DCS教程[第8講]——多屏操作站、操作站的后門網絡和雙機雙

一個DCS系統可以有好幾臺操作站，每一臺操作站可以顯示一樣的內容，稱為冗余運行。也可以是不一樣的內容。對于電廠來說，一臺300MV的發電機組，工藝過程比較集中，通常采用2臺操作站冗余運行認為是比較合適的。但對于大型機組，由于它的輸入、輸出點數較多，一臺顯示器不夠用，最好有多臺顯示器。這時的監控軟件應該能支持多屏幕。早期的DCS都采用在操作站的主機上多加顯示卡，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界面。對于除電廠以外的生產工藝，如水泥廠，鋼鐵廠，一個生產工藝很長，地域比較分散，并由一套DCS系統控制，它的輸入、輸出點數較多，為了節省投資，一臺操作站往往和一部分生產工藝相對應。比如水泥廠的回轉窯和磨機相隔距離很遠，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。如果其中一臺操作站的主機壞了，這臺操作站顯示的內容就沒有了。為了系統的安全運行，采用標簽的重疊組態來實現安全運行。如該系統有兩臺操作站，分別為A站和B站，該系統有2000個標簽，A、B操作站要分別組態1300個標簽，其中300個標簽是重疊的。即使A操作站發生故障，只用B操作站進行監控，系統照常工作。因為重要的標簽在B操作站上都有了。值得注意的是，由于重疊組態也會帶來負面影響。在運行發生故障時，會使得A、B操作站的管理人員責任不明確。
　　　由于網絡技術的高速發展，人機界面的數量可以不限。操作站分為主站和從站。主站連在DCS網絡上。通過DCS網絡接口，直接從DCS網絡上讀取各個控制器數據庫中的數據。主站的數量是由接口的數量決定的。從站則與主站相連。它沒有數據庫，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。從站的數量是不限的。不論是主站，還是從站，都用后門網絡連接起來。有了后門網絡，系統維護時，各操作站之間可作文本拷貝。系統運行時，即使其中一臺主操作站發生故障，它的從站可作為另一臺主站的從站。在網絡中，接進打印服務器，服務器有許多通道，幾臺操作站共用一臺或幾臺打印機。連接主站和從站的這個網絡與DCS網絡沒有關系。所以就稱為后門網絡。早期的后門網絡采用ARCNET，后來由于有的DCS系統的操作站主機采用DEC的小型機，后門網絡就采用DECNET或以太網。在操作站作標簽組態時，是否要把重要的I/O點重疊組態要由用戶確定。 　
　　　由于網絡和數據庫技術的發展，人機界面怎樣與DCS網絡連接又有新的方式。把服務器連在DCS網絡上。服務器和人機界面組成服務器/客戶機格式，服務器和人機界面之間用以太網連接，，以太網的低廉，通常采用雙網。為提高服務器的安全性能，采用冗余的方式，這就是雙機雙網。可以做到遠程操作。客戶機中有操作站、工程師站、歷史趨勢站和MIS系統接口。服務器中的數據庫可以組態。
　　　　在局部的地域用網絡傳遞信息，會帶來很大的方便。 　　　　北京和利時的DCS系統，ABB的PROCONTROL P就是這樣的結構。見下圖。如果過程控制與INTERNET網絡相連，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DCS在結構和硬件制造都已經達到較高的水平。在功能塊的開發方面還需進一步努力。
　　　　以太網之間的協議遵從OSI模型（Open System Interconnection）的七層協議。七層協議分別是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。 　　　　物理層描述傳輸介質、連接器和信號脈沖標準。中繼器或集線器（hub）也是物理層的設備，它與傳輸的信息幀的具體內容無關。幀是發送到介質上的一組數字脈沖。用以傳輸信息。幀的大小為64-1518字節。幀包括預同步信號，消息頭、數據信息和幀校驗序列。中繼器或集線器（hub）僅僅放大導線中的電信號，并繼續向前傳送。
　　　　數據鏈路層描述本地系統之間的拓撲和通信標準。以太網能與多個物理層標準（雙絞線線纜、光纜）和多個網絡層標準一起工作。將網絡的物理方面（線纜和數字脈沖）與軟件和數據流的抽象世界連接起來。在網絡里傳的信息是以幀的格式傳輸的。在幀中有消息頭和尾，數據報包到幀里。檢測錯誤，調節數據流量。幀消息由源和目標介質訪問控制（media access control ）MAC地址組成，并利用該信息和數據區的內容建立CRC尾。數據鏈路層根據網絡采用拓撲規則，發送幀，把幀發到物理層（網絡線纜）。網橋和交換器是數據鏈路層的設備。因為它們是支持幀的。兩者都利用幀消息頭中的信息調節交通。幀消息頭負責識別是誰發送的信息，信息發送到哪里。幀消息頭包含兩個區域，用以識別傳輸的源和目標，是源和目標系統的節點地址。幀消息頭的大小總是14字節。 　　　　網絡層描述在不同網段上的系統如何彼此尋找，也定義了網址。網址是指定給一組物理連接的系統名字或號碼。是所有上層的基石，單位是數據報（datagram）單位如網絡的IP數據報傳遞協議是網絡層功能的例子。網址這一術語，根據采用的協議不同，叫法也不同。采用IP，叫做子網（subnet）。 　　
　　傳輸層處理數據的實際操作，并準備通過網絡傳送。如果數據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，序號允許其它系統上的傳輸層重新將數據組合為最初內容。幀的CRC校驗是在數據鏈路層進行的，傳輸層能夠起到備用效驗的作用。傳輸層的功能如IP的傳輸協議（TCP）、單位是段（segment）。 　
　　　會話層處理兩個或多個系統之間連接的建立和維護。它保證正確完成具體的服務請求。 　　　　如果系統正在運行多個網絡應用程序，會話層負責保持正確通信順序，保證進入的數據引到正確的應用程序。 　
　　　表示層保證數據可以用于應用程序的形式接收。它的任務是編碼和解碼。 　
　　　應用層的任務是確定何時要求訪問網絡資源。