帧是旗，第二帧才是数据。最长的一帧信息可长达200多个字节。采用存储转发协议的网络中，当一个结点发生故障时，把这个结点旁通，让信息通过。

第十三讲 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。

第十四讲 异种系统的互联,时间同步和SDSL技术

--DCS怎样走出封闭困境

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 DATA EXCHANGE）、快速DDE 、网络DDE等都支持。

uDDE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。

uSuitLinkK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。

uOPC（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。

我国电信有ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）技术,目前也在开始试验着用。它与SDSL的区别是: 从信息端读取数据还是传到信息端的指令速率是不同的。如现场有一个动态数据服务器,管理部门要从现场读取数据,它的速率只能512K。

应用举例 ------ 生产过程监视

在厂长的计算机上可直接看到现场的实时数据，就如同在车间里观看连在设备上的计算机一样。

. 全面掌握汇合了各车间生产实际的综合情况。

应用举例 ------生产调度会议

在开生产调度会时，主会场聚集生产厂长及各车间主任开会。会议实况通过网络转播到各科室的计算机上，员工聆听会议内容，不参与会议讨论。 如有分会场，可与主会场互动，画面合成后实况转播出去。会议结束后，各科室的计算机可做它用。综合实现成本低廉。

第十五讲

浅谈国产DCS系统

80年代中期，许多单位和个体技术人员都想涉及DCS的开发和生产。由于资金投入太多，软件的工程量太大，需要软件开发人员、硬件人员和工程人员协调工作，另外DCS的开发毕竟太复杂了，它涉及到计算机技术、通讯技术、控制技术和显示技术。几个技术人员不可能掌握那样多的技术，同时也没有那样多的资金投入，并且不可能在短时间内就有产出。几个技术人员是没有力量来支撑的。许多技术人员只能望DCS兴叹。许多单位如几个大钢铁公司的自动化部也由于资金不足退出DCS的开发。如阿城继电器厂从1984年就开始DCS的开发，并取得很好的成绩。由于资金不足和管理混乱，也无奈的基本退出DCS的角逐。STD总线的产品是控制系统的中间产品，90年代初期生产厂家很多，每年在国内达到几亿的销售量（与现在国产的DCS销量相当）。由于最终用户的工作量很大，也正在退出市场。

90年代中期，DCS的软、硬件除功能块以外，在市场上都能买到。如控制器可以用PC机主板，DCS网络也可以用以太网。人机界面可用通用监控软件，如组态王等。用系统集成的办法究可以集成出新的系统。市场形势比80年代有很大改变。

90年代中期又一次浪潮涉及开发DCS，各种牌号的DCS纷纷出笼，大约有上百种系统推向市场。仔细分析，都在较低层次上重复，功能单一，形不成规模。

由于政府的界入，开始有新的单位进入DCS的开发。政府无论从资金还是项目都大力支持，所以得到蓬勃发展。如北京和利时、上海新华和浙大中控。他们都有几百套的销量。基本形成规模生产。他们虽然一时还达不到进口的水平，但控制的基本要求还能满足。从系统的结构和I/O板的生产来看，已经有相当高的水平，和国际上的水平已相差不远。如无锡生产的I/O板就很美观。人机界面的软件国内已有开发，如组态王，每年有2000套的销售量，经使用情况也是良好的。

开发DCS最难的是控制器的开发问题，一是硬件，用的是PC机底板卡，操作系统也是通用型的，如微软的NT、加拿大开发的QNX等，价格高，使得利润减低。二是功能块的开发。这是最难的。功能块的数量几乎是无限的。它的工作量很大，不仅要有软件人员，还要有工程人员的配合，才能编出好用的功能块。由于我国以前实行计划经济，对技术人才一是不重视，二是各单位私有。一个单位很难有如此多的优秀的技术人员。我国软件开发人员不仅数量少，而且习惯于自己独立编程，不能很好的与现场技术人员交流，所以开发的功能块就会出现不如人意的地方。国产DCS不仅功能块的数量少，而且据用户反映，如顺序控制器功能块，其真值表不象国外的那样好用。又如自调整功能块，现场一般都不用，即使用也不好用。

总之，由于销售量还是比较小，用户的反应还跟踪不上，所以我国还缺少一套千锤百炼有自主产权的功能码。这套软件是没有卖的。一定要自己开发，在不同的操作系统下，编的程序就不一样。这与要不要控制器这个硬件没有关系。使用现场总线还是软DCS 都用的上。

用于控制策略的组态软件目前还没有发现问题。

另外一个问题是控制器的电源系统，我国基本都采用整体式电源。由于我国的DCS系统价格很低，利润也很低，DCS制造厂家没有资金投入来开发电源系统。国外DCS系统的电源冗余见下图。把两台电源安装到柜子上时，需分别带负载调整。调整时，两台电源的负载一定是相同的，要调整到相同的输出，然后安装到机柜上。电源系统中有一块电源检测板，能显示两台电源的输出情况。两台能同时给负载供电。最好工作在平衡电压的状态。经20年的运行证明电源系统是良好的。

国产两台电源冗余运行，一用一备。其中一台的交流输入电源阶跃下降，能切换到备用电源。如果斜坡下降，就不能切换到备用电源。这是电源系统的缺点之一。

N 1的电源方案没有进入到我国的DCS系统。进口的N 1电源也出现不少问题。

第十六讲

再谈DCS的通用（替代）操作站

DCS在1975年问世时，通用微机（PC）还没有推广使用。各DCS开发厂商买不到廉价的作为DCS操作站主机的设备。只能由DCS开发商自己开发。各DCS的操作站的结构差别很大。不仅操作站是如止，而且如控制器、I/O板、操作站和通讯部件，还有所有需要的软件等都是各DCS供货商自己开发，所以DCS的各部件都是专用的，成为非常封闭的系统。DCS的用户在维护方面总要依赖于供货商，造成DCS不仅初次投资高，维护费用也很高。与其它工控用的设备作系统集成也很困难。

80年代末、90年代初通用工控软件推向市场，当时它主要用于可编程序控制器。随着通用微机和工控软件的发展，在90年代末出现了DCS通用（替代）操作站。开发通用工控软件的人甚至提出：DCS供货商的原操作站的寿命已经终结.。虽然DCS厂家也已宣布有新的操作站替代，但它的新操作站价格比较高。为延长DCS的寿命，可以对DCS的结构进行改造。如果操作站有问题，可以用替代操作站，如果DCS网络有问题，改网络。如HONEYWELL公司的TDC3000系统安全性能很好，控制器的数据不容易读出，购买该公司本身的OPC服务器价格又高。这时可以从控制器直接读取数据。替代操作站的出现，是由于建造工厂管理信息系统而发展起来的。

原DCS操作站的结构形式各种DCS是不同的。所以最近出现的替代操作站的结构也是不同的。涉及到操作站和下位控制器的通讯配置问题。如果下位控制器的通讯卡连在DCS网络上，原上位操作站的通讯卡也连在DCS网络上，这时的替代操作站替代就比较彻底，如BAILEY公司的INFI90系统连在DCS网络上的结点都有一块称为NIS的卡，通过这块卡再与不同的结点连接。与操作站连接的称为ICT卡。与控制器连接的称为NPM卡。在操作站替代时原操作站主机部件都可以去掉。让PC机与ICT相连。ICT卡又与NIS相连。PC机与ICT的连接既可以是串行连接，也可以是SCSI连接。只要把原操作站主机去掉，换上PC机，接口不变，在PC机上安装替代操作站的软件，连上电缆，就可以工作。如PROVOX系统也是这样。替代操作站的连接方案见下图。

从上图中可以看出，用PC机代替操作站主机，两块通讯卡还是用原来的。与原操作站没有关系。。所谓DCS通用操作站指的是以通用微机、WINDOWS平台为基础，采用通用监控软件，配以不同型号DCS的驱动软件组成的操作站。目前用的最多的监控软件是INTELLUTION的FIX软件、WONDERWARE的INTOUCH软件。为了节约工程时间，在作操作站升级改造时，可以把原来操作站的数据库在十几秒的时间内转换成新操作站的数据库。动态流程图的图形也可以用软件转换。如果用户希望伪三维的图形，在工控软件中有作图工具，可以重作，但工程量比较大。有了通用操作站，DCS就有了第三方供货商。DCS的控制部件寿命在15年以上，而人机界面在10年以下，人机界面的备件不受DCS制造厂家限制，用户可以自由选择操作站。DCS封闭的现象完全被打破。世界上700多种控制系统可以通过OPC协议互联。

另一种结构是控制器的通讯卡连在DCS网络上，而操作站接受信号的通讯卡连在操作站主机内部总线上，这种DCS的替代操作站就比较复杂。因为下位控制器和原操作站主机数据交换必须通过操作站的CPU板。设计替代操作站的简便办法是保留CPU板，通过外接串行板连到PC为基础的OPC服务器，该服务器可以作为操作站用。这种DCS系统原使用多台操作站时，可以去掉几台，作为备件，增加PC机为基础的服务器，同样起到延长操作站的寿命。如日本横河的MXL系统就是这样的。原操作站硬件结构见图2。

21世纪初，几乎每一套DCS系统都有公司在开发DCS的替代操作站，也就是OPC服务器。只要这种DCS用的套数比较多的，开发替代操作站的公司也比较多。如美国BAILEY公司的N90、INFI90系统，在北美有7000套之多，它的替代操作站大约有6-8种。采用不同的监控软件和各家软件公司开发的驱动软件，就有不同的替代操作站。

HONEYWELL公司的TDC2000、TDC3000系统又是另外一种形式，由于DCS首先是由HONEYWELL公司推向市场的，所以它的应用更为广泛。如果把替代操作站连在LCN上，比较难以实现。它的系统封闭性很好，但还是有人作出直接与控制器相连的替代操作站。

替代操作站的特点是：都运行在普通微机、WINDOWS平台上，采用通用监控软件FIX或INTOUCH，由自己公司开发出DCS的驱动软件，如果驱动软件既能读、又能写的话，把它连在GATEWAY上、连在控制器上或计算机接口上，就集成为DCS替代操作站。如果只能读，不能写就成为MIS系统和DCS的接口即动态数据服务器。值得一提的公司是加拿大的MATRIKON公司它开发了几十种DCS、PLC的驱动软件。欧洲的NOVOTEC公司几乎开发了所有欧洲的DCS、PLC的驱动软件。美国的STANDARD AUTOMATION公司也开发了不少驱动软件。

加拿大PREVISE公司，开发了BAILEY公司的DCS系统 N-90、INFI90的替代操作站OPsCON。它既可以作为操作站用，也可以把下行禁止，作为动态数据服务器用。不仅有串行接口，也有SCSI接口。可以代替OIU、OIS2X、OIS4X、MCS0X和OIS1X。我国唐山启新水泥厂原来采用的控制系统是BAILEY的INFI90系统，操作站是OIS20。OIS20是INFI90系统专用的，其主机的卡件备件价格很高，尤其是CPU卡，大约在30万人民币左右，硬盘、打印机等都是专用的。很难买到。为了克服这几个问题,在作操作站升级改造时，选用了OPsCON 操作站。它的硬、软件配置是一台通用微机，NT操作系统、IFIX监控软件 和OPsCON 驱动软件。一台完整的操作站还不到30万。比起专用操作站，它要便宜得多。而且，原操作站的机柜和显示器可以留用。和DCS网络INFI-NET的接口还是用原来的ICI，运行人员的操作习惯不变。专用操作站的数据库和动态流程图用软件转换。转换的成功率达90%，其余的用VB语言编写。除启新水泥厂以外，还有武钢、益阳电厂等5家用户采用了OPsCON ，用户反应良好。替代操作站的优点是不受由于公司兼并而买不到备品、备件的影响；另一个优点是开放性好。遵守OPC协议，过程数据可以直接送到以太网络上；第三个优点是可在网上工作，远程操作..。通过以太网连接的主站和从站，从站的数量不限。不同机型的联网变得特别简单。第四个优点是价廉物美。

由于原来操作站是专用的，替代操作站与原来专用的相比，替代操作站的缺点是物理上最好加电气隔离，如加光电转换等，免受接地的影响。如果操作站与INTER网相连，在软件上应该设置防火墙，否则容易被病毒感染或被黑客袭击。

90年代初期，为了提高DCS网络和操作站主机的传输速度，以增加操作站的标签量。解决办法是DCS的操作站 的主机采用小型机，另外与DCS通讯采用SCSI 接口。小型机主要有SUN和DEC两公司生产。BAILEY的DCS、FISHER的DCS采用DEC的小型机、西屋和福克斯波罗的DCS采用SUN。如果是DEC公司的VAX或ALPHA机，DEC公司96年已被COMPAQ公司兼并，COMPAQ在2002年又被HP公司兼并，不仅不生产VAX和ALPHA机，连芯片也不生产了。它的备品备件的 购买已很困难。即使有兼容的机器集成的操作站 ，其价格也是天价（一台操作站大约11万美金）。通常情况下，DCS厂商还来不及开发出PC机的SCSI接口的操作站。而开发替代操作站的公司早已经开发出这样的接口。这样，替代操作站受到DCS用户的青睐。采用SUN的小型机，虽然小型机还在生产，但有些部件的兼容性也差。这种情况也可以采用替代操作站。但要说明一点，DCS用户使用替代操作站，DCS的制造厂商是不情愿的，厂商一般不提供DCS网络的通讯协议，如果DCS厂商承认替代操作站，他们自己开发的操作站的销量会受到影响。厂商要损失不少利益。他们会用各种办法抵制替代操作站的使用，如在计算机接口加锁（KEY）或厂商自己开发出一套价格很高的OPC服务器 等，使得第三方软件要么取不出数据，要么使开发商无利可图。DCS用户在作操作站改造时，应该仔细研究与DCS的接口、从何处取出DCS的数据等问题。如果用户有比较强的技术力量，自己也可以替换改造DCS操作站。

总之，通用（替代）操作站的出现，是计算机技术、通讯技术发展的结果。这种潮流，势不可挡。给DCS的制造厂商引进竞争机制，但给DCS用户带来不少方便。

美国一家公司开发出PROVOX系统的替代操作站PRODIRECT，可以代替以VAX为主机的操作站。既可以通过DHL也可以通过SIU与PROVOX通讯。DHL是SCSI接口、SIU是串行口。标签量大时用SCSI接口，标签量小时用SIU接口。数据库和图形用PROTRANS和PROFUSION等两个软件转换。这种操作站FIX或INTOUCH作为监控软件，与PROVOX系统的驱动软件PRODIRECT软件、PROTRANS和PROFUSION转换软件是该公司开发的。PRODIRECT操作站可以与以太网连接。

STANDARD AUTOMATION公司又是另一支开发替代操作站的队伍，它采用PC硬件、WINDOWS软件平台， INTOUCH作为监控软件，它开发了INFI90、MOD300、I/A、TDC3000和ODX等系统的驱动软件，经集成有可能成为替代操作站。

一般情况下，替代操作站可以与专用操作站一起在DCS网络上运行，相互独立使用。替代操作站不会影响到原专用操作站的运行。另外一个问题是工程工作站，如果是在WINDOWS平台上的，文本和图形转换都比较容易，如果在UNIX平台上或专用平台上的，转换就比较困难。好在工程工作站可以离线工作。

由于专家系统、MIS、ERP系统的应用，从DCS、PLC取生产实时数据，已经很迫切。南非、印度等也有类似的产品。我国也开发了一些动态数据服务器的软件，如组态王软件，SYNALL 200、FORCE CONTROL软件。它们有不少PLC的驱动软件，并且也能读一些DCS的数据，如组态王软件就能读N90和INFI90的数据，但能写到DCS的软件（能作操作站用的）目前还没有见到有关报道。如果国内开发出驱动软件，DCS的维护费用会低很多。

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