DCS教程[第6講]——異種系統的互聯,時間同步和SDSL技
一個企業特別是大中型企業有許多工藝過程，每一個工藝過程都有相對獨立性。在不同時期建設或不同時間進行技術改造，一定會采用不同型號的DCS系統，設備連鎖和控制等會采用幾種不同型號的PLC系統。為了在企業內建立綜合管理信息系統，異種系統的互聯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的網絡把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是：PLC的快速信號在慢速反應的DCS的操作站上顯示。經測定，一個微動開關的動作要經過幾秒以上的時間才能在DCS的操作站上表現出來。有的DCS甚至需要8秒。另一個互聯辦法是把PLC的個別信號用硬線連到DCS的輸入板上，這樣輸入的點數很少，成本比較高。有的DCS在DCS網絡上設計一個結點，該結點專門用來讀取PLC的信號。把PLC的信號送入DCS的網絡是比較困難的。缺點是開發接口的費用很高。即使開發成功，接口也經常發生故障。一個典型例子是燃汽輪機和鍋爐聯合發電的電廠，燃汽輪機從美國或其它國家進口，燃汽輪機的控制系統（PLC）和主設備一起配成，而鍋爐的控制系統由用戶自己選配，用戶很想把兩者的信息在一個操作站上顯示。為開發這個操作站，開發費用在幾萬美金以上。即使開發成功，也經常發生故障。
對于PLC來說，70年代中期曾經開發過專用操作站，但不太成功。后來它就沒有開發專用操作站，當時，PLC只處理開關量，在控制器上的數碼顯示作為人機界面也能滿足要求。PLC的控制器和I/O之間用網絡連接。到80年代末和90年代，模擬量控制進入PLC，。用戶感到沒有以CRT為基礎的人機界面很不方便，用戶選用通用監控軟件，運行在NT平臺上，采用普通微機作為硬件平臺，編出各個PLC的驅動軟件，這樣PLC也有了操作站。因為商業原因，一些PLC廠家在90年代也開發了監控軟件。并企圖成為工控通用監控軟件。由于開發時間很晚， 不僅各個PLC的驅動軟件太少，而且市場也被其他軟件占據。
對于通用監控軟件來說，微軟開發的通訊協議DDE（DYNAMIC DATA EXCHANGE）、快速DDE 、網絡DDE等都支持。
u DDE允許Windows環境下各使用的機器建立客戶機/服務器關系，發送和接收數據，彼次發送指令。由服務器提供數據和接收從其它使用的機器發來的感興趣的數據請求。發請求的機器就是客戶機，送數據的是服務器。
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，減少服務器和客戶機之間傳送的DDE數據。
u 網絡DDE 延伸了標準DDE功能，其中包括了局域網通過串行口的通訊。網絡的延伸允許連在網上的不同計算機作為服務器、客戶機應用運行的DDE連接。比如，網絡DDE支持連到LAN，或modem上的IBM兼容計算機和諸如在VMS、UNIX等操作環境下的非PC為基礎的平臺之間的DDE。
u SuitLinkK用于TCP/IP為基礎的協議、被設計成滿足工業需要，如數據完整性、高吞吐量和容易診斷。此協議標準只適用于Windows NT4.0以上。
u OPC（OBJACT LINK EMBED PROCESS CONTROL）客戶機，可以從服務器取數據。遵守TCP/IP協議。
由于市場需要監控軟件，因此，通用監控軟件有許多廠商開發，在90年代，有如FIX、INTOUCH、PARAGON、ONSPEC、CIMPLICITY等100多種。國內有組態王、SYNALL等。對于監控軟件如果開發了許多DCS和PLC的驅動軟件，在聯網時有許多網絡套件，它就成為通用監控軟件。其中驅動軟件最多的是FIX和INTOUCH。在NT平臺上，如果采用FIX、INTOUCH等軟件，彼此可作為服務器，也可作為客戶機，彼此可以交換數據。
DCS在70年代問世時，計算機技術水平還比較低，市場上可以選用的零部件比較少。DCS生產廠家自己開發的操作站有專用的操作系統、專用的監控軟件、專用的接口硬件和CRT、專用的打印機、專用硬盤和軟驅。甚至連接用的電纜和插頭、插座也是專用的。當然，這樣作也不能排除是DCS廠家為了獲取最大的商業利益而考慮的。由于計算機技術的飛速發展，而DCS的發展沒有計算機快，它處在相對穩定的發展階段。后來市場上的各種微機零部件很多，但DCS都連接不上，異種系統更沒有辦法互連，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，因為它價格昂貴、備件難賣。采用PC機和NT平臺，安裝通用監控軟件，并開發和某一具體DCS的驅動軟件，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，在1996年采用INTOUCH軟件（FIX也可以），MOORE公司只提供APACS的驅動軟件和提硬件的配置要求，硬件由用戶自己選配。經使用，運行很好。比MOORE公司自己開發的監控軟件要好用一些。這也許是DCS廠家軟件開發人員比通用軟件開發公司的軟件開發人員少有關。又如MEASUREX的操作站也采用通用監控軟件。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專用監控軟件。編寫程序時，控制器的驅動軟件和顯示軟件不是分開來編寫。如果采用通用微機和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，專用監控軟件的操作站死機現象比通用的嚴重一些。據了解，某一套DCS系統，硬件為PC機，操作系統為NT，專用監控軟件裝配成的操作站，一天內死機幾次。隨著軟件版本升級，死機現象有增無減。一年內打幾次補釘，死機現象仍然存在。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。在網絡中使用，還沒有網絡套件軟件。如采用通用監控軟件，DCS和DCS之間，DCS和PLC之間，PLC和PLC之間，各自的人機界面可以互連。只要是微軟的WINDOWS界面，都能作為客戶機，采用DDE、快速DDE和Suitelink讀取數據。它們既可以作為服務器，也可以作為客戶機。在企業內可組成綜合管理信息系統。為了保證操作站的安全運行，可以單獨用一個HMI用于互連。通用監控軟件通常有網絡版的軟件，經組態后，能通過網絡，組成服務器/客戶機格式，把實時信息傳到遠方。在客戶機中，可以實時查看通用軟件做成的動態數據服務器數據庫中的數據。也能把信息送入MIS系統的標準數據庫中（如SQL、SYBASE、ORACLE）。通用監控軟件在它們的套件軟件中，也有Web軟件，安裝成Web服務器，通過Web服務器。瀏覽動態數據服務器中的數據。它不是實時數據。同時，通過微軟的GLANZE軟件，也可以接Web。 瀏覽MIS數據庫中的數據。采用Web服務器, 瀏覽數據，都比服務器/客戶機的方式要慢。
采用通用操作站優點歸納如下：
●價格低廉
●DCS功能擴展
●用戶熟息
各個系統的時間同步也是很重要的問題。網絡時間服務器是用于所有網上工作站的高品質時間同步的設備。一般情況下，DCS系統的絕對時間是在操作站上(人機界面)形成的，控制器中只有相對時間。為了時間同步，可以把衛星時間GPS(GLOBAL POSITION SYSTEM)作為基準，來校對DCS的時間。具體實現辦法如下：通過衛星接收天線，時間服務器接收GPS系統中各個衛星的原子鐘，再把時間信號送給動態數據服務器或DCS的操作站。通過動態數據服務器或操作站的DCS的驅動軟件，把時間信號送到DCS的網絡上。原來以太網在DCS網絡中比較少用，但現在也有用的。因為它比較廉價。它廣泛用于管理信息網（MIS），以太網也采用廣播式協議，但與令牌網有區別。它采用隨機訪問的鏈路控制。在以太網的網絡中，各結點可以隨機的發送數據。但當兩個或更多的結點同時發送數據時，就產生數據發送沖突。發生沖突的結點都退回去，用一個隨機延時的算法后再繼續發送。即采用載波監聽多路訪問技術。隨機延時的算法有很多種，目前都應用于以太網。
目前MIS系統已經與DCS、PLC連接成一個系統，DCS、PLC數據通過動態數據服務器，送到以太網，它的傳輸載體大都采用光纖。調度室通常是中心區域，以它為基點，連成星形網絡結構。中心區域配置有服務器。如ORACLE、SYBASE、SQL等。在服務器中存有軟件，把軟件編制成子模塊形式。如財務管理子模塊、人事管理子模塊、原材料子模塊等。把DCS、PLC來的信號放在生產實時子系統模塊內。
生產實時的數據是海量的，既有實時的，又有歷史的。對于通用監控軟件都有歷史數據平臺。設服務器，它可以自成系統。最后再與MIS系統的數據庫相連，為數據安全，還應該有防火墻。目前傳輸載體也大都是光纖。敷設光纖的費用比較高（大約2萬元人民幣/公里）。在用光纖作為載體的MIS系統中，有些地方可能遠離中心區域，但有少數數據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、水處理等地方的數據，數量很少。只要在電話總機的交換機接入特殊的路由器，它有以太網的接口。在信息源加貓（MODEM），布線中要稍加調整就可以了。路由器、MODEM費用不很高。這時，光纖和電話線可以同時用于以太網。這就是SDSL（Symmetric Digital Subscriber Line）技術。SDSL技術的特點是同時既能通電話，又能傳輸網絡。只要電話通了，網絡也就通了。這種技術應用于已經有電話線的廠礦，并有電話總機的情況。現在國外已廣泛用于工廠網。如果企業比較小，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據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。
對于PLC來說，70年代中期曾經開發過專用操作站，但不太成功。后來它就沒有開發專用操作站，當時，PLC只處理開關量，在控制器上的數碼顯示作為人機界面也能滿足要求。PLC的控制器和I/O之間用網絡連接。到80年代末和90年代，模擬量控制進入PLC，。用戶感到沒有以CRT為基礎的人機界面很不方便，用戶選用通用監控軟件，運行在NT平臺上，采用普通微機作為硬件平臺，編出各個PLC的驅動軟件，這樣PLC也有了操作站。因為商業原因，一些PLC廠家在90年代也開發了監控軟件。并企圖成為工控通用監控軟件。由于開發時間很晚， 不僅各個PLC的驅動軟件太少，而且市場也被其他軟件占據。
對于通用監控軟件來說，微軟開發的通訊協議DDE（DYNAMIC DATA EXCHANGE）、快速DDE 、網絡DDE等都支持。
u DDE允許Windows環境下各使用的機器建立客戶機/服務器關系，發送和接收數據，彼次發送指令。由服務器提供數據和接收從其它使用的機器發來的感興趣的數據請求。發請求的機器就是客戶機，送數據的是服務器。
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，減少服務器和客戶機之間傳送的DDE數據。
u 網絡DDE 延伸了標準DDE功能，其中包括了局域網通過串行口的通訊。網絡的延伸允許連在網上的不同計算機作為服務器、客戶機應用運行的DDE連接。比如，網絡DDE支持連到LAN，或modem上的IBM兼容計算機和諸如在VMS、UNIX等操作環境下的非PC為基礎的平臺之間的DDE。
u SuitLinkK用于TCP/IP為基礎的協議、被設計成滿足工業需要，如數據完整性、高吞吐量和容易診斷。此協議標準只適用于Windows NT4.0以上。
u OPC（OBJACT LINK EMBED PROCESS CONTROL）客戶機，可以從服務器取數據。遵守TCP/IP協議。
由于市場需要監控軟件，因此，通用監控軟件有許多廠商開發，在90年代，有如FIX、INTOUCH、PARAGON、ONSPEC、CIMPLICITY等100多種。國內有組態王、SYNALL等。對于監控軟件如果開發了許多DCS和PLC的驅動軟件，在聯網時有許多網絡套件，它就成為通用監控軟件。其中驅動軟件最多的是FIX和INTOUCH。在NT平臺上，如果采用FIX、INTOUCH等軟件，彼此可作為服務器，也可作為客戶機，彼此可以交換數據。
DCS在70年代問世時，計算機技術水平還比較低，市場上可以選用的零部件比較少。DCS生產廠家自己開發的操作站有專用的操作系統、專用的監控軟件、專用的接口硬件和CRT、專用的打印機、專用硬盤和軟驅。甚至連接用的電纜和插頭、插座也是專用的。當然，這樣作也不能排除是DCS廠家為了獲取最大的商業利益而考慮的。由于計算機技術的飛速發展，而DCS的發展沒有計算機快，它處在相對穩定的發展階段。后來市場上的各種微機零部件很多，但DCS都連接不上，異種系統更沒有辦法互連，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，因為它價格昂貴、備件難賣。采用PC機和NT平臺，安裝通用監控軟件，并開發和某一具體DCS的驅動軟件，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，在1996年采用INTOUCH軟件（FIX也可以），MOORE公司只提供APACS的驅動軟件和提硬件的配置要求，硬件由用戶自己選配。經使用，運行很好。比MOORE公司自己開發的監控軟件要好用一些。這也許是DCS廠家軟件開發人員比通用軟件開發公司的軟件開發人員少有關。又如MEASUREX的操作站也采用通用監控軟件。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專用監控軟件。編寫程序時，控制器的驅動軟件和顯示軟件不是分開來編寫。如果采用通用微機和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，專用監控軟件的操作站死機現象比通用的嚴重一些。據了解，某一套DCS系統，硬件為PC機，操作系統為NT，專用監控軟件裝配成的操作站，一天內死機幾次。隨著軟件版本升級，死機現象有增無減。一年內打幾次補釘，死機現象仍然存在。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。在網絡中使用，還沒有網絡套件軟件。如采用通用監控軟件，DCS和DCS之間，DCS和PLC之間，PLC和PLC之間，各自的人機界面可以互連。只要是微軟的WINDOWS界面，都能作為客戶機，采用DDE、快速DDE和Suitelink讀取數據。它們既可以作為服務器，也可以作為客戶機。在企業內可組成綜合管理信息系統。為了保證操作站的安全運行，可以單獨用一個HMI用于互連。通用監控軟件通常有網絡版的軟件，經組態后，能通過網絡，組成服務器/客戶機格式，把實時信息傳到遠方。在客戶機中，可以實時查看通用軟件做成的動態數據服務器數據庫中的數據。也能把信息送入MIS系統的標準數據庫中（如SQL、SYBASE、ORACLE）。通用監控軟件在它們的套件軟件中，也有Web軟件，安裝成Web服務器，通過Web服務器。瀏覽動態數據服務器中的數據。它不是實時數據。同時，通過微軟的GLANZE軟件，也可以接Web。 瀏覽MIS數據庫中的數據。采用Web服務器, 瀏覽數據，都比服務器/客戶機的方式要慢。
采用通用操作站優點歸納如下：
●價格低廉
●DCS功能擴展
●用戶熟息
各個系統的時間同步也是很重要的問題。網絡時間服務器是用于所有網上工作站的高品質時間同步的設備。一般情況下，DCS系統的絕對時間是在操作站上(人機界面)形成的，控制器中只有相對時間。為了時間同步，可以把衛星時間GPS(GLOBAL POSITION SYSTEM)作為基準，來校對DCS的時間。具體實現辦法如下：通過衛星接收天線，時間服務器接收GPS系統中各個衛星的原子鐘，再把時間信號送給動態數據服務器或DCS的操作站。通過動態數據服務器或操作站的DCS的驅動軟件，把時間信號送到DCS的網絡上。原來以太網在DCS網絡中比較少用，但現在也有用的。因為它比較廉價。它廣泛用于管理信息網（MIS），以太網也采用廣播式協議，但與令牌網有區別。它采用隨機訪問的鏈路控制。在以太網的網絡中，各結點可以隨機的發送數據。但當兩個或更多的結點同時發送數據時，就產生數據發送沖突。發生沖突的結點都退回去，用一個隨機延時的算法后再繼續發送。即采用載波監聽多路訪問技術。隨機延時的算法有很多種，目前都應用于以太網。
目前MIS系統已經與DCS、PLC連接成一個系統，DCS、PLC數據通過動態數據服務器，送到以太網，它的傳輸載體大都采用光纖。調度室通常是中心區域，以它為基點，連成星形網絡結構。中心區域配置有服務器。如ORACLE、SYBASE、SQL等。在服務器中存有軟件，把軟件編制成子模塊形式。如財務管理子模塊、人事管理子模塊、原材料子模塊等。把DCS、PLC來的信號放在生產實時子系統模塊內。
生產實時的數據是海量的，既有實時的，又有歷史的。對于通用監控軟件都有歷史數據平臺。設服務器，它可以自成系統。最后再與MIS系統的數據庫相連，為數據安全，還應該有防火墻。目前傳輸載體也大都是光纖。敷設光纖的費用比較高（大約2萬元人民幣/公里）。在用光纖作為載體的MIS系統中，有些地方可能遠離中心區域，但有少數數據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、水處理等地方的數據，數量很少。只要在電話總機的交換機接入特殊的路由器，它有以太網的接口。在信息源加貓（MODEM），布線中要稍加調整就可以了。路由器、MODEM費用不很高。這時，光纖和電話線可以同時用于以太網。這就是SDSL（Symmetric Digital Subscriber Line）技術。SDSL技術的特點是同時既能通電話，又能傳輸網絡。只要電話通了，網絡也就通了。這種技術應用于已經有電話線的廠礦，并有電話總機的情況。現在國外已廣泛用于工廠網。如果企業比較小，可以不用光纖，全部用電話線，通訊速率為
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