淺談DCS集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

　　1．集散控制系統(tǒng)DCS與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS的比較

　　1．1 概述FCS、DCS

　　FCS是在DCS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，F(xiàn)CS順應(yīng)了自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展潮流，它必將替代DCS。這已是業(yè)內(nèi)人士的基本共識(shí)。然而，任何新事物的發(fā)生，發(fā)展都是在對(duì)舊事物的揚(yáng)棄中進(jìn)行的，F(xiàn)CS與DCS的關(guān)系必然也不例外。FCS代表潮流與發(fā)展方向，而DCS則代表傳統(tǒng)與成熟，也是獨(dú)具優(yōu)勢(shì)的事物。特別是現(xiàn)階段，F(xiàn)CS尚沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)而呈群雄逐鹿之勢(shì)，DCS則以其成熟的發(fā)展，完備的功能及廣泛的應(yīng)用而占居著一個(gè)尚不可完全替代的地位。本人認(rèn)為：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS應(yīng)該與集散式控制系統(tǒng)DCS相互兼容。

　　無(wú)論是FCS或者是DCS，它們最終是為了滿(mǎn)足整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程而進(jìn)行的系統(tǒng)控制（PCS）。

　　首先以工程成本與效益看，現(xiàn)場(chǎng)總線的根本優(yōu)勢(shì)是良好的互操作性；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，從而布線費(fèi)用低；控制功能分散，靈活可靠，以及現(xiàn)場(chǎng)信息豐富。然而這些優(yōu)勢(shì)是建立在 FCS系統(tǒng)初裝的前提下，倘諾企業(yè)建立有完善的DCS，現(xiàn)在要向FCS過(guò)渡，則必須仔細(xì)考慮現(xiàn)有投資對(duì)已有投資的回報(bào)率。充分利用已有的DCS設(shè)施，現(xiàn)有DCS的布線以及成熟的DCS控制管理方式來(lái)實(shí)現(xiàn)FCS是我們應(yīng)選之途。

　　雖然現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)已有的數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)協(xié)議有優(yōu)勢(shì)可言，但向其過(guò)渡的代價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)是必須分析清楚的。再者，從技術(shù)的繼承及控制手段上，也要求FCS與DCS應(yīng)相兼容。FCS實(shí)現(xiàn)控制功能下移至現(xiàn)場(chǎng)層，使DCS的 多層網(wǎng)絡(luò)被扁平化，各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的獨(dú)立功能得以加強(qiáng)，因此，在FCS中有必要增加和完善現(xiàn)場(chǎng)子層設(shè)備間的數(shù)據(jù)通訊功能。

　　由于歷史的原因，DCS通常擁有大型控制柜用以協(xié)調(diào)各個(gè)設(shè)備，同時(shí)更強(qiáng)調(diào)層與層的數(shù)據(jù)傳輸?？梢?jiàn)，兩種控制在策略上各具優(yōu)勢(shì)。DCS適用于較慢的數(shù)據(jù)傳輸速率；FCS則更適用于較快的數(shù)據(jù)傳輸速率，以及更靈活的處理數(shù)據(jù)。然而，當(dāng)數(shù)據(jù)量超過(guò)一定值過(guò)于偏大時(shí)，如果同層的設(shè)備過(guò)于獨(dú)立，則很容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的堵塞。要解決這個(gè)問(wèn)題，擬設(shè)立一個(gè)適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控層用以協(xié)調(diào)相互通訊的設(shè)備，必然是有益的，DCS就能輕松地勝任這一工作?？梢?jiàn)，為使FCS的控制方式和手段完善化，是有必要借鑒DCS的一些控制思想的。

　　要把握新世紀(jì)工業(yè)過(guò)程控制的發(fā)展趨勢(shì)，無(wú)論在學(xué)術(shù)研究或是工程應(yīng)用方面都有必要使FCS綜合與繼承DCS的成熟控制策略；與此同時(shí)，DCS的發(fā)展也應(yīng)追尋FCS控制策略的新思想，使其具有新的生命力。DCS應(yīng)能動(dòng)地將底層控制權(quán)交付給FCS系統(tǒng)，將較高層的系統(tǒng)協(xié)調(diào)管理功能發(fā)揚(yáng)光大，完成對(duì)新時(shí)代，新形勢(shì)的工業(yè)控制系統(tǒng)的智能設(shè)備集成。

　　1．2現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸特點(diǎn)

　　現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）是順應(yīng)智能現(xiàn)場(chǎng)儀表而發(fā)展起來(lái)的。它的初衷是用數(shù)字通訊代替4－20mA模擬傳輸技術(shù)，但隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與智能儀表管控一體化（儀表調(diào)校、控制組態(tài)、診斷、報(bào)警、記錄）的發(fā)展，在控制領(lǐng)域內(nèi)引起了一場(chǎng)前所未有的革命。控制專(zhuān)家們紛紛預(yù)言：FCS將成為21世紀(jì)控制系統(tǒng)的主流。

　　然而就在人們沸沸揚(yáng)揚(yáng)的對(duì)FCS進(jìn)行概念炒作的時(shí)候，卻沒(méi)有注意到它的發(fā)展在某些方面的不協(xié)調(diào)，其主要表現(xiàn)在迄今為止現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，這使得各廠商的儀表設(shè)備難以在不同的FCS中兼容。此外，F(xiàn)CS的傳輸速率也不盡人意，以基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）正在制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為例，它采用了ISO的參考模型中的3層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層）和極具特色的用戶(hù)層，其低速總線H1的傳輸速度為31.25kbps，高速總線H2的傳輸速度為1Mbps或2.5Mbps，就針對(duì)西門(mén)子推出的PROFIBUS總線而言：其市場(chǎng)站有率相對(duì)較大，但由于受通訊線路長(zhǎng)度的影響，在100M線路長(zhǎng)度下最高通訊速率為12Mbps，這在有些場(chǎng)合下仍無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制的要求。由于上述原因，使FCS在工業(yè)控制中的推廣應(yīng)用受到了一定的限制。當(dāng)人們冷靜下來(lái)對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行思考時(shí)，不禁想起了在商業(yè)網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)。

　　以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優(yōu)勢(shì)，由于它支持幾乎所有流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以在商業(yè)系統(tǒng)中被廣泛采用。但是傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用總線式拓樸結(jié)構(gòu)和多路存取載波偵聽(tīng)碰撞檢測(cè)（CSMA/CD）通訊方式,在實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合下，重要數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程會(huì)產(chǎn)生傳輸延滯，這被稱(chēng)為以太網(wǎng)的“不確定性”。研究表明：商業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)應(yīng)用中的傳輸延滯在2～30ms之間，這是影響以太網(wǎng)長(zhǎng)期無(wú)法進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域的重要原因之一。因此對(duì)以太網(wǎng)的研究具有工程實(shí)用價(jià)值，從而產(chǎn)生了一種新型以太網(wǎng)。

　　1．3工業(yè)以太網(wǎng)的研究現(xiàn)狀

　　近年來(lái)控制與通訊工程師們致力于新型工業(yè)以太網(wǎng)的研究工作，其中有代表性的是FF制定的快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其傳輸速度為100Mbps。綜觀工業(yè)以太網(wǎng)的研究現(xiàn)狀，出現(xiàn)了兩個(gè)值得注意的發(fā)展方向：以太網(wǎng)集線器和具有實(shí)時(shí)功能的以太網(wǎng)的協(xié)議。

　　a、以太網(wǎng)集線器

　　FF將以太網(wǎng)技術(shù)加入到H2協(xié)議中，并以它作為H2的底層協(xié)議，其網(wǎng)絡(luò)采用星型拓樸結(jié)構(gòu)。

　　集線器（HUB）置于網(wǎng)絡(luò)中心并通過(guò)以太網(wǎng)I/O接口掛接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)儀表和普通現(xiàn)場(chǎng)儀表（通過(guò)通道組）分別掛接在不同的以太網(wǎng)I/O接口上。以太網(wǎng)I/O接口高速(約100 kHz)掃描所有實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)儀表和通道組，然后傳送數(shù)據(jù)包到上層控制器。

　　通常普通控制算法在現(xiàn)場(chǎng)控制器中進(jìn)行（可由上層控制器下載），而高級(jí)控制算法則在上層控制器中進(jìn)行，其控制輸出經(jīng)以太網(wǎng)集線器和以太網(wǎng)I/O接口傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行儀表。由于實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)儀表掛接在專(zhuān)用的以太網(wǎng)入口地址，并用完全分離的線路傳輸數(shù)據(jù)，所以保證了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)產(chǎn)生傳輸延滯和線路阻塞。

　　集線器作為網(wǎng)絡(luò)的仲裁器，除了控制通信雙方的傳輸時(shí)間外，還對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進(jìn)行優(yōu)先級(jí)設(shè)置，使每條信息都包含傳輸優(yōu)先級(jí)等實(shí)時(shí)參數(shù)。此外智能化的集線器還可以動(dòng)態(tài)檢測(cè)需要通訊的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所在以太網(wǎng)I/O口，并為之提供數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，這樣可大大縮短現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間和減少數(shù)據(jù)的重發(fā)次數(shù)。集線器與其它集線器相連可實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)共享。

　　經(jīng)驗(yàn)證這種采用以太網(wǎng)集線器技術(shù)的FCS可使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的延遲時(shí)間控制在200納秒的范圍之內(nèi)，這已足以滿(mǎn)足多數(shù)場(chǎng)合的實(shí)時(shí)控制要求。

　　b、在以太網(wǎng)的協(xié)議中加入實(shí)時(shí)功能

　　一些FCS的生產(chǎn)商（如ControlNet、Profibus、Modbus和Java等）在開(kāi)發(fā)自己的工業(yè)以太網(wǎng)FCS時(shí)，在工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議中加入實(shí)時(shí)功能，此項(xiàng)技術(shù)被稱(chēng)為“地道”，它其實(shí)僅僅是在設(shè)備中加入特殊的協(xié)議芯片，這里不做具體介紹。

　　c、工業(yè)以太網(wǎng)的研究課題

　　上述研究工作的進(jìn)展為以太網(wǎng)進(jìn)入FCS提供了可行性，但要使以太網(wǎng)能在FCS中發(fā)揮其強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，以滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)控制中日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸和信息傳輸種類(lèi)（如語(yǔ)音、圖象和視頻等）的需要，還有待于研究工作取得更大的突破性進(jìn)展。目前的研究工作應(yīng)集中解決以下兩個(gè)方面的問(wèn)題：

　　1．4盡快推出FCS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

　　當(dāng)今的FCS領(lǐng)域出現(xiàn)了世界各大廠商各自為戰(zhàn)的混亂局面。其中有影響的為Intel公司的Bitbus、德國(guó)的HART和Profibus、丹麥的P-NET、Honeyvell及AB的WorldFIP、Foxboro,ABB和橫河的ISP、FF的H1和H2和Echelon的Lonworks、菲利普的CAN等。這種混亂局面是由于各大廠商為了搶占市場(chǎng)急于推出自己的產(chǎn)品，而FCS的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)又遲遲不能出臺(tái)所造成的。標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一使各廠家推出的FCS成為一個(gè)個(gè)“自動(dòng)化孤島”，不同系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的兼容性都很差。FCS的用戶(hù)強(qiáng)烈呼吁盡快出臺(tái)FCS的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以期望實(shí)現(xiàn)FCS的“世界大同”。

　　1994年6月WorldFIP和ISP聯(lián)合成立了FF，它包括了世界上幾乎所有的著名控制儀表廠商在內(nèi)的100多個(gè)成員單位，致力于IEC的FCS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作。但由于部分成員為了自身利益，力圖阻止FCS的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，形成了FF的FCS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)難以“一統(tǒng)天下”的令人擔(dān)憂的局面。解決這一問(wèn)題的途徑是：一是要求FF在其國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中推出完善的用戶(hù)層和嚴(yán)格的互操作性的產(chǎn)品認(rèn)證；二是提高用戶(hù)抵制非國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的FCS的自覺(jué)性。

　　工業(yè)以太網(wǎng)向FCS現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的延伸。必須指出，工業(yè)以太網(wǎng)FCS中，其現(xiàn)場(chǎng)級(jí)總線的傳輸速度并不理想，這是因?yàn)楣I(yè)以太網(wǎng)還只是在上層控制網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，而許多廠商出于安全考慮，在許多技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有解決之前，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)尚未使用工業(yè)以太網(wǎng)，所以FCS總體的傳輸速度沒(méi)有什么質(zhì)的飛躍。為了實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)向現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的延伸，除了改進(jìn)以太網(wǎng)的通訊協(xié)議之外，還需要解決網(wǎng)絡(luò)的本安、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的冗余和通過(guò)以太網(wǎng)向現(xiàn)場(chǎng)儀表供電等技術(shù)問(wèn)題。

　　本人認(rèn)為，在保留FCS特色的基礎(chǔ)上解決上述問(wèn)題才能使工業(yè)以太網(wǎng)具有生命力。工業(yè)以太網(wǎng)的介入為FCS的發(fā)展注入了新的活力，隨著FCS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的推出以及有關(guān)技術(shù)問(wèn)題的突破性進(jìn)展，一個(gè)代表21世紀(jì)潮流的工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)時(shí)代就會(huì)到來(lái)。

　　2． PLC與DCS、 FCS比較

　　PLC是由早期繼電器邏輯控制系統(tǒng)與微機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的，它是以微處理器為主的一種工業(yè)控制儀表，它融計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)于一體，集順序控制、過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理于一身，可靠性高、功能強(qiáng)大、控制靈活、操作維護(hù)簡(jiǎn)單。近幾年來(lái)，可編程序控制器及組成系統(tǒng)在我國(guó)冶金、電廠、輕工石化、礦業(yè)、水處理等行業(yè)更是到了廣泛的應(yīng)用，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

　　由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)分散系統(tǒng)。用戶(hù)往往關(guān)心的不只是一個(gè)控制系統(tǒng)（例如DEH），因?yàn)樗皇钦麄€(gè)生產(chǎn)過(guò)程的一部分。他需要了解、控制整個(gè)控制系統(tǒng)。例如，電廠生產(chǎn)原料是煤、水，而制成品是電。因此生產(chǎn)過(guò)程控制（PCS）的方式最好是分散進(jìn)行，而監(jiān)視、操作和最佳化管理應(yīng)以集中為好。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，控制管理的要求不斷提高，過(guò)程參數(shù)日益增多，控制回路越加復(fù)雜，在70年代中期產(chǎn)生了集散控制系統(tǒng)DCS，他一經(jīng)出現(xiàn)就受到工業(yè)控制界的青睞。DCS是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)于一體的系統(tǒng)。與常規(guī)的集中式控制系統(tǒng)相比有如下特點(diǎn)：

　　1． 實(shí)現(xiàn)了分散控制。它使得系統(tǒng)控制危險(xiǎn)性分散、可靠性高、投資減小、維護(hù)方便。

　　2． 實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、操作和管理。使得管理與現(xiàn)場(chǎng)分離，管理更能綜合化和系統(tǒng)化，

　　3． 采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，這是DCS的關(guān)鍵技術(shù)，它使得控制與管理都具實(shí)時(shí)性，并解決系統(tǒng)的擴(kuò)充與升級(jí)問(wèn)題。

　　目前，由于PLC把專(zhuān)用的數(shù)據(jù)高速公路（HIG HWAY）改成通用的網(wǎng)絡(luò)，并逐步將PLC之間的通信規(guī)約靠攏使得PLC 有條件和其它各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)集成，以組成大型的控制系統(tǒng)，這使得PLC 系統(tǒng)具備了DCS的形態(tài)，這樣，基于PLC的DCS系統(tǒng)目前在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)該說(shuō)，PLC就其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，更接近PCS系統(tǒng)所要求的FCS控制系統(tǒng)。

　　不過(guò)，由于受傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理驗(yàn)的影響，完全由PLC系統(tǒng)來(lái)構(gòu)成傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)還較難于讓國(guó)內(nèi)保守的設(shè)計(jì)院大量采用，雖然國(guó)外已經(jīng)有大量的基于PLC構(gòu)成的DCS系統(tǒng)正在正常的運(yùn)行。

　　3．我們采用什么樣的系統(tǒng)？

　　我們?nèi)绻兄居谠诠I(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中施展才能就必須發(fā)展DCS或FCS系統(tǒng)。因?yàn)樗俏磥?lái)工控領(lǐng)域的主流發(fā)展方向。至于采用別人的DCS、FCS系統(tǒng)還是自己開(kāi)發(fā)DCS、FCS系統(tǒng)就要看看究竟我們具備什么樣的能力，在下面的看法中我將要詳細(xì)分析我們的主要特點(diǎn)和究竟在技術(shù)上需求什么！

　　如果說(shuō)今后選擇控制系統(tǒng)，我認(rèn)為應(yīng)該選擇代表成熟的集散式控制系統(tǒng)DCS并具備先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS，它們之間應(yīng)該相互兼容。

　　3．1采用現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)

　　這就是我在摘要中所提及的“維持現(xiàn)狀坐觀工控產(chǎn)業(yè)的日新月異的發(fā)展”。這種方式相對(duì)來(lái)講無(wú)需投入較大的人力、物力開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，只須完全選用別人的產(chǎn)品，被動(dòng)學(xué)習(xí)新的知識(shí)，而自動(dòng)控制開(kāi)發(fā)處則充當(dāng)工程調(diào)試隊(duì)。這種方式就目前情況而言可以維持生存，但縱觀實(shí)例是不可能有大的發(fā)展。

　　3．2采用別人的硬件和軟件系統(tǒng)（OEM）自己構(gòu)成DCS系統(tǒng)

　　這種方式我們也曾經(jīng)嘗試過(guò)，不過(guò)，我們僅僅是降低了部分生產(chǎn)成本。降低產(chǎn)品總成本的主動(dòng)權(quán)不屬于我們，而業(yè)績(jī)則屬于軟硬件開(kāi)發(fā)商。

　　3．3與別人合作，共同開(kāi)發(fā)新型DCS系統(tǒng)

　　這種方式我們也曾經(jīng)嘗試過(guò)，產(chǎn)品自主權(quán)不完全屬于我們。技術(shù)水平我們先不用評(píng)說(shuō)。但市場(chǎng)接納程度還不理想。一但合作方短時(shí)間沒(méi)有足夠的回報(bào)率他是不可能再投入人力、物力以完善系統(tǒng)、提高技術(shù)水平。因?yàn)樗豢赡茉谝豢脴?shù)上吊死，他還必須生存！這也是人之常情。

　　如果利用別人的成熟產(chǎn)品之品牌組成全方位合作模式，應(yīng)該說(shuō)在世界范圍是有成功的例子。關(guān)鍵是應(yīng)該認(rèn)真分析、了解為什么市場(chǎng)接納不夠？怎樣才能滿(mǎn)足市場(chǎng)生存要求？

　　3．4完全自己開(kāi)發(fā)DCS系統(tǒng)

　　這種想法由來(lái)已久！如果DCS開(kāi)發(fā)成功，那不言而喻是一件好事！無(wú)論在電站自動(dòng)化或者是其他行業(yè)中，工程應(yīng)用的種種努力都是在為自己而作。其產(chǎn)品成本完全掌握在自己手里。獲得更大的利潤(rùn)不再是一句空話。不過(guò)，我們應(yīng)該在動(dòng)手之前，充分了解自己究竟有沒(méi)有能力開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，又有沒(méi)有能力將其推向市場(chǎng)。這往往是我們考慮得較多的問(wèn)題，從而導(dǎo)致我們無(wú)法下定決心的關(guān)鍵所在。那就先讓我們分析一下究竟需要什么技術(shù)和人才吧！

　　前面講了DCS系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)于一體的系統(tǒng)。那就需要計(jì)算機(jī)、圖形顯示技術(shù)（軟硬件件開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)維護(hù)），控制技術(shù)（系統(tǒng)工程師、硬件接口），網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定）。

　　a. 計(jì)算機(jī)、圖形顯示技術(shù)（軟硬件件開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)維護(hù)）:

　　DCS系統(tǒng)的軟件技術(shù)包括如下方面：

　　用于控制組態(tài)的軟件和圖形監(jiān)視軟件、各DI、DO、AI、AO及專(zhuān)用功能模件的嵌入式操作系統(tǒng)軟件及控制、管理軟件。

　　用于完成系統(tǒng)要求的硬件平臺(tái)，如工程師站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、操作員站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、DCS機(jī)柜內(nèi)的通用、專(zhuān)用模件。所有軟件的運(yùn)算、控制指令必須經(jīng)過(guò)與此相配的硬件系統(tǒng)執(zhí)行。

　　b. 控制技術(shù)（系統(tǒng)工程師、硬件接口）

　　完成整個(gè)控制系統(tǒng)要求的專(zhuān)業(yè)化技術(shù)知識(shí)。應(yīng)該熟悉控制對(duì)象的工藝過(guò)程、特性及要求。

　　c. 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定）。

　　DCS具有一定的通訊手段，為了兼容今后的FCS系統(tǒng)，應(yīng)具備多種現(xiàn)場(chǎng)通訊手段或通訊轉(zhuǎn)換卡件。需要熟悉多種通訊協(xié)議和接口（集線器、交換器、服務(wù)器及光纖通訊、光電轉(zhuǎn)換接口等）。

　　4．DCS軟件系統(tǒng)及其發(fā)展方向

　　隨著計(jì)算機(jī)的普及發(fā)展，企業(yè)網(wǎng)（Intranet）和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的商業(yè)化，Microsoft Windows受歡迎的程度與日俱增，這大大增加了工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)indows開(kāi)發(fā)的普遍要求。

　　當(dāng)今的集散控制系統(tǒng)（DCS）環(huán)境下的控制系統(tǒng)軟件（或應(yīng)用程序）與一般環(huán)境下的應(yīng)用程序相比：一方面其功能已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化。比如，DCS網(wǎng)絡(luò)下的控制系統(tǒng)軟件能夠調(diào)用、執(zhí)行DCS網(wǎng)絡(luò)中其它計(jì)算機(jī)上的一個(gè)程序，并與之交互，這是其它環(huán)境下的應(yīng)用程序無(wú)法實(shí)現(xiàn)的；另一方面，DCS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)分散進(jìn)行，然后集中監(jiān)視、操作、管理，這些應(yīng)用程序由于工作于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，因而分布極廣，已被配置在網(wǎng)絡(luò)中10臺(tái)、100臺(tái)、1000臺(tái)甚至更多臺(tái)的機(jī)器上運(yùn)行，如果這些應(yīng)用程序不夠健壯、沒(méi)有靈活的可伸縮性，將給日后的維護(hù)、升級(jí)、重新配置帶來(lái)極大的困難，至少要消耗大量人力、財(cái)力和物力。而這種維護(hù)、升級(jí)、重新配置隨著市場(chǎng)的發(fā)展，用戶(hù)需求的擴(kuò)大是不可避免的。

　　為了解決這一問(wèn)題，微軟在對(duì)Windows系統(tǒng)本身進(jìn)行改進(jìn)、升級(jí)的同時(shí)，對(duì)Windows應(yīng)用程序的標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)等也進(jìn)行了重新定義，這就是：遵循組件對(duì)象模型（COM）/分布式組件對(duì)象模型（DCOM）標(biāo)準(zhǔn)、通過(guò)ActiveX實(shí)現(xiàn)的客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。

　　客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的主要思想是：根據(jù)COM/DCOM標(biāo)準(zhǔn)，將應(yīng)用程序分割成若干個(gè)相互獨(dú)立的邏輯單元，每個(gè)邏輯單元為應(yīng)用程序提供一定的服務(wù)（以后就會(huì)明白這些邏輯單元被稱(chēng)為ActiveX組件），通過(guò)ActiveX把這些邏輯單元有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使它們協(xié)同工作，完成特定的任務(wù)。應(yīng)用程序是ActiveX組件對(duì)象的集合，這些ActiveX組件對(duì)象知道怎樣相互通信、相互調(diào)用，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序要求的功能。

　　針對(duì)Intranet下控制系統(tǒng)的特殊情況，微軟給出了一個(gè)三層的服務(wù)系統(tǒng)模型：用戶(hù)邏輯（或用戶(hù)服務(wù)）、商業(yè)邏輯（或商業(yè)服務(wù)）和數(shù)據(jù)邏輯（或數(shù)據(jù)服務(wù)）。用戶(hù)服務(wù)提供用戶(hù)可交互的或顯示對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)、處理結(jié)果的屏幕界面等，由于Windows應(yīng)用程序的屏幕界面已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所以用戶(hù)服務(wù)相對(duì)來(lái)說(shuō)變化不會(huì)太大，將它作為一個(gè)獨(dú)立的邏輯單元，可被多個(gè)應(yīng)用程序使用，從而實(shí)現(xiàn)了代碼的重用；商業(yè)服務(wù)提供用戶(hù)處理數(shù)據(jù)的各種規(guī)則，這些規(guī)則根據(jù)不同的用戶(hù)有所不同，即使同一用戶(hù)不同時(shí)期也可能不同。將它作為一個(gè)獨(dú)立的邏輯單元并統(tǒng)一放在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，有利于應(yīng)用程序的日后維護(hù)。如果以后這些規(guī)則需要改變，只須重新配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中的商業(yè)服務(wù)，而不需要重新編譯客戶(hù)機(jī)的應(yīng)用程序；數(shù)據(jù)服務(wù)為用戶(hù)提供各種數(shù)據(jù)，它是用戶(hù)的數(shù)據(jù)源。實(shí)際中，這些數(shù)據(jù)源可能是Oracle、SQL Server、FoxPro、Access以及其它集散控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)（如：Fix系統(tǒng)）等等。

　　4.1 組件對(duì)象模型（COM）與分布式組件對(duì)象模型（DCOM）

　　多年來(lái)，軟件工程師們一直在嘗試編寫(xiě)可迅速嵌入各程序開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的可重用代碼－－軟件組件（或簡(jiǎn)稱(chēng)為組件）。就像硬件工程師們先設(shè)計(jì)和制造出可用于各種電子設(shè)備的元件，然后利用它們組裝成設(shè)備一樣，控制系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)者可以利用軟件組件去組裝自己的程序塊，且很放心地知道這些組件是無(wú)故障的。這些組件不使用全局變量，并且獨(dú)立于任何應(yīng)用程序。組件對(duì)象模型（Component Object Model---COM）就是軟件組件采用的一種常規(guī)結(jié)構(gòu)。它根據(jù)面向?qū)ο缶幊蹋∣bject Oriented Programming---OOP）的思想，將組件對(duì)象化，給出了對(duì)象鏈接與嵌入（Object Linking and Embedding---OLE）2.0版中引入的，它是一種標(biāo)準(zhǔn)，而非一種實(shí)現(xiàn)。COM解釋了組件之間該如何通信，但為了具體實(shí)現(xiàn)它，還需要用到另一個(gè)東西，即ActiveX。

　　在設(shè)計(jì)COM的過(guò)程中，微軟解決了下列問(wèn)題：

　?。?）交互操作能力。開(kāi)發(fā)者怎樣才能創(chuàng)建出獨(dú)立的組件，使其能與其它組件充分地協(xié)作，而不用考慮它們是由誰(shuí)創(chuàng)建的？

　?。?）版本控制。一旦某個(gè)組件正由其他組件或應(yīng)用程序使用，怎樣才能改變或升級(jí)這個(gè)組件，而不影響正在使用它的組件或應(yīng)用程序?

　?。?）與語(yǔ)言無(wú)關(guān)。怎樣才能確保用不同語(yǔ)言編寫(xiě)的組件能協(xié)同工作？

　?。?）透明的跨進(jìn)程交互操作。開(kāi)發(fā)者怎樣才能編寫(xiě)組件，使其能在進(jìn)程內(nèi)或進(jìn)程外工作?

　　然而，OLE2中的COM只解決了同一網(wǎng)絡(luò)中對(duì)象之間的交互問(wèn)題，而沒(méi)有解決對(duì)象在不同網(wǎng)絡(luò)中的其它機(jī)器上生存或執(zhí)行的問(wèn)題，對(duì)這一問(wèn)題的解決將打開(kāi)通向在Windows環(huán)境下的分布對(duì)象結(jié)構(gòu)之路。為了適應(yīng)這一需要，微軟開(kāi)發(fā)出了分布式組件對(duì)象模型。

　　分布式組件對(duì)象模型（Distributed Component Object Model---DCOM），即通常所說(shuō)的"網(wǎng)絡(luò)OLE"。DCOM是一種特殊的協(xié)議，允許應(yīng)用程序在分布式計(jì)算環(huán)境（Distributed Calculating Environment---DCE）里進(jìn)行面向?qū)ο蟮倪h(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（Remote Procedure Call---RPC）。DCOM擴(kuò)展了COM的性能，使得COM對(duì)象能夠通過(guò)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程機(jī)中的另一個(gè)對(duì)象交互并使用此對(duì)象，這些網(wǎng)絡(luò)可以是局部網(wǎng)、企業(yè)的Intranet或現(xiàn)今的Internet。用戶(hù)可以在Windows NT4.0版中得到DCOM，它特別適用于開(kāi)發(fā)企業(yè)的信息管理系統(tǒng)、專(zhuān)用的Web等?；诰W(wǎng)絡(luò)方面的不安全性考慮，DCOM自身包含有較高的安全處理功能。

　　所有軟件組件都遵循COM或DCOM標(biāo)準(zhǔn)。

　　4.2 ActiveX

　　根據(jù)微軟的定義：支持組件對(duì)象模型（COM）的對(duì)象總稱(chēng)為"組件對(duì)象"。而現(xiàn)在流行的術(shù)語(yǔ)OLE－－即OLE2，支持COM，所以O(shè)LE對(duì)象也稱(chēng)為"組件對(duì)象"。一個(gè)組件對(duì)象不僅支持"對(duì)象鏈接與嵌入"，而且還可以遠(yuǎn)程調(diào)用或運(yùn)行其它機(jī)器或網(wǎng)絡(luò)中的組件對(duì)象等等，它的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了OLE字面所能表達(dá)的功能。為了適合未來(lái)更加復(fù)雜的應(yīng)用，微軟決定重新命名它，將所有這些組件對(duì)象統(tǒng)稱(chēng)為ActiveX。

　　隨著OOP逐漸成為公認(rèn)的編程主流，

　　控制系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)者可以將自己的應(yīng)用程序邏輯編寫(xiě)成進(jìn)程內(nèi)ActiveX DLL或本地進(jìn)程外ActiveX EXE或遠(yuǎn)程進(jìn)程外ActiveX EXE，以向其他ActiveX組件或外部應(yīng)用程序開(kāi)放它們的部分或全部對(duì)象。

　　建立和使用ActiveX EXE實(shí)例的客戶(hù)應(yīng)用程序，可開(kāi)放它們的對(duì)象，并在進(jìn)程外使用它們。這意味著，ActiveX EXE中的代碼運(yùn)行在它自己的進(jìn)程中，并且是在它自己的空間中，這可把它與客戶(hù)應(yīng)用程序的代碼空間分離開(kāi)來(lái)。

　　ActiveX DLL不能作為一個(gè)應(yīng)用程序單獨(dú)運(yùn)行，但可以為應(yīng)用程序提供對(duì)象的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。由于DLL中的代碼與調(diào)用它的應(yīng)用程序運(yùn)行于同一進(jìn)程中，所以能使程序執(zhí)行得更快、更高效。

　　控制系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)者可以利用ActiveX組件組裝自己的應(yīng)用程序。使用ActiveX組件的方法與在OOP中使用其它對(duì)象類(lèi)似：

　?。?）創(chuàng)建一個(gè)你欲使用的ActiveX組件對(duì)象的實(shí)例；

　?。?）利用該對(duì)象的方法、屬性和事件編寫(xiě)代碼；

　?。?）使用完畢釋放該對(duì)象；

　?。?）必要時(shí)進(jìn)行錯(cuò)誤處理。

　　下面是Visual Basic 5.0中一個(gè)說(shuō)明怎樣在程序中利用ActiveX組件的VB程序片段。假設(shè)已建立了一個(gè)窗體，該窗體包含三個(gè)文本框（Text1、Text2和Text3）和一個(gè)命令按鈕（Command1），并且在進(jìn)程中增加了對(duì)微軟Excel 8.0對(duì)象庫(kù)的引用。當(dāng)單擊命令按鈕（Command1）時(shí)，在Command1_Click事件過(guò)程中按照Microsoft Excel公式計(jì)算Text1與Text2的和，并將相加的結(jié)果顯示在Text3中。程序如下：

　　Private Sub Command1_Click()

　　'說(shuō)明對(duì)象變量

　　Dim xlApp As Excel. Application

　　Dim xlBook As Excel. Workbook

　　Dim xlSheet As Excel. Worksheet

　　'用Add方法創(chuàng)建對(duì)象的實(shí)例

　　Set xlApp = New Excel. Application

　　Set xlBook = xlApp. Workbooks.Add

　　Set xlSheet = xlBook. Worksheets.Add

　　'將文本框中的數(shù)據(jù)賦給Excel單元

　　xlSheet. Cells(1,1).Value = Text1. Text

　　xlSheet. Cells(2,1).Value = Text2. Text

　　'在Excel中，用Excel公式計(jì)算其和

　　xlSheet. Cells(3,1). Formula = " = R1C1 + R2C1"

　　'在Text3文本框中顯示結(jié)果

　　Text3. Text = xlSheet. Cells(3,1)

　　'保存工作表單

　　xlSheet. SaveAs" c:Test.xls"

　　'關(guān)閉Excel

　　xlApp. Quit

　　'釋放對(duì)象

　　Set xlApp = Nothing

　　Set xlBook = Nothing

　　Set xlSheet = Nothing

　　End Sub

　　為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，程序中沒(méi)有進(jìn)行錯(cuò)誤檢查。用戶(hù)在編程時(shí)應(yīng)養(yǎng)成檢查錯(cuò)誤、處理錯(cuò)誤的習(xí)慣。

　　由以上程序可以看出，其編程方法完全是OOP的方法。這并不奇怪，因?yàn)锳ctiveX組件本身就意味著對(duì)象之間的共享，ActiveX組件是一種客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器關(guān)系，在這種關(guān)系中客戶(hù)機(jī)請(qǐng)求對(duì)象，服務(wù)器提供對(duì)象。然而，具體一個(gè)ActiveX組件是客戶(hù)機(jī)還是服務(wù)器并沒(méi)有一個(gè)明顯的界限。前面我們說(shuō)可以把ActiveX組件理解成是一個(gè)服務(wù)器，因?yàn)樗鼮橛脩?hù)程序（客戶(hù)應(yīng)用程序）提供服務(wù)；然而在其它場(chǎng)合，ActiveX組件本身往往還要向其它ActiveX組件請(qǐng)求服務(wù)，這時(shí)它又擔(dān)當(dāng)客戶(hù)機(jī)的角色。

　　不管怎樣，利用ActiveX組件組裝成的應(yīng)用程序，其結(jié)構(gòu)必然是客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，客戶(hù)機(jī)/服務(wù)結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然結(jié)果。

　　4.3 客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)

　　綜觀計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，大致可分為三個(gè)階段：集中式結(jié)構(gòu)、文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)以及客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。這三個(gè)階段代表了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的里程和趨勢(shì)。

　　在六、七十年代，如果一家公司需要真正的計(jì)算能務(wù)（比如，天氣預(yù)報(bào)、地震預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)處理等等）便會(huì)考慮使用大型機(jī)，大型機(jī)代表一種集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　在集中式結(jié)構(gòu)中，只有兩種關(guān)鍵組件：服務(wù)器和客戶(hù)機(jī)終端。客戶(hù)機(jī)與服務(wù)器之間傳輸?shù)奈ㄒ粩?shù)據(jù)是用戶(hù)的按鍵調(diào)度信息以及由服務(wù)器返回的終端字符。集中式結(jié)構(gòu)伯優(yōu)點(diǎn)包括出色的安全性以及可實(shí)現(xiàn)集中管理，這是因?yàn)闊o(wú)論應(yīng)用程序邏輯還是數(shù)據(jù)都駐留于同一臺(tái)機(jī)器－－服務(wù)器上；同時(shí)也意昧著服務(wù)器的費(fèi)用太高，因?yàn)樗瓿删W(wǎng)絡(luò)中所有的計(jì)算。由于應(yīng)用程序邏輯和數(shù)據(jù)都駐留于服務(wù)器上，集中式結(jié)構(gòu)沒(méi)有辦法真正劃分應(yīng)用程序邏輯。

　　在本世紀(jì)80年代，PC機(jī)進(jìn)入了商業(yè)舞臺(tái)并逐漸走入千家萬(wàn)戶(hù)。不久，局域網(wǎng)問(wèn)世，同時(shí)引入了文件服務(wù)器的嶄新概念。

　　文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)以DOS局域網(wǎng)和Windows3.X為代表。它使得廉價(jià)的PC機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，共享資源。這對(duì)于那些根本沒(méi)有實(shí)力實(shí)現(xiàn)大型機(jī)方案的公司來(lái)說(shuō)，PC機(jī)無(wú)疑是他們的救星。但是，在這種結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用程序邏輯總是在客戶(hù)工作站上執(zhí)行，使用的是客戶(hù)機(jī)的CPU，而不是像集中式結(jié)構(gòu)那樣在服務(wù)器上執(zhí)行。這意味著，客戶(hù)機(jī)要有足夠的計(jì)算能力，以便執(zhí)行需要的任何應(yīng)用程序，或能完成任何必要的任務(wù)。這無(wú)形中增加了客戶(hù)機(jī)的負(fù)擔(dān)，從而抵消了PC機(jī)價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。

　　為了折中考慮費(fèi)用與性能問(wèn)題，引入了客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，允許應(yīng)用程序邏輯在用戶(hù)工作站、服務(wù)器(不再稱(chēng)為"文件服務(wù)器")或者兩者上運(yùn)行。SQL Server、Oracle等是客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的代表。

　　在客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)中，同時(shí)至少有兩個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序在運(yùn)行：一個(gè)是客戶(hù)應(yīng)用程序（簡(jiǎn)稱(chēng)為客戶(hù)）；另一個(gè)是服務(wù)器應(yīng)用程序（簡(jiǎn)稱(chēng)為服務(wù)器）。客戶(hù)提出請(qǐng)求，服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求并為其服務(wù)。為了完成一項(xiàng)特定的任務(wù)，客戶(hù)和服務(wù)器協(xié)同工作，以提高運(yùn)行速度和效率。例如，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，用戶(hù)在客戶(hù)端發(fā)出SQL命令查詢(xún)服務(wù)器上某數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，在文件服務(wù)器和客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器這兩種結(jié)構(gòu)中，該命令的執(zhí)行情況是不一樣的。如果讀者不能區(qū)分它們之間的差別，就不可能充分利用客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)為我們提供的強(qiáng)大功能。

　　事實(shí)上，在基于文件服務(wù)器的結(jié)構(gòu)中，查詢(xún)是在客戶(hù)端賦值并執(zhí)行的。這就意味著，如果查詢(xún)涉及的表中有10000條記錄，那么查詢(xún)邏輯會(huì)請(qǐng)求服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將包含這10000條記錄的表全部傳送到自己這兒（客戶(hù)端），在客戶(hù)端進(jìn)行查詢(xún)處理。而在基于客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器原結(jié)構(gòu)里，SQL語(yǔ)句本身將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送并在服務(wù)器內(nèi)執(zhí)行，服務(wù)器使用自己的CPU處理完SQL語(yǔ)句后，只把處理結(jié)果（成功或失?。┩ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)反饋回客戶(hù)端。顯然，這大大減輕了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，同時(shí)也縮短了執(zhí)行時(shí)間。這是對(duì)基于文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)性能的一個(gè)重要改進(jìn)。

　　綜上所述，大型機(jī)和基于文件服務(wù)器的系統(tǒng)由于應(yīng)用程序邏輯必須在大型機(jī)內(nèi)運(yùn)行（針對(duì)集中式結(jié)構(gòu)）或必須在客戶(hù)機(jī)內(nèi)執(zhí)行（針對(duì)文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)），所以不能提供一個(gè)真正可伸縮的系統(tǒng)框架。而客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器系統(tǒng)至少由兩部分組成：一臺(tái)發(fā)出請(qǐng)求的客戶(hù)機(jī)，一臺(tái)為請(qǐng)求服務(wù)的服務(wù)器。這兩個(gè)部分協(xié)同工作，應(yīng)用程序邏輯則分布于客戶(hù)和服務(wù)器之間。這樣一來(lái)，就為開(kāi)發(fā)運(yùn)行更快、更高效的應(yīng)用程序提供了基礎(chǔ)。

　　Intranet和Internet為客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)提供了極好的機(jī)遇。當(dāng)今的Web技術(shù)就是一個(gè)典型的客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)：瀏覽器是客戶(hù)機(jī)，Web站點(diǎn)是服務(wù)器。

　　4.4 軟件開(kāi)發(fā)建議

　　在DCS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行的應(yīng)用程序，應(yīng)該是遵循COM/DCOM標(biāo)準(zhǔn)、通過(guò)ActiveX實(shí)現(xiàn)的客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序。因?yàn)檫@樣的應(yīng)用程序是由ActiveX組件組裝而成的，與其它應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)相比更加健壯、可伸縮性強(qiáng)且容易維護(hù)。

　　另外，應(yīng)注意：由于微軟的重新命名，OLE文檔已成為ActiveX文檔；OLE控件已成為ActiveX控件；等等。從而OLE這一術(shù)語(yǔ)才真正像它早期縮寫(xiě)的含義那樣，代表"對(duì)象鏈接與嵌入"，而OLE中一些關(guān)鍵技術(shù)和組件則成為重新命名后的ActiveX技術(shù)和組件。

　　需要指出的是，究竟采用何種軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)并不十分重要。采用Visual Basic 5.0以上版本的軟件可以開(kāi)發(fā)出人機(jī)界面十分友好的組態(tài)軟件和監(jiān)視軟件，這也被大量的專(zhuān)業(yè)化組態(tài)軟件公司優(yōu)先采用，畢竟它是幾乎所有軟件編制人員最易上手的工具。它本身具備良好的可視化界面（所見(jiàn)即所得）和良好的結(jié)構(gòu)化風(fēng)格，允許多人協(xié)同工作。由于最大的軟件開(kāi)發(fā)工作量之一是編制界面，我們沒(méi)有必要選擇太專(zhuān)業(yè)化的開(kāi)發(fā)工具，因?yàn)槭煜ず驼莆帐切枰^長(zhǎng)時(shí)間。也有公司采用Visual Basic Visual C++5.0或Visual J++等語(yǔ)言，可以相互彌補(bǔ)各自的不足。近段時(shí)間，國(guó)內(nèi)外有不少公司試著采用Java甚至HTML語(yǔ)言編制動(dòng)態(tài)的組態(tài)軟件，將枯燥乏味的組態(tài)軟件工作當(dāng)作是動(dòng)畫(huà)編輯，逐步得到人們的首肯。這對(duì)今后工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的大量應(yīng)用無(wú)疑將占盡先機(jī)，也逐步展現(xiàn)出迷人的前景。

　　5．DCS向FCS系統(tǒng)的過(guò)渡及其發(fā)展方向

　　前面我們介紹了，今后DCS系統(tǒng)的發(fā)展必將是以在DCS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的FCS替代現(xiàn)在的DCS，因?yàn)镕CS順應(yīng)了自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展潮流。

　　為了今后的開(kāi)發(fā)工作不迷失方向，我們有必要了解FCS的主要構(gòu)成、現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展方向，應(yīng)該說(shuō)，今天我們討論的DCS應(yīng)該是今后的FCS：

　　5．1七十年代以前，控制系統(tǒng)中采用模擬量對(duì)傳輸及控制信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳遞，其精度差、受干擾信號(hào)影響大，因而整個(gè)控制系統(tǒng)的控制效果及系統(tǒng)穩(wěn)定性都很差。七十年代末，隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，微處理器技術(shù)得到很大發(fā)展。微處理器功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、通過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌陔娐酚糜诳刂葡到y(tǒng)，控制效果得到提高；但是盡管如此，還是屬于集中式控制系統(tǒng)。隨著過(guò)程控制技術(shù)、自動(dòng)化儀表技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和發(fā)展，控制領(lǐng)域又發(fā)生了一次技術(shù)變革。這次變革使傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)（如集散控制系統(tǒng)）無(wú)論在結(jié)構(gòu)上還是在性能上都發(fā)生了巨大的飛躍，這次變革的基礎(chǔ)就是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的產(chǎn)生。

　　5．2現(xiàn)場(chǎng)總線是連接現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備和自動(dòng)化控制設(shè)備的雙向串行、數(shù)字式、多節(jié)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)，它也被稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)（INFRANET）。80年代以來(lái)，各種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)，人們要求對(duì)傳統(tǒng)的模擬儀表和控制系統(tǒng)變革的呼聲也越來(lái)越高，從而使現(xiàn)場(chǎng)總線成為一次世界性的技術(shù)變革浪潮。美國(guó)儀表協(xié)會(huì)(ISA)于1984年開(kāi)始制訂現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，在歐洲有德國(guó)的PROFIBUS和法國(guó)的FIP等，各種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)形成。其中主要的有：基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF（Foundation Fieldbus）、控制局域網(wǎng)絡(luò)CAN（Controller Area Network）、局部操作網(wǎng)絡(luò)LonWorks（Local Operating Network）、過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS（Process Field Bus）和HART協(xié)議(Highway Addressable Remote Transducer)等。但是，總線標(biāo)準(zhǔn)的制定工作并非一帆風(fēng)順，由于行業(yè)與地域發(fā)展等歷史原因，加上各公司和企業(yè)集團(tuán)受自身利益的驅(qū)使，致使現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)工作進(jìn)展緩慢。但是不論如何，制定單一的開(kāi)放國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)是發(fā)展的必然。

　　5．3　當(dāng)前流行的幾類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)總線

　　5．3．1　基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF

　　基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF是在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的一種技術(shù)。其前身是以美國(guó)Fisher－Rosemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門(mén)子等80家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地150家公司制定的World FIP協(xié)議。這兩大集團(tuán)于1994年9月合并，成立了現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)，致力于開(kāi)發(fā)出國(guó)際上統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。

　　基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線分為H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31.25Kbps，通信距離可達(dá)1.9km，可支持總線供電和本質(zhì)安全防暴環(huán)境。H2的傳輸速率可為1Mbps和2.5Mbps兩種，通信距離為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可為雙絞線、光纜和無(wú)線，其傳輸信號(hào)采用曼切斯特編碼?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線以ISO/OSI開(kāi)放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶(hù)層。用戶(hù)層主要針對(duì)自動(dòng)化測(cè)控應(yīng)用的需要，定義了信息存取的統(tǒng)一規(guī)則，采用設(shè)備描述語(yǔ)言規(guī)定了通用的功能塊集。FF總線包括FF通信協(xié)議、ISO模型中的2～7層通信協(xié)議的通棧、用于描述設(shè)備特性及操作接口的DDL設(shè)備描述語(yǔ)言、設(shè)備描述字典，用于實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制、工程量轉(zhuǎn)換的應(yīng)用功能塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)管理功能的系統(tǒng)軟件技術(shù)以及構(gòu)筑集成自動(dòng)化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術(shù)。

　　5．3．2　CAN總線

　　CAN總線最早是由德國(guó)Bosch公司推出，用于汽車(chē)內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。其總線規(guī)范已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并且廣泛應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域。它也是基于OSI模型，但進(jìn)行了優(yōu)化，采用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，提高了實(shí)時(shí)性。其節(jié)點(diǎn)有優(yōu)先級(jí)設(shè)定，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、廣播模式通信。各節(jié)點(diǎn)可隨時(shí)發(fā)送消息。傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率與總線長(zhǎng)度有關(guān)。CAN總線采用短消息報(bào)文，每一幀有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)；當(dāng)節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)時(shí)，可自動(dòng)關(guān)閉，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。

　　5．3．3　LonWorks總線

　　LonWorks技術(shù)是美國(guó)ECHELON公司開(kāi)發(fā)，并與Motorola和東芝公司共同倡導(dǎo)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。它采用了OSI參考模型全部的七層協(xié)議結(jié)構(gòu)。LonWorks技術(shù)的核心是具備通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片實(shí)現(xiàn)完整的

　　LonWorks的LonTalk通信協(xié)議。其上集成有三個(gè)8位CPU。一個(gè)CPU完成OSI模型第一和第二層的功能，稱(chēng)為介質(zhì)訪問(wèn)處理器。一個(gè)CPU是應(yīng)用處理器，運(yùn)行操作系統(tǒng)與用戶(hù)代碼。還有一個(gè)CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器，作為前兩者的中介，它進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變量尋址、更新、路徑選擇、網(wǎng)絡(luò)通信管理等。由神經(jīng)芯片構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)之間可以進(jìn)行對(duì)等通信。LonWorks支持多種物理介質(zhì)并支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組網(wǎng)方式靈活，其IS－78本安物理通道使得它可以應(yīng)用于危險(xiǎn)區(qū)域。LonWorks應(yīng)用范圍主要包括樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制等，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面有較優(yōu)越的性能。

　　5．3．4　PROFIBUS總線

　　PROFIBUS是符合德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50179的現(xiàn)場(chǎng)總線，包括 PROFIBUS－DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA三部分。它也只采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。PROFIBUS支持主從方式、純主方式、多主多從通信方式。主站對(duì)總線具有控制權(quán)，主站間通過(guò)傳遞令牌來(lái)傳遞對(duì)總線的控制權(quán)。取得控制權(quán)的主站，可向從站發(fā)送、獲取信息。PROFIBUS－DP用于分散外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域。FMS型適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開(kāi)關(guān)等。而PA型則是用于過(guò)程自動(dòng)化的總線類(lèi)型。

　　5. HART總線 　　

　　HART協(xié)議是由Rosemount公司于1986年提出的通信協(xié)議。它是用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備間通信的一種協(xié)議。它包括ISO/OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。HART通信可以有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多點(diǎn)連接模式。這種協(xié)議是可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中的過(guò)渡產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過(guò)渡時(shí)期具有較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在智能儀表市場(chǎng)上占有很大的份額。

　　5．4　現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

　　5．4．1　結(jié)構(gòu)

　　隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)和成熟，促使了控制系統(tǒng)由集散控制系統(tǒng)（DCS）向現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的過(guò)渡。在一般的FCS系統(tǒng)中，遵循一定現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)儀表可以組成控制回路，使控制站的部分控制功能下移分散到各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表中。從而減輕了控制站負(fù)擔(dān)，使得控制站可以專(zhuān)職于執(zhí)行復(fù)雜的高層次的控制算法。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制應(yīng)用，甚至可以把控制站取消，在控制站的位置代之以起連接現(xiàn)場(chǎng)總線作用的網(wǎng)橋和集線器，操作站直接與現(xiàn)場(chǎng)儀表相連，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。

　　5．4．2　特點(diǎn)

　　分布式的FCS系統(tǒng)比DCS系統(tǒng)更好地體現(xiàn)了“信息集中，控制分散"的思想。與傳統(tǒng)的DCS 相比，F(xiàn)CS有其自身的特點(diǎn)。FCS系統(tǒng)具有高度的分散性，它可以由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成自治的控制回路?，F(xiàn)場(chǎng)儀表或設(shè)備具有高度的智能化與功能自主性，可完成控制的基本功能，并可以隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行情況。另外，F(xiàn)CS的結(jié)構(gòu)比DCS簡(jiǎn)化。有的FCS系統(tǒng)省略了DCS中控制站這一層，操作站直接與現(xiàn)場(chǎng)儀表相連。這些使FCS的可靠性得到提高。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)具有開(kāi)放性。系統(tǒng)對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)具有一致性、公開(kāi)性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。通信協(xié)議一致公開(kāi)，各不同廠家的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)信息交換，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線可構(gòu)筑自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)放互連系統(tǒng)。系統(tǒng)的開(kāi)放性決定了它具有互操作性和互用性?；ゲ僮餍灾富ミB設(shè)備間、系統(tǒng)間信息傳送與溝通；而互用則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類(lèi)似的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換。作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線還對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有較強(qiáng)地適應(yīng)性。它支持雙絞線、同軸電纜、光纜、無(wú)線和電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

　　由于結(jié)構(gòu)上的改變，F(xiàn)CS比DCS更節(jié)約硬件設(shè)備。使用FCS可以減少大量的隔離器、端子柜、I/O卡及I/O端口，這樣就節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間；同時(shí)減少了大量電纜，可以極大地節(jié)省安裝費(fèi)用。與此同時(shí)，F(xiàn)CS比DCS性能有所提高。由于免去了D/A與A/D變換，使儀表精度得到極大的提高；通過(guò)將PID功能植入到相應(yīng)的智能傳感器中去，使控制周期大為縮短。目前FCS可以從DCS的每秒調(diào)節(jié)2～5次增加到每秒調(diào)節(jié)10～20次，改善了調(diào)節(jié)性能。FCS控制系統(tǒng)與DCS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較見(jiàn)圖1。

　　5．4．3　現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

　　由于現(xiàn)場(chǎng)總線的以上特點(diǎn)，特別是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，使其從設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。它不僅節(jié)省了硬件數(shù)量與投資，節(jié)省了安裝費(fèi)用，而且系統(tǒng)的維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)也大大地降低?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)不僅精確度與可靠性高，在方便使用和維護(hù)性方面，F(xiàn)CS也比DCS有優(yōu)勢(shì)。FCS使用統(tǒng)一的組態(tài)方式，安裝、運(yùn)行、維修簡(jiǎn)便；利用智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表，使維修預(yù)報(bào)（Predicted maintenance）成為可能；由于系統(tǒng)具有互操作性和互用性，用戶(hù)可以自由選擇不同品牌的設(shè)備達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成，在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可以自由選擇替換的設(shè)備，保障用戶(hù)的高度系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。

　　此外，它還具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于重構(gòu)等特點(diǎn)。

　　5．4．4　發(fā)展趨向

　　傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)）具有集中監(jiān)控、分散控制、操作方便的特點(diǎn)。但是，在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)DCS的結(jié)構(gòu)存在一些不足之處，如控制不能做到徹底分散，危險(xiǎn)仍然相對(duì)集中；由于系統(tǒng)的不開(kāi)放性，不同廠家的產(chǎn)品不能互換、互聯(lián)，限制了用戶(hù)的選擇范圍。利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，開(kāi)發(fā)FCS系統(tǒng)的目標(biāo)是針對(duì)現(xiàn)存的DCS的某些不足，改進(jìn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高其性能和通用性。

　　FCS想要在實(shí)際中取代DCS，既要具備DCS所具有的功能，又要能克服DCS的缺點(diǎn)。FCS由于采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，在開(kāi)放性、控制分散等方面優(yōu)于傳統(tǒng)DCS。但是由于它是一種新技術(shù)，目前連標(biāo)準(zhǔn)本身都還沒(méi)有制定統(tǒng)一，因此FCS與成熟的DCS相比，還存在下列的一些欠缺。

　　（1）由于現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)本身尚在發(fā)展中，從而給產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和測(cè)試帶來(lái)難度。這在一定程度上造成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商、生產(chǎn)商少，產(chǎn)品品種單一而且價(jià)格昂貴。

　?。?）在某些場(chǎng)合中，F(xiàn)CS還無(wú)法提供DCS已有的控制功能。由于軟硬件水平的限制，其功能塊的功能還不是很強(qiáng)，品種也不夠齊全；用現(xiàn)場(chǎng)儀表還只能組成一般的控制回路如單回路、串級(jí)、比例控制等，對(duì)于復(fù)雜的、先進(jìn)的控制算法還無(wú)法在儀表中實(shí)現(xiàn)，對(duì)于單回路內(nèi)有多輸入、多輸出的情況缺乏好的解決方案。

　　（3）目前FCS成功的應(yīng)用實(shí)例不多，難以評(píng)估實(shí)際應(yīng)用效果。

　　由于以上這些原因，F(xiàn)CS取代DCS將是一個(gè)逐漸的過(guò)程。在這一過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一些過(guò)渡型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如在DCS中以FCS取代DCS中的某些子系統(tǒng)。用戶(hù)將現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備連接到獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，服務(wù)器配有DCS中連接操作站的上層網(wǎng)絡(luò)接口，與操作站直接通信。在DCS的軟件系統(tǒng)中可增添相應(yīng)的通信與管理軟件。這樣不需要對(duì)原有控制系統(tǒng)作結(jié)構(gòu)上的重大變動(dòng)。

　　（4）當(dāng)前，各種形式的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議并存于控制領(lǐng)域。在樓宇自控領(lǐng)域，Lonworks和CAN網(wǎng)絡(luò)具有一定的優(yōu)勢(shì)；在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域，主要有過(guò)渡型的HART協(xié)議、得到廣泛支持的FF現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議以及同樣較有競(jìng)爭(zhēng)力的PROFIBUS協(xié)議。HART協(xié)議將是目前幾年內(nèi)智能化儀表的主要通信協(xié)議；基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線是過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域中較有前途的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，得到許多自動(dòng)化儀表設(shè)備廠商的支持；由于Lonworks技術(shù)的開(kāi)放性，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了利用它開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)的許多開(kāi)發(fā)商?？紤]到統(tǒng)一的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定的長(zhǎng)期性和艱巨性，傳統(tǒng)DCS的退出將是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程。在一段時(shí)期內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)幾種現(xiàn)場(chǎng)總線共存、同一生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有幾種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連通訊的局面。但是，發(fā)展共同遵從的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，真正形成開(kāi)放式互連系統(tǒng)，是大勢(shì)所趨。

　　6．DCS的硬件系統(tǒng)及其發(fā)展方向

　　關(guān)于硬件系統(tǒng)，我們還沒(méi)有更深入的討論。不過(guò)，DCS或者是今后的FCS硬件肯定會(huì)大量采用單片嵌入式軟硬件系統(tǒng)。這是因?yàn)椋?/P>

　　1. 無(wú)論是DCS的智能模件還是今后FCS的現(xiàn)場(chǎng)模塊，必須具備自我診

　　斷、數(shù)據(jù)交換等功能；

　　2. 由于DCS和今后的FCS都會(huì)將控制、采集任務(wù)下達(dá)給遠(yuǎn)端絕大部分

　　的模件或模塊，以讓其分散系統(tǒng)任務(wù)，故該類(lèi)模件或模塊必須具備狀態(tài)或數(shù)據(jù)采集、或者進(jìn)行PID控制。因此，它不能缺少M(fèi)CU；

　　3. 由于通訊功能的增強(qiáng)，有必要加強(qiáng)通訊協(xié)議的認(rèn)可、總線設(shè)備地址的

　　辨識(shí)、誤碼的智能判斷及相應(yīng)錯(cuò)誤的糾正等。

　　所謂單片嵌入式軟硬件系統(tǒng)是指具備可安裝與PCB（印制板）還儀器、儀表、專(zhuān)業(yè)模塊設(shè)備內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它并不包括我們常說(shuō)的PC計(jì)算機(jī)。

　　6．1采用單片微處理器的嵌入式軟硬件系統(tǒng)

　　這種系統(tǒng)即是我們常說(shuō)的單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它往往采用一片單片機(jī)加外圍芯片構(gòu)成。主要有AD、DA、DI、DO芯片作為與外部設(shè)備交換傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào)。并增加與外部的通訊接口電路、完成所謂的RS485物理接口并配合通訊協(xié)議在控制總線或現(xiàn)場(chǎng)總線上與主計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備交換數(shù)據(jù)。

　　由于傳統(tǒng)的單片機(jī)功能有限，往往還加入了大量的邏輯處理單元和大容量存儲(chǔ)器。例如：采用PAL 、GAL、CPLD等。也有采用FPGA以完成邏輯、譯碼、存儲(chǔ)、通訊控制和特殊布爾計(jì)算。

　　必須指出，單片計(jì)算機(jī)計(jì)術(shù)仍然在不斷發(fā)展。很多單片機(jī)采用RISC精簡(jiǎn)指令集和CPLD、FPGA或者是DSP技術(shù)，可以片內(nèi)帶FLASH MEMORY，并有JTAG接口，可以在線完成程序擦除、下載、調(diào)試等工作。工業(yè)控制領(lǐng)域以16BIT單片機(jī)為主，逐步采用32BIT甚至64BIT單片機(jī)，而應(yīng)用于通訊領(lǐng)域中以8BIT單片機(jī)為多。據(jù)《電子工程專(zhuān)輯》報(bào)道：由于因特網(wǎng)的接入需求為8位MCU帶來(lái)新的活力。這表現(xiàn)在8位單片機(jī)供應(yīng)商紛紛采取措施推出增強(qiáng)因特網(wǎng)接入功能的新型8位MCU，這給本來(lái)由于常規(guī)8位單片機(jī)極高的市場(chǎng)需求又注入新的活力。市場(chǎng)預(yù)計(jì)從2000年的90億美元增加到2004年的160億美元。而16位、32位MCU加起來(lái)還不到8位MCU的一半。完全打破某些專(zhuān)家和公司預(yù)計(jì)的16位MCU將在短時(shí)間內(nèi)替代8位MCU。他們的依據(jù)8位MCU是沒(méi)有能力實(shí)現(xiàn)與因特網(wǎng)連接。然而，這些預(yù)言是錯(cuò)誤的?；?位MCU的低價(jià)格性和軟件嵌入式操作系統(tǒng)的支持，加上單片機(jī)上集成硬件的TCP/IP控制協(xié)處理器。這比采用16位甚至32位MCU要可靠、經(jīng)濟(jì)。如果說(shuō)世界各大廠商在采用8位MCU完成通訊功能、而你卻想用16位MCU，這除非是你的產(chǎn)品成本比別人低得多，否則無(wú)法與別人競(jìng)爭(zhēng)。

　　單片機(jī)系統(tǒng)配備TCP/IP通訊協(xié)議完成以太網(wǎng)接口是目前單片機(jī)的熱點(diǎn)。國(guó)外甚至推出可以發(fā)E_mail、上Web瀏覽的單片機(jī)系統(tǒng)。因此，上網(wǎng)沖浪不再是PC 計(jì)算機(jī)的專(zhuān)利。只有充分享受網(wǎng)上資源的一切設(shè)備才是人們所追求的目標(biāo)。這種技術(shù)的大量使用，無(wú)疑給未來(lái)的工業(yè)以太網(wǎng)探明道路。

　　6．2采用DSP數(shù)字處理器的嵌入式軟硬件系統(tǒng)

　　DSP數(shù)字處理器是近來(lái)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。它實(shí)際上也是單片計(jì)算機(jī)。一般的單片機(jī)內(nèi)部總線采用程序區(qū)和存儲(chǔ)器區(qū)共用的馮－諾依曼結(jié)構(gòu)。程序按步進(jìn)行，必須完成取指、運(yùn)算、執(zhí)行才能完成一個(gè)指令。而DSP采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序區(qū)和存儲(chǔ)器區(qū)完全分開(kāi)，取指、運(yùn)算可以完全分開(kāi)，即在運(yùn)算階段時(shí)可以進(jìn)行取下一條指令操作。故可以高速、并行工作。由于集成大量的存儲(chǔ)器和布爾處理器、復(fù)雜邏輯陣列及特殊算法功能塊，可以高速處理大量數(shù)據(jù)甚至輕而易舉地完成模糊控制或自適應(yīng)控制等，是未來(lái)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向。

　　TMS320系列DSP是美國(guó)德州公司的產(chǎn)品。因其內(nèi)部可以并行運(yùn)行多個(gè)程序故可以處理更復(fù)雜的問(wèn)題，相應(yīng)程序執(zhí)行速度得以大大提高。由于硬件回路功能較強(qiáng)，甚至AD、DA轉(zhuǎn)換器也可以直接選擇DSP某些接口來(lái)構(gòu)成。

　　對(duì)于需要更快的處理速度（與純硬件執(zhí)行速度相當(dāng)）某些設(shè)計(jì)完全可以由FPGA組成硬件，而采用VHDL設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。則其執(zhí)行方式完全并行工作，執(zhí)行指令也完全與常規(guī)的us/步不同，因?yàn)樗皇前疵總€(gè)功能需要多少個(gè)執(zhí)行周期來(lái)完成，而是每個(gè)功能由多少個(gè)“硬件”構(gòu)成，它總共延時(shí)多少ns。這個(gè)“硬件”是由軟件來(lái)描述，而完成功能確實(shí)內(nèi)部的硬件進(jìn)行?？梢哉f(shuō)，它如同一個(gè)半導(dǎo)體廠定制的ASIC電路。內(nèi)部功能由專(zhuān)用硬件構(gòu)成（不過(guò)是看不見(jiàn)硬件），而生成的硬件卻是由軟件進(jìn)行描述而生成的。

　　未來(lái)的DSP最終會(huì)向FPGA過(guò)渡。

　　6．3 DCS模件向FCS模塊的演變

　　常規(guī)的DCS是由若干個(gè)機(jī)柜中安裝各種模件或者是板卡所構(gòu)成。它們相對(duì)集中并且通過(guò)內(nèi)部的通訊、控制總線與各個(gè)模件相連接。由于DCS已經(jīng)發(fā)展很久，但其總體結(jié)構(gòu)變化不大。不過(guò)，這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)明顯顯示出不足：

　　a．由于各板卡集中于幾個(gè)機(jī)柜中，各自的通訊聯(lián)絡(luò)采用專(zhuān)用的協(xié)議，故屬于封閉式，無(wú)法直接與第三方設(shè)備交換數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行相互接口、通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換。開(kāi)放性較差；

　　b. 所有的模件接口采用傳統(tǒng)的DI、DO、AI、AO，需要大量的電纜與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連接。直接導(dǎo)致安裝復(fù)雜、成本居高不下，故障點(diǎn)增多；

　　c. 模件抗干擾能力、防靜電能力差。

　　而FCS模塊強(qiáng)調(diào)可以現(xiàn)場(chǎng)安裝，高可靠性和惡劣的環(huán)境下高防護(hù)等級(jí)可以直接安裝于現(xiàn)場(chǎng)。而相互連接可以通過(guò)冗余的通訊電纜連接，所有連接在通訊總線上的設(shè)備可以共享信息，最終實(shí)現(xiàn)控制功能下移至現(xiàn)場(chǎng)層。

　　7．結(jié)束語(yǔ)：

　　綜上所述，DCS系統(tǒng)最終向FCS系統(tǒng)發(fā)展，我們究竟是使用別人的產(chǎn)品或是自己開(kāi)發(fā)，是開(kāi)發(fā)DCS還是FCS這要根據(jù)我們自身的實(shí)力和情況定。根據(jù)技術(shù)的發(fā)展方向和市場(chǎng)的需求，我認(rèn)為：如果需要開(kāi)發(fā)DCS產(chǎn)品應(yīng)該順應(yīng)技術(shù)的發(fā)展方向和市場(chǎng)的需求進(jìn)行。換句話說(shuō)，應(yīng)該結(jié)合目前現(xiàn)有品牌DCS并有所擴(kuò)展－帶FCS的模塊以逐步向FCS系統(tǒng)過(guò)渡即尋找開(kāi)發(fā)的捷徑。

　　根據(jù)世界上成功合作例子，有許多廠商之間相互合作，例如美國(guó)GE公司與香港Fanuc組成GE FANUC品牌的90XX系列PLC。他們不再是簡(jiǎn)單的OEM組裝，而是進(jìn)入了較高層次的再開(kāi)發(fā)，在亞州市場(chǎng)上取得了巨大成功。我們能否也借鑒此類(lèi)方式合作。而不要采用成套購(gòu)入別人硬件OEM簡(jiǎn)單的生產(chǎn)方式，共同投入技術(shù)，維護(hù)、發(fā)展產(chǎn)品。這樣的合作方式當(dāng)然取決與對(duì)方是否愿意。例如，征得ABB的同意，共同推出適合電站系統(tǒng)的INFI－DF DCS系統(tǒng)，并部分采用自己的硬件和軟件系統(tǒng)，獲得商標(biāo)、硬件、軟件的使用權(quán)，可以在初期按技術(shù)合作入股、提成等方式，在東汽生產(chǎn)模件并投入物力、人力開(kāi)發(fā)與FCS相適應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)總線模塊擴(kuò)展DCS應(yīng)用范圍。

　　如果此類(lèi)方式遭到斷然拒絕，那我們只有獨(dú)立開(kāi)發(fā)自己的DCS系統(tǒng)了。