DCS系统原理和结构系统原理和结构集散型集散型( (分布式分布式) )计算机控制系统简称集散型计算机控制系统简称集散型( (分布式分布式) )控制系统控制系统( (Distributed Control System )Distributed Control System )，即即我们通常说的我们通常说的DCSDCS。集集散型控制系统散型控制系统( (DCS)DCS)的实质是利用计算机技术对生产过程进行集的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监控、操作、管理并完成分散控制的一种新型的控制技术。中监控、操作、管理并完成分散控制的一种新型的控制技术。DCSDCS是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、网络通信技是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、网络通信技术和人机接口技术相互发展和渗透而产生的。术和人机接口技术相互发展和渗透而产生的。一种先进的系统工程技术。它吸收分散型的常规仪表控制技术和一种先进的系统工程技术。它吸收分散型的常规仪表控制技术和集中式的计算机控制系统的优点。集中式的计算机控制系统的优点。DCSDCS系统适用于发电、电力、化工、石油、造纸等流程工业，也适系统适用于发电、电力、化工、石油、造纸等流程工业，也适用于冶金、食品、玻璃、半导体、纺织等间隙过程工业。用于冶金、食品、玻璃、半导体、纺织等间隙过程工业。DCSDCS系统随着微电子技术和计算机应用技术的迅速发展而发展。系统随着微电子技术和计算机应用技术的迅速发展而发展。 一一 . 集散型控制系统的概述集散型控制系统的概述1. DCS的概念的概念今天，今天，DCS已广泛应用于工业过程控制，并延伸到实验室自动化和大型已广泛应用于工业过程控制，并延伸到实验室自动化和大型研究试验以及多种制造业。研究试验以及多种制造业。DCS运用信息技术、自动化技术将生产过程、管理过程及决策过程有效运用信息技术、自动化技术将生产过程、管理过程及决策过程有效地结合，进行有效的控制和协调，满足生产和管理过程提出的高质量、地结合，进行有效的控制和协调，满足生产和管理过程提出的高质量、高速度、高灵活性和低成本的要求。高速度、高灵活性和低成本的要求。管理的集中性和控制的分散性，这一实际需要推动了管理的集中性和控制的分散性，这一实际需要推动了DCS的发展。的发展。DCS的结构是一个分布式系统，从整体逻辑结构上讲，是一个分支树结构，的结构是一个分布式系统，从整体逻辑结构上讲，是一个分支树结构，这与工业生产过程的管理结构相一致。这与工业生产过程的管理结构相一致。它分为过程控制级、控制管理级和生产管理级，各级既相互独立又相互它分为过程控制级、控制管理级和生产管理级，各级既相互独立又相互联系，每一级又可按水平分解成若干子集。从功能分散看，纵向分散意联系，每一级又可按水平分解成若干子集。从功能分散看，纵向分散意味着不同级的设备有不同的功能，如实时控制、实时监视和生产过程管味着不同级的设备有不同的功能，如实时控制、实时监视和生产过程管理等；横向分散则意味着在同级上的设备有类似的功能。按照这种思想理等；横向分散则意味着在同级上的设备有类似的功能。按照这种思想来设计来设计DCS系统的硬件和软件，就是要贯彻既集中又分散的原则。系统的硬件和软件，就是要贯彻既集中又分散的原则。集散型控制系统概括起来由集中管理部分、分散控制监测部分和通信部集散型控制系统概括起来由集中管理部分、分散控制监测部分和通信部分组成。集中管理部分又可分为工程师站、操作站和管理计算机。分组成。集中管理部分又可分为工程师站、操作站和管理计算机。工程师站主要用于组态和维护，操作站则用于监视和操作，管理工程师站主要用于组态和维护，操作站则用于监视和操作，管理计算机用于全系统的信息管理和优化控制。计算机用于全系统的信息管理和优化控制。分散控制监测部分按功能可分为控制站、监测站或现场控制站，分散控制监测部分按功能可分为控制站、监测站或现场控制站，它用于控制和监测。它用于控制和监测。通信部分连接集散型控制系统的各个分布部分，完成数据、指令通信部分连接集散型控制系统的各个分布部分，完成数据、指令及其他信息的传递。及其他信息的传递。集散型控制系统软件是由实时多任务操作系统、数据库管理系统、集散型控制系统软件是由实时多任务操作系统、数据库管理系统、数据通信软件、组态软件和各种应用软件所组成。数据通信软件、组态软件和各种应用软件所组成。使用组态软件就可生成用户所要求的实用系统。使用组态软件就可生成用户所要求的实用系统。集散型控制系统具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、集散型控制系统具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠的特点。调试方便、运行安全可靠的特点。2.2.DCSDCS的主要特点的主要特点集散型控制系统是采用标准化、模块化和系列化设计，由过程控制级、集散型控制系统是采用标准化、模块化和系列化设计，由过程控制级、控制管理级和生产管理级所组成的一个以通信网络为纽带的集中显示操控制管理级和生产管理级所组成的一个以通信网络为纽带的集中显示操作管理，控制相对分散，具有灵活配置、组态方便的多级计算机网络系作管理，控制相对分散，具有灵活配置、组态方便的多级计算机网络系统结构。集散型控制系统具有以下的主要特点：统结构。集散型控制系统具有以下的主要特点：2.1自主性自主性 系统上各工作站是通过网络接口链接起来的，各工作站独立自主地完系统上各工作站是通过网络接口链接起来的，各工作站独立自主地完成合理分配给自己的规定任务，如数据采集、处理、计算、监视、操作成合理分配给自己的规定任务，如数据采集、处理、计算、监视、操作和控制等。和控制等。 系统各工作站都采用最新技术的微型计算机，存储容量容易扩充，配系统各工作站都采用最新技术的微型计算机，存储容量容易扩充，配套软件功能齐全，是一个能够独立运行的高可靠性子系统，而且可以随套软件功能齐全，是一个能够独立运行的高可靠性子系统，而且可以随着微处理器的发展而着微处理器的发展而更新换代更新换代。 系统操作方便、显示直观，提供了装置运行下的系统操作方便、显示直观，提供了装置运行下的可监视性可监视性。 控制功能齐全，控制算法丰富，连续控制、顺序控制和批量控制集控制功能齐全，控制算法丰富，连续控制、顺序控制和批量控制集中于一体，还可实现串级、前馈、解耦和自适应等先进控制，提高了系中于一体，还可实现串级、前馈、解耦和自适应等先进控制，提高了系统的统的可控性可控性。 控制功能分散，负载分散，从而危险分散，提高了系统的控制功能分散，负载分散，从而危险分散，提高了系统的可靠性可靠性。 2.22.2 协调性协调性 各工作站间通过通信网络传送各种信息协调地工作，以完成控制系统各工作站间通过通信网络传送各种信息协调地工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。的总体功能和优化处理。 采用实时性的、安全可靠的工业控制局部网络，使整个系统信息共享。采用实时性的、安全可靠的工业控制局部网络，使整个系统信息共享。 采用采用MAPTOP标准通信网络协议，将集散型控制系统与信息管理系标准通信网络协议，将集散型控制系统与信息管理系统连接起来，扩展成为综合工厂自动化系统。统连接起来，扩展成为综合工厂自动化系统。 2.3 2.3 友好性友好性 集散型控制系统软件是面向工业控制技术人员、工艺技术人员集散型控制系统软件是面向工业控制技术人员、工艺技术人员和生产操作人员设计的，其使用界面就要与之相适应。和生产操作人员设计的，其使用界面就要与之相适应。 实用而简捷的人机会话系统，实用而简捷的人机会话系统，CRTCRT彩色高分辨率交互图形显示，彩色高分辨率交互图形显示，复合窗口技术，画面日趋丰富：全厂慨貌、调整窗口、趋势、流复合窗口技术，画面日趋丰富：全厂慨貌、调整窗口、趋势、流程图、回路一览、报警一览、批量控制、计量报表和操作指导等程图、回路一览、报警一览、批量控制、计量报表和操作指导等画面，菜单功能更具实时性。平面密封式薄膜操作键盘、触摸式画面，菜单功能更具实时性。平面密封式薄膜操作键盘、触摸式屏幕、鼠标器、跟踪球操作器等更便于操作。语音输入输出使屏幕、鼠标器、跟踪球操作器等更便于操作。语音输入输出使操作员与系统对话更方便。操作员与系统对话更方便。 提供的组态软件包括提供的组态软件包括系统组态、过程控制组态、画面组态、报系统组态、过程控制组态、画面组态、报表组态表组态，是，是DCSDCS的关键部分，用户的方案及显示方式由它来解释生的关键部分，用户的方案及显示方式由它来解释生成成DCSDCS内部可理解的目标数据，它是内部可理解的目标数据，它是DCSDCS的的“原料原料”加工处理软件。加工处理软件。使用组态软件可以生成相应的实用系统，易于用户制定新的控制使用组态软件可以生成相应的实用系统，易于用户制定新的控制系统，便于灵活扩充。系统，便于灵活扩充。 2.4 2.4 适应性、灵活性和可扩充性适应性、灵活性和可扩充性 硬件和软件采用开放式、标准化和模块化设计，系统积木式硬件和软件采用开放式、标准化和模块化设计，系统积木式结构，具有灵活的配置，可适应不同用户的需要。结构，具有灵活的配置，可适应不同用户的需要。 可根据生产要求，改变系统的大小配置，在工厂改变生产工艺、可根据生产要求，改变系统的大小配置，在工厂改变生产工艺、生产流程时，只需要改变某些配置和控制方案。生产流程时，只需要改变某些配置和控制方案。 以上的变化都不需要修改或重新开发软件，只是使用组态软件，以上的变化都不需要修改或重新开发软件，只是使用组态软件，填写一些表格（或绘出控制组态图）即可实现。填写一些表格（或绘出控制组态图）即可实现。 2.5 2.5 在线性在线性 通过人机接口和通过人机接口和I I0 0接口，对过程对象的数据进行实时采集、接口，对过程对象的数据进行实时采集、分析、记录、监视、操作控制，并包括对系统结构和组态回路的分析、记录、监视、操作控制，并包括对系统结构和组态回路的在线修改、局部故障的在线维护等，提高了系统的可用性。在线修改、局部故障的在线维护等，提高了系统的可用性。 2.6 2.6 可靠性可靠性 高可靠性、高效率和高可用性是集散型控制系统的生命力所高可靠性、高效率和高可用性是集散型控制系统的生命力所在，制造厂商在确定系统结构的同时，进行可靠性设计，采用可在，制造厂商在确定系统结构的同时，进行可靠性设计，采用可靠性保证技术。靠性保证技术。 (1) (1)系统结构采用容错设计，使得在任一单元失效的情况下，系统结构采用容错设计，使得在任一单元失效的情况下，仍然保持系统的完整性。即使全局性通信或管理站失效，局部站仍然保持系统的完整性。即使全局性通信或管理站失效，局部站仍能维持工作。仍能维持工作。 (2) (2)系统的所有硬件包括操作站、控制站、通信链路都采用双系统的所有硬件包括操作站、控制站、通信链路都采用双重化。重化。 (3) (3)为提高软件的可靠性，采用程序分段与模块化设计、积木式为提高软件的可靠性，采用程序分段与模块化设计、积木式结构，采用程序卷回或指令复执的容错设计。结构，采用程序卷回或指令复执的容错设计。 (4)4)结构、组装工艺精心的可靠性设计，严格挑选元器件，降结构、组装工艺精心的可靠性设计，严格挑选元器件，降额使用，加强质量控制，尽可能地减少故障出现的概率。新一代额使用，加强质量控制，尽可能地减少故障出现的概率。新一代的的DCSDCS采用专用集成电路采用专用集成电路( (ASIC)ASIC)和表面安装技术和表面安装技术( (SMT)SMT)。 (5)“ (5)“电磁兼容性电磁兼容性”设计，所谓设计，所谓“电磁兼容性电磁兼容性”是指系统的抗干是指系统的抗干扰能力与系统内外的干扰相适应，并留有充分的余地，以保证系扰能力与系统内外的干扰相适应，并留有充分的余地，以保证系统的可靠性。因此，系统内外要采取各种抗干扰措施：系统放置统的可靠性。因此，系统内外要采取各种抗干扰措施：系统放置环境应远离磁场、超声波等辐射源的地方；做好接地系统，过程环境应远离磁场、超声波等辐射源的地方；做好接地系统，过程控制信号、测量和信号电缆一定要做好接地和屏蔽；采用不间断控制信号、测量和信号电缆一定要做好接地和屏蔽；采用不间断供电设备、带屏蔽的专用电缆供电；控制站、监测站的输入输出供电设备、带屏蔽的专用电缆供电；控制站、监测站的输入输出信号都要经过隔离，接到安全栅再与装置的现场对象连接起来，信号都要经过隔离，接到安全栅再与装置的现场对象连接起来，以保证系统的安全运行。以保证系统的安全运行。 (6) (6)在线快速排除故障的设计，采用硬件自诊断和故障部件的自在线快速排除故障的设计，采用硬件自诊断和故障部件的自动隔离、自动恢复与热机插拔的技术；系统内发生异常，通过硬动隔离、自动恢复与热机插拔的技术；系统内发生异常，通过硬件自诊断功能和测试功能检出后，汇总到操作站，然后通过件自诊断功能和测试功能检出后，汇总到操作站，然后通过CRTCRT显显示，或者声响报警或打印机打出，将故障信息通知操作人员；监示，或者声响报警或打印机打出，将故障信息通知操作人员；监测站、控制站各插件上都有状态信号灯，指示故障插件。由于具测站、控制站各插件上都有状态信号灯，指示故障插件。由于具有事故报警、双重化措施、在线故障处理、硬手操器备份等手段，有事故报警、双重化措施、在线故障处理、硬手操器备份等手段，提高了系统的可靠性和安全性。提高了系统的可靠性和安全性。3.3.DCSDCS的发展概况的发展概况19751975年，美国霍尼韦尔年，美国霍尼韦尔( (HoneyWellHoneyWell) )公司推出的公司推出的TDC2000TDC2000集散型控集散型控制系统。这是一个具有许多微处理器的分级控制系统，以分散的制系统。这是一个具有许多微处理器的分级控制系统，以分散的控制设备来适应分散的过程对象，并将它们通过数据高速公路与控制设备来适应分散的过程对象，并将它们通过数据高速公路与基于基于CRTCRT的操作站相连接，互相协调，一起实施实时工业过程的控的操作站相连接，互相协调，一起实施实时工业过程的控制和监视，达到掌握全局的目的，实现了控制系统的功能分散、制和监视，达到掌握全局的目的，实现了控制系统的功能分散、负载分散，从而危险也分散，克服了集中型计算机控制系统的一负载分散，从而危险也分散，克服了集中型计算机控制系统的一个致命弱点。个致命弱点。 在此期间，世界各国也相继推出了自己的第一代集散型控制在此期间，世界各国也相继推出了自己的第一代集散型控制系统。比较著名的有美国福克斯波罗系统。比较著名的有美国福克斯波罗( (FOXBORO)FOXBORO)公司的公司的SpectrumSpectrum系系统、美国贝利控制统、美国贝利控制( (BaileyBailey Conrtols Conrtols) )公司的公司的Network90Network90，英国肯英国肯特特( (Kent)Kent)公司的公司的P4000P4000，德国西门子德国西门子( (SiemensSiemens) )公司的公司的elepermMelepermM，日本东芝日本东芝( (TOSHIBA)TOSHIBA)公司的公司的TOSDICTOSDIC、日立日立( (HATACHI)HATACHI)公司的公司的UUITROLBUUITROLB以及横河以及横河( (YOKOGAWA)YOKOGAWA)公司的公司的CENTUMCENTUM2020世纪世纪8080年代，随着微处理器运算能力的增强，超大规模集成电年代，随着微处理器运算能力的增强，超大规模集成电路集成度的提高和成本的不断降低，给过程控制的发展带来新的路集成度的提高和成本的不断降低，给过程控制的发展带来新的面貌，使得过去难以想象的功能付诸了实施，推动着以微处理器面貌，使得过去难以想象的功能付诸了实施，推动着以微处理器 为基础的过程控制设备和集散型控制系统、可编程序控制器、可为基础的过程控制设备和集散型控制系统、可编程序控制器、可编程序调节器和过程变送器等同步发展。在这一时期中出现了第编程序调节器和过程变送器等同步发展。在这一时期中出现了第二代、第三代产品。二代、第三代产品。 20 20世纪世纪9090年代，年代，DCSDCS发展很快，出现了生产过程控制系统与信发展很快，出现了生产过程控制系统与信息管理系统紧密结合的管控一体化的新一代息管理系统紧密结合的管控一体化的新一代DCSDCS。DCSDCS向综合性、向综合性、开放化发展，大型开放化发展，大型DCSDCS在进一步完善和提高的同时，还发展了小型在进一步完善和提高的同时，还发展了小型DCSDCS，并采用了人工智能技术等。并采用了人工智能技术等。 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。表现在展，大约有三次比较大的变革。表现在操作站、操作站、DCSDCS网络、现场总网络、现场总线线的出现三个方面。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，由各各DCSDCS厂家自己开发的，操作站也没有动态流程图，只有文本显示。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。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。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，打开了九十年代操作站出现了通用操作站，打开了DCSDCS形成的自动化形成的自动化“孤岛孤岛”。自动化。自动化“孤岛孤岛”的形成，既有历史原因，也有商业原的形成，既有历史原因，也有商业原因，而更重要的是商业原因。因，而更重要的是商业原因。 九十年代末九十年代末DCSDCS通讯网络有部分开始采用以太网。通讯网络有部分开始采用以太网。2121世纪初世纪初DCSDCS和和MISMIS系统相结合，组成综合管理信息系统。系统相结合，组成综合管理信息系统。DCSDCS的信号送到全厂的信号送到全厂和存入工厂数据库。供管理人员查询。和存入工厂数据库。供管理人员查询。MISMIS系统的数据传输，载系统的数据传输，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，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（使用一样。称为对称数字订户线（SDSLSDSL）技术。国内已有非对称技术。国内已有非对称数字订户线（数字订户线（ADSLADSL）技术技术 I/OI/O板变化主要体现在板变化主要体现在I/OI/O板板A/DA/D的转换位数的转换位数 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 改进改进 ，主要表现在由专用机变化到通用机，监控软件由专用逐，主要表现在由专用机变化到通用机，监控软件由专用逐 渐变化到通用渐变化到通用 。目前许多。目前许多DCSDCS系统的操作系统采用系统的操作系统采用UNIXUNIX或其变种，或其变种，也有中、小系统采用也有中、小系统采用NTNT。相比较来看，相比较来看，UNIXUNIX的稳定性要好一些，的稳定性要好一些，采用采用NTNT系统死机现象发生较多。系统死机现象发生较多。二二 . 集散型控制系统的述概结构集散型控制系统的述概结构1.1.中央计算机集中控制系统的形成中央计算机集中控制系统的形成 在在2020世纪世纪6060年代前期，大量的工业控制计算机用来解决一些特定年代前期，大量的工业控制计算机用来解决一些特定而明确的工业控制问题而明确的工业控制问题( (如进行数据采集、数据处理、过程监视等如进行数据采集、数据处理、过程监视等),),这这类计算机通常称作专用机。由于专用机只用来处理一个特定的事情，类计算机通常称作专用机。由于专用机只用来处理一个特定的事情，因此，工厂中就必然需要一系列的这类计算机来解决各种各样的问题，因此，工厂中就必然需要一系列的这类计算机来解决各种各样的问题，而且各专用机之间也不直接发生联系。而且各专用机之间也不直接发生联系。 若需要相互之间联系的话，也只有依靠数据传输介质若需要相互之间联系的话，也只有依靠数据传输介质( (磁带、纸带、磁带、纸带、卡片卡片) )来传输，这样来传送它们之间的联系信息实在是太麻烦和费时。来传输，这样来传送它们之间的联系信息实在是太麻烦和费时。后来，由于中央计算机的引入，各专用机都可连接到中央计算机上，后来，由于中央计算机的引入，各专用机都可连接到中央计算机上，因此各专用机之间的联系就可以通过中央计算机转换而实现，这样无因此各专用机之间的联系就可以通过中央计算机转换而实现，这样无疑给系统的集成带来了方便。疑给系统的集成带来了方便。 由于专用机之间可以不用人工干预就可以达到相互联系的目的，由于专用机之间可以不用人工干预就可以达到相互联系的目的，进而整个系统就有可能协调一致地运转，从而奠定了集中控制模式的进而整个系统就有可能协调一致地运转，从而奠定了集中控制模式的基础。基础。 到了到了2020世纪世纪6060年代中期，由于出现了大型而高速的过程控制计算年代中期，由于出现了大型而高速的过程控制计算机，就使得采用单独的一台大型控制计算机来代替先期的众多专用小机，就使得采用单独的一台大型控制计算机来代替先期的众多专用小型机，以监视和控制多个装置成为可能，这样的系统就形成了中央集型机，以监视和控制多个装置成为可能，这样的系统就形成了中央集中式的计算机控制系统。在当时，由于很多工厂企业都有中央控制室，中式的计算机控制系统。在当时，由于很多工厂企业都有中央控制室，因而分布在各车间的变送器、执行器以及其他的各种仪器仪表都直接因而分布在各车间的变送器、执行器以及其他的各种仪器仪表都直接连接到控制室。连接到控制室。2 2 DCSDCS体系结构的形成体系结构的形成对于集中式计算机控制系统，其两大应用指标就是中央计算机的对于集中式计算机控制系统，其两大应用指标就是中央计算机的处理速度和计算机自身的可靠性。处理速度和计算机自身的可靠性。计算机的处理速度越快，它在一定时间范围内就可以管理更多的计算机的处理速度越快，它在一定时间范围内就可以管理更多的被控设备。可它的被控设备。可它的处理速度处理速度是受到当时技术条件限制的，此外还是受到当时技术条件限制的，此外还有一点就是与以往一样，工厂中已有的仪器仪表装置有一点就是与以往一样，工厂中已有的仪器仪表装置(如所有的变如所有的变送器、执行器等送器、执行器等)都不得不连接到计算机上，这样在计算机和仪器都不得不连接到计算机上，这样在计算机和仪器仪表间就存在着成百上千的连接装置。仪表间就存在着成百上千的连接装置。若是利用中央计算机来进行技术改造，利用现存的连接装置，整若是利用中央计算机来进行技术改造，利用现存的连接装置，整个控制系统的完成就比较省劲。若是要重建工厂就不太容易了，个控制系统的完成就比较省劲。若是要重建工厂就不太容易了，因为计算机变得越来越便宜，而连接装置的造价则相对变化不大，因为计算机变得越来越便宜，而连接装置的造价则相对变化不大，这就会使得连接装置比计算机的花费还要大。这就会使得连接装置比计算机的花费还要大。另外，另外，所有的控制功能都集中到单台计算机上来完成所有的控制功能都集中到单台计算机上来完成，而一旦计，而一旦计算机出了问题，就意味着所有功能都将失效，这是设计师和工程算机出了问题，就意味着所有功能都将失效，这是设计师和工程师们很头痛的事情。对于这种状况，必须寻求一种更加可靠的计师们很头痛的事情。对于这种状况，必须寻求一种更加可靠的计算机自动化控制系统，其方案有以下两种：算机自动化控制系统，其方案有以下两种： (1)使计算机本身更加可靠。使计算机本身更加可靠。 (2)引入功能上可替代的集散型控制技术，以改善系统的可靠性。引入功能上可替代的集散型控制技术，以改善系统的可靠性。 对于第一种方案，就意味着要中央计算机更加可靠，其实施的对于第一种方案，就意味着要中央计算机更加可靠，其实施的方法可以采用大规模集成电路过程控制计算机或是采用多计算机方法可以采用大规模集成电路过程控制计算机或是采用多计算机(多多CPU)结构。结构。2020世纪世纪6060年代末到年代末到7070年代初，由于低成本的集成电路技术的发展，年代初，由于低成本的集成电路技术的发展，出现了小型、微型计算机，使得小型、微型计算机的功能更加完出现了小型、微型计算机，使得小型、微型计算机的功能更加完善，而且价格便宜，因而可以甩这种小型计算机来替代中央计算善，而且价格便宜，因而可以甩这种小型计算机来替代中央计算机的局部工作，以对在其周围的装置进行过程监测和控制，有人机的局部工作，以对在其周围的装置进行过程监测和控制，有人将这些小型机叫做第一级计算机。而中央计算机只处理中心自动将这些小型机叫做第一级计算机。而中央计算机只处理中心自动化问题和管理方面的问题，从而产生了两级自动化控制系统的结化问题和管理方面的问题，从而产生了两级自动化控制系统的结构构( (见图见图1.21)1.21)，也有人把这种结构叫做，也有人把这种结构叫做分散式计算机系统分散式计算机系统，这，这种结构在种结构在2020世纪世纪7070年代得到了很广泛的应用。年代得到了很广泛的应用。前端计算机前端计算机前端计算机前端计算机前端计算机前端计算机中央计算机中央计算机生生 产产 过过 程程图图1.211.21在在2020世纪世纪7070年代末，一开始是当成多计算机自动化系统由制造商们推出，年代末，一开始是当成多计算机自动化系统由制造商们推出，而一旦用户采用了分散式计算机控制系统，就必然会在满足自己应用的前而一旦用户采用了分散式计算机控制系统，就必然会在满足自己应用的前提下，选择价格更加合理的不同厂家的计算机产品，而且当分散式控制系提下，选择价格更加合理的不同厂家的计算机产品，而且当分散式控制系统逐渐建成后，就会与现存的过程控制计算机集成起来，一起完成它们的统逐渐建成后，就会与现存的过程控制计算机集成起来，一起完成它们的主要功能，这些主要功能，这些小型计算机主要是完成实时处理、前端处理功能小型计算机主要是完成实时处理、前端处理功能，而中央，而中央计算机只充当后继处理设备。这样，中央计算机不用直接跟现场设备打交计算机只充当后继处理设备。这样，中央计算机不用直接跟现场设备打交道，从而把道，从而把部分部分控制功能和危险都分散到前端计算机上，如果中央计算机控制功能和危险都分散到前端计算机上，如果中央计算机一旦失效，设备的控制功能依旧能得到保证。一旦失效，设备的控制功能依旧能得到保证。图图1 12121中所示的多计算机结构比较适合于小型工业自动化过程，在这中所示的多计算机结构比较适合于小型工业自动化过程，在这些系统中存在的前端计算机较少，然而当控制规模增大后些系统中存在的前端计算机较少，然而当控制规模增大后( (例如一座钢铁例如一座钢铁厂的自动化控制系统厂的自动化控制系统) )，就得有很多台前端计算机才能满足应用要求，从，就得有很多台前端计算机才能满足应用要求，从而使中央计算机的负载增大，难以在单台中央计算机的条件下及时地完成而使中央计算机的负载增大，难以在单台中央计算机的条件下及时地完成诸如模块上优化、系统管理等方面的工作，在这种应用的条件下，就出现诸如模块上优化、系统管理等方面的工作，在这种应用的条件下，就出现了具有了具有中间层次计算机的控制系统中间层次计算机的控制系统，在整个控制系统中，中间计算机分布，在整个控制系统中，中间计算机分布在各车间或工段上，处于前端机和中央计算机之间并担当起一些以往要求在各车间或工段上，处于前端机和中央计算机之间并担当起一些以往要求中央计算机来处理的职能中央计算机来处理的职能( (见图见图1 122)22)，到此，系统结构就形成了，到此，系统结构就形成了三级三级计算机控制模式计算机控制模式，这样的结构模式在工厂自动化方面得到了很广泛的应用，这样的结构模式在工厂自动化方面得到了很广泛的应用，至今仍常常见到。至今仍常常见到。举例来说，对于一座炼油厂，一定存在不同的车间，各车间中都有相应的举例来说，对于一座炼油厂，一定存在不同的车间，各车间中都有相应的各种被控装置，只要在各车间安装一台中间级控制计算机，它直接向下与各种被控装置，只要在各车间安装一台中间级控制计算机，它直接向下与前端计算机相连，向上与中央计算机相连，前端计算机就直接控制诸如温前端计算机相连，向上与中央计算机相连，前端计算机就直接控制诸如温度、压力、流量等。把中央计算机与工厂办公自动化系统连接起来，工厂度、压力、流量等。把中央计算机与工厂办公自动化系统连接起来，工厂自动化控制系统就集成到信息处理系统中，使工厂制造与办公室、实验室、自动化控制系统就集成到信息处理系统中，使工厂制造与办公室、实验室、仓库等商业和事务管理等系统构成了一体化，这也是现代化工厂的结构模仓库等商业和事务管理等系统构成了一体化，这也是现代化工厂的结构模式式中间层计算机中间层计算机中央计算机中央计算机中间层计算机中间层计算机中间层计算机中间层计算机设备单元设备单元生生 产产 过过 程程图图1.221.22微微型型机机微微型型机机微微型型机机微微型型机机微微型型机机微微型型机机设备单元设备单元设备单元设备单元3 3 DCSDCS的功能分层体系的功能分层体系目前，层次化已成为目前，层次化已成为DCS的体系特点，使其体现集中操作管理、的体系特点，使其体现集中操作管理、分散控制的思想。可以将分散控制的思想。可以将DCS的层次分成以下四级。见图的层次分成以下四级。见图1 .2-3(1)现场装置管理层次的直接控制级现场装置管理层次的直接控制级(过程控制级过程控制级) 在这一级上，在这一级上，过程控制计算机直接与现场各类装置过程控制计算机直接与现场各类装置(如变送器、执行器、记录仪如变送器、执行器、记录仪表等表等)相连，对所连接的装置实施监测、控制，同时它还向上与第相连，对所连接的装置实施监测、控制，同时它还向上与第二级的计算机相连，接收上层的管理信息，并向上传递装置的特二级的计算机相连，接收上层的管理信息，并向上传递装置的特性数据和采集到的实时数据。性数据和采集到的实时数据。 (2)过程管理级在这一级上的过程管理计算机主要有监控计算机、过程管理级在这一级上的过程管理计算机主要有监控计算机、操作站、工程师站。它综合监视过程各站的所有信息，集中显示操作站、工程师站。它综合监视过程各站的所有信息，集中显示操作，控制回路组态和参数修改，优化过程处理等。操作，控制回路组态和参数修改，优化过程处理等。 (3)生产管理级生产管理级(产品管理级产品管理级) 在这一级上的管理计算机根据产在这一级上的管理计算机根据产品各部件的特点，协调各单元级的参数设定，是产品的总体协调品各部件的特点，协调各单元级的参数设定，是产品的总体协调员和控制器。员和控制器。 (4)工厂总体管理级工厂总体管理级(经营管理级经营管理级) 这一级居于中央计算机上，这一级居于中央计算机上，并与办公自动化连接起来，担负起全厂的总体协调管理，包括各并与办公自动化连接起来，担负起全厂的总体协调管理，包括各类经营活动、人事管理等。类经营活动、人事管理等。第四级第四级第三级第三级第二级第二级第一级第一级现场设备现场设备经营经营管理级管理级生产管理级生产管理级过程管理级过程管理级直接控制级直接控制级连续控制连续控制过程过程批量过程批量过程离散过程离散过程图图1 .2-3DCS的四层结构模式的四层结构模式4 4 DCSDCS各层次的功能各层次的功能新型的新型的DCS是开放型的体系结构，可方便地与生产管理的上位计算机相是开放型的体系结构，可方便地与生产管理的上位计算机相互交换信息，形成计算机一体化生产系统，实现工厂的信息管理一体化互交换信息，形成计算机一体化生产系统，实现工厂的信息管理一体化4.1直接控制级直接控制级 直接控制级是直接控制级是DCS的基础，其主要任务有：的基础，其主要任务有： (1)进行过程进行过程数据采集数据采集即对被控设备中的每个过程量和状态信息进行快速即对被控设备中的每个过程量和状态信息进行快速采集，使进行数字控制、开环控制、设备监测、状态报告的过程等获得采集，使进行数字控制、开环控制、设备监测、状态报告的过程等获得所需要的输入的信息。所需要的输入的信息。 (2)进行直接数字的进行直接数字的过程控制过程控制 。根据控制组态数据库、控制算法模块来。根据控制组态数据库、控制算法模块来实施实时的过程量实施实时的过程量(如开关量、模拟量等如开关量、模拟量等)的控制。的控制。 (3)进行设备监测和系统的进行设备监测和系统的测试和诊断测试和诊断把过程变量和状态信息取出后，把过程变量和状态信息取出后，分析是否可以接受以及是否可以允许向高层传输。进一步确定是否对被分析是否可以接受以及是否可以允许向高层传输。进一步确定是否对被控装置实施调节，并根据状态信息判断计算机系统硬件和控制板的性能控装置实施调节，并根据状态信息判断计算机系统硬件和控制板的性能(功能功能)，在必要时实施报警、错误或诊断报告等措施。，在必要时实施报警、错误或诊断报告等措施。 (4)实施安全性实施安全性、冗余化方面的措施一旦发现计算机系统硬件或控制板、冗余化方面的措施一旦发现计算机系统硬件或控制板有故障，就立即实施备用件的切换，保证整个系统安全运行。有故障，就立即实施备用件的切换，保证整个系统安全运行。 例如，由中国石化总公司和原航空航天部联合研制的友力一例如，由中国石化总公司和原航空航天部联合研制的友力一2000系统系统的过程控制级就是由监测站或的过程控制级就是由监测站或(和和)控制站组成，可以完成控制站组成，可以完成AD、DA转换，信号调理，开关量的输入输出，并把采集到的现场数据转换，信号调理，开关量的输入输出，并把采集到的现场数据由由AD转换、信号调理或某些信号的直接输入，经过整理、分析，实时地通过转换、信号调理或某些信号的直接输入，经过整理、分析，实时地通过高速数据公路传递到上一层计算机中，对于要求控制的量高速数据公路传递到上一层计算机中，对于要求控制的量实施实时的调实施实时的调节控制节控制，当发现某一，当发现某一CPU板或数据采集板或信号输出板等出现故障就立板或数据采集板或信号输出板等出现故障就立即向上报告。并根据条件实施切换，以确保系统的正常工作。即向上报告。并根据条件实施切换，以确保系统的正常工作。 4.24.2过程管理级过程管理级 过程管理级主要是应付单元内的整体优化，并对其下层产生过程管理级主要是应付单元内的整体优化，并对其下层产生确切的命令，在这一层可完成的功能有：确切的命令，在这一层可完成的功能有： (1) (1)优化过程控制优化过程控制 这可以根据过程的数学模型以及所给定的这可以根据过程的数学模型以及所给定的控制对象来进行，优化控制只有在优化执行条件确保的条件下方控制对象来进行，优化控制只有在优化执行条件确保的条件下方能达到，但即使在不同策略条件下仍能完成对控制过程的优化。能达到，但即使在不同策略条件下仍能完成对控制过程的优化。 (2) (2)自适应回路控制自适应回路控制。在过程参数希望值的基础上，通过数字。在过程参数希望值的基础上，通过数字控制的优化策略，当现场条件发生改变时，经过过程管理级计算控制的优化策略，当现场条件发生改变时，经过过程管理级计算机的运算处理就得到新的设定值和调节值，并把调节值传送到直机的运算处理就得到新的设定值和调节值，并把调节值传送到直接过程控制层。接过程控制层。 (3) (3)优化单元内各装置优化单元内各装置，使它们密切配合这主要是根据单元内，使它们密切配合这主要是根据单元内的产品、原材料、库存以及能源的使用情况，以优化准则来协调的产品、原材料、库存以及能源的使用情况，以优化准则来协调相互之间的关系。相互之间的关系。 (4) (4)通过获取直接控制层的通过获取直接控制层的实时数据实时数据以进行单元内的活动监视、以进行单元内的活动监视、故障检测存档、历史数据的存档、状态报告和备用。故障检测存档、历史数据的存档、状态报告和备用。 例如，友力一例如，友力一20002000DCSDCS的过程管理级是由的过程管理级是由多个操作站和工程师多个操作站和工程师站组成站组成的。操作站相互备份，完成数据、图形、状态的显示；历的。操作站相互备份，完成数据、图形、状态的显示；历史数据的存档，故障声响报警，故障记录打印，故障状态显示，史数据的存档，故障声响报警，故障记录打印，故障状态显示，定时报表打印；实时动态调整回路参数，优化控制参数等过程控定时报表打印；实时动态调整回路参数，优化控制参数等过程控制功能，在工程师站上可进行控制优化，通过重新对控制回路的制功能，在工程师站上可进行控制优化，通过重新对控制回路的组态，由高速数据公路下载到直接过程控制级，以改变回路的控组态，由高速数据公路下载到直接过程控制级，以改变回路的控制算法，实施优化策略制算法，实施优化策略。4.3 4.3 生产管理级生产管理级 产品规划和控制级完成一系列的功能，要求有比系统和控制产品规划和控制级完成一系列的功能，要求有比系统和控制工程更宽的操作和逻辑工程更宽的操作和逻辑分析功能分析功能。对于发电厂来说，这一层主要。对于发电厂来说，这一层主要完成全厂性能计算，并实现信息管理（完成全厂性能计算，并实现信息管理（MISMIS）。）。在中小企业的自动在中小企业的自动化系统中，这一层可能就充当最高一级管理层。化系统中，这一层可能就充当最高一级管理层。4.4 4.4 工厂经营管理级工厂经营管理级 经营管理级居于工厂自动化系统的最高一层，它的管理范围经营管理级居于工厂自动化系统的最高一层，它的管理范围很广，包括工程技术方面、经济方面、商业事务方面、人事活动很广，包括工程技术方面、经济方面、商业事务方面、人事活动方面以及其他方面的功能。把这些功能都集成到软件系统中，通方面以及其他方面的功能。把这些功能都集成到软件系统中，通过综合的产品计划，在各种变化条件下，结合多种多样的材料和过综合的产品计划，在各种变化条件下，结合多种多样的材料和能量调配，以达到最优化地解决这些问题。在这一层中，通过与能量调配，以达到最优化地解决这些问题。在这一层中，通过与公司的经理部、市场部、计划部以及人事部等办公自动化相连接，公司的经理部、市场部、计划部以及人事部等办公自动化相连接，来实现来实现整个制造系统的最优化整个制造系统的最优化。三三. .集散型控制系统的硬件结构集散型控制系统的硬件结构DCSDCS的一个突出优点是系统的硬件和软件都具有灵活的组态和配置的一个突出优点是系统的硬件和软件都具有灵活的组态和配置能力。能力。DCSDCS的硬件系统是通过网络系统将不同数目的现场控制站、的硬件系统是通过网络系统将不同数目的现场控制站、操作员站和工程师站连接起来，共同完成各种采集、控制、显示、操作员站和工程师站连接起来，共同完成各种采集、控制、显示、操作和管理功能。操作和管理功能。目前，世界上有名的目前，世界上有名的DCSDCS厂家就有近百家。不同的系统采用的计算厂家就有近百家。不同的系统采用的计算机机硬件差别硬件差别很大。很大。3.1 3.1 DCSDCS的过程控制级的过程控制级 3.1. 1 3.1. 1 过程控制级的功能过程控制级的功能 在在DCSDCS中，各种现场检测仪表中，各种现场检测仪表( (如各种传感器、变送器等如各种传感器、变送器等) )送来送来的过程信号均由过程控制级各单元进行实时的数据采集，滤除噪的过程信号均由过程控制级各单元进行实时的数据采集，滤除噪声信号，进行声信号，进行非线性校正非线性校正及各种及各种补偿运算补偿运算，换算成相应的工程量，换算成相应的工程量，根据组态要求还可进行上下限报警及根据组态要求还可进行上下限报警及累积量计算累积量计算。所有测量值和。所有测量值和报警值经通信网络传送到操作站数据库，供实时显示、优化计算、报警值经通信网络传送到操作站数据库，供实时显示、优化计算、报警打印等。在过程控制单元，根据过程控制组态还可进行各种报警打印等。在过程控制单元，根据过程控制组态还可进行各种闭环反馈控制闭环反馈控制、批量控制批量控制与与顺序控制顺序控制等，并可接受操作站发来的等，并可接受操作站发来的各种手动操作命令进行手动控制，从而提供了对生产过程的直接各种手动操作命令进行手动控制，从而提供了对生产过程的直接调节控制功能。调节控制功能。在在DCSDCS中，显示与操作功能集中于操作站正常运行过程中，在过程中，显示与操作功能集中于操作站正常运行过程中，在过程控制单元一般不设置控制单元一般不设置CRTCRT显示器和操作键盘，但有的系统备有袖珍显示器和操作键盘，但有的系统备有袖珍型现场操作器，在开停工或检修时可直接连接过程控制单元进行型现场操作器，在开停工或检修时可直接连接过程控制单元进行操作，也有的系统在前面板上有小型按钮与数字显示器的操作，也有的系统在前面板上有小型按钮与数字显示器的 智能模件，可进行一些简单的操作。对过程控制的修改、调试，智能模件，可进行一些简单的操作。对过程控制的修改、调试，一般都在工程师站上进行，有的系统在操作员站也能完成（控制一般都在工程师站上进行，有的系统在操作员站也能完成（控制组态修改、流程图修改、参数整定等）大部分工作。组态修改、流程图修改、参数整定等）大部分工作。 在不同的在不同的DCSDCS中，过程控制单元的名称各异，例如：过程接口单中，过程控制单元的名称各异，例如：过程接口单元元( (Process Interface Unit)Process Interface Unit)、基本控制器基本控制器( (Basic Basic ntrollerntroller) )、多功能控制器多功能控制器( (MuhifunctionMuhifunction Controller) Controller)等，但是所采用的结构等，但是所采用的结构形式大致相同，由安装在控制柜内的一些形式大致相同，由安装在控制柜内的一些标准化模件组装标准化模件组装而成。而成。高度模块化的结构可以根据过程监测和控制的需要，高度模块化的结构可以根据过程监测和控制的需要，灵活配制灵活配制成成由几个监控点到数百个监控点的规模不等的过程控制单元。若从由几个监控点到数百个监控点的规模不等的过程控制单元。若从其具有的功能方面来划分，又可分成功能齐全的现场控制站、仅其具有的功能方面来划分，又可分成功能齐全的现场控制站、仅具有数据采集功能的监测站或仅具有顺序控制功能的顺序控制站具有数据采集功能的监测站或仅具有顺序控制功能的顺序控制站等。模块化的结构还允许在上述各种过程站等。模块化的结构还允许在上述各种过程站( (统称为现场控制站统称为现场控制站) )中根据不同的可靠性指标中根据不同的可靠性指标采用冗余采用冗余结构。结构。 过程控制单元在设计时均考虑到对现场环境的适应，大多数的过程控制单元在设计时均考虑到对现场环境的适应，大多数的DCSDCS系统都能提供现场安装的控制单元，目前远程系统都能提供现场安装的控制单元，目前远程I/OI/O柜的大量采柜的大量采用，减少信号电缆长度，以减少长距离传输的干扰，提高可靠性，用，减少信号电缆长度，以减少长距离传输的干扰，提高可靠性，并降低系统造价。远程并降低系统造价。远程I/OI/O柜有两种形式，一种形式是带有控制单柜有两种形式，一种形式是带有控制单元（元（DPUDPU），），一种是完全的一种是完全的I/OI/O卡件。前一种是通过冗余的系统总卡件。前一种是通过冗余的系统总线（一般为同轴电缆或光纤）和系统相连，后一种一般采用现场线（一般为同轴电缆或光纤）和系统相连，后一种一般采用现场总线的形式，利用双绞线串行传输，将总线的形式，利用双绞线串行传输，将I/OI/O卡件采集的号信送到过卡件采集的号信送到过程控制站。程控制站。 3.1.2 3.1.2 用于过程控制级的数字调节器与可编程序控制器用于过程控制级的数字调节器与可编程序控制器( (PLC) PLC) 构成构成DCSDCS过程控制级的除上述标准结构的现场控制站外，越来过程控制级的除上述标准结构的现场控制站外，越来越多地采用了各种智能数字调节器与可编程序控制器越多地采用了各种智能数字调节器与可编程序控制器( (PLC)PLC)，新型新型的数字调节器与的数字调节器与PLCPLC不仅容量更大，速度更快，而且都增设了较强不仅容量更大，速度更快，而且都增设了较强的联网通信能力。的联网通信能力。可以采用以廉价的双绞线为传输介质的可以采用以廉价的双绞线为传输介质的现场总线网现场总线网，将作为主节，将作为主节点的现场控制站与作为从节点的数十个数字调节器、点的现场控制站与作为从节点的数十个数字调节器、PLCPLC或数字化或数字化智能变送器和执行器智能变送器和执行器连接在一起，也可以将数台连接在一起，也可以将数台PLCPLC通过网关直接通过网关直接接入高速数据总线路，组成过程控制级的顺序控制站。这样一来，接入高速数据总线路，组成过程控制级的顺序控制站。这样一来，DCSDCS的控制的控制功能进一步分散功能进一步分散，控制速度与功能及系统的可靠性又得，控制速度与功能及系统的可靠性又得以进一步提高。以进一步提高。在一些小型在一些小型DCSDCS中，也有一些是以数字调节器与中，也有一些是以数字调节器与PLCPLC为过程级而用为过程级而用个人计算机为管理级构成的系统个人计算机为管理级构成的系统 3 32 2 DCSDCS现场控制站的组成现场控制站的组成 现场控制站是一个可独立运行的计算机监测与控制系统，由现场控制站是一个可独立运行的计算机监测与控制系统，由于它是专为过程测控而设计的通用型设备，所以其机柜、电源、于它是专为过程测控而设计的通用型设备，所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等与一般的计算机系统相比又有所不输入输出通道和控制计算机等与一般的计算机系统相比又有所不同，分述如下：同，分述如下： 3.2.1 3.2.1 机柜机柜 现场控制站的机柜内部均装有多层机架，以供安装电源及各种模现场控制站的机柜内部均装有多层机架，以供安装电源及各种模件之用。机柜要可靠接地，接地电阻应小于件之用。机柜要可靠接地，接地电阻应小于4 4欧。一般柜内装有风欧。一般柜内装有风扇，作为散热降温用。如果柜内温度超过正常范围时，现场控制扇，作为散热降温用。如果柜内温度超过正常范围时，现场控制站机柜会自动发出报警信号。站机柜会自动发出报警信号。 3.2.2 3.2.2 电源电源 (1) (1)它是具有效率高、稳定性好、无干扰的交流供电系统。每它是具有效率高、稳定性好、无干扰的交流供电系统。每一个现场控制站采用交流双电源供电。并要求装设不间断供电电一个现场控制站采用交流双电源供电。并要求装设不间断供电电源源( (UPS)UPS)。 (2) (2)柜内直流稳压电源一般有柜内直流稳压电源一般有+ +5 5V V、土土1515V(V(或士或士1212V)V)、+24V+24V等。等。有的采用冗余的双电源供电方式。（矩阵电源）有的采用冗余的双电源供电方式。（矩阵电源） 3.2.3 3.2.3 控制计算机控制计算机 现场控制站是一个智能化的可独立运行的数据采集与控制系统，现场控制站是一个智能化的可独立运行的数据采集与控制系统，作为其核心的控制计算机必须由作为其核心的控制计算机必须由CPUCPU、存储器、总线、存储器、总线、I I0 0通道等通道等基本部分组成。基本部分组成。 (1) (1)CPU CPU 目前各厂家生产的目前各厂家生产的DCSDCS现场控制站已普遍采用了高性现场控制站已普遍采用了高性能的能的1616位的微处理器，有的已使用了准位的微处理器，有的已使用了准3232位或位或3232位的微处理器，位的微处理器，大多为美国大多为美国MotorolaMotorola公司生产的公司生产的6800068000系列系列CPUCPU和美国和美国IntelIntel公司生公司生产的产的8080x86CPUx86CPU系列产品，时钟频率已达系列产品，时钟频率已达25253333MHzMHz，很多系统还配很多系统还配有浮点运算协处理器，因此数据处理能力大大提高，工作周期可有浮点运算协处理器，因此数据处理能力大大提高，工作周期可缩短到缩短到0 02 20 01 1s s，并且可执行更为复杂先进的控制算法，如自并且可执行更为复杂先进的控制算法，如自整定、预测控制、模糊控制等。最新的控制器已使用到了整定、预测控制、模糊控制等。最新的控制器已使用到了IntelIntel公公司的奔腾司的奔腾586586处理器，单个控制器的处理能力提升很大。处理器，单个控制器的处理能力提升很大。 (2)(2)存储器一般分为只读存储器存储器一般分为只读存储器( (ROM)ROM)和随机存储器和随机存储器( (RAM)RAM)两大两大部分，由于控制计算机在正常工作中运行的是一套固定的程序，部分，由于控制计算机在正常工作中运行的是一套固定的程序，为了工作的安全可靠，大多采用了程序固化的办法，不仅将系统为了工作的安全可靠，大多采用了程序固化的办法，不仅将系统启动、自检及基本的启动、自检及基本的I Io o驱动程序写入驱动程序写入ROMROM中，而且将各种控制、中，而且将各种控制、检测功能模块，所有固定参数和系统通信、系统管理模块全部固检测功能模块，所有固定参数和系统通信、系统管理模块全部固化，因此在控制计算机的存储器中，化，因此在控制计算机的存储器中，ROMROM占有较大的比例，一般有占有较大的比例，一般有数百千字节。数百千字节。有的系统将用户组态的应用程序也固化有的系统将用户组态的应用程序也固化在在ROMROM中，只要一加电，控中，只要一加电，控制站就可正常运行，使用更加方便、可靠，但修改组态时要复杂制站就可正常运行，使用更加方便、可靠，但修改组态时要复杂一些。一些。RAMRAM为程序运行提供了存储实时数据与计算中间变量的空间，用户为程序运行提供了存储实时数据与计算中间变量的空间，用户在线操作时需修改的参数在线操作时需修改的参数( (如设定值、手动操作值、如设定值、手动操作值、PIDPID参数、报参数、报警界限等警界限等) )，也须存人，也须存人RAMRAM中；当前一些较为先进的中；当前一些较为先进的DCSDCS为用户提供为用户提供了在线修改组态的功能。显然，这一部分用户组态应用程序亦必了在线修改组态的功能。显然，这一部分用户组态应用程序亦必须存入须存入RAMRAM中运行。中运行。 由于在现场控制站一般不设磁盘机、磁带机，上述后两部分内由于在现场控制站一般不设磁盘机、磁带机，上述后两部分内容一般存人具有电池后备的容一般存人具有电池后备的SRAMSRAM中，当系统一旦掉电时，可保持中，当系统一旦掉电时，可保持其中的数据、程序数十天以上不被破坏，这对于事故的查询及快其中的数据、程序数十天以上不被破坏，这对于事故的查询及快速恢复正常运行是很重要的。速恢复正常运行是很重要的。RAMRAM空间一般为数百千字节至数兆字空间一般为数百千字节至数兆字节。节。在一些采用了冗余在一些采用了冗余CPUCPU的系统中，还特别设有一种双端口随机存储的系统中，还特别设有一种双端口随机存储器，其中存放有过程输入、输出数据及设定值、器，其中存放有过程输入、输出数据及设定值、PIDPID参数等；两块参数等；两块CPUCPU板可分别对其进行读写，从而实现了双板可分别对其进行读写，从而实现了双CPUCPU间运行数据的同步，间运行数据的同步，当原在线主当原在线主CPUCPU出现故障时，原离线出现故障时，原离线CPUCPU可立即接替工作，而对生可立即接替工作，而对生产过程不产生任何扰动。产过程不产生任何扰动。（3 3）总线）总线DCSDCS是在微处理器技术的基础上发展起来的，因此其过程是在微处理器技术的基础上发展起来的，因此其过程控制计算机中所使用的总线自然也就采用了最流行的几种微机总控制计算机中所使用的总线自然也就采用了最流行的几种微机总线，常见的线，常见的有有IntelIntel公司的多总线公司的多总线( (MULTIBUS)MULTIBUS)、“EOROCARD“EOROCARD标标准的准的VMEVME总线总线( (IEEEl014IEEEl014标准标准) )，这些都是支持多，这些都是支持多主主CFUCFU的的1616位位3232位总线，位总线，VMEVME总线采用了针式插座，抗振动等性能更好，更适合于总线采用了针式插座，抗振动等性能更好，更适合于恶劣环境使用恶劣环境使用。 (4)(4)I IO O通道在过程控制计算机中，种类最多、数量最大的就是通道在过程控制计算机中，种类最多、数量最大的就是各种各种I IO O接口模板，从广义上讲，现场控制站计算机的接口模板，从广义上讲，现场控制站计算机的I I0 0接口，接口，亦应包括它与高速数据公路的网络接口以及它与现场总线亦应包括它与高速数据公路的网络接口以及它与现场总线fieldbusfieldbus) )网的接口，网的接口，高速数据公路高速数据公路连接着系统内各个操作站与现连接着系统内各个操作站与现场控制站，是场控制站，是DCSDCS的中枢，而的中枢，而现场总线现场总线则把现场控制站与各种智能则把现场控制站与各种智能化调节器、变送器等在线仪表以及可编程序控制器化调节器、变送器等在线仪表以及可编程序控制器( (PLC)PLC)连接在一连接在一起，对这两部分，各起，对这两部分，各DCSDCS生产厂家正致力于开放式标准化的设计工生产厂家正致力于开放式标准化的设计工作，这里专门介绍现场控制站中用于过程量直接输入与输出的通作，这里专门介绍现场控制站中用于过程量直接输入与输出的通道。道。 一般一般DCSDCS中过程量中过程量I IO O通道，有通道，有模拟量模拟量I I0 0通道、通道、开关量开关量( (或称或称为数字量为数字量) )I IO O通道及脉冲量输人通道几种，分述如下通道及脉冲量输人通道几种，分述如下 1) 1)模拟量输入通道模拟量输入通道( (AI) AI) 生产过程中各种连续性的物理量生产过程中各种连续性的物理量( (如温度、压力、压差、应如温度、压力、压差、应力、位移、速度、加速度以及电流、电压等力、位移、速度、加速度以及电流、电压等) )和化学量和化学量( (如如pHpH值、值、浓度等浓度等) )，只要由在线检测仪表将其转变为相应的电信号，均可送，只要由在线检测仪表将其转变为相应的电信号，均可送入模拟量输入通道进行处理。一般输入的电信号有以下几种：入模拟量输入通道进行处理。一般输入的电信号有以下几种： 毫伏级电压信号：这一般是由热电偶、热电阻及应变式传感毫伏级电压信号：这一般是由热电偶、热电阻及应变式传感器产生的。器产生的。 电流信号：由各种温度、压力、位移或各种电量、化学量变送电流信号：由各种温度、压力、位移或各种电量、化学量变送器产生的，一般均采用器产生的，一般均采用4 42020mAmA标准范围。一些老式的变送器标准范围。一些老式的变送器( (如如DDZDDZ一一2 2系列系列) )也有用也有用0 01010mAmA标准范围的。另外，在一些信号传送标准范围的。另外，在一些信号传送距离短、损耗小的场合，也有采用距离短、损耗小的场合，也有采用O O5V5V或或0 01010V V电压信号的。电压信号的。 模拟量输入通道，一般均由端子板、信号调理器、模拟量输入通道，一般均由端子板、信号调理器、A AD D模板及模板及柜内连接电缆等几部分构成。柜内连接电缆等几部分构成。 端子板：用于连接现场信号电缆，对每一路信号线提供端子板：用于连接现场信号电缆，对每一路信号线提供+ +、一、一极两个接线端子及屏蔽层的接地端子。有的厂家的产品上还设有极两个接线端子及屏蔽层的接地端子。有的厂家的产品上还设有保护及滤波电路，也有的产品将端子板与信号调理器做在一起。保护及滤波电路，也有的产品将端子板与信号调理器做在一起。 柜内电缆：用于端子板、信号调理器与柜内电缆：用于端子板、信号调理器与A AD D模板之间的信号模板之间的信号连接，为防止干扰，多采用双绞多芯屏蔽电缆。连接，为防止干扰，多采用双绞多芯屏蔽电缆。 信号调理器：用于将各种范围的模拟量输入信号统一转变成信号调理器：用于将各种范围的模拟量输入信号统一转变成0 0-5-5V V或或0 01010V V的电压信号送入的电压信号送入A AD D模板。为了使模板。为了使DCSDCS有较高的抗有较高的抗干扰能力，一般都是采用差动放大器，并且每一路都串接了多级干扰能力，一般都是采用差动放大器，并且每一路都串接了多级有源和无源滤波器；在环境噪声较强，且各测点间可能存在有较有源和无源滤波器；在环境噪声较强，且各测点间可能存在有较大共模电压的情况下，应使用具有大共模电压的情况下，应使用具有隔离放大器隔离放大器的信号调理器，使的信号调理器，使现场信号线与现场信号线与DCSDCS系统及各路信号线之间有良好绝缘，一般耐压在系统及各路信号线之间有良好绝缘，一般耐压在500500V V以上。各厂家生产的信号调理器的共模抑制比以上。各厂家生产的信号调理器的共模抑制比( (CMRR)CMRR)一般为一般为100100130130dBdB，串模抑制比串模抑制比( (NMRR)(NMRR)(对对5050HzHz工频信号工频信号) )一般为一般为30306060dBdB。非线性为非线性为0 001 01 左右左右. .对于专用于热电偶的信号调理器，对于专用于热电偶的信号调理器，有的还设有冷端补偿与开路检测电路。有的还设有冷端补偿与开路检测电路。AD模板：用于将信号调理器输入的多路模拟信号，按模板：用于将信号调理器输入的多路模拟信号，按CPU的指令逐的指令逐一转变为数字量送给一转变为数字量送给CPU。AD精度有精度有8、10、12、16位等多种，但在位等多种，但在DCS中使用较多的是中使用较多的是12位的位的AD转换器，转换时间一般在转换器，转换时间一般在100us左右。左右。AD模板的隔离方式有两种：一为采用模板的隔离方式有两种：一为采用隔离输入放大器隔离输入放大器；二为采用；二为采用光光耦合器耦合器在在AD模板与机架总线之间数字量传输通道上，进行电气上的模板与机架总线之间数字量传输通道上，进行电气上的隔离。采用第二种方式时应注意隔离。采用第二种方式时应注意AD模板模拟电路的模板模拟电路的电源应是浮置电源应是浮置的，的，最好采用板内最好采用板内DCDC变换器供电，以保证板内电路对大地的绝缘。变换器供电，以保证板内电路对大地的绝缘。的产品还将的产品还将AD转换电路置于一金属屏蔽罩中，以进一步提高它与大转换电路置于一金属屏蔽罩中，以进一步提高它与大地之间的绝缘阻抗和防止外界的电磁干扰。地之间的绝缘阻抗和防止外界的电磁干扰。2)模拟量输出通道模拟量输出通道(AO) 模拟量输出通道一般是输出连续的模拟量输出通道一般是输出连续的420mA直流电流信号，用来控制直流电流信号，用来控制各种直行程或角行程电动执行机构的行程，各种直行程或角行程电动执行机构的行程， 通过调速装置通过调速装置(如各种交流变频调速器如各种交流变频调速器)控制各种电动机的转速控制各种电动机的转速 通过电一气转换器或电一液转换器来控制各种气动或液压执行机构，通过电一气转换器或电一液转换器来控制各种气动或液压执行机构，例如控制气动阀门的开度等等。根据执行机构的需要，亦有输出例如控制气动阀门的开度等等。根据执行机构的需要，亦有输出010mA与与15V电压的电压的AO模板。输出负载能力一般要求不小于模板。输出负载能力一般要求不小于500欧。欧。在现场控制站中，模拟量输出通道一般由在现场控制站中，模拟量输出通道一般由D DA A模板、输出端子板模板、输出端子板与柜内电缆等几部分构成。与柜内电缆等几部分构成。 输出端子板：用以提供输出端子板：用以提供AOAO通道与现场控制电缆之间的连接，通道与现场控制电缆之间的连接，并通过柜内电缆并通过柜内电缆与与AOAO模板相连。模板相连。 D DA A模板：随着大规模集成电路的发展，当前，现场控制模板：随着大规模集成电路的发展，当前，现场控制站的模拟量输出通道，一般都是采用每路安装单独的一套站的模拟量输出通道，一般都是采用每路安装单独的一套D DA A转转换器与换器与V VI I变换集成电路，来输出变换集成电路，来输出4 42020mAmA模拟控制信号，也有使模拟控制信号，也有使用单一的用单一的D DA A转换器，然后通过多路模拟开关周期性地向多个保转换器，然后通过多路模拟开关周期性地向多个保持电容器充电来获得多路模拟量输出的型式。采用数字锁存的方持电容器充电来获得多路模拟量输出的型式。采用数字锁存的方式来保持输出值，不存在输出值随时间而衰减的现象。而与早期式来保持输出值，不存在输出值随时间而衰减的现象。而与早期在计算机控制系统中，曾使用过的步进电动机带动电位器的输出在计算机控制系统中，曾使用过的步进电动机带动电位器的输出方式相比，更有体积小巧、电路简单、可靠、功耗小、价格低等方式相比，更有体积小巧、电路简单、可靠、功耗小、价格低等优点。优点。3)3)开关量输入通道开关量输入通道 用来输入各种限位用来输入各种限位( (限值限值) )开关、继电器或电磁阀门连动触点的开关、继电器或电磁阀门连动触点的开关状态；输入信号可能是交流电压信号、直流电压信号或干触开关状态；输入信号可能是交流电压信号、直流电压信号或干触点。开关量输入通道亦由端子板、点。开关量输入通道亦由端子板、SISI模板及柜内电缆几部分组成。模板及柜内电缆几部分组成。4)4)开关量输出通道开关量输出通道 用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、报警器等只具有开、关用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、报警器等只具有开、关两种状态的设备，它是由端子板、两种状态的设备，它是由端子板、SOSO模板及机柜内电缆构成。模板及机柜内电缆构成。5)5)脉冲量输入通道脉冲量输入通道 现场仪表中现场仪表中转速表转速表、涡轮流量计、涡街流量计、罗茨式流量计、涡轮流量计、涡街流量计、罗茨式流量计及一些机械计数装置等输出的测量信号均为脉冲信号，脉冲量输及一些机械计数装置等输出的测量信号均为脉冲信号，脉冲量输入通道就是为输入这一类测量信号而设置的。它由端子板、入通道就是为输入这一类测量信号而设置的。它由端子板、PIPI板板及机柜内电缆组成。及机柜内电缆组成。当前当前I IO O通道的发展趋势是进一步智能化，通过通道的发展趋势是进一步智能化，通过在在I IO O模板内安模板内安装单片机，使其成为一个可独立运行的智能化的装单片机，使其成为一个可独立运行的智能化的数据采集与处理数据采集与处理单元，可自动地对各路输入信号巡回检测、非线性校正及补偿运单元，可自动地对各路输入信号巡回检测、非线性校正及补偿运算等，而装有算等，而装有AIAI与与AOAO通道的模板，其功能就相当于一个多回路的通道的模板，其功能就相当于一个多回路的数字调节器。这样一来，使原来主数字调节器。这样一来，使原来主CPUCPU承担的工作进一步分散，大承担的工作进一步分散，大大节省了主大节省了主CPUCPU的机时，使系统的的机时，使系统的工作速度进一步提高工作速度进一步提高，并且主，并且主CPUCPU可以有更多的时间进行更为复杂的控制运算，而系统的可靠性可以有更多的时间进行更为复杂的控制运算，而系统的可靠性亦提高了一步。亦提高了一步。3.2.43.2.4现场控制站的可靠性与可维护性现场控制站的可靠性与可维护性 在在DCSDCS中，现场控制站是直接与生产过程相联系的单元，因此中，现场控制站是直接与生产过程相联系的单元，因此对它提出了最高的可靠性要求。其平均无故障工作时间对它提出了最高的可靠性要求。其平均无故障工作时间( (MTBF)MTBF)为为数万小时，而平均修复时间要求小于数小时，为保证这么高的可数万小时，而平均修复时间要求小于数小时，为保证这么高的可靠性指标，所采取的技术措施有以下几个方面：靠性指标，所采取的技术措施有以下几个方面： (1) (1)元器件选用。采用低额定值的原则，即将功率额定值与使元器件选用。采用低额定值的原则，即将功率额定值与使用温度的额定值分别控制在其标准额定值的用温度的额定值分别控制在其标准额定值的5050和和7575以内。另以内。另外，尽量选用外，尽量选用CMOSCMOS电路与专用集成电路电路与专用集成电路( (ASIC)ASIC)，能显著降低功耗能显著降低功耗与减少外引线，大大提高可靠性。与减少外引线，大大提高可靠性。 (2) (2)元器件筛选。除进行一般静态与动态技术指标的测试外，元器件筛选。除进行一般静态与动态技术指标的测试外，需进行高温老化与高低温冲击试验，以剔除早期失效的器件。需进行高温老化与高低温冲击试验，以剔除早期失效的器件。 (3) (3)接插件和各种开关采用双触点结构，并对其表面进行镍打接插件和各种开关采用双触点结构，并对其表面进行镍打底镀金处理。底镀金处理。 (4) (4)安装工艺。当前的发展趋势是采用多层印制电路板高密度安装工艺。当前的发展趋势是采用多层印制电路板高密度表面安装技术，以减少外引线数目和长度，减少印制电路板面积表面安装技术，以减少外引线数目和长度，减少印制电路板面积和提高抗干扰性能。和提高抗干扰性能。 (5) (5)对各种模板级产品亦需百分之百地进行高温老化与高低温对各种模板级产品亦需百分之百地进行高温老化与高低温冲击试验，用以发现印制电路板与焊装中的缺陷。目前，各种模冲击试验，用以发现印制电路板与焊装中的缺陷。目前，各种模板的板的MTBFMTBF已达到数十万个小时。已达到数十万个小时。 (6) (6)为改善模板运行环境，机柜设计成防振、防电磁干扰、为改善模板运行环境，机柜设计成防振、防电磁干扰、防尘、防潮的型式，特别是对机柜内部设备进行整体上的热设计，防尘、防潮的型式，特别是对机柜内部设备进行整体上的热设计，采用散热、恒温、加热等不同手段，使柜内各种电子设备运行在采用散热、恒温、加热等不同手段，使柜内各种电子设备运行在适宜的温度之中，从而提高了工作可靠性。适宜的温度之中，从而提高了工作可靠性。 在采取上述各种措施后，现场控制站的故障率已降到了尽可在采取上述各种措施后，现场控制站的故障率已降到了尽可能低的程序，但一切小概率事件不是不可能出现的，一旦现场控能低的程序，但一切小概率事件不是不可能出现的，一旦现场控制站全部或部分失去控制能力，将使被其控制的生产过程受到重制站全部或部分失去控制能力，将使被其控制的生产过程受到重大损失，因此各厂家生产的大损失，因此各厂家生产的DCSDCS无一例外地均采用了冗余技术，即无一例外地均采用了冗余技术，即在系统中的各关键环节采用了并联的冗余单元，有采用在线并联在系统中的各关键环节采用了并联的冗余单元，有采用在线并联工作方式的，亦有采用离线热备份工作方式的；当主模板出现故工作方式的，亦有采用离线热备份工作方式的；当主模板出现故障时，备份件可立即接替全部工作，系统工作并不中断，而且故障时，备份件可立即接替全部工作，系统工作并不中断，而且故障模板可在系统正常运行情况下进行拆换。障模板可在系统正常运行情况下进行拆换。 具体到现场控制站，采取冗余措施的有以下几方面：具体到现场控制站，采取冗余措施的有以下几方面： 1) 1)电源如前所述，考虑到电源供应的重要性，在现场控制站电源如前所述，考虑到电源供应的重要性，在现场控制站中，其交流电源与直流稳压电源一般均采用了中，其交流电源与直流稳压电源一般均采用了1 1：1 1冗余方式，以冗余方式，以在线并联方式工作，保证发生故障切换时干扰最小。在采用多个在线并联方式工作，保证发生故障切换时干扰最小。在采用多个电源子模板的系统中，也有采用电源子模板的系统中，也有采用N N：1 1冗余方式的。冗余方式的。 2) 2)主机在要求特别高可靠性的系统中，一般采用主机在要求特别高可靠性的系统中，一般采用1 1：1 1冗余离冗余离线热备份工作方式。由一个主从控制电路协调双机的运行，实现线热备份工作方式。由一个主从控制电路协调双机的运行，实现状态互检和数据同步。当在线运行一方出现故障时，该电路可自状态互检和数据同步。当在线运行一方出现故障时，该电路可自动隔离故障一方，两站动隔离故障一方，两站内内I IO O总线及该站与通信网络的控制权交总线及该站与通信网络的控制权交给原备份一方。故障状态立即上报操作站，显示在给原备份一方。故障状态立即上报操作站，显示在CRTCRT显示器上，显示器上，提示维护人员修理。此外也可在操作站上人为干预某现场控制站提示维护人员修理。此外也可在操作站上人为干预某现场控制站的双机切换，或在现场控制站用手动开关切换。的双机切换，或在现场控制站用手动开关切换。3)3)网络接口网络接口 通信网络通信网络在在DCSDCS中是至关重要的神经中枢，为保证其中是至关重要的神经中枢，为保证其可靠，在现场控制站中网络接口可靠，在现场控制站中网络接口( (网卡网卡) )均采用了均采用了1 1：1 1冗余结构，冗余结构，有的系统在有的系统在1 1：1 1冗余的主机内，每一侧还采用了两块互为冗余的冗余的主机内，每一侧还采用了两块互为冗余的网卡，并各自通过切换开关与两个网分别连接。网卡，并各自通过切换开关与两个网分别连接。4)4)I IO O通道的冗余通道的冗余 I I0 0模板是现场控制站中种类最多、数量最模板是现场控制站中种类最多、数量最大的，其冗余方式也有各种形式。大的，其冗余方式也有各种形式。N+1N+1后备方式。后备方式。“三取二三取二”表决方式。表决方式。3 34 4 DCSDCS的操作员站和工程师站的操作员站和工程师站 3.4.1 3.4.1中央计算机站中央计算机站( (Central Computer Station)Central Computer Station) DCS DCS具有分散控制、集中管理的特点，因此又称为分布式控制具有分散控制、集中管理的特点，因此又称为分布式控制系统。中央计算机站提供了系统。中央计算机站提供了集中监示集中监示、对现场、对现场直接操作直接操作、系统生成、系统生成以及诊断等设施。它通过数据网络与其他各站连在一起。中央计算以及诊断等设施。它通过数据网络与其他各站连在一起。中央计算机站是几个部分的统称，其主要部分是中央操作台机站是几个部分的统称，其主要部分是中央操作台Operating Operating Console)Console)。操作台在不同的系统中有不同的名称，例如，在横河操作台在不同的系统中有不同的名称，例如，在横河( (Yokogawa)Yokogawa)电机公司的电机公司的CentumCentum系统中称为操作员站系统中称为操作员站( (Operator Operator Station)Station)，在在BBCBBC的的PROCONTROL 1PROCONTROL 1系统中称为过程操作站系统中称为过程操作站( (Process Process Operator Station)Operator Station)，在福克斯波罗在福克斯波罗( (Foxboro)Foxboro)公司的系统中称为控公司的系统中称为控制中心制中心( (CommandCommand Centre Centre) )等。等。 通常操作员站由一个大屏幕监示器通常操作员站由一个大屏幕监示器( (CRT)CRT)、一台控制计算机以一台控制计算机以及一个操作员键盘组成。一个及一个操作员键盘组成。一个DCSDCS中通常可以配置几个操作员站，中通常可以配置几个操作员站，而且一般这些操作员站是相互冗余的。例如，而且一般这些操作员站是相互冗余的。例如，DCS2000DCS2000系统系统( (中国信中国信息产业部六所息产业部六所) )可以最多配置可以最多配置8 81010个相互独立、相互备份的操作员个相互独立、相互备份的操作员站。站。此外，中央计算机站还有一个网关此外，中央计算机站还有一个网关( (Gateway)Gateway)，并通过它与一个功并通过它与一个功能更强的计算机系统（能更强的计算机系统（MIS)MIS)相连，以便实现高级的控制和管理功能。相连，以便实现高级的控制和管理功能。 计算机站应该完成以下基本功能：计算机站应该完成以下基本功能：过程显示和控制；过程显示和控制；现场数据的收集和恢复显示；现场数据的收集和恢复显示；级问通信；级问通信；系统诊断；系统诊断；系统配置和参数生成；系统配置和参数生成；仿真调试等。仿真调试等。为了实现这些功能，它必须配备以下工具软件：为了实现这些功能，它必须配备以下工具软件： 1)操作系统：通常是一个驻留内存的实时多任务操作系统。它操作系统：通常是一个驻留内存的实时多任务操作系统。它支持优先级中断式和或时间片进程调度，以及硬件资源的管理，支持优先级中断式和或时间片进程调度，以及硬件资源的管理，如外设、实时时钟、电源故障等。如外设、实时时钟、电源故障等。 2)系统工具软件，如编辑器、调试程序、连接器、装载程序等。系统工具软件，如编辑器、调试程序、连接器、装载程序等。 3)高级语言高级语言(实时的实时的)，如，如FORTRAN、BASIC、C语言等。语言等。 4)通信软件：用来实现与各现场控制站的通信。通信软件：用来实现与各现场控制站的通信。 5)应用软件。应用软件。3.4.23.4.2操作员站的功能操作员站的功能在在DCSDCS中，中，CRTCRT显示器基本上可以取代过去的常规仪表显示和模拟显示器基本上可以取代过去的常规仪表显示和模拟屏显示系统。通常，一个屏显示系统。通常，一个DCSDCS的操作员站上应该显示以下几个方面的操作员站上应该显示以下几个方面的内容：的内容：模拟流程和总貌显示；模拟流程和总貌显示；过程状态；过程状态；特殊数据记录；特殊数据记录；趋势显示；趋势显示；统计结果显示；统计结果显示；历史数据的显示；历史数据的显示；生产状态显示等。生产状态显示等。 同时，同时，DCSDCS的操作员站配上打印机，可以完成下述打印功能：的操作员站配上打印机，可以完成下述打印功能：生产过程记录报表；生产过程记录报表；生产统计报表；生产统计报表；系统运行状态信息打印；系统运行状态信息打印；报警信息的打印。报警信息的打印。(1)(1)操作员站的显示管理功能操作员站的显示管理功能可以分为两大类：操作员站的显示管理功能操作员站的显示管理功能可以分为两大类：标准显示标准显示和用户和用户自定义显示自定义显示。标准显示是一个标准显示是一个DCSDCS的厂家工程师和操作人员根据多年的经验，在系统中设的厂家工程师和操作人员根据多年的经验，在系统中设定的显示功能，通常有定的显示功能，通常有: :点记录详细显示点记录详细显示报警信息的显示报警信息的显示控制回路或回路组显示控制回路或回路组显示趋势显示等。趋势显示等。户自定义显示是那些与特定应用有关的显示功能。这些显示通常由用户自己户自定义显示是那些与特定应用有关的显示功能。这些显示通常由用户自己根据需要生成。根据需要生成。DCSDCS一般提供用户一个方便的功能库，用户可以方便地使用。一般提供用户一个方便的功能库，用户可以方便地使用。例如，许多系统提供了方便的例如，许多系统提供了方便的数据库生成软件、图形生成软件、报表生成软数据库生成软件、图形生成软件、报表生成软件以及控制回路生成软件件以及控制回路生成软件等。等。1)1)标准显示标准显示功能标准显示功能在不同厂家的功能标准显示功能在不同厂家的DCSDCS中区别很大，但大多数中区别很大，但大多数的的DCSDCS，一般提供以下几种标准功能：一般提供以下几种标准功能：系统总貌显示系统总貌显示：这是系统中最高一层的显示。它主要用来显示系统的主要结：这是系统中最高一层的显示。它主要用来显示系统的主要结构和整个被控对象的最主要信息。同时，总貌显示一般提供操作指导作用，构和整个被控对象的最主要信息。同时，总貌显示一般提供操作指导作用，即操作员可以在总貌显示下切换到任一组他有兴即操作员可以在总貌显示下切换到任一组他有兴趣的画面。趣的画面。2)2)用户定义显示用户定义显示功能功能DCSDCS通常是面向一类用户系统而设计的，因此，通常是面向一类用户系统而设计的，因此，DCSDCS生产生产厂家不可能完成用户所需要的所有显示要求，因为每个现场有不同的显示厂家不可能完成用户所需要的所有显示要求，因为每个现场有不同的显示 要求。所以，一般的要求。所以，一般的DCSDCS都提供一些设施，使用户可以自己生成都提供一些设施，使用户可以自己生成自己要求的特定的与应用有关的显示功能。与应用密切相关的有自己要求的特定的与应用有关的显示功能。与应用密切相关的有生产流程模拟显示图。生产流程模拟显示图。生产流程模拟显示生产流程模拟显示：每个：每个DCSDCS的应用系统都有此要求，而且也是主的应用系统都有此要求，而且也是主要的显示功能。大多数的应用对象流程不可能在一幅画面上完全要的显示功能。大多数的应用对象流程不可能在一幅画面上完全显示出来，因此，在显示过程中采用分级分层显示：将一个大的显示出来，因此，在显示过程中采用分级分层显示：将一个大的流程图由粗到细形成有层次的画面结构，这样，操作员可以调出流程图由粗到细形成有层次的画面结构，这样，操作员可以调出整个流程的粗框画面，然后配合提示菜单应用键盘上的相应控制整个流程的粗框画面，然后配合提示菜单应用键盘上的相应控制键或光笔、触点键或光笔、触点( (对触摸屏等对触摸屏等) )选择下一层的画面。选择下一层的画面。分组显示功能分组显示功能：分组显示画面中，单个的模拟量、闭环回路、顺：分组显示画面中，单个的模拟量、闭环回路、顺序控制器、手动自动控制等，以组的形式序控制器、手动自动控制等，以组的形式( (通常通常8 8个为一组个为一组) )，同，同时在屏幕上显示出来。分组显示的目的是为操作员提供某个相关时在屏幕上显示出来。分组显示的目的是为操作员提供某个相关部分的详细信息，以便监视和控制调节。部分的详细信息，以便监视和控制调节。回路显示回路显示：提供单回路显示功能。该功能可以从分组显示中进入：提供单回路显示功能。该功能可以从分组显示中进入该画面中一般显示，该回路的该画面中一般显示，该回路的三个相关值三个相关值( (给定、测量值和控制输给定、测量值和控制输出值出值) )的棒图、数值以及跟踪曲线还提供该控制回路的控制参数。的棒图、数值以及跟踪曲线还提供该控制回路的控制参数。操作员在此画面下可以完成下列操作：改变控制给定，改变控制操作员在此画面下可以完成下列操作：改变控制给定，改变控制输出，改变控制方式，修改回路的参数输出，改变控制方式，修改回路的参数详细显示详细显示；DCSDCS中的每一个点对应一个记录，例如，一个模拟量点中的每一个点对应一个记录，例如，一个模拟量点包含很多信息：点名、汉字名称、单包含很多信息：点名、汉字名称、单 位位 、操作输出值、显示上、操作输出值、显示上限、显示下限、报警优先级、报警上限、报警下限、报警死区、限、显示下限、报警优先级、报警上限、报警下限、报警死区、转换系数转换系数1 1、转换系数、硬件地址等、转换系数、硬件地址等报警列表显示功能报警列表显示功能：报警时间、点名、汉字名称、报警性质、报：报警时间、点名、汉字名称、报警性质、报警值、极限、单位、确认信息。其中报警时间记录该项报警所发警值、极限、单位、确认信息。其中报警时间记录该项报警所发生的具体时间，格式为日时分秒。报警性质为上限报警、生的具体时间，格式为日时分秒。报警性质为上限报警、下限报警等，报警值为报警时刻的物理量值，报警极限为对应的下限报警等，报警值为报警时刻的物理量值，报警极限为对应的极限值。操作员可以按下极限值。操作员可以按下“报警列表报警列表”键调出报警列表。键调出报警列表。趋势显示功能趋势显示功能：DCSDCS的一个突出特点是计算机系统可以存储历史数的一个突出特点是计算机系统可以存储历史数据，并可以以曲线的形式进行显示。一般的趋势显示有两种，据，并可以以曲线的形式进行显示。一般的趋势显示有两种，一一种跟踪趋势显示种跟踪趋势显示，即操作员站上周期性地从数据库中取出当前的，即操作员站上周期性地从数据库中取出当前的值，并画出曲线。这种趋势显示又称为实时趋势。一般情况下，值，并画出曲线。这种趋势显示又称为实时趋势。一般情况下，实时趋势曲线不太长，通常每点记录实时趋势曲线不太长，通常每点记录100100300300点，这些点以一个点，这些点以一个循环存储区的形式存在内存中，并周期地更新。刷新周期也较短，循环存储区的形式存在内存中，并周期地更新。刷新周期也较短，从几秒钟到几分钟。实时趋势通常用来观察某些点的近期变化情从几秒钟到几分钟。实时趋势通常用来观察某些点的近期变化情况，特别是在控制调节时更为有用。况，特别是在控制调节时更为有用。另一类另一类趋势显示为长期记录趋势显示为长期记录。这种长期记录通常用来保存几天或。这种长期记录通常用来保存几天或几个月的数据。因此，即使存储间隔比较长几个月的数据。因此，即使存储间隔比较长( (如几分钟存一次如几分钟存一次) )，占用的存储空间也是很大的。因此，占用的存储空间也是很大的。因此，DCSDCS通常将这种长期历史记通常将这种长期历史记 录存放在磁盘或磁带机上。这些长期历史数据一方面用来长期趋录存放在磁盘或磁带机上。这些长期历史数据一方面用来长期趋势显示，另一方面可以用来进行一些管理运算和报表。势显示，另一方面可以用来进行一些管理运算和报表。系统状态显示系统状态显示：有些：有些DCSDCS的操作员站上可以显示系统的组成结构和的操作员站上可以显示系统的组成结构和各站及网络干线的状态信息各站及网络干线的状态信息四四. .集散型控制系统的软件体系集散型控制系统的软件体系一个基本的过程控制计算机系统的软件可以分为两个部分：一个基本的过程控制计算机系统的软件可以分为两个部分：系统软件系统软件( (又称计算机系统软件又称计算机系统软件) )和应用软件和应用软件( (又称过程控制软件又称过程控制软件) )。CSCS的软件体系中包括了上述两种软件，但由于其分布式结构，又增加的软件体系中包括了上述两种软件，但由于其分布式结构，又增加了诸如通信管理软件、组态生成软件以及诊断软件等。了诸如通信管理软件、组态生成软件以及诊断软件等。在在DCSDCS中，过程控制软件包括：中，过程控制软件包括：具有报警检测的过程数据的输入输出具有报警检测的过程数据的输入输出数据表示数据表示( (实时数据库实时数据库) )，连续控制调节，连续控制调节，顺序控制，顺序控制，历史数据的存储，历史数据的存储，过程画面显示和管理，过程画面显示和管理，报警信息的管理，报警信息的管理，生产记录报表的管理和打印，生产记录报表的管理和打印，参数列表显示，参数列表显示，人一机接口控制人一机接口控制，还有部分的实时数据处理功能。还有部分的实时数据处理功能。其中，前四种功能是在现场其中，前四种功能是在现场控制站控制站完成的。完成的。 4 41 1 DCSDCS的系统软件的系统软件 系统软件一般指通用的、面向计算机的软件。系统软件是一系统软件一般指通用的、面向计算机的软件。系统软件是一组支持开发、生成、测试、运行和程序维护的工具软件，它一般组支持开发、生成、测试、运行和程序维护的工具软件，它一般与应用对象无关。与应用对象无关。DCSDCS的系统软件一般由以下几个主要部分组成：的系统软件一般由以下几个主要部分组成：实时多任务操作系统实时多任务操作系统面向过程的编程语言面向过程的编程语言工具软件工具软件操作系统是一组程序的集合，它用来控制计算机系统中的用户程操作系统是一组程序的集合，它用来控制计算机系统中的用户程序的执行次序，为用户程序与系统硬件提供接口软件，并允许这序的执行次序，为用户程序与系统硬件提供接口软件，并允许这些程序些程序( (包括系统程序和用户程序包括系统程序和用户程序) )之间交换信息。用户程序也称之间交换信息。用户程序也称为应用程序，一般设计成能够完成某些应用功能。在实时工业计为应用程序，一般设计成能够完成某些应用功能。在实时工业计算机系统中，应用程序是我们在功能规范中所规定的功能，而操算机系统中，应用程序是我们在功能规范中所规定的功能，而操作系统则是控制计算机自身运行的系统软件。作系统则是控制计算机自身运行的系统软件。 4 42 2 DCSDCS的组态软件的组态软件DCSDCS的组态功能已成为工业界很熟悉的内容。一个的组态功能已成为工业界很熟悉的内容。一个DCSDCS的组态功能的组态功能的支持情况的支持情况( (如应用的方便程度，用户界面友好程度，功能的齐全如应用的方便程度，用户界面友好程度，功能的齐全程度等程度等) )是影响一个是影响一个DCSDCS是否受用户欢迎的重要因索。几乎所有的是否受用户欢迎的重要因索。几乎所有的DCSDCS都在不阃程度上都在不阃程度上( (或以不同的表现形式或以不同的表现形式) )支持组态功能。但是，支持组态功能。但是，不同的不同的DCSDCS的组态方法均不相同。的组态方法均不相同。DCSDCS组态功能包括两个主要方面：硬件组态组态功能包括两个主要方面：硬件组态( (又叫配置又叫配置) )和软件组态。和软件组态。DCSDCS的硬件结构也是采用模块化的结构。因为硬件模块的选择与系的硬件结构也是采用模块化的结构。因为硬件模块的选择与系统的价格关系较为密切统的价格关系较为密切( (特别是对国内用户特别是对国内用户) )，加上硬件的配置与，加上硬件的配置与现场的要求联系较紧，因此硬件的基本配置在合同谈判阶段就已现场的要求联系较紧，因此硬件的基本配置在合同谈判阶段就已确定。确定。常见的硬件配置包括下列几方面的内容：常见的硬件配置包括下列几方面的内容：工程师站的选择工程师站的选择( (包括机型、包括机型、CRTCRT尺寸、内存，硬盘、打印机等尺寸、内存，硬盘、打印机等) )；操作员站的选择操作员站的选择( (包括操作员站的个数和操作员站的配置，如包括操作员站的个数和操作员站的配置，如CRTCRT尺寸及是否双屏、主机型号、内存配置、磁盘容量的配置、打印尺寸及是否双屏、主机型号、内存配置、磁盘容量的配置、打印机的台数和型号等机的台数和型号等) )；现场控制站的配置，包括现场控制站的个数、地域分布，每个现现场控制站的配置，包括现场控制站的个数、地域分布，每个现场控制站中所配的各种模板的种类及块数，电源的选择。场控制站中所配的各种模板的种类及块数，电源的选择。硬件的配置对不同的系统差别甚大，而且一般是根据现场的具体硬件的配置对不同的系统差别甚大，而且一般是根据现场的具体要求而定，相对来说选择工作量不大。要求而定，相对来说选择工作量不大。DCSDCS的软件一般是较为成熟的模块化结构，系统的图形显示功能、的软件一般是较为成熟的模块化结构，系统的图形显示功能、数据库管理功能、控制运算功能、历史存储功能等全都有数据库管理功能、控制运算功能、历史存储功能等全都有成熟的成熟的软件模块软件模块。但通常不同的应用对象，对这些内容的要求有较大的。但通常不同的应用对象，对这些内容的要求有较大的区别。区别。一般的一般的DCSDCS提供一个提供一个( (或一组或一组) )功能很强的软件工具包功能很强的软件工具包( (即组态软件即组态软件) )，该组态软件提供一个友好的用户界面，使用户在不需要编什么，该组态软件提供一个友好的用户界面，使用户在不需要编什么代码程序的情况下便可生成代码程序的情况下便可生成自己需要的应用自己需要的应用“软件软件”软件组态的内容比硬件配置还丰富，它一般包括基本配置组态和软件组态的内容比硬件配置还丰富，它一般包括基本配置组态和应用软件的组态。基本配置的组态是给系统一个配置信息，如系应用软件的组态。基本配置的组态是给系统一个配置信息，如系统的各种站的个数，它们的索引标志，每个现场控制站的最大点统的各种站的个数，它们的索引标志，每个现场控制站的最大点数，最短执行周期，最大内存配置等，每个操作员站的内存配置数，最短执行周期，最大内存配置等，每个操作员站的内存配置信息，磁盘容量信息等。而应用软件的组态则具有更丰富的内容，信息，磁盘容量信息等。而应用软件的组态则具有更丰富的内容，如数据库的生成、历史库如数据库的生成、历史库( (包括趋势图包括趋势图) )的生成、图形生成、控制的生成、图形生成、控制组态等。组态等。 过去的工业控制计算机系统的软件功能过去的工业控制计算机系统的软件功能( (如实时数据库，历史如实时数据库，历史数据库，数据点的生成，控制回路以及图形、报表功能的实现数据库，数据点的生成，控制回路以及图形、报表功能的实现) )是是靠软件人员通过编程实现的，工作量大得惊人。这样设计出来靠软件人员通过编程实现的，工作量大得惊人。这样设计出来 的软件通用性极差，对于每个不同的应用对象都要重新设计或修的软件通用性极差，对于每个不同的应用对象都要重新设计或修改程序。改程序。随着随着DCSDCS的发展，人们越来越重视系统的软件组态和配置功能，即的发展，人们越来越重视系统的软件组态和配置功能，即系统中配有一套功能十分齐全的组态生成工具软件。这套组态软系统中配有一套功能十分齐全的组态生成工具软件。这套组态软件通用性很强，可以适应于一大类应用对象，而且系统的执行程件通用性很强，可以适应于一大类应用对象，而且系统的执行程序代码部分一般是固定不变的，为适应不同的应用对象只需改变序代码部分一般是固定不变的，为适应不同的应用对象只需改变数据实体数据实体( (包括图形文件、报表文件和控制回路文件等包括图形文件、报表文件和控制回路文件等) )即可。这即可。这样既大大提高丁系统的成套速度又保证了系统软件的成熟性样既大大提高丁系统的成套速度又保证了系统软件的成熟性和可靠性。和可靠性。五五 集散型控制系统现场控制站的软件系统集散型控制系统现场控制站的软件系统5 51 1 DCSDCS现场控制站的功能现场控制站的功能 DCSDCS的最突出特点是利用菜种通信网络将分散在现场的最突出特点是利用菜种通信网络将分散在现场( (或现场或现场附近附近) )执行数据采集和控制功能的各现场控制站与位于操作中心执行数据采集和控制功能的各现场控制站与位于操作中心( (或监视中心或监视中心) )的各个操作、管理站连接起来，共同实现分散控制、的各个操作、管理站连接起来，共同实现分散控制、集中管理的功能。集中管理的功能。构成构成DCSDCS的现场控制站在组成上和能力上有较大的差别，有的现场的现场控制站在组成上和能力上有较大的差别，有的现场控制站由控制站由3232位处理机组成一个功能很强的控制站，它可以完成几位处理机组成一个功能很强的控制站，它可以完成几百点百点( (甚至上千点甚至上千点) )的数据采集，实现几十到上百个控制回路，甚的数据采集，实现几十到上百个控制回路，甚至可以实现一些高级控制功能：自适应控制功能和一些摹本的专至可以实现一些高级控制功能：自适应控制功能和一些摹本的专家系统功能。家系统功能。而有的而有的DCSDCS的现场控制站由一个简单的单片机的现场控制站由一个简单的单片机( (如如80968096，80318031等等) )组组成，完成十儿点到几十点的数据采集，实现几个控制回路。成，完成十儿点到几十点的数据采集，实现几个控制回路。此外，有些此外，有些DCSDCS的现场控制站只具有采集处理功能而无控制功能，的现场控制站只具有采集处理功能而无控制功能，它们只能称为采集站。它们只能称为采集站。总之，一个较通用的总之，一个较通用的DCSDCS的现场控制站一般应具备各种数据点的现场控制站一般应具备各种数据点( (如如模拟最输入、开关量输入、脉冲累积量输入模拟最输入、开关量输入、脉冲累积量输入) )的采集，控制输出的采集，控制输出( (模拟量输出、开关量输出、有的还具有脉宽调制输出模拟量输出、开关量输出、有的还具有脉宽调制输出) )，自动控，自动控制制( (包括连续调节控制和顺序控制包括连续调节控制和顺序控制) )以及网络通信功能。以及网络通信功能。要实现上述功能，要实现上述功能，DCSDCS的现场控制站应该配有一个完整的软件系统。的现场控制站应该配有一个完整的软件系统。5 52 2 DCSDCS现场控制站的软件结构现场控制站的软件结构 DCSDCS现场控制站要具有很高的可靠性和宴时性。现场控制站要具有很高的可靠性和宴时性。所以除了所以除了DCSDCS现场控制站的硬件应适当地选择现场控制站的硬件应适当地选择( (如高可靠的结构、如高可靠的结构、器件、较高档的处理器、较强的中断处理能力器件、较高档的处理器、较强的中断处理能力) )以外，以外，DCSDCS现场控现场控制的软件也应具有制的软件也应具有高可靠性和实时性高可靠性和实时性。此外，此外，DCSDCS现场控制站一般无人机接口，所以它应有较强的自治性，现场控制站一般无人机接口，所以它应有较强的自治性，即软件的即软件的设计应保证避免死机发生设计应保证避免死机发生，并且具有较强的抗干扰能力，并且具有较强的抗干扰能力和容错能力。和容错能力。 多数现场控制站软件采用模块化结构设计，并且一般不用操作系多数现场控制站软件采用模块化结构设计，并且一般不用操作系统统( (很少用磁盘操作系统很少用磁盘操作系统) )。软件系统一般分为执行代码部分和数据部分。执行代码部分一般软件系统一般分为执行代码部分和数据部分。执行代码部分一般固化在固化在EPROMEPROM中，而数据部分则保留在中，而数据部分则保留在RAMRAM存储器中，在系统复位存储器中，在系统复位或开机时，这些数据的初始值从网络上装入。或开机时，这些数据的初始值从网络上装入。 现场控制站的执行代码一般分为两个部分：周期执行部分和现场控制站的执行代码一般分为两个部分：周期执行部分和随机执行部分。随机执行部分。周期执行部分完成周期性的功能，例如周期性的数据采集、转换周期执行部分完成周期性的功能，例如周期性的数据采集、转换处理、越限检查、控制算法的周期性运算、周期性的网络数据通处理、越限检查、控制算法的周期性运算、周期性的网络数据通信以及周期性系统状态检测等，周期性的执行部分一般由硬件时信以及周期性系统状态检测等，周期性的执行部分一般由硬件时钟定时激活。另外，现场控制站还有一些实时功能，如系统故障钟定时激活。另外，现场控制站还有一些实时功能，如系统故障信号处理信号处理( (如电源掉电等如电源掉电等) )、事件顺序信号、事件顺序信号( (Sequence of event)Sequence of event)处处理、实时网络数据接收等。理、实时网络数据接收等。5.3 5.3 DCSDCS输入输出软件输入输出软件输入处理模块输入处理模块输出处理模块输出处理模块5 54 4 DCSDCS现场控制站的反馈控制软件现场控制站的反馈控制软件 从从DCSDCS体系分级结构可以得知，在一个体系分级结构可以得知，在一个DCSDCS中，现场控制站一中，现场控制站一级直接完成现场数据的采集、输出和级直接完成现场数据的采集、输出和DCS(DCS(直接数字控制直接数字控制) )反馈控制反馈控制功能，所以，现场控制站一般装有一个控制算法模块库。和以往功能，所以，现场控制站一般装有一个控制算法模块库。和以往的计算机系统不同，的计算机系统不同，DCSDCS的控制功能一般由组态工具软件生成，现的控制功能一般由组态工具软件生成，现场控制站则根据组态生成的控制要求进行控制运算和实施。场控制站则根据组态生成的控制要求进行控制运算和实施。 在在DCSDCS中，各个控制算法是以控制模块的形式提供给用户，而中，各个控制算法是以控制模块的形式提供给用户，而用户可以利用系统所提供的模块，用组态软件生成自己所需的控用户可以利用系统所提供的模块，用组态软件生成自己所需的控制规律，该控制规律再装到现场控制站去运算并执行。制规律，该控制规律再装到现场控制站去运算并执行。目前国际上流行的目前国际上流行的DCSDCS中，控制算法的组态生成在软件上可以分为中，控制算法的组态生成在软件上可以分为两种实现方式：一种方式是两种实现方式：一种方式是采用模块宏采用模块宏的方式，即与一个控制规的方式，即与一个控制规律模块律模块( (如如PIDPID运算运算) )对应一个宏命令对应一个宏命令( (子程序子程序) )。在组态生成时，每。在组态生成时，每用到一个控制模块，则生成完毕，产生的执行文件中就将该宏所用到一个控制模块，则生成完毕，产生的执行文件中就将该宏所对应的算法换人执行文件一对应的算法换人执行文件一( (如日立的如日立的HIACSHIACS一一30003000系统就是采系统就是采用这种方式用这种方式) )。另一种常用的方式是将各控制算法编成各个独立的可以反复调用另一种常用的方式是将各控制算法编成各个独立的可以反复调用的的功能模块功能模块，对应每一模块有一个数据结构，该数据结构定义了，对应每一模块有一个数据结构，该数据结构定义了该控制算法所需的各个参数。因此，只要这些参数定了，控制规该控制算法所需的各个参数。因此，只要这些参数定了，控制规律就定了律就定了( (美国西屋的美国西屋的WDPFWDPF系统和中国信息产业部六所的系统和中国信息产业部六所的DCSDCS一一20002000系统均采用这种结构系统均采用这种结构) )。有了这些算法模块，我们可以生成绝大多数的控制功能。有了这些算法模块，我们可以生成绝大多数的控制功能。5 55 5 DCSDCS现场控制站的顺序控制功能现场控制站的顺序控制功能5.5.15.5.1顺序控制的概念顺序控制的概念 顺序控制是采用二值信息数字技术的自动控制方式。其定义可以简顺序控制是采用二值信息数字技术的自动控制方式。其定义可以简单地说明为：根据预定顺序逐步进行各阶段信息处理的控制方法。单地说明为：根据预定顺序逐步进行各阶段信息处理的控制方法。 连续调节控制连续调节控制( (包括各种控制算法，如包括各种控制算法，如PIDPID串级、超前一滞后补偿等串级、超前一滞后补偿等) )是根据输入给定与反馈信息的信号大小差别是根据输入给定与反馈信息的信号大小差别( (连续量连续量) )来进行调节的，而来进行调节的，而且控制输出和执行机构也多为连续调整的。而顺序控制则突且控制输出和执行机构也多为连续调整的。而顺序控制则突出顺序出顺序( (或逻辑或逻辑) )的作用，即控制执行是根据预先规定的顺序的作用，即控制执行是根据预先规定的顺序( (或逻辑关系或逻辑关系) )进行信息处理而产生控制输出。进行信息处理而产生控制输出。 顺序控制在各厂家顺序控制在各厂家DCSDCS中有着不同的叫法中有着不同的叫法( (如顺序控制、批量控制、如顺序控制、批量控制、逻辑控制、梯形图控制等逻辑控制、梯形图控制等) )，而且它们所实现的功能及实现的方法也差别，而且它们所实现的功能及实现的方法也差别很大。但总的说来，顺序控制的功能和应用大致可以分为：很大。但总的说来，顺序控制的功能和应用大致可以分为： (1) (1)在批量控制中，各工序的控制，全工序的管理，与其他工序的同在批量控制中，各工序的控制，全工序的管理，与其他工序的同步等。步等。 (2) (2)在安全控制中，有联锁、紧急停车顺序，阀门的动作监视等。在安全控制中，有联锁、紧急停车顺序，阀门的动作监视等。 (3) (3)在电力系统在电力系统( (电网调度和变电站控制电网调度和变电站控制) )中，可以用来监视电网和各中，可以用来监视电网和各变电站的运行情况，以及控制负荷切换和安全互锁等。变电站的运行情况，以及控制负荷切换和安全互锁等。 - - (4) (4)实现自动计数功能。实现自动计数功能。 (5) (5)实现步进电动机等的控制功能。实现步进电动机等的控制功能。 (6) (6)与连续控制与连续控制( (DDCDDC算法算法) )结合起来，形成功能极强的组合控制功能。结合起来，形成功能极强的组合控制功能。 5.5.25.5.2顺序控制的构成元素顺序控制的构成元素 在以前的控制系统中，顺序控制功能是采用电磁继电器、计在以前的控制系统中，顺序控制功能是采用电磁继电器、计数器、阀门等机械设备来实现的。计算机数器、阀门等机械设备来实现的。计算机( (特别是分布式计算机系特别是分布式计算机系统统) )应用于工业过程控制之后，应用处理机的逻辑元素和逻辑运算，应用于工业过程控制之后，应用处理机的逻辑元素和逻辑运算，可以很方便地实现顺序控制的各种功能。可以很方便地实现顺序控制的各种功能。5.5.35.5.3DCSDCS顺序控制功能的实现顺序控制功能的实现 DCSDCS的顺序控制功能的组态通常在工程师站上进行，生成一个的顺序控制功能的组态通常在工程师站上进行，生成一个下装的目标文件，该目标文件装到现场控制站，由现场控制站的下装的目标文件，该目标文件装到现场控制站，由现场控制站的微处理器微处理器( (或微控制器或微控制器) )执行。目前，世界各种执行。目前，世界各种DCSDCS实现顺序控制的实现顺序控制的方法多种多样，但具有代表性的实现方法有三种：顺序表法、表方法多种多样，但具有代表性的实现方法有三种：顺序表法、表达式法达式法( (程序式程序式) )和梯形图法和梯形图法( (梯形逻辑图方式梯形逻辑图方式) )。 (1) (1)顺序表法利用顺序表实现顺序控制顺序表法利用顺序表实现顺序控制( (批量控制批量控制) )的的DCSDCS的的工作基于一个顺序表。在生成工作基于一个顺序表。在生成( (组态组态) )时，预先将批处理的控制顺时，预先将批处理的控制顺序序( (各种控制逻辑关系和时间关系各种控制逻辑关系和时间关系) )编写成顺序记录，这些顺序记编写成顺序记录，这些顺序记录存储在一个顺序管理文件中。系统执行时，现场控制站的处理录存储在一个顺序管理文件中。系统执行时，现场控制站的处理机，从顺序管理记录文件中取出相应的顺序记录，并执行这些顺机，从顺序管理记录文件中取出相应的顺序记录，并执行这些顺序记录，完成顺序控制的功能。序记录，完成顺序控制的功能。 利用顺序表下装到现场控制站来实现顺序控制的利用顺序表下装到现场控制站来实现顺序控制的DCSDCS有多种，有多种，例如横河的例如横河的CENTOMCENTOM系统和日立的系统和日立的EXEX一一100010003232系统等。系统等。 (2)(2)表达式法有些表达式法有些DCSDCS是利用程序语言的方式来实现顺序控制的。是利用程序语言的方式来实现顺序控制的。实用顺序控制的编程语言类似高级语言实用顺序控制的编程语言类似高级语言( (例如例如BASIC)BASIC)，这些程序可这些程序可以实现很强的基本逻辑运算和算术运算功能，具有编程灵活和功以实现很强的基本逻辑运算和算术运算功能，具有编程灵活和功能强的特点。能强的特点。DCSDCS将顺序语言程序下装到现场控制站的控制文件夹将顺序语言程序下装到现场控制站的控制文件夹( (智能控制模智能控制模块块) )中进行执行。中进行执行。 具有程序式代表性的具有程序式代表性的DCSDCS有：霍尼韦尔有：霍尼韦尔( (Honey Well)Honey Well)的的TDCTDC一一30003000系统的面向过程处理的顺序语言系统的面向过程处理的顺序语言SOPL(Sequence Oriented SOPL(Sequence Oriented ProcedureProcedure Langnage Langnage) )和和RosemountRosemount的的RS3RS3系统的可选批处理编程语系统的可选批处理编程语言言Rosemount BasicRosemount Basic语言。语言。(3)(3)梯形图法另一种广义梯形图法另一种广义DCSDCS应用的顺序控制实现方法是梯形逻辑应用的顺序控制实现方法是梯形逻辑语言语言( (LADDERLOGICLANGUAGE)LADDERLOGICLANGUAGE)，又称梯形逻辑图又称梯形逻辑图( (LADDER LOGIC LADDER LOGIC DIAGRAM)DIAGRAM)的方法。梯形逻辑图是随着继电器控制系统的的方法。梯形逻辑图是随着继电器控制系统的“软件，软件，而产生的一种解释执行程序设计语言，它最初是在可编程序控制而产生的一种解释执行程序设计语言，它最初是在可编程序控制器器( (PLC)PLC)上得到广泛应用。上得到广泛应用。用这种方法对各种输入状态用这种方法对各种输入状态( (如限位开关、按钮等如限位开关、按钮等) )监视，进行逻监视，进行逻辑运算，得出相应控制输出，从而实现各种逻辑控制。第二代的辑运算，得出相应控制输出，从而实现各种逻辑控制。第二代的DCSDCS产品中，有些系统将梯形逻辑图纳入系统，实现顺序逻辑控制产品中，有些系统将梯形逻辑图纳入系统，实现顺序逻辑控制功能，如西屋的功能，如西屋的WDPFWDPF系统中的梯形顺序控制功能很完善，它系统中的梯形顺序控制功能很完善，它和和FOXBOROFOXBORO的的I IA A系统不仅包含了基本的触点、线圈以及逻辑与系统不仅包含了基本的触点、线圈以及逻辑与( (或或非非) )关系，而且还包括了诸如定时器、计数器、数学算法关系，而且还包括了诸如定时器、计数器、数学算法( (如加、如加、减、乘、除、开方等减、乘、除、开方等) )、寄存器运算、数据转换、存储器块操作、寄存器运算、数据转换、存储器块操作、移位寄存器等特殊函数功能。此外，它还可以将梯形逻辑控制回移位寄存器等特殊函数功能。此外，它还可以将梯形逻辑控制回路和连续调节控制算法结合起来，以实现更复杂的控制功能。与路和连续调节控制算法结合起来，以实现更复杂的控制功能。与顺序表法和程序方法相比，梯形顺序控制方法更易被控制工程师顺序表法和程序方法相比，梯形顺序控制方法更易被控制工程师理解和接受，实现起来也更方便，它越来越多地被新推出的理解和接受，实现起来也更方便，它越来越多地被新推出的DCSDCS所所采用。信息产业部六所的采用。信息产业部六所的DCSDCS一一20002000系统也是采用梯形逻辑图来实系统也是采用梯形逻辑图来实现顺序逻辑控制的。现顺序逻辑控制的。 梯形逻辑控制语言是由继电器逻辑电路图演变而来的，其书梯形逻辑控制语言是由继电器逻辑电路图演变而来的，其书写格式也类似于继电器梯形逻辑电路图，甚至其逻辑元素的名称写格式也类似于继电器梯形逻辑电路图，甚至其逻辑元素的名称也沿用了继电器梯形逻辑电路的名称也沿用了继电器梯形逻辑电路的名称( (如触点、线圈等如触点、线圈等) )。 梯形逻辑控制语言以回路为控制单元，进行编程梯形逻辑控制语言以回路为控制单元，进行编程( (组态组态) )。每。每个回路可以有一定数目的线路个回路可以有一定数目的线路( (Line)Line)，每条线路可以有向下的几每条线路可以有向下的几个分支。每行个分支。每行( (线路线路) )上可以编排一定数目的逻辑符号上可以编排一定数目的逻辑符号( (触点、线圈触点、线圈或特殊函数或特殊函数) )，这些符号不一定占满一行。每个回路的第一条线路，这些符号不一定占满一行。每个回路的第一条线路必须用线圈结束。必须用线圈结束。六六 集散型控制系统的网络体系集散型控制系统的网络体系6 61 1 DCSDCS网络体系的主要特点网络体系的主要特点 DCSDCS是以微型机为核心的是以微型机为核心的4 4C C技术技术( (即计算机技术、自动控制技术、即计算机技术、自动控制技术、通信技术和通信技术和CRTCRT显示技术显示技术) )竞相发展并紧密结合的产物，而通信技术竞相发展并紧密结合的产物，而通信技术在在DCSDCS中占有重要的地位。中占有重要的地位。所谓所谓DCSDCS，即分散过程控制单元以达到对过程对象加以控制，而集即分散过程控制单元以达到对过程对象加以控制，而集中监视和操作管理单元以达到综合信息全局管理的目的。中监视和操作管理单元以达到综合信息全局管理的目的。计算机网络连接了这些过程控制单元计算机网络连接了这些过程控制单元( (也称也称I I0 0站站) )、监视操作单元、监视操作单元( (也称操作员站也称操作员站) )和系统的管理单元和系统的管理单元( (也称工程师站也称工程师站) )。当当I IO O站、操作员站和工程师站分布在一个局部区域时，连接它们站、操作员站和工程师站分布在一个局部区域时，连接它们的网络称为局部网络的网络称为局部网络( (LANLAN：LocalAreaLocalArea Network) Network)。计算机局部网络技术的迅速发展，极大地促进了计算机局部网络技术的迅速发展，极大地促进了DCSDCS的发展。然而的发展。然而DCSDCS所完成的是工业控制，因此其通信系统与一般办公室用局部网所完成的是工业控制，因此其通信系统与一般办公室用局部网络有所不同，工业控制用通信系统应有如下几个特点：络有所不同，工业控制用通信系统应有如下几个特点：1 1快速实时响应能力快速实时响应能力 DCSDCS的通信网络是工业计算机局部网络，它应能及时地传输现的通信网络是工业计算机局部网络，它应能及时地传输现场过程信息和操作管理信息，因此网络必须具有很好的实时性，一场过程信息和操作管理信息，因此网络必须具有很好的实时性，一般办公室自动化计算机局部网响应时间可在几秒范围内，而工业计般办公室自动化计算机局部网响应时间可在几秒范围内，而工业计算机网的响应时间应在算机网的响应时间应在O O0101O O5s5s，高优先级信息对网络存取时高优先级信息对网络存取时间则应不超过间则应不超过1010msms。 2 2具有极高的可靠性具有极高的可靠性 DCSDCS的通信系统必须连续运行，通信系统的任何中断和故障都的通信系统必须连续运行，通信系统的任何中断和故障都可能造成停产，甚至引起设备和人身事故。可能造成停产，甚至引起设备和人身事故。因此通信系统必须具有极高的可靠性。一般通信系统采用双网备份因此通信系统必须具有极高的可靠性。一般通信系统采用双网备份方式，以提高可靠性。方式，以提高可靠性。 3 3适应恶劣的工业现场环境适应恶劣的工业现场环境 DCSDCS的通信系统必须在恶劣的工业环境中正常工作，工业现场的通信系统必须在恶劣的工业环境中正常工作，工业现场存在各种干扰，这些干扰一般可分为四类，它们是存在各种干扰，这些干扰一般可分为四类，它们是电源干扰：由电源系统窜入网络的上升时间约电源干扰：由电源系统窜入网络的上升时间约l ltsts和和2 25 5kVkV峰值的脉冲；峰值的脉冲；雷击干扰：雷击时，靠近传输线任意一点的干扰电位基本上是雷击干扰：雷击时，靠近传输线任意一点的干扰电位基本上是1010 s s上升到上升到50005000V V，20ps20ps下降到下降到25002500V V的脉冲，俗称的脉冲，俗称1010201201asas脉冲脉冲3 3电磁干扰：在电磁干扰：在1010k k30kHz30kHz之间之间2 2V Vm m的电磁场干扰以及在的电磁场干扰以及在3030M M1GHz1GHz之间的之间的5 5V Vm m的电磁场干扰；的电磁场干扰；地电位差干扰：在发电厂环境中，地电位差的典型值达地电位差干扰：在发电厂环境中，地电位差的典型值达10001000V V峰峰一峰值。为克服各种干扰，现场通信系统采用了种种措施，比如一峰值。为克服各种干扰，现场通信系统采用了种种措施，比如对通信信号采用调制技术，以减少低频干扰；采用光隔离技术，对通信信号采用调制技术，以减少低频干扰；采用光隔离技术，以避免雷击或地电位差干扰对通信设备的损坏。以避免雷击或地电位差干扰对通信设备的损坏。 4 4分层结构分层结构 DCSDCS是分层结构的，因此其通信网络也具有分层结构，可将工是分层结构的，因此其通信网络也具有分层结构，可将工厂分布式管理和控制系统分为三层，每一层有适用于自己的网络厂分布式管理和控制系统分为三层，每一层有适用于自己的网络系统现场总线、车间级网络系统及工厂级网络系统。系统现场总线、车间级网络系统及工厂级网络系统。 现场总线是连接现场安装的智能变送器、控制器和执行器的现场总线是连接现场安装的智能变送器、控制器和执行器的总线。其中包括智能压力、温度、流量传感器、总线。其中包括智能压力、温度、流量传感器、PLCPLC、单回路、多单回路、多回路调节器，还有控制阀门的执行器和电动机等现场设备。回路调节器，还有控制阀门的执行器和电动机等现场设备。 车间级网络系统是连接现场控制单元及监视操作单元的网络，车间级网络系统是连接现场控制单元及监视操作单元的网络，使现场控制单元与监视操作单元之间以及各现场控制单元之间的使现场控制单元与监视操作单元之间以及各现场控制单元之间的数据进行直接交换，以完成对制造过程的控制。数据进行直接交换，以完成对制造过程的控制。 厂级网络系统完成全厂信息的综合管理，并将工厂自动化和办厂级网络系统完成全厂信息的综合管理，并将工厂自动化和办公室自动化融为一体。公室自动化融为一体。国际标准化组织国际标准化组织( (ISO)ISO)提出的提出的开放系统互连开放系统互连( (OSI)OSI)参考模型，它定参考模型，它定义了各种计算机链接在一起的结构框架。义了各种计算机链接在一起的结构框架。为实现局域网标准，为实现局域网标准，IEEEIEEE计算机学会建立了计算机学会建立了IEEE802IEEE802委员会，负责委员会，负责制定局域网标准，此标准即制定局域网标准，此标准即IEEE802IEEE802标准，标准，IEEE802IEEE802标准实现了标准实现了OSIOSI参考模型的低层协议。参考模型的低层协议。在建立工业环境局部网络方面，由美国通用汽车公司发起的制造在建立工业环境局部网络方面，由美国通用汽车公司发起的制造业自动化通信协议业自动化通信协议( (MAPMAPManufacture Automation Protoc01)Manufacture Automation Protoc01)，得到了广泛的支持，对得到了广泛的支持，对MAPMAP的研究和发展，将极大影响对新一代控的研究和发展，将极大影响对新一代控制系统的设计和发展。制系统的设计和发展。6 62 2计算机局部网络的主要特点计算机局部网络的主要特点 所谓计算机网络就是通过通信线路相互连接起来的计算机系所谓计算机网络就是通过通信线路相互连接起来的计算机系统，一般将网络中的每个单元统，一般将网络中的每个单元( (即计算机或其他可交换信息的设备即计算机或其他可交换信息的设备) )称为站或节点，按网络中站间的距离可将计算机网络分为三大类，称为站或节点，按网络中站间的距离可将计算机网络分为三大类，第一类是远程网络第一类是远程网络( (WANWAN：WideAreaWideArea Network) Network)，它是分布在很大地它是分布在很大地理范围内的网络；第二类是局部网络，其站间距离只有几公里远；理范围内的网络；第二类是局部网络，其站间距离只有几公里远；第三类称作紧耦合网络或称多处理机系统，这种系统中站间通信第三类称作紧耦合网络或称多处理机系统，这种系统中站间通信是通过计算机内部总线完成的。局部网络与其他两类计算机网络是通过计算机内部总线完成的。局部网络与其他两类计算机网络相比有如下特点：相比有如下特点： 1 1）有限的地理范围）有限的地理范围 通常网内的计算机仅分布在一个建筑物内或一个单位内，所覆盖的通常网内的计算机仅分布在一个建筑物内或一个单位内，所覆盖的区域只有几公里。区域只有几公里。 2 2）较高的数据通信速率）较高的数据通信速率 对局部网络来说数据通信速率一般从几百对局部网络来说数据通信速率一般从几百kbitkbits s到几百到几百MbitMbits s。这比这比WANWAN的通信速率要高，但比多处理机系统的通信速率要低。的通信速率要高，但比多处理机系统的通信速率要低。 3 3）通信可靠，误码率低）通信可靠，误码率低 在局部网络中采取各种信号处理、调制和传输技术，使通信误码率降在局部网络中采取各种信号处理、调制和传输技术，使通信误码率降至很低。至很低。6 63 3网络拓扑结构和传输介质网络拓扑结构和传输介质 1 1网络拓扑结构网络拓扑结构 就通信网而言，所谓就通信网而言，所谓“拓扑结构拓扑结构”是指网络的节点和站实现是指网络的节点和站实现互连的方式，局部网络常见的拓扑结构有星形、环形和总线形互连的方式，局部网络常见的拓扑结构有星形、环形和总线形 (1)(1)星形结构在这种结构中，站由点对点链路连接到公用交换中心，星形结构在这种结构中，站由点对点链路连接到公用交换中心，星的中心起着控制器的作用，网络上工作站间交换信息都要通过星的中心起着控制器的作用，网络上工作站间交换信息都要通过中央控制器，这种拓扑结构体现了一种集中式通信控制策略，交中央控制器，这种拓扑结构体现了一种集中式通信控制策略，交换中心节点相当复杂，但各站通信处理负荷较轻，其缺点是：若换中心节点相当复杂，但各站通信处理负荷较轻，其缺点是：若中央控制器出现故障，则整个网络上的通信全部中断。中央控制器出现故障，则整个网络上的通信全部中断。 (2) (2)环形结构在这种结构中，网络上的所有节点都通过点对点环形结构在这种结构中，网络上的所有节点都通过点对点链路连接，并构成封闭的环。线路上的信息是按点至点方式传输，链路连接，并构成封闭的环。线路上的信息是按点至点方式传输，即由一个工作站发出的信息只传送到下一个节点，若该节点不是即由一个工作站发出的信息只传送到下一个节点，若该节点不是发送信息的目的站，就再把信息传送到下一个节点。重复进行这发送信息的目的站，就再把信息传送到下一个节点。重复进行这个过程，直到发送的信息到达目的站为止。其缺点是某节点故障个过程，直到发送的信息到达目的站为止。其缺点是某节点故障会阻塞信息通路。会阻塞信息通路。 (3) (3)总线结构在这种结构中，网络上所有节点通过硬件接口直总线结构在这种结构中，网络上所有节点通过硬件接口直接连接到一条线状传输介质接连接到一条线状传输介质( (即总线即总线) )上。任何一个站的发送都在上。任何一个站的发送都在介质上传播，并能被所有的其他站所接收。因为所有节点共享一介质上传播，并能被所有的其他站所接收。因为所有节点共享一条传输链路，所以在某一时刻只有一个站能发送信息，因此对介条传输链路，所以在某一时刻只有一个站能发送信息，因此对介质访问应规定某种控制协议。质访问应规定某种控制协议。可靠性与经济性评价可靠性与经济性评价 (1) (1)可靠性评价。集散型控制系统的可靠性也可作为系统的一可靠性评价。集散型控制系统的可靠性也可作为系统的一项技术指标，完全可以包括在项技术指标，完全可以包括在“技术性能评估技术性能评估”中。在这里之所中。在这里之所以单独把它拿来作为一项是考虑到在实际工程应用中，系统的可以单独把它拿来作为一项是考虑到在实际工程应用中，系统的可靠性有着非常重要的地位和意义。应用集散型控制系统，安全是靠性有着非常重要的地位和意义。应用集散型控制系统，安全是第一要素。一个系统失去了可靠性，其他一切优越性都将化为泡第一要素。一个系统失去了可靠性，其他一切优越性都将化为泡影。这一点在那些要保证生产设备长周期影。这一点在那些要保证生产设备长周期( (一般是一年左右一般是一年左右) )不停不停歇正常运行、否则就会带来重大损失的生产过程中，系统的可靠歇正常运行、否则就会带来重大损失的生产过程中，系统的可靠性尤为重要。因为系统出现故障所造成的损失往往是很大的，有性尤为重要。因为系统出现故障所造成的损失往往是很大的，有时甚至远远超过一个集散型控制系统本身的价值。时甚至远远超过一个集散型控制系统本身的价值。 系统的可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成系统的可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。作为产品的一个特性指标，可靠性具有综合性、规定功能的能力。作为产品的一个特性指标，可靠性具有综合性、时间性和统计性的特点。所谓时间性和统计性的特点。所谓“综合性综合性”是说它不是从某一个侧是说它不是从某一个侧面来衡量产品的优劣，而是从整体上评价系统能否完成预定的功面来衡量产品的优劣，而是从整体上评价系统能否完成预定的功能来评价一个产品的优劣。所谓能来评价一个产品的优劣。所谓“时间性时间性”是指系统在整个使用是指系统在整个使用周期内，随着时间的推移，在各种现场环境条件和不同的使用条周期内，随着时间的推移，在各种现场环境条件和不同的使用条件下，保持该系统出厂验收时所达到的一切功能的能力。所谓件下，保持该系统出厂验收时所达到的一切功能的能力。所谓“统计性统计性”是指一个集散型控制系统可靠性的高低是不能用仪器在是指一个集散型控制系统可靠性的高低是不能用仪器在一个短时间内测量出来的，而是需要通过大量统计数据的积累，一个短时间内测量出来的，而是需要通过大量统计数据的积累，按照一定的统计规律才能求出的。按照一定的统计规律才能求出的。 集散型控制系统的可靠性评估一般包括以下几点：集散型控制系统的可靠性评估一般包括以下几点： 1) 1)系统的系统的MTBF(MTBF(平均无故障间隙时间平均无故障间隙时间) )。 r r 2)MTTR( 2)MTTR(平均修理时问平均修理时问) )。 3) 3)容错能力：系统的冗余结构是容错能力：系统的冗余结构是1 1：1 1还是还是n n：1 71 7系统的后备系统的后备是热备份还是冷备份是热备份还是冷备份? ?切换方式是什么切换方式是什么? ?系统是否能自诊断、自检系统是否能自诊断、自检测测? ?是否能自动排除故障是否能自动排除故障? ? 4) 4)安全性：系统中是否实现了分级操作安全性：系统中是否实现了分级操作? ?对一些涉及到诸如改对一些涉及到诸如改变控制参数等影响到生产过程的重要操作是否设定了操作控制级变控制参数等影响到生产过程的重要操作是否设定了操作控制级别别? ?这种操作上的安全性考虑是否严密这种操作上的安全性考虑是否严密? ?另一方面还要考虑一旦具另一方面还要考虑一旦具有这种操作权后，进而实现操作足否方便有这种操作权后，进而实现操作足否方便? ? (2) (2)经济性评价。评价一个集散型控制系统的经济性实际上有经济性评价。评价一个集散型控制系统的经济性实际上有两种方法：一种是在购置和使用系统之前，这种评价的主要作用两种方法：一种是在购置和使用系统之前，这种评价的主要作用是为选择某一种型号的系统提供一个参考；另一种是在集散型控是为选择某一种型号的系统提供一个参考；另一种是在集散型控制系统投入运行一段时期制系统投入运行一段时期( (一年一年) )后，对整个系统的经济性进行评后，对整个系统的经济性进行评价，这种评价可以看出使用系统的经济效益如何，有利于今后应价，这种评价可以看出使用系统的经济效益如何，有利于今后应用新的集散型控制系统。在前一种经济性评价中着重考虑系统用新的集散型控制系统。在前一种经济性评价中着重考虑系统的性能价格比，在系统性能满足生产使用要求、并且满足今后生的性能价格比，在系统性能满足生产使用要求、并且满足今后生产继续发展对系统作某些修改的要求时，当然是选择那些报价最产继续发展对系统作某些修改的要求时，当然是选择那些报价最低的系统，但是在这里要做的一个重要工作是分析除了购买、安低的系统，但是在这里要做的一个重要工作是分析除了购买、安装系统的一次性投资外，是否还有其他的二次性、三次性投资装系统的一次性投资外，是否还有其他的二次性、三次性投资? ?如如果有这些二次性、三次性的投资，应在评价系统性能价格比时予果有这些二次性、三次性的投资，应在评价系统性能价格比时予以充分地考虑。以充分地考虑。在后一种评价中则需计算应用集散型控制系统后所获得的经济效在后一种评价中则需计算应用集散型控制系统后所获得的经济效益与投资的回收年限。投用系统后的益与投资的回收年限。投用系统后的“年净收益年净收益”应该是应该是“年总年总收益收益”(”(它包括生产过程中节能降耗创造的效益、减少生产人员的它包括生产过程中节能降耗创造的效益、减少生产人员的效益、产品质量提高得到的效益等效益、产品质量提高得到的效益等) )减去系统在一年运行中花去的减去系统在一年运行中花去的“年运行费用年运行费用”(”(设备折旧费、系统及仪表的维修费、人工费以及设备折旧费、系统及仪表的维修费、人工费以及房屋水电费等房屋水电费等) )，再减去，再减去“初始投资初始投资”(”(包括可行性分析、评估费包括可行性分析、评估费用、系统设计费、培训费、系统购置费、安装土建费、改造旧的用、系统设计费、培训费、系统购置费、安装土建费、改造旧的生产过程所花的费用等生产过程所花的费用等) )的的1 15 5左右。而投资左右。而投资“回收年限回收年限”则为则为“初始投资初始投资”除以除以“年总收益一年运行费用年总收益一年运行费用”。显然这后一种经济。显然这后一种经济性评价可以反映出我们选择和使用集散型控制系统的成功与否，性评价可以反映出我们选择和使用集散型控制系统的成功与否，从而帮助我们总结经验教训从而帮助我们总结经验教训美国利诺美国利诺( (Leeds&Leeds&NorthrupNorthrup) )公司公司 MAxl000MAxl000集散型集散型控制系统控制系统1 1 MAxl000MAxl000系统的概述系统的概述 MAxl000MAxl000系统的最简单的结构实现各种规模的数据采集和过程系统的最简单的结构实现各种规模的数据采集和过程控制的完善的功能。控制的完善的功能。MAxl000MAxl000系统由远程处理单元、光纤数据高速系统由远程处理单元、光纤数据高速公路和工作站公路和工作站3 3个基本部分构成。个基本部分构成。 1 1远程处理单元远程处理单元( (RPU)RPU) (1)RPU (1)RPU由分散处理单元由分散处理单元( (DPU)DPU)和输入输出模块和输入输出模块( (I I0)0)构成，构成，它执行过程控制和数据采集功能。它执行过程控制和数据采集功能。 (2) (2)分散处理单元分散处理单元( (DPU)DPU)根据组态好的算法执行调节控制、顺根据组态好的算法执行调节控制、顺序控制、顺序逻辑、输入处理和数据转换。序控制、顺序逻辑、输入处理和数据转换。 (3) (3)I IO O模块通过高速的模块通过高速的I I0 0总线与总线与DPUDPU相连，提供高电平模相连，提供高电平模拟量，热电偶、热电阻、脉冲量、开关量输入信号和模拟量、脉拟量，热电偶、热电阻、脉冲量、开关量输入信号和模拟量、脉冲量和开关量输出信号。冲量和开关量输出信号。 2 2光纤数据高速公路光纤数据高速公路 (1) (1)采用环型光纤数据高速公路，具有抗电磁干扰、抗射频干扰、采用环型光纤数据高速公路，具有抗电磁干扰、抗射频干扰、抗一切电信号干扰、抗雷电、耐腐蚀、耐潮湿和无接地回路等优抗一切电信号干扰、抗雷电、耐腐蚀、耐潮湿和无接地回路等优点，有极高的可靠性。点，有极高的可靠性。 ( (2)2)采用单层通信网络，没有网关连接器和总线接口等薄弱环节。采用单层通信网络，没有网关连接器和总线接口等薄弱环节。(3)(3)采用令牌传送方式，具有良好的响应速度。采用令牌传送方式，具有良好的响应速度。 每条环型高速公路可支持每条环型高速公路可支持3838个站个站( (DPUDPU和工作站和工作站) )，MAXl000MAXl000系统最多系统最多可扩展到可扩展到4 4个光纤环。个光纤环。 3 3工作站工作站 (1) (1)工作站由实时处理器、图形处理器、应用处理器等多个微处理器构工作站由实时处理器、图形处理器、应用处理器等多个微处理器构成，为操作员和工程师提供系统的接口。成，为操作员和工程师提供系统的接口。 (2) (2)实时处理器共能管理实时处理器共能管理4 4条光纤数据高速公路上的数据，并能把数据传条光纤数据高速公路上的数据，并能把数据传给图形处理器和应用处理器。给图形处理器和应用处理器。 (3) (3)图形处理器处理从实时处理器得到的数据，把它显示在屏幕上，图形处理器处理从实时处理器得到的数据，把它显示在屏幕上，并响应操作员的请求。并响应操作员的请求。 (4) (4)应用处理器从实时处理器中接收并加工数据。通过应用处理器进应用处理器从实时处理器中接收并加工数据。通过应用处理器进行系统组态、历史归档和产生报表。行系统组态、历史归档和产生报表。2 2 MAxl000MAxl000系统的分散处理单元系统的分散处理单元 如图如图2 25151所示，分散处理单元所示，分散处理单元( (DPU)DPU)由多个微处理器构成。由多个微处理器构成。 1) 1)数字处理器高性能的数字处理器高性能的3232位处理器，执行控制块、数据块、可编程位处理器，执行控制块、数据块、可编程块等功能块的汁算，是块等功能块的汁算，是DPuDPu的核心部件。的核心部件。 2) 2)I I0 0处理器专用于过程输入输出扫描。处理器专用于过程输入输出扫描。 3) 3)通信处理器通信处理器 专用于专用于DPuDPu与数据高速公路的通信。与数据高速公路的通信。 l l，DPUDPU的主要性能的主要性能 (1) (1)优化的控制和数据采集功能。优化的控制和数据采集功能。 (2)(2)规模合适，有效地实现了功能分散，风险最低，初步投资少而规模合适，有效地实现了功能分散，风险最低，初步投资少而便于系统扩充。便于系统扩充。(3)(3)多处理器结构确保多处理器结构确保DPuDPu的高功能和高可靠性。的高功能和高可靠性。 (4)16 (4)16位模拟量输入输出分辨率，精度高。位模拟量输入输出分辨率，精度高。 通通信信处处理理器器RAM数字信号处理器数字信号处理器独立的独立的RS232422高速公路高速公路到到I/OBUS处处理理器器I/O图图2 251512.1 2.1 DPUDPU的主要性能的主要性能(1)(1)优化的控制和数据采集功能。优化的控制和数据采集功能。(2)(2)规模合适，有效地实现了功能分散，风险最低，初步投资少而规模合适，有效地实现了功能分散，风险最低，初步投资少而便于系统扩充。便于系统扩充。(3)(3)多处理器结构确保多处理器结构确保DPUDPU的高功能和高可靠性。的高功能和高可靠性。(4)16(4)16位模拟量输入输出分辨率，精度高。位模拟量输入输出分辨率，精度高。(5)(5)允许突发报警和数据需求突增同时发生，而不影响数据采集和允许突发报警和数据需求突增同时发生，而不影响数据采集和控制处理速度。控制处理速度。(6)(6)直接插入到直接插入到I IO O机架中，便于电源和信号分配。机架中，便于电源和信号分配。(7)(7)每个用户功能块中均具有综合的报警和联锁，从而简化了组态，每个用户功能块中均具有综合的报警和联锁，从而简化了组态，且便于以后修改。且便于以后修改。(8)(8)蒸汽性能功能块为组态提供了方便。蒸汽性能功能块为组态提供了方便。(9)(9)所有用户的功能块的数据更新时间固定，不会因操作或突发报所有用户的功能块的数据更新时间固定，不会因操作或突发报警而过载。警而过载。(10)(10)修改组态不会影响用户功能块的扫描时间。修改组态不会影响用户功能块的扫描时间。(11(11数据的质量代码数据的质量代码( (好、坏、可疑和替代好、坏、可疑和替代) )能提供与数据有关的改能提供与数据有关的改进信息。进信息。表表2 251 51 工作站各处理器及所配存储器容量工作站各处理器及所配存储器容量(12)(12)完整的事件顺序，时间分辨率固定为完整的事件顺序，时间分辨率固定为1 1msms。(13)(13)在事件系统的报告中最多可插入在事件系统的报告中最多可插入5252个字符信息。个字符信息。(14)(14)分散的时间标记和报警事件缓冲能保证足够的能力，网络不会超分散的时间标记和报警事件缓冲能保证足够的能力，网络不会超载，标记时间精确。载，标记时间精确。(15)(15)与外围设备通信，如与外围设备通信，如PLCPLC、PCPC、色谱仪、数字型流量表等。色谱仪、数字型流量表等。(16)(16)存储器具有后备电池，电源中断不需重新装载。存储器具有后备电池，电源中断不需重新装载。(17)(17)采用检错和纠错非易失存储器，以确保安全运行。采用检错和纠错非易失存储器，以确保安全运行。(18)(18)采用一比一冗余具有最大可靠性，数据持续更新，故障切换后不需采用一比一冗余具有最大可靠性，数据持续更新，故障切换后不需调用数据。调用数据。(19)(19)静态和动态数据都有后备，在故障切换前、切换过程中或切换后，静态和动态数据都有后备，在故障切换前、切换过程中或切换后，都不需要来自第三个设备的重新装载。都不需要来自第三个设备的重新装载。(20)(20)完善的诊断能识别故障，以使维修时间最短。完善的诊断能识别故障，以使维修时间最短。2 2DPUDPU的功能块的功能块 (1) (1)控制块控制块 一个一个DPUDPU可以执行多达可以执行多达3232个控制块，这些模块选自个控制块，这些模块选自3030个以上已编程的个以上已编程的控制算法程序库，带有所有相关的参数、常数、输入输出变量和报警控制算法程序库，带有所有相关的参数、常数、输入输出变量和报警限值的限值的PIDPID回路是一个典型算法例子。回路是一个典型算法例子。 DPUDPU每每125125msms可处理多达可处理多达3232个控制块，并以相同的速率处理多达个控制块，并以相同的速率处理多达6060路路模拟量信号，每块均包括报警和联锁。模拟量信号，每块均包括报警和联锁。 PIDPID块块(3(3种常规方式控制器种常规方式控制器) )具有远程输入、远程设定值、远程偏置、具有远程输入、远程设定值、远程偏置、远程增益和复位、输出保持、方式切换、设定值斜波、设定值嵌位、误远程增益和复位、输出保持、方式切换、设定值斜波、设定值嵌位、误差平方控制、差平方控制、PVPV跟踪、高级初始化抗积分饱和，紧急停机条件、过程跟踪、高级初始化抗积分饱和，紧急停机条件、过程参数参数PVPV高和低报警、偏差高和低报警，输出上下限和速率限值、可编程高和低报警、偏差高和低报警，输出上下限和速率限值、可编程序复位、报警等级等等。序复位、报警等级等等。顺序发生器和斜波发生器算法包括由于事件顺序发生器和斜波发生器算法包括由于事件( (数值界限数值界限) )、时间或输入等、时间或输入等产生的变化；由于复位引起的条件突变和由于紧急停机引起的触发产生的变化；由于复位引起的条件突变和由于紧急停机引起的触发( (自动自动或手动或手动) )等等，可以连接增加的步数。其算法包括等等，可以连接增加的步数。其算法包括 1) 1)PID(3PID(3种常规方式，并由计算机超驰控制种常规方式，并由计算机超驰控制) )； 2) 2)比率比率PID(PID(通过变量、比率或增益输入进行串级通过变量、比率或增益输入进行串级) )； 3) 3)PIDPID增益的间隙控制；增益的间隙控制； 4) 4)自动手动偏置；自动手动偏置； 5) 5)控制分支控制分支( (用于多控制输出用于多控制输出) )； 6) 6)累加器；累加器； 7) 7)乘法器乘法器 8) 8)除法器；除法器； 9) 9)积分器；积分器； 10) 10)超前滞后；超前滞后； 11) 11)增高和降低选择器；增高和降低选择器； 12) 12)双掷开关；双掷开关； 13) 13)高低超驰；高低超驰； 14) 14)八点开关；八点开关； 15) 15)计算器；计算器； 16) 16)自适应调节；自适应调节； 17)17)数字状态和报警；数字状态和报警；18)18)阀门或截止阀控制器；阀门或截止阀控制器；19)19)电动机反转控制器；电动机反转控制器；20)20)定位器；定位器；21)21)顺序器；顺序器；22)22)斜波发生器；斜波发生器；23)23)能量指令；能量指令；24)24)指令限制调节器；指令限制调节器；25)25)伺服器；伺服器；26)26)强制回复操作；强制回复操作；27)27)前馈；前馈；28)28)脉冲宽度调节型输出。脉冲宽度调节型输出。(2)(2)数据块数据块一个一个DPUDPU支持多达支持多达248248个数据块，通常是用于数据采集，数据块处个数据块，通常是用于数据采集，数据块处理来自理来自I IO O或别处的输入，为系统建立新的数据，运用事先编好或别处的输入，为系统建立新的数据，运用事先编好的处理流程，将输入的数据值变换成更重要的信息，例如：的处理流程，将输入的数据值变换成更重要的信息，例如：用一个数据块对三个流量输入求和，输出总流量。用一个数据块对三个流量输入求和，输出总流量。 数据块具有丰富的报警和计算特性，数据块具有丰富的报警和计算特性，DPUDPU可以按可以按2 2次次s(s(或或500500msms次次) )的速度处理的速度处理248248个数据模块。个数据模块。 1)1)变换在数据块里能执行大量以时间为基础的功能，例如变化率、变换在数据块里能执行大量以时间为基础的功能，例如变化率、超前滤波器、滞后滤波器、加权平均数、时间平均数、时间最小超前滤波器、滞后滤波器、加权平均数、时间平均数、时间最小值、时间最大值、整数等。值、时间最大值、整数等。2)2)计算在数据块内，能执行超过计算在数据块内，能执行超过2424种的运算，包括求和、求积、种的运算，包括求和、求积、最大值、最小值、平均数、中值、折线函数、三角函数等。最大值、最小值、平均数、中值、折线函数、三角函数等。3)3)数字型事件转换计算在数据块内的数字型转换有如下特性：数字型事件转换计算在数据块内的数字型转换有如下特性：锁存、滤波、事件计数、定时器、逻辑、锁存、滤波、事件计数、定时器、逻辑、“ONON时间百分比、在时间百分比、在一个时间段里的启动次数。一个时间段里的启动次数。 (3) (3)可编程块可编程块是用户模块，能建立除可编程块可编程块是用户模块，能建立除DPUDPU内固有的控制内固有的控制和数据模块能力以外的扩展功能。和数据模块能力以外的扩展功能。 要建立一个可编程块，需要要建立一个可编程块，需要EXECLEXECL语言编写一个小程序，一旦语言编写一个小程序，一旦编好程序成为一个预定义的样板出现在功能块库中，其输入、输编好程序成为一个预定义的样板出现在功能块库中，其输入、输出、常数和参数将呈现在一个自动建立的菜单式输入页中出、常数和参数将呈现在一个自动建立的菜单式输入页中( (菜单标菜单标题可任意赋予题可任意赋予) )，并且可以在任何其他控制中供调用，无需进一步，并且可以在任何其他控制中供调用，无需进一步编程。这样可以节省大量的开发时间和工作，可以使用可编程块编程。这样可以节省大量的开发时间和工作，可以使用可编程块执行高级计算、批操作任务、逻辑控制、辅助的人机提示或对执行高级计算、批操作任务、逻辑控制、辅助的人机提示或对话以及与话以及与MAXl000MAXl000以外设备的接口以外设备的接口( (通过通过DPUDPU的的RS232RS232422422通信接口通信接口完成完成) )，可编程块的处理速率依赖于，可编程块的处理速率依赖于DPUDPU的负荷情况，但的负荷情况，但是在满负荷时，是在满负荷时，40004000条代码运行时间仍可在条代码运行时间仍可在1010100100msms之间之间。(4)(4)宏块宏块是任何用户定义的控制块、数据块和可编程块的组合，为重宏块宏块是任何用户定义的控制块、数据块和可编程块的组合，为重复使用反复的运算提供了方便，宏块功能如同单个块，只显示需要的输复使用反复的运算提供了方便，宏块功能如同单个块，只显示需要的输入、输出和参数。入、输出和参数。 3 3DPUDPU的报警功能的报警功能 (1) (1)综合报警每一个算法中的都有综合报警每一个算法中的都有1616个不同的可调整报警状态以及控制个不同的可调整报警状态以及控制条件，它有很强的报警能力并能与其他用户备用块、用户定义块联锁。条件，它有很强的报警能力并能与其他用户备用块、用户定义块联锁。这些状态用于模拟屏幕、操作提示、分析趋势和报表记录。这些状态用于模拟屏幕、操作提示、分析趋势和报表记录。 60 60个高电平模拟量输入包含状态信息，用于触发以下动作：仪表量个高电平模拟量输入包含状态信息，用于触发以下动作：仪表量程程LOLO、仪表量程仪表量程HIHI、仪表量程仪表量程LOLOHIHI、报警报警LOLO、报警报警HIHI、报警报警LOLOHIHI，越限、连接故障。越限、连接故障。 这个选择可以区分达到报警限位与输入测量设备故障这个选择可以区分达到报警限位与输入测量设备故障( (传感器、传导传感器、传导器等器等) )或通信故障。或通信故障。 248 248个数据块都有下列固化内容：个数据块都有下列固化内容：1)81)8种输入报警；种输入报警；2)2)热电偶开路检测；热电偶开路检测；3)3)高低报警以及高低报警以及HI HIHI HI和和LOLOLOLO报警；报警；4)4)HIHIHIHI和和LOLOLOLO报警以绝对值的形式表示出来，或以报警以绝对值的形式表示出来，或以H1H1或或LOLO的变化数的变化数量来表示量来表示( (偏差报警偏差报警) )；5)5)报警能到达界限一次，或在敏感区域内触发；报警能到达界限一次，或在敏感区域内触发；6)6)可以防止不可接受的输出，并检查输入的质量；可以防止不可接受的输出，并检查输入的质量；7)7)与值有关的报警滞后值与值有关的报警滞后值( ()()(死区死区) )；8)8)报警发生的时间延缓设置，用以减小数据瞬时振荡；报警发生的时间延缓设置，用以减小数据瞬时振荡； 9)9)能对已被确认的但长时间未被修改的点进行再报警；能对已被确认的但长时间未被修改的点进行再报警；10)10)在报警清除时能自动确认，或者能一直保持报警显示直至操作者清除；在报警清除时能自动确认，或者能一直保持报警显示直至操作者清除；1 1l)l)报警切除。报警切除。(2)(2)独立的报警切除每个数据块能选择性地使所有低限、所有高限或所有独立的报警切除每个数据块能选择性地使所有低限、所有高限或所有报警失效报警失效( (包括数据和硬件报警包括数据和硬件报警) )。这样，用户可忽略一个在系统部分关。这样，用户可忽略一个在系统部分关机时，可能发生的低报警，而仍然知道该点产生的其他报警状况，例如机时，可能发生的低报警，而仍然知道该点产生的其他报警状况，例如一个热电偶开路。除阻止新报警外，切除也能删除重要报警。一个热电偶开路。除阻止新报警外，切除也能删除重要报警。4 4DPUDPU的事件顺序记录功能的事件顺序记录功能 每秒共有每秒共有248248个开关量输入被扫描个开关量输入被扫描10001000次，并在动态次，并在动态RAMRAM内以先进先内以先进先出的顺序排列。用于事件顺序组态的任何数据块会搜寻内部队列，作为出的顺序排列。用于事件顺序组态的任何数据块会搜寻内部队列，作为状态变化信息，并把它们从数据高速公路上传送出去。状态变化信息，并把它们从数据高速公路上传送出去。 除了除了SOESOE点，所有的事件和报警在点，所有的事件和报警在DPUDPU内进行排序，这样工程师站能内进行排序，这样工程师站能随意记录以随意记录以lmslms时间标记的时间标记的SOESOE信息，在这种方式下，当主要报警发生时，信息，在这种方式下，当主要报警发生时，数据高速公路是不负载的，不会丢失任何信息。数据高速公路是不负载的，不会丢失任何信息。 5 5冗余冗余 DPUDPU的冗余方式为的冗余方式为1 1：1 1，这样就减少了电路的复杂性，所有的功能都，这样就减少了电路的复杂性，所有的功能都可冗余，包括输入、控制块、可冗余，包括输入、控制块、数据块和可编程序块。现场数据块和可编程序块。现场I I0 0模件能被共享或冗余，或是两者的组合。模件能被共享或冗余，或是两者的组合。 在每个相应的块扫描期间，数据库连续地自动地从当前控制器传送到非在每个相应的块扫描期间，数据库连续地自动地从当前控制器传送到非冗余控制器，因此，所有工作变化冗余控制器，因此，所有工作变化( (调整、累积复位等调整、累积复位等) )都被记录在两个都被记录在两个控制器中。冗余替换不需要额外的加载，这样就避免了延迟、过程扰动控制器中。冗余替换不需要额外的加载，这样就避免了延迟、过程扰动和易损性。和易损性。 6 6诊断诊断 电池寿命、电池寿命、I Io o扫描和模块的运行状态、高速公路的通信、串行接扫描和模块的运行状态、高速公路的通信、串行接口的通信状态以及口的通信状态以及DPUDPU内部诊断，都能在系统工作站屏幕上显示。为了帮内部诊断，都能在系统工作站屏幕上显示。为了帮助维修人员，助维修人员，在在DPUDPU上的上的LEDLED也同样显示这些诊断信息，以加速识别。也同样显示这些诊断信息，以加速识别。 7 7技术指标技术指标(1)(1)电源电源1)1)负载：负载：DClDCl2A2A、24V24V。2)2)电压：电压：DC24V4VDC24V4V。 通常，电源是借助于通常，电源是借助于I I0 0模块机架安装的。模块机架安装的。(2)(2)通信接口通信接口 1) 1)高速公路与高速公路与EIA(RS)485EIA(RS)485、HDLCHDLC、IEEE802IEEE8024 4相似的应用相似的应用FSKFSK信号信号 所用的所用的9 9针针D D型连接器。型连接器。 2) 2)并行并行I IO O总线总线8 8位并行异步专用电器信号所用的位并行异步专用电器信号所用的3737针针D D型连接器。型连接器。1010微妙传递：微妙传递：1616位字节。位字节。 串行接口异步接口所用的串行接口异步接口所用的2 2个个2525针针D D型连接器，每个可由菜单选择型连接器，每个可由菜单选择EIA(EIA(RsRs)232)232422422，停止位的个数，奇偶位，多至停止位的个数，奇偶位，多至9 96 6kbitkbits s。 3)3)后备后备2626芯扁平电缆所用的极性连接器，芯扁平电缆所用的极性连接器，1212MbitMbits s串行串行DMADMA驱动连接。驱动连接。 (3) (3)处理器处理器 1) 1)数字信号处理器数字信号处理器( (DSP) 32DSP) 32位位ATATT T的的DSPDSP32C32C芯片，主频芯片，主频4848MHzMHz，24MB FLOPS24MB FLOPS，支持支持IEEEIEEE浮点格式。浮点格式。 2) 2)I IO O处理器处理器1212MHzMHz位片，位片，1616位位ALUALU，6464位微位微l l码。码。 3) 3)专用高速公路处理器。专用高速公路处理器。 (4) (4)存储器存储器 1) 1)动态动态RAM CMOSRAM CMOS芯片，芯片，IMgIMg3232位字，位字，+7+7位位ECC(4MBECC(4MB，出错检出错检 测和自我改正功能测和自我改正功能) )。 2) 2)静态静态RAM 32K32RAM 32K32位字。位字。 3) 3)PROM 51ZK8PROM 51ZK8位字。位字。 4) 4)无电源时，带有锂亚硫酸一氯电池的存储期无电源时，带有锂亚硫酸一氯电池的存储期 动态动态RAM(RAM(当前值当前值) )会维持会维持3434minmin。 静态静态- -RAMRAM会持续会持续3 3年。年。 所有存储器所有存储器( (动态及静态动态及静态) )允许允许150150h h断电周期断电周期( (如如300300个半小个半小时断电的周期时断电的周期) )。 5) 5)电池寿命建议电池寿命建议3 3年更换一次；诊断会提供动力微弱预警告；年更换一次；诊断会提供动力微弱预警告；弱电池不会丢失数据，但不能长期维持。弱电池不会丢失数据，但不能长期维持。 6)6)电池搁置寿命电池搁置寿命1010年环境年环境2020度度。(5)(5)处理能力处理能力 1) 1)I IO O共有共有45 45 I I0 0模块，模块，239239地址地址( (每个地址有每个地址有1616位位) )，共有，共有239239个模拟个模拟I I0 0或或720720个开关量个开关量I I0 0。 2) 2)回路数目回路数目 共有共有3232个综合个综合PIDPID控制算法。控制算法。3232个控制块用于大容量用户使用的综合算法。个控制块用于大容量用户使用的综合算法。248248个数据块用于小的用户使用的算法、转换和计算。个数据块用于小的用户使用的算法、转换和计算。3)3)用户定义的可编程序块的要求：用户定义的可编程序块的要求： 真实数字格式：真实数字格式：4 4 BYTE IEEEBYTE IEEE。 目标程序的尺寸：目标程序的尺寸：12288 12288 BYTESBYTES。 4) 4)程序容量程序容量40004000句或元素。句或元素。 5) 5)程序语言程序语言EXECL(EXECL(扩展控制语言，一种与扩展控制语言，一种与BASICBASIC相似的语言，可简化相似的语言，可简化控制、数学和批编程控制、数学和批编程) )。 (6) (6)执行时间执行时间 1)60 1)60个模拟量输入：个模拟量输入：8 8次次s(125mss(125ms更新更新) )。 2)224 2)224个模拟量输入：个模拟量输入：2 2次次s(500mss(500ms更新更新) )。 3)32 3)32个模拟量控制输出：个模拟量控制输出：8 8次次s(125mss(125ms更新更新) )。 4)239 4)239个模拟量指示器输出：个模拟量指示器输出：2 2次次s(500mss(500ms更新更新) )。 5)480 5)480个开关量输出：个开关量输出：125125次次s(8mss(8ms更新更新) )。 6) 6)416416个开关量输入：个开关量输入：10001000次次s(1mss(1ms更新更新) )，包括用于，包括用于SOESOE的的248248个个。 7)248 7)248个开关量个开关量I IO O：、：、2 2次次s(500mss(500ms更新更新) )。 8)328)32个控制块：更新个控制块：更新8 8次次s(125mss(125ms更新更新) )。9)2489)248个数据块：更新个数据块：更新2 2次次s(500mss(500ms更新更新) )。10)10)可编程序块：随着运行程序种类和数量而变化，典型的程序在可编程序块：随着运行程序种类和数量而变化，典型的程序在1010lOOmslOOms之间运行。之间运行。11)11)梯形图：梯形图：3030微妙微妙单元。单元。(7)(7)冗余提供动态和静态数据的冗余提供动态和静态数据的100100冗余。冗余。 副副DPUDPU用于备用，需要备用电缆和用于备用，需要备用电缆和10105”(2675”(267mm)mm)长电缆。副长电缆。副DPUDPU有电源独立，同主有电源独立，同主DPUDPU处于不同的卡槽中。处于不同的卡槽中。 1) 1)后备切换时间：后备切换时间：5 5msms。 2) 2)后备刷新时间：用后备刷新时间：用3232个控制块占用，用个控制块占用，用248248个数据块占用，在个数据块占用，在可编程序块内根据程序的每个开始段而定。可编程序块内根据程序的每个开始段而定。 条形接线端子块上物理常闭触点条形接线端子块上物理常闭触点( (固态继电器固态继电器) )用于连接外部用于连接外部设备致命报警或设备致命报警或DPUDPU脱机。脱机。 3) 3)DC_300VDC_300V：最大负载最大负载6060mAmA。 4) 4)导通：电阻导通：电阻3030n n。 5) 5)开路：电阻开路：电阻1 1兆欧。兆欧。5 53 3 MAXl000MAXl000系统的输入输出模块系统的输入输出模块 输入输出模块安置在输入输出模块安置在MAXl000MAXl000数据高速公路上的数据高速公路上的RPURPU内，每内，每个个RPURPU柜可安装柜可安装7 7个用于个用于I I0 0的机架，每个机架可装的机架，每个机架可装4 4个个I Io o模块。模块。I I0 0模块通过一个模块通过一个I I0 0总线连接到一个总线连接到一个DPUDPU上，这个上，这个DPUDPU有可能在有可能在同一同一I Io o机架里或是另个机架里，机架里或是另个机架里，I I0 0总线最长可达总线最长可达1515m m。在在4545个不同的个不同的I IO O组件里，一个组件里，一个DPUDPU最多可处理最多可处理720720I I0 0点。点。 1 1通用性能通用性能 以下所提及的性能是所有以下所提及的性能是所有I IO O模块共有的模块共有的( (除了加注释的以外除了加注释的以外) )。 (1) (1)电源直流电源直流2424V V电源可以来自系统供应，或来自一个独立供电源可以来自系统供应，或来自一个独立供应源，如外界电源供应、一个不问应源，如外界电源供应、一个不问断的电源系统断的电源系统( (UPS)UPS)或直接来自电池。相对高水平的电源供应使得或直接来自电池。相对高水平的电源供应使得脉冲电源系统的执行变得简易，提供脉冲电源系统的执行变得简易，提供优良的电源噪声防护。优良的电源噪声防护。 (2) (2)隔离性能每个通道隔离性能每个通道( (输入或输出输入或输出) )是通过变压器或光隔离器，是通过变压器或光隔离器，与其通道，或与其通道，或I I0 0卡上的共用卡上的共用地址和地址和I I0 0总线接口均是隔离的，这样就允许输出开关的二端和总线接口均是隔离的，这样就允许输出开关的二端和负载中性端均可负载中性端均可2 2级连接，这就允许了级连接，这就允许了在选择电源方面的灵活性。可选择在选择电源方面的灵活性。可选择“连接连接”使得有可能把所有的输入或使得有可能把所有的输入或所有的输出的一端连接起来。所有的输出的一端连接起来。 (3) (3)输出熔丝在模块前的一个输出熔丝在模块前的一个3 3AGAG型的熔丝保护输出通道，每个输出型的熔丝保护输出通道，每个输出熔丝有一个独立的熔丝有一个独立的LEDLED，在熔丝打开时，在熔丝打开时，LEDLED会有指示会有指示( (由现场供电由现场供电) )。 (4) (4)输出输出DEAD-MANDEAD-MAN超时计时器输出模块有一个带有跳接可选择超时计时器输出模块有一个带有跳接可选择DEADDEADMANMAN超时计时器的输出，在正常运行期间，计时器被周期性地复位，若模超时计时器的输出，在正常运行期间，计时器被周期性地复位，若模块不被块不被DPUDPU复位，计时器一旦超时，根据跳接位置，模块的输出要么在最复位，计时器一旦超时，根据跳接位置，模块的输出要么在最后值上冻结，要么跳一个后值上冻结，要么跳一个LEDLED能指示模块和计时器的状态，即能指示模块和计时器的状态，即LEDLED亮指示亮指示一切正常、一切正常、LEDLED闪亮表明计时器超时、闪亮表明计时器超时、LEDLED不亮表明电源丢失不亮表明电源丢失( (模块熔丝打模块熔丝打开开) )。 (5) (5)指示器每个输入通道和输出通道都有单独的指示器每个输入通道和输出通道都有单独的LEDLED指示通道状态：指示通道状态：亮或者不亮。开关量输出模块增加一个亮或者不亮。开关量输出模块增加一个DEAD-MANDEAD-MAN计时器指示计时器指示LEDLED以及独立以及独立的熔丝指示的熔丝指示LEDLED开关量输入开关量输入( (DI)DI)和模拟量输入模块有一个和模拟量输入模块有一个POWER ON LEDPOWER ON LED指指示灯代替示灯代替DEAD MANDEAD MAN计时器计时器LEDLED。(6)(6)模块故障的声明模块故障的声明 通过一个模块故障的声明，用户能选择判断模块故通过一个模块故障的声明，用户能选择判断模块故障对控制器行为是否致命。当一个输出卡探测到一个故障时，它会报警，障对控制器行为是否致命。当一个输出卡探测到一个故障时，它会报警，这样由用户规定，可能停止或可能不停止所有的控制行为，在一个这样由用户规定，可能停止或可能不停止所有的控制行为，在一个1 1对对1 1的备用方案中，一个故障将引起由工作模块向备用模块的转换，一旦确的备用方案中，一个故障将引起由工作模块向备用模块的转换，一旦确认了备用模块的控制，模块故障的声明对于备用模块就是有用的了。认了备用模块的控制，模块故障的声明对于备用模块就是有用的了。 (7) (7)抗冲击所有的抗冲击所有的I I0 0模块模块( (除脉冲除脉冲I I0 0和工作在开环状态时和工作在开环状态时PATPAT输出输出) )能超越能超越IEEEIEEE一一472472抗冲击保护的指标，抗冲击保护的指标，RPURPU机柜的大金属表面和安装硬件机柜的大金属表面和安装硬件足以把冲击接人大地。足以把冲击接人大地。(8)(8)冗余备用冗余备用 共有共有3 3种方法提供种方法提供I I0 0模块和模块和I IO O总线的冗余和备用。总线的冗余和备用。 1) 1)共享型为一套共享型为一套I I0 0模块、一根模块、一根I IO O总线和总线和2 2个带有备用电缆与个带有备用电缆与I I0 0总线连接的总线连接的DPUDPU控制器控制器( (工作和备用工作和备用) )。 2) 2)冗余为冗余为2 2套套I I0 0模块模块( (工作模块和备用模块工作模块和备用模块) )、2 2根根I I0 0总线总线(32(32作和作和备用备用) )和和2 2个带有备用电缆与个带有备用电缆与I IO O总线连接的总线连接的DPUDPU控制器控制器(212(212作和备用作和备用) )。 3) 3)独立型为独立型为2 2套套I I0 0模块模块(32(32作模块和备用模块作模块和备用模块) )、2 2根根I I0 0总线总线( (工作工作和备用和备用) )和和2 2个带有备用电缆连接的个带有备用电缆连接的DPUDPU控制器控制器( (每个每个DPUDPU带有各自的带有各自的I IO O总总线和线和I I0 0模块模块) )。 (9) (9)并行并行I I0 0总线总线 10 10in(254mm)37in(254mm)37芯带状电缆，芯带状电缆，PVCPVC覆盖物用于柜内机架之间。覆盖物用于柜内机架之间。 O O57in(1457in(145mm)375mm)37芯带状电缆，芯带状电缆，PVCPVC覆盖物用于柜内机架之间。覆盖物用于柜内机架之间。2 2I I0 0模块的类型和技术指标模块的类型和技术指标 主要有主要有5 5种型号种型号I IO O模块，每种型号里不同的模块，有不同的信号级模块，每种型号里不同的模块，有不同的信号级别。别。 (1) (1)模拟量输入模拟量输入( (AI)3AI)3种种 1 5 1 5路，低量程热电偶和路，低量程热电偶和MVMV； 7 7路，低量程路，低量程3 3或或4 4线热电阻线热电阻( (RTD)RTD)； 15 15路，高量程电压或电流。路，高量程电压或电流。 (2) (2)模拟量输出模拟量输出( (AO)3AO)3种种 8 8路，电流输出；路，电流输出； 4 4路，位置调节型路，位置调节型( (PAT)PAT)输出；输出； 11路，电流或位置调节型路，电流或位置调节型( (PAT)PAT)输出驱动器，带就地操作的自动输出驱动器，带就地操作的自动手动站连接的接口。手动站连接的接口。 (3) (3)开关量输入开关量输入( (DI)5DI)5种种 16 16路，路，ACACDC240VDC240V输入；输入； 16 16路，路，ACACDCl20VDCl20V输入；输入； 16 16路，路，ACACDC48VDC48V输入；输入； 16 16路，路，ACACDC24VDC24V输入；输入； 1 6 1 6路，路，TTITTI(DC5V)(DC5V)输入。输入。 (4) (4)开关量输出开关量输出( (DO)5DO)5种种 16 16路，路，AC240VAC240V晶闸管输出；晶闸管输出； 16 16路，路，ACl20VACl20V晶闸管输出；晶闸管输出； 16 16路，路，DCl25VDCl25V晶体管输出；晶体管输出； 16 16路，路，DC24DC2448V48V晶体管输出；晶体管输出； 16 16路，继电器输出路，继电器输出( (ACACDC)DC)。 (5) (5)脉冲输入和输出脉冲输入和输出1 1种种8 8路，路，TTL(DC5V)TTL(DC5V)输入和双输出。输入和双输出。5 54 4 MAXl000MAXl000系统的操作员工作站系统的操作员工作站 操作员站是用户操作员站是用户与与MAXl000MAXl000集散控制和数据采集系统的接口，集散控制和数据采集系统的接口，通过操作员站，操作员可执行下列功能：通过操作员站，操作员可执行下列功能： 1) 1)通过通过DPUDPU对工厂的所有过程信息进行监视和显示；对工厂的所有过程信息进行监视和显示； 2) 2)控制过程参数；控制过程参数； 3) 3)处理报警和启动修正的动作；处理报警和启动修正的动作； 4) 4)执行由工厂工程师设定的功能。执行由工厂工程师设定的功能。 1 1结构结构 一个基本的操作员站是由一个一个基本的操作员站是由一个1414inin、19in19in或或3333mm视屏，一个视屏，一个输入设备输入设备( (键盘、球标、鼠标或触摸屏幕键盘、球标、鼠标或触摸屏幕) )，一个图形处理器和一，一个图形处理器和一个实时处理器组成；图形处理器通过工业标准的个实时处理器组成；图形处理器通过工业标准的SCSISCSI接口与实时接口与实时处理器相连。处理器相连。 (1) (1)实时处理器最多能管理实时处理器最多能管理4 4条光纤数据高速公路的数据，并条光纤数据高速公路的数据，并把数据传送到图形处理器。每个实时处理器能支持把数据传送到图形处理器。每个实时处理器能支持3 3个图形处理器。个图形处理器。 (2) (2)图形处理器在图形处理器在DOSDOSWindosWindos软件支持下工作。软件支持下工作。 (3) (3)图形处理器根据操作员的要求提供用于显示的数据，图形处理器根据操作员的要求提供用于显示的数据，MAXl000MAXl000的图形生成软件安装在图形处理器内。的图形生成软件安装在图形处理器内。2 2屏幕显示、操作和图形功能屏幕显示、操作和图形功能 具有的特点如下：具有的特点如下： 回路的详细显示。回路的详细显示。 同一屏幕上趋势图形、报警共存。同一屏幕上趋势图形、报警共存。 减少了画面切换的操作。减少了画面切换的操作。 鼠标，球标触摸屏幕提供快速简易的屏幕编辑。鼠标，球标触摸屏幕提供快速简易的屏幕编辑。 专用功能键避免易模糊、混淆的操作。专用功能键避免易模糊、混淆的操作。 用工艺位号名、工厂区域名、过程的类型快速寻找控制回用工艺位号名、工厂区域名、过程的类型快速寻找控制回路。路。 “ “Hot spots”Hot spots”、“popup”“popup”实现快速、简易的操作。实现快速、简易的操作。 “ “窗口窗口”技术将几幅画面在同一屏幕上显示操作。技术将几幅画面在同一屏幕上显示操作。 “ “口令口令”设置操作，控制的等级与安全。设置操作，控制的等级与安全。 图形与过程数据库连接方便，无需增加硬件组成活动的图图形与过程数据库连接方便，无需增加硬件组成活动的图形。形。 11 11户自建静态的和动态的图形库。户自建静态的和动态的图形库。 12 12贝、移动、放大、缩小、剪切、粘贴、作图方便。贝、移动、放大、缩小、剪切、粘贴、作图方便。 13 13位状态，位状态，7 7个模拟数值选择画面的活动与色彩。个模拟数值选择画面的活动与色彩。 14 14语句、算法获得更为特殊的复杂的输入方式和动画画面。语句、算法获得更为特殊的复杂的输入方式和动画画面。 1515经汉化，可以显示汉字。经汉化，可以显示汉字。 (1)(1)快速调阅过程数据每个操作员站可调阅由快速调阅过程数据每个操作员站可调阅由I IO O模块和模块和DPUDPU收集和存储收集和存储的所有过程信息，操作员能监视：的所有过程信息，操作员能监视： 1) 1)系统里开关或模拟变量最多系统里开关或模拟变量最多2500025000个个1212字符的标签名字符的标签名( (每个标签名可提每个标签名可提供相应的变量、参数、报警和条件供相应的变量、参数、报警和条件) )； 2)250 2)250个区域标记符，由个区域标记符，由8 8字符用户定义的名字识别；字符用户定义的名字识别； 3)500 3)500个装置标记符，由个装置标记符，由1212字符用户定义的名字识别；字符用户定义的名字识别； 4)2500 4)2500个设备标记符，由个设备标记符，由1616字符用户定义的名字识别。字符用户定义的名字识别。 MAXl000MAXl000系统数据库结构是通用型的，处理设备有多种通用名参数在系统数据库结构是通用型的，处理设备有多种通用名参数在不同的装置内运行，构成区域的一部分，这种结构加上标签名可使操作不同的装置内运行，构成区域的一部分，这种结构加上标签名可使操作员任意调用所需的信息。员任意调用所需的信息。(2)(2)窗口功能窗口功能MAXl000MAXl000、操作员站屏幕上的显示只是有效工作空间和信息操作员站屏幕上的显示只是有效工作空间和信息的一部分，对于整个图形，屏幕的作用如同一扇窗户，上面显示按键用的一部分，对于整个图形，屏幕的作用如同一扇窗户，上面显示按键用于观察相关的细节显示和整个过程的相关信息，包括扫视、放大和窗户于观察相关的细节显示和整个过程的相关信息，包括扫视、放大和窗户弹出功能。弹出功能。 在放大的视野内，操作员能够上、下、左、右扫视观察相关图形的在放大的视野内，操作员能够上、下、左、右扫视观察相关图形的详细情况。详细情况。 用户能够在一个屏幕上同时打开多个窗口显示信息和图形，这样操用户能够在一个屏幕上同时打开多个窗口显示信息和图形，这样操作员就可以运行多个应用或全厂的多方位情况，而不需要翻页或使用多作员就可以运行多个应用或全厂的多方位情况，而不需要翻页或使用多终端。终端。 (3)(3)作图功能绘图软件可以在屏幕上绘出各种文字、图形和数据。编辑功作图功能绘图软件可以在屏幕上绘出各种文字、图形和数据。编辑功能包括位移、复制、移动、尺寸变化、擦除、旋转、对称翻转和网格定能包括位移、复制、移动、尺寸变化、擦除、旋转、对称翻转和网格定位的功能、能加速图形的建立并简化图形的编辑。软件内部的图素和图位的功能、能加速图形的建立并简化图形的编辑。软件内部的图素和图组库允许用户复制经常使用的图形组库允许用户复制经常使用的图形( (如泵和棒状图如泵和棒状图) )。 1) 1)图素库可以储存静态图形的组合。图素库可以储存静态图形的组合。 2) 2)图组库可以储存一套相关的模拟参数，带或不带有相关图形均可。图组库可以储存一套相关的模拟参数，带或不带有相关图形均可。 3) 3)为了进一步加速图形建立，图形软件也包含一些现有显示图形。为了进一步加速图形建立，图形软件也包含一些现有显示图形。(4)(4)系统状态显示操作员站包含有以下诊断性显示提供系统高速公系统状态显示操作员站包含有以下诊断性显示提供系统高速公路和全部硬件的现行操作状态：路和全部硬件的现行操作状态： 1) 1)系统状态显示提供每条高速公路的光系统状态显示提供每条高速公路的光( (电电) )缆状态以及相连缆状态以及相连硬件的状态。硬件的状态。 2) 2)站状态显示提供所有站状态显示提供所有DPUDPU的状态和任何有故障的的状态和任何有故障的DPUDPU的再装的再装载状态。载状态。 3) 3)高速公路统计显示提供网络的所有诊断计数器的内容。高速公路统计显示提供网络的所有诊断计数器的内容。 (5) (5)报警显示操作员站可以迅速、清晰地显示所有的报警。报警显示操作员站可以迅速、清晰地显示所有的报警。 1)3 1)3个最高优先级的报警总是在屏幕的右下角上出现。个最高优先级的报警总是在屏幕的右下角上出现。 2)2 2)2个报警摘要列表可显示个报警摘要列表可显示50005000个报警，一个用于显示某一特个报警，一个用于显示某一特殊种类报警，另一个显示其他的报警，每屏可显示殊种类报警，另一个显示其他的报警，每屏可显示1818个报警。个报警。 3)2 3)2种类型选择使操作员能够控制在报警摘要上出现何种报警，种类型选择使操作员能够控制在报警摘要上出现何种报警，一种根据优先权等级和出现时间选一种根据优先权等级和出现时间选择报警，另一种根据工厂位置选择择报警，另一种根据工厂位置选择( (即与某一设备、装置或区域相关的报即与某一设备、装置或区域相关的报警警) )。 4) 4)在屏幕面板有个按键能从任何一种显示上调出报警摘要。在屏幕面板有个按键能从任何一种显示上调出报警摘要。 报警确认方式；报警确认方式；使用屏幕面板上的使用屏幕面板上的AcknowledgeAcknowledge键。键。 使用标准键盘上的使用标准键盘上的AcknowledgeAcknowledge键。键。 使用概貌面板上的使用概貌面板上的AcknowledgeAcknowledge键键( (只能确认所选点和控制只能确认所选点和控制算法相关的报警算法相关的报警) )。 键盘也允许用户屏蔽所选择的报警，也能恢复它们。报警声键盘也允许用户屏蔽所选择的报警，也能恢复它们。报警声也可以预先设定为嘟嘟声或警笛声，操作员使用也可以预先设定为嘟嘟声或警笛声，操作员使用“消声消声”键对报键对报警消音。警消音。 有关有关MAXl000MAXl000系统的报警检测、报告和确认的详细情况，请参系统的报警检测、报告和确认的详细情况，请参考系统资料中有关报警内容。考系统资料中有关报警内容。 (6) (6)趋势显示趋势显示 操作员工作站能在每个屏幕上显示操作员工作站能在每个屏幕上显示1 1、2 2或或4 4个个趋势图像趋势图像( (每个图像有每个图像有1212条轨迹条轨迹) )，在其他种类的显示里，一个趋，在其他种类的显示里，一个趋势图像作为弹出显示被建立。势图像作为弹出显示被建立。 当趋势数据显示在屏幕后，趋势显示自动地开始实时趋势化，当趋势数据显示在屏幕后，趋势显示自动地开始实时趋势化，这样就为每条轨迹带来了下一个瞬时值，扔去最旧的值。这样就为每条轨迹带来了下一个瞬时值，扔去最旧的值。 做一个趋势显示在屏幕上时，操作员能在趋势上按光标键，做一个趋势显示在屏幕上时，操作员能在趋势上按光标键，产生一个产生一个POPUPPOPUP窗口，以此改变类型和持续时间。在类型方面，窗口，以此改变类型和持续时间。在类型方面，操作员能选择：操作员能选择： 1)1)实时实时在特定的时间范围内，显示最新数据，并自动实时地刷新带在特定的时间范围内，显示最新数据，并自动实时地刷新带有瞬时值的轨迹。有瞬时值的轨迹。 2) 2)历史历史从特定的开始时间起，在特定的时间间隔内显示历史数据，从特定的开始时间起，在特定的时间间隔内显示历史数据，这样就提供了滚动退回到个特殊事件的方法这样就提供了滚动退回到个特殊事件的方法时间跨度的选择能设置时间跨度，这样能显示历史趋势，允许操作员扩时间跨度的选择能设置时间跨度，这样能显示历史趋势，允许操作员扩张或压缩趋势显示时间的范围。张或压缩趋势显示时间的范围。3 3操作安全性操作安全性 为了确保为了确保MAXl000MAXl000系统的工作安全，操作员站有个系统的工作安全，操作员站有个1010级的口令系级的口令系统。使用这些口令用于建立合适统。使用这些口令用于建立合适的系统操作和维护服务的安全等级，使用口令可以锁住：整个工的系统操作和维护服务的安全等级，使用口令可以锁住：整个工作台、图形显示、部分显示和控制动作。作台、图形显示、部分显示和控制动作。 通过这些安全级别和绘图软件的操作员接口功能的结合，能通过这些安全级别和绘图软件的操作员接口功能的结合，能确保用户对关键过程事件的安全有效的确保用户对关键过程事件的安全有效的操作并处理可能的系统扰动，例如：当过程达到一个紧要状态后，操作并处理可能的系统扰动，例如：当过程达到一个紧要状态后，用户能锁住此状态以避免意外的系统用户能锁住此状态以避免意外的系统改变，当紧要状态结束后，锁定会自动消除；当一个低级的操作改变，当紧要状态结束后，锁定会自动消除；当一个低级的操作员在岗时，出现紧急扰动、则系统会暂员在岗时，出现紧急扰动、则系统会暂时进入一个防护状态，并等待高级操作员的处理动作。时进入一个防护状态，并等待高级操作员的处理动作。 4 4技术指标技术指标 (1) (1)软件：由软件：由MSMSDOSDOS和和MSMSWindowsWindows支持的支持的DatavueDatavue绘图软件。绘图软件。 (2)(2)图形处理器：图形处理器：3232位位8048680486微机，时钟频率微机，时钟频率6666MHzMHz，4 48MB RAM8MB RAM，4949435MB435MB硬盘，硬盘，3 35 5inin软盘。软盘。 (3) (3)实时处理器：实时处理器：3232位位8038680386486486微机，时钟频率微机，时钟频率6666MHzMHz，4 416MB RAM16MB RAM，4354351GB1GB硬盘，硬盘，3 35 5inin软盘。软盘。 (4) (4)显示：分辨率显示：分辨率640480640480，800600800600，10247681024768。 (5) (5)显示器：显示器：1414inin、19in19in或或3333inin，ULULCSACSADHHSDHHSHWCHWC，FCCBFCCB级认可，级认可，1414m m和和1919inin具有旋转底座以及触摸屏幕。具有旋转底座以及触摸屏幕。 (6) (6)鼠标球标：三按钮式。鼠标球标：三按钮式。 (7) (7)触摸屏幕：触摸屏幕：Elographics intellitouchElographics intellitouch商标，表面声波玻商标，表面声波玻璃镀层，透视率为璃镀层，透视率为9292。 (8) (8)参数：每屏参数：每屏256256个有效参数点，整个系统有个有效参数点，整个系统有2500025000个标记名，个标记名，50005000个过程报警，个过程报警，500500个硬件报警和个硬件报警和50005000个趋势变量。个趋势变量。 (9) (9)信息查询：信息查询：DPUDPU的所有开关量和模拟变量、参数、报警状的所有开关量和模拟变量、参数、报警状态、环境状态、工程师站的所有数据以及系统控制软件的全部信态、环境状态、工程师站的所有数据以及系统控制软件的全部信息。息。 (10) (10)通信：系统共有四条冗余高速公路，通信：系统共有四条冗余高速公路，9 9芯芯D D型电缆接插器型电缆接插器类似于类似于RS485HDLC IEE802RS485HDLC IEE8024 4。 (11) (11)视屏输出：输出视屏输出：输出RGBRGB信号。信号。 (12)(12)打印机端口：一个并行打印机端口：一个并行2525针接插式针接插式D D型连接端口，可用于拷贝屏幕显型连接端口，可用于拷贝屏幕显示文件，一个可寻址的点阵式打印机，可打印黑白色的屏幕显示图。示文件，一个可寻址的点阵式打印机，可打印黑白色的屏幕显示图。5 55 5 MAXl000MAXl000系统的工程师工作站系统的工程师工作站 工程师工作站可实现的功能如下：工程师工作站可实现的功能如下： 开发和实现控制策略；建立和管理系统数据库；对集散控制开发和实现控制策略；建立和管理系统数据库；对集散控制和系统状况进行监控和分析；运行高级和系统状况进行监控和分析；运行高级的应用程序；可与外部资源相接的应用程序；可与外部资源相接i i投入运转。投入运转。 信息管理借助于应用处理机实现上述功能，应用处理机能在信息管理借助于应用处理机实现上述功能，应用处理机能在UNIXUNIX多用户操作系统和多用户操作系统和INFORMIXINFORMIX下进行工作，信息管理系统提供工业用相关数据库管理，在这个下进行工作，信息管理系统提供工业用相关数据库管理，在这个环境下，用户可面向用户的程序并下装环境下，用户可面向用户的程序并下装到系统，使得控制和信息策略的建立相当简单；存取和查询所有到系统，使得控制和信息策略的建立相当简单；存取和查询所有的系统数据；生成操作报告；补充任何的系统数据；生成操作报告；补充任何一种历史数据库；与主机、个人计算机、辅助的显示设备连接；一种历史数据库；与主机、个人计算机、辅助的显示设备连接；开发优化设备性能的用户应用程序。开发优化设备性能的用户应用程序。 5.5.1 5.5.1结构结构 工程师工作站的信息管理器由视屏、输入设备工程师工作站的信息管理器由视屏、输入设备( (键盘、球标或键盘、球标或鼠标鼠标) )、1 1个应用处理器和个应用处理器和1 1个实时处个实时处理器构成。应用处理器通过工业标准的理器构成。应用处理器通过工业标准的SCSISCSI接口与实时处理器相接口与实时处理器相连。连。 应用处理器在应用处理器在UNIXUNIX多用户操作系统和多用户操作系统和INFORMlXINFORMlX商业化的相关数据库管理商业化的相关数据库管理软件下工作，在这种环境下，用户能够使用简单的面向用户的程序建立软件下工作，在这种环境下，用户能够使用简单的面向用户的程序建立控制和信息策略并下装到系统控制和信息策略并下装到系统 存取和查询所有的系统数据；生成和存档存取和查询所有的系统数据；生成和存档操作报告；补充任何一种历史数据库；和主机、个人计算机、辅助的显操作报告；补充任何一种历史数据库；和主机、个人计算机、辅助的显示设备连接；开发优化设备性能的用户应用程序。示设备连接；开发优化设备性能的用户应用程序。5.5.25.5.2建立控制和信息策略建立控制和信息策略 (1) (1)数据结构的组织一个大的过程控制系统控制着成千个点数据结构的组织一个大的过程控制系统控制着成千个点( (如如MAXl000MAXl000多达多达2500025000个点个点) )要组要组织和记录所有这些点和所有的延迟时间内的相关参数。织和记录所有这些点和所有的延迟时间内的相关参数。MAXl000MAXl000系统的数系统的数据结构如下：据结构如下： 1) 1)在分散处理单元中安排经过编程的算法和功能库，其中包括控制在分散处理单元中安排经过编程的算法和功能库，其中包括控制块、数据块、可编程块、宏块和块、数据块、可编程块、宏块和梯形图。梯形图。 2) 2)按一般的工厂模式按一般的工厂模式( (区域、装置、设备、通用名区域、装置、设备、通用名)()(A A、F F、E E、G)G)将将功能点连接到功能点连接到MAXl000MAXl000系系统的硬件实体，并标识哪些参数要记录，哪些参数要做历史数据，哪些统的硬件实体，并标识哪些参数要记录，哪些参数要做历史数据，哪些参数要报警或做其他用途。参数要报警或做其他用途。 区域区域( (A)A)类似类似UNIT#1UNIT#1的最高级构造。的最高级构造。 装置装置( (F)F)一一类似锅炉或汽轮机的中级构造。一一类似锅炉或汽轮机的中级构造。 设备设备( (E)E)类似引风机或循环泵的最低级构造。类似引风机或循环泵的最低级构造。 通用名通用名( (G)G)与诸如流量测量或温度控制等系统中的特殊点有关。与诸如流量测量或温度控制等系统中的特殊点有关。 在组态期间，用户可以给这些结构任一个标记符和号码。然后，用户可在组态期间，用户可以给这些结构任一个标记符和号码。然后，用户可以给每一个标识码赋以多达以给每一个标识码赋以多达3030个相关特征的值，作为识别这一部件专门的条件参数。个相关特征的值，作为识别这一部件专门的条件参数。 (2) (2)分配标识名分配标识名MAXl000MAXl000系统可以提供标识名如下：系统可以提供标识名如下： 1) 1)多达多达250250个区域标识名个区域标识名( (每个标识名有每个标识名有8 8个字符个字符) )。 2) 2)多达多达500500个装置标识名个装置标识名( (每个标识名有每个标识名有1212个字符个字符) )。 3) 3)多达多达25002500个设备标识名个设备标识名( (每个标识名有每个标识名有1616个字符个字符) )。 4) 4)多达多达2500025000标签名标签名( (每个标识名有每个标识名有1212个字符个字符) )，赋于系统内作任一开，赋于系统内作任一开关量和模拟量。每个标签名都可与变量、参数、报警、状态和与之相关关量和模拟量。每个标签名都可与变量、参数、报警、状态和与之相关的条件相连，因为，的条件相连，因为，MAXl000MAXl000系统的硬件构件系统的硬件构件现场仪表、现场仪表、I I0 0连接点、连接点、I I0 0模块、模块、DPUDPU、数据高速公路和工作站对过程运行是数据高速公路和工作站对过程运行是( (除了维修外除了维修外) )不相不相干，分层的结构忽略这些硬件，在被编排的区域装置、设备和通用名的干，分层的结构忽略这些硬件，在被编排的区域装置、设备和通用名的结构内，每一件事情都与标签有关。结构内，每一件事情都与标签有关。 在组态期间，并不需记录与控制系统有关的物理硬件的参数，标点在组态期间，并不需记录与控制系统有关的物理硬件的参数，标点的命名是合乎逻辑的，并且被成组地使用于区域装置设备通用名的命名是合乎逻辑的，并且被成组地使用于区域装置设备通用名中，当组态完成以后，把各种具体功能分配到相宜的硬件部件，这种繁中，当组态完成以后，把各种具体功能分配到相宜的硬件部件，这种繁重重( (易错易错) )的处理是自动地由编译软件来完成的，这是一个有基础规则的的处理是自动地由编译软件来完成的，这是一个有基础规则的系统，包括在系统，包括在DPUDPU之间适当地分散装载；分散的之间适当地分散装载；分散的I I0 0适当地送人不同类型适当地送人不同类型的的l lO O模块等；产生终端板地址线以用于均衡分配；分配已组态的控制模块等；产生终端板地址线以用于均衡分配；分配已组态的控制策略，给正确地控制模块，数据模块和可编程模块。策略，给正确地控制模块，数据模块和可编程模块。 这些允许过程的逻辑选择和屏幕显示，而不仅仅是标签名或硬件这些允许过程的逻辑选择和屏幕显示，而不仅仅是标签名或硬件地址。地址。(3)(3)安装组态数据所有点通过真空方式被组态于信息管理站的数据安装组态数据所有点通过真空方式被组态于信息管理站的数据库中，所有的信息段都是用常规语言写成的，因此，在工作站内库中，所有的信息段都是用常规语言写成的，因此，在工作站内的任何地方都没有编码过的信息段，不论什么时候都能多重选择，的任何地方都没有编码过的信息段，不论什么时候都能多重选择，选出菜单列出所有的选择项，在整个编排中广泛的在线帮助可以选出菜单列出所有的选择项，在整个编排中广泛的在线帮助可以辅助用户，辅助用户，MOVEMOVE、COPYCOPY和和PLACEPLACE操作还允许数据库的部分或全部被操作还允许数据库的部分或全部被拷贝，诸如，单元编号变换等。拷贝，诸如，单元编号变换等。 在线数据库组态和编辑的整个过程中，在线数据库组态和编辑的整个过程中，MAXl000MAXl000信息管理站自信息管理站自动地维护一条编辑途径，因此组态可以在任何时候，由任何一个动地维护一条编辑途径，因此组态可以在任何时候，由任何一个人很方便地进行查询。人很方便地进行查询。 组态作为组态作为“处方处方”储存在工作站的硬盘里，它可以拷贝到磁储存在工作站的硬盘里，它可以拷贝到磁带或盘里用于归档和打印出来，用于永久的储藏。这个带或盘里用于归档和打印出来，用于永久的储藏。这个“处方处方”能非常精确地验证在过程控制策略变化时的仿真效果，用户可调能非常精确地验证在过程控制策略变化时的仿真效果，用户可调出一个已有的组态，对它进行改编，使之成为描述变化过程的内出一个已有的组态，对它进行改编，使之成为描述变化过程的内容，然后再把它当作容，然后再把它当作“测试测试”的的“处方处方”装入，在它被测试、调装入，在它被测试、调整和认可以后，这个整和认可以后，这个“测试测试”处方就可以作为处方就可以作为“产品产品”处方付诸处方付诸实现。如果改编后的组态不符合需要，那么测试以前的组态可以实现。如果改编后的组态不符合需要，那么测试以前的组态可以再装进去，恢复原状，一旦再装进去，恢复原状，一旦“处方处方”完成了，它可作为补充被装完成了，它可作为补充被装入系统里，或作为一个整体装入系统。入系统里，或作为一个整体装入系统。“补充装入补充装入”只是把有变只是把有变化的条目送到不同的系统部件里，同时引起的系统破坏将是最小化的条目送到不同的系统部件里，同时引起的系统破坏将是最小的。的。“整体装人整体装人”重写了整个组态的所有部件，那么再恢复整个重写了整个组态的所有部件，那么再恢复整个系统是有条件的，不系统是有条件的，不管装入是补充装入还是整体装入，新的管装入是补充装入还是整体装入，新的“处方处方”的拷贝将在高速的拷贝将在高速公路上被发送到所有的工作站，这就使操作员公路上被发送到所有的工作站，这就使操作员( (在授权时在授权时) )能从操能从操作管理站中，重新装人组态处方的方法以应付紧急状况作管理站中，重新装人组态处方的方法以应付紧急状况3 3历史和归档历史和归档 工程师站可以采集和存储最多达工程师站可以采集和存储最多达50005000点模拟量和开关量过程历点模拟量和开关量过程历史以及史以及50005000点事件历史，采集的数据能被检索并用三种方式显示，点事件历史，采集的数据能被检索并用三种方式显示，即屏幕显示记录和曲线；打印输出屏幕显示；书面报告。即屏幕显示记录和曲线；打印输出屏幕显示；书面报告。MAXl000MAXl000的历史和归档功能的特性如下：的历史和归档功能的特性如下： 1) 1)掌握容易。掌握容易。 2) 2)显示可采用记录形式，显示可采用记录形式，x x棒状图、棒状图、R R图表、矩形图、图表、矩形图、zjzj，平面图、以及时间线性趋势。平面图、以及时间线性趋势。 3) 3)使用填人空格式屏幕来生成显示和报告，不需要编程。使用填人空格式屏幕来生成显示和报告，不需要编程。 4) 4)可针对用户的要求，进行显示和报告的记录。可针对用户的要求，进行显示和报告的记录。 5) 5)过程历史数据来自于趋势功能。过程历史数据来自于趋势功能。 6) 6)事件历史数据来自于系统里的任何由于过程、操作员或系事件历史数据来自于系统里的任何由于过程、操作员或系统设备等。统设备等。 7) 7)能使用过程标签或区域，工厂和设备名称。能使用过程标签或区域，工厂和设备名称。- 8)- 8)测量点可被修改、重设或删除。测量点可被修改、重设或删除。 9) 9)可选用可装卸的写一次读多次的光盘归档，容量为可选用可装卸的写一次读多次的光盘归档，容量为800800MBMB，这种永久记录不受电磁波干扰。这种永久记录不受电磁波干扰。4 4报表生成报表生成 报表的写出能周期性进行，诸如一周一次、一日一次、或是报表的写出能周期性进行，诸如一周一次、一日一次、或是在储存结束时进行，也可在过程事件发生时进行，或者由操作管在储存结束时进行，也可在过程事件发生时进行，或者由操作管理台人为启动而进行，操作管理台作为虚拟终端，用户可以将所理台人为启动而进行，操作管理台作为虚拟终端，用户可以将所希望的设计生成报表。希望的设计生成报表。 报表的功能特点如下：报表的功能特点如下： 1) 1)设计内容不覆盖工程师和首家用户的内容。设计内容不覆盖工程师和首家用户的内容。 2) 2)填表方式生成报表，不需编程。填表方式生成报表，不需编程。 3) 3)编排用户需要的专门报表，迅速容易。编排用户需要的专门报表，迅速容易。 4) 4)对某一事件或当用户需要时，周期性的运行报表不需要编对某一事件或当用户需要时，周期性的运行报表不需要编程。程。 5) 5)传送和阻止任何自动生成的报表。传送和阻止任何自动生成的报表。 6) 6)打印所查询的自动生成的事件顺序报表。打印所查询的自动生成的事件顺序报表。 7) 7)可为多达四个打印机具体地安排输送信息。可为多达四个打印机具体地安排输送信息。 8) 8)只使用区域或设备，以及过程标记名。只使用区域或设备，以及过程标记名。 9) 9)改变、重新设计或者在报表编排后进行删除。改变、重新设计或者在报表编排后进行删除。5 5高级应用高级应用 应用处理机的应用软件包中所建立的函数库，为信息管理器应用处理机的应用软件包中所建立的函数库，为信息管理器提供数据采集能力，除了函数库，应用处理机还支撑提供数据采集能力，除了函数库，应用处理机还支撑C C和和FORTRANFORTRAN语言，因处理机的语言，因处理机的UNIXUNIX多用户操作系统提供一个开放场所，所以多用户操作系统提供一个开放场所，所以用户能生成和运行用用户能生成和运行用c c或或FORTRANFORTRAN写成的高级的应用程序，诸如过写成的高级的应用程序，诸如过程优化性能计算、批处理。程优化性能计算、批处理。 一个齐全的库有一个齐全的库有4444个个C C语言和语言和3939个个FORTARNFORTARN语言写成的程序，它语言写成的程序，它能把这些程序连入系统，并允许用户存取控制系统的信息，例如能把这些程序连入系统，并允许用户存取控制系统的信息，例如 所有实时过程数据、所有的趋势和归档历史、所有数据库信息。所有实时过程数据、所有的趋势和归档历史、所有数据库信息。 应用处理机可以作为集中数据器，这样可省去一个仅向应用处应用处理机可以作为集中数据器，这样可省去一个仅向应用处理机提取数据的集中计算机。理机提取数据的集中计算机。 6 6技术指标技术指标 (1) (1)软件：在软件：在UNIXUNIX开放系统基础上运行，除开放系统基础上运行，除B B外，还包括外，还包括UNIXUNIX开开发工具、发工具、UNIXCUNIXC编译工具、编译工具、c c软件调试工具、软件调试工具、LPIANSICLPIANSIC编译工具、编译工具、UNIXUNIX培训、培训、FORTRANFORTRAN编译工具、编译工具、xWINDOWS(xxWINDOWS(xllRUNTIMEllRUNTIME) )、VPVPX DOSX DOS仿真工具、仿真工具、CHECKITCHECKIT诊断软件和诊断软件和MS DOS MS DOS TCPTCPIPIP网络软件。网络软件。 (2) (2)处理器：有应用处理器和实时处理器。处理器：有应用处理器和实时处理器。(3)(3)显示：彩色，防眩，显示：彩色，防眩，640640X480PIX VGAX480PIX VGA19in19in屏幕，屏幕，0 03131ramram点点清晰度，清晰度，7474DPI PIXDPI PIX密度。密度。(4)(4)监视器：监视器：1414inin和和1919inin窄边框，转式底座，窄边框，转式底座，ULULCSACSADHHSDHHSHWCHWC符合符合FCCFCC级别级别B B。(5)(5)鼠标球标：鼠标球标：3 3键型。键型。(6)(6)参数：参数：2500025000个标签点；个标签点；50005000个事件历史；个事件历史；50005000个历史数据。个历史数据。(7)(7)数据存取：可存取来自任一个数据存取：可存取来自任一个DPUDPU，来自任一个来自任一个MAX 1000MAX 1000控制控制器器件；任一个可连接数据高速公路上的器器件；任一个可连接数据高速公路上的MAX 1000 DPUMAX 1000 DPU的任一部的任一部分的数字量、模拟量、报警状态、条件状态、参数。分的数字量、模拟量、报警状态、条件状态、参数。 (8) (8)通信：四条冗余的数据高速公路，每个通信：四条冗余的数据高速公路，每个9 9孔的插座孔的插座( (D)D)可连可连接相应的电信号接相应的电信号FSKFSK到到RS485RS485HDLCHDLCIEEE802IEEE8024 4。 (9) (9)视频输出：可用视频拷贝或视频投影系统的视频输出：可用视频拷贝或视频投影系统的RGBRGB信号。信号。 (10) (10)打印机口：一个并行的打印机口：一个并行的2525孔的内孔孔的内孔D D连接器，可用于打印连接器，可用于打印机，四个串行的机，四个串行的2525孔的内孔孔的内孔D D连接器，用于复杂的异步连接器，用于复杂的异步的的EIA EIA RS232RS232的打印机。的打印机。 ( (儿儿) )电话调制解调器：二个电话调制解调器：二个RJllRJll连接器可用于电话和下列线连接器可用于电话和下列线的连接，即全部的的连接，即全部的V22V22解调器解调器BISBISV V2222和和V V2121国际标准国际标准BELL BELL 103103212A212A美国标准的转换电话选择波特率，以及与远距离正被呼美国标准的转换电话选择波特率，以及与远距离正被呼叫叫的调制解调器匹配的通信标准。的调制解调器匹配的通信标准。 (12) (12)以太网：以太网：特别的特别的BNCBNC连接网，用于连接网，用于IEEE803IEEE8033 3IOBASE2(IOBASE2(以太网内部以太网内部) )类类RG 58ARG 58Au(u(或或C CU) 50QU) 50Q单屏幕共轴电缆或单屏幕共轴电缆或1515孔的孔的AUIDAUID连接器，用于连接器，用于IEEE 802IEEE 8023 3，10BASE 510BASE 5标准标准O O39DIA39DIA，多对电缆多对电缆或或44DIADIA50125012双屏敝与双屏敝与N N连接器连接。连接器连接。5 56 6 MAX 1000MAX 1000系统的数据高速公路系统的数据高速公路 MAX 1000MAX 1000数据高速公路是环型的令牌传送总线，它使用类似于数据高速公路是环型的令牌传送总线，它使用类似于RS485RS485( (现称为现称为EIA485)EIA485)的移频键控的移频键控( (FSK)FSK)信号，高级数据链接控制信号，高级数据链接控制( (HDLC)HDLC)格式，格式，遵循遵循IEEE 802IEEE 8024 4标准。标准。 信息使用多帧、高效、实用的信息包。创造性地使用通信协议。信息信息使用多帧、高效、实用的信息包。创造性地使用通信协议。信息结构和专用的处理机获得快速的令牌周转时间，数据传输每秒超过结构和专用的处理机获得快速的令牌周转时间，数据传输每秒超过1500015000模拟变量。模拟变量。 高速公路使用了冗余的一对光缆，光缆环状贯穿工厂，周长可达高速公路使用了冗余的一对光缆，光缆环状贯穿工厂，周长可达61006100m m，使用使用100100tmtm的玻璃纤维连接的玻璃纤维连接RPURPU机柜和工作站，每条光缆上的通机柜和工作站，每条光缆上的通信是单向的，两条光缆上的通信方向是相反的。光电接口信是单向的，两条光缆上的通信方向是相反的。光电接口( (OEI)OEI)耦合器接耦合器接在环路上，与工作站的实时处理机相连，或者与在环路上，与工作站的实时处理机相连，或者与RPURPU上的上的DPUDPU连接。连接。 在光纤环路上两个相邻在光纤环路上两个相邻OEIOEI之间距离最长口达之间距离最长口达20002000m m，从这些从这些OEIOEI耦耦合器引出电缆分支，可把信号连在相同机柜里的站上，每根电缆可延伸合器引出电缆分支，可把信号连在相同机柜里的站上，每根电缆可延伸到到6161m m，最多可有最多可有1515个连接点。个连接点。1 1特性特性 全冗余保证高速公路上任何部件故障的情况下都能正常操作，全冗余保证高速公路上任何部件故障的情况下都能正常操作，连续运行的冗余的高速公路保证了无连续运行的冗余的高速公路保证了无切换延时或扰动，高速公路上的每个装置中的专用处理机提供快切换延时或扰动，高速公路上的每个装置中的专用处理机提供快速的信息周转时间、不受各站上其他处速的信息周转时间、不受各站上其他处理动作的影响。在机柜之间使用光纤可消除接地回路和其他理动作的影响。在机柜之间使用光纤可消除接地回路和其他EMIEMIRFIRFI干扰而不需用昂贵的屏蔽技术。干扰而不需用昂贵的屏蔽技术。 确定的令牌传送方案保证了每个站在预定的时间间隔里进行确定的令牌传送方案保证了每个站在预定的时间间隔里进行存取，而不受高速公路上任何设备中活存取，而不受高速公路上任何设备中活动量或高速公路交通量的影响，在高速公路站之间的动量或高速公路交通量的影响，在高速公路站之间的PEER TO PEER TO PEERPEER通信，避免了任何种类点的数据传通信，避免了任何种类点的数据传送的中间环节。送的中间环节。 所有的连接是直接的，没有中间通信协汉的转换，网间联接所有的连接是直接的，没有中间通信协汉的转换，网间联接器、操作系统、链接、多级高速公路或器、操作系统、链接、多级高速公路或其他延迟数据流的瓶颈，根据请求传送的方法大大地加快其他延迟数据流的瓶颈，根据请求传送的方法大大地加快_ _有用有用数据的传送。独特的信息结构减少了额数据的传送。独特的信息结构减少了额外的时间开销，改进了信息传送速度。广泛的连续的通信校对提外的时间开销，改进了信息传送速度。广泛的连续的通信校对提供了通信安全，执行前的核对和执行前供了通信安全，执行前的核对和执行前的认可技术保证了传送的可靠性，闭合式的信息处理方法保证了的认可技术保证了传送的可靠性，闭合式的信息处理方法保证了对任何不完善信息的快速响应。对任何不完善信息的快速响应。 2 2OEIOEI耦合器的作用耦合器的作用 OEIOEI既是放大器，也是耦合器。这些耦合器只不过把光信号转既是放大器，也是耦合器。这些耦合器只不过把光信号转换成电信号，设计上，信息直接通过换成电信号，设计上，信息直接通过OEIOEI耦合器，避开在一般的耦合器，避开在一般的“储存和转送储存和转送”方法上的可靠性问题，光和电这部分一起作为一个方法上的可靠性问题，光和电这部分一起作为一个整体进行工作，没有延时，没有信息转变，没有通信协议转换或整体进行工作，没有延时，没有信息转变，没有通信协议转换或信息传送时的分层结构。信息传送时的分层结构。 3 3光纤高速公路的优点光纤高速公路的优点 光纤高速公路的优点有：避免了电光纤高速公路的优点有：避免了电1 1二扰二扰( (EMI)EMI)，诸如来自于诸如来自于荧光灯、旋转机械或电源线的干扰；避免了无线电干扰荧光灯、旋转机械或电源线的干扰；避免了无线电干扰( (RFI)RFI)，诸诸如民用的波段信号和其他频率的信号；避免了瞬间的或由于闪电如民用的波段信号和其他频率的信号；避免了瞬间的或由于闪电而引起的电源波动的冲击；不受传输过程或任何地面回路所引起而引起的电源波动的冲击；不受传输过程或任何地面回路所引起的波动的影响；能在危险气体中安全运行的波动的影响；能在危险气体中安全运行( (损坏时不会产生火花而损坏时不会产生火花而不会爆炸不会爆炸) )；免受由于潮气引起的短路影响；耐化学腐蚀；重量轻，；免受由于潮气引起的短路影响；耐化学腐蚀；重量轻，韧性强，容易通过导管，不易损坏；使用相同的技术，这些终端韧性强，容易通过导管，不易损坏；使用相同的技术，这些终端和接头就像使用共轴电缆一样。和接头就像使用共轴电缆一样。4 4令牌传送网络的优点令牌传送网络的优点 MAXl000MAXl000使用的通信网络不使用易受损伤的中央信息控制器，使用的通信网络不使用易受损伤的中央信息控制器，也不使用类似于对超载很敏感的也不使用类似于对超载很敏感的CSMACSMACDCD的统计概率方法，的统计概率方法，MAXl000MAXl000使用确定性的令牌传送方案，能保证每个站轮流成为高速使用确定性的令牌传送方案，能保证每个站轮流成为高速公路的公路的主站和执行完全的处理。主站和执行完全的处理。 每个每个DPUDPU保证能在保证能在1 12 2s s内对高速公路进行存取，这与它们自己的更内对高速公路进行存取，这与它们自己的更新周期相符合。工作站需要尽可能快的进行存取，以响应操作员的动作，新周期相符合。工作站需要尽可能快的进行存取，以响应操作员的动作，所以它们享用令牌的频率很高所以它们享用令牌的频率很高(50(50300300次次s)s)，任何站不需得到令牌就任何站不需得到令牌就能立即响应其他站的询问。同时使用两种速度和立即响应特性都大大有能立即响应其他站的询问。同时使用两种速度和立即响应特性都大大有助于提高高速公路的性能。助于提高高速公路的性能。 在在o o5s5s内所有站都轮流成为主站，不受活动的影响，设计不允许一内所有站都轮流成为主站，不受活动的影响，设计不允许一次做为主站时问过长。为保证性能，不允许任何站保持令牌的时间大于次做为主站时问过长。为保证性能，不允许任何站保持令牌的时间大于5050msms，事务处理需要的时间大多是相当少的，一旦工作完成，立即传送事务处理需要的时间大多是相当少的，一旦工作完成，立即传送令牌。超时仅在一个站异常忙碌或有故障时发生，这些特性也是高速公令牌。超时仅在一个站异常忙碌或有故障时发生，这些特性也是高速公路之所以成为杰出的高速公路的因素之一。路之所以成为杰出的高速公路的因素之一。系统监控器跟踪令牌以保证正确运行和校正错误。这个自平衡系系统监控器跟踪令牌以保证正确运行和校正错误。这个自平衡系统是通过一个系统监控器由外部设置的，一旦启动，在高速公路统是通过一个系统监控器由外部设置的，一旦启动，在高速公路上的其他系统监控器就对自动顺序进行检验，有错误动作的站将上的其他系统监控器就对自动顺序进行检验，有错误动作的站将离开正常的通信，但对它进行周期性的检查，直到永久的移开为离开正常的通信，但对它进行周期性的检查，直到永久的移开为止，这种移开在对顺序进行预置或者修正错误时发生。止，这种移开在对顺序进行预置或者修正错误时发生。 所有的系统监控还用所有的系统监控还用“监听监听”的方法在处理各种事务时跟踪的方法在处理各种事务时跟踪总的系统状况，在令牌传递顺序期间，每个设备都传送它自己的总的系统状况，在令牌传递顺序期间，每个设备都传送它自己的状态。状态。 如果某一个站离线如果某一个站离线( (脱机脱机) )，令牌将自动的绕过它传给相邻的，令牌将自动的绕过它传给相邻的站，而且没有延时产生。如果一个站接到令牌时脱机，新的令牌站，而且没有延时产生。如果一个站接到令牌时脱机，新的令牌就会产生，系统不带有这个脱机站继续运行。就会产生，系统不带有这个脱机站继续运行。 高速公路连接的设计允许任一个站从正在运行的系统中移去而不高速公路连接的设计允许任一个站从正在运行的系统中移去而不破坏通信内容或影响速度。破坏通信内容或影响速度。5 5高速公路技术指标高速公路技术指标 (1) (1)光缆高速公路技术指标有：光缆高速公路技术指标有： 2000 2000m m可预置和测试；总长可预置和测试；总长60006000m m；每个高速公路每个高速公路1010个接点个接点( (OEIOEI耦合器总数耦合器总数) )；直径；直径3 38 8mmmm，100100140m140m玻璃导体；阻燃玻璃导体；阻燃PVCPVC护套，符合护套，符合UL VWUL VW一一1 1可燃性说明的要求；符合可燃性说明的要求；符合IEEE 383(76000 IEEE 383(76000 BTUBTUHR)HR)技术指标。技术指标。 (2) (2)电缆高速公路技术指标有：电缆高速公路技术指标有： 最大长度最大长度6161m m；直径直径5 59 9mmmm；不超过不超过1515个接点；阻燃个接点；阻燃PVCPVC护套。护套。2 25 57 7 MAXl000MAXl000系统的配置系统的配置 系统配置如图系统配置如图2 2岛岛2 2所示，这是一台所示，这是一台300300MWMW机组上使用机组上使用MAXl000MAXl000系统配置的框图。系统配置的框图。厂性的控制和监视的需要。它是由快速地相互交换信息的各种功厂性的控制和监视的需要。它是由快速地相互交换信息的各种功能单元能单元( (简称为简称为“站站”)”)和数据高速公路组成。和数据高速公路组成。