DCS教程[第6講]——異種系統(tǒng)的互聯(lián),時間同步和SDSL技
一個企業(yè)特別是大中型企業(yè)有許多工藝過程，每一個工藝過程都有相對獨立性。在不同時期建設或不同時間進行技術改造，一定會采用不同型號的DCS系統(tǒng)，設備連鎖和控制等會采用幾種不同型號的PLC系統(tǒng)。為了在企業(yè)內建立綜合管理信息系統(tǒng)，異種系統(tǒng)的互聯(lián)和時間同步就成為很重要的問題。早期DCS和PLC的互連是采用把PLC作為DCS的一個輸入板，DCS專們設計一塊與PLC的接口板，與DCS的本身的I/O板連在同一條I/O總線上?？刂破髯x入PLC來的信號，通過DCS的網絡把PLC的信號送到DCS操作站上。這樣互連的辦法有一個大的缺點是：PLC的快速信號在慢速反應的DCS的操作站上顯示。經測定，一個微動開關的動作要經過幾秒以上的時間才能在DCS的操作站上表現(xiàn)出來。有的DCS甚至需要8秒。另一個互聯(lián)辦法是把PLC的個別信號用硬線連到DCS的輸入板上，這樣輸入的點數(shù)很少，成本比較高。有的DCS在DCS網絡上設計一個結點，該結點專門用來讀取PLC的信號。把PLC的信號送入DCS的網絡是比較困難的。缺點是開發(fā)接口的費用很高。即使開發(fā)成功，接口也經常發(fā)生故障。一個典型例子是燃汽輪機和鍋爐聯(lián)合發(fā)電的電廠，燃汽輪機從美國或其它國家進口，燃汽輪機的控制系統(tǒng)（PLC）和主設備一起配成，而鍋爐的控制系統(tǒng)由用戶自己選配，用戶很想把兩者的信息在一個操作站上顯示。為開發(fā)這個操作站，開發(fā)費用在幾萬美金以上。即使開發(fā)成功，也經常發(fā)生故障。
對于PLC來說，70年代中期曾經開發(fā)過專用操作站，但不太成功。后來它就沒有開發(fā)專用操作站，當時，PLC只處理開關量，在控制器上的數(shù)碼顯示作為人機界面也能滿足要求。PLC的控制器和I/O之間用網絡連接。到80年代末和90年代，模擬量控制進入PLC，。用戶感到沒有以CRT為基礎的人機界面很不方便，用戶選用通用監(jiān)控軟件，運行在NT平臺上，采用普通微機作為硬件平臺，編出各個PLC的驅動軟件，這樣PLC也有了操作站。因為商業(yè)原因，一些PLC廠家在90年代也開發(fā)了監(jiān)控軟件。并企圖成為工控通用監(jiān)控軟件。由于開發(fā)時間很晚， 不僅各個PLC的驅動軟件太少，而且市場也被其他軟件占據(jù)。
對于通用監(jiān)控軟件來說，微軟開發(fā)的通訊協(xié)議DDE（DYNAMIC DATA EXCHANGE）、快速DDE 、網絡DDE等都支持。
u DDE允許Windows環(huán)境下各使用的機器建立客戶機/服務器關系，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，彼次發(fā)送指令。由服務器提供數(shù)據(jù)和接收從其它使用的機器發(fā)來的感興趣的數(shù)據(jù)請求。發(fā)請求的機器就是客戶機，送數(shù)據(jù)的是服務器。
u 快速DDE 提供許多DDE的信息打包到單個DDE信息中。打包提高效率，減少服務器和客戶機之間傳送的DDE數(shù)據(jù)。
u 網絡DDE 延伸了標準DDE功能，其中包括了局域網通過串行口的通訊。網絡的延伸允許連在網上的不同計算機作為服務器、客戶機應用運行的DDE連接。比如，網絡DDE支持連到LAN，或modem上的IBM兼容計算機和諸如在VMS、UNIX等操作環(huán)境下的非PC為基礎的平臺之間的DDE。
u SuitLinkK用于TCP/IP為基礎的協(xié)議、被設計成滿足工業(yè)需要，如數(shù)據(jù)完整性、高吞吐量和容易診斷。此協(xié)議標準只適用于Windows NT4.0以上。
u OPC（OBJACT LINK EMBED PROCESS CONTROL）客戶機，可以從服務器取數(shù)據(jù)。遵守TCP/IP協(xié)議。
由于市場需要監(jiān)控軟件，因此，通用監(jiān)控軟件有許多廠商開發(fā)，在90年代，有如FIX、INTOUCH、PARAGON、ONSPEC、CIMPLICITY等100多種。國內有組態(tài)王、SYNALL等。對于監(jiān)控軟件如果開發(fā)了許多DCS和PLC的驅動軟件，在聯(lián)網時有許多網絡套件，它就成為通用監(jiān)控軟件。其中驅動軟件最多的是FIX和INTOUCH。在NT平臺上，如果采用FIX、INTOUCH等軟件，彼此可作為服務器，也可作為客戶機，彼此可以交換數(shù)據(jù)。
DCS在70年代問世時，計算機技術水平還比較低，市場上可以選用的零部件比較少。DCS生產廠家自己開發(fā)的操作站有專用的操作系統(tǒng)、專用的監(jiān)控軟件、專用的接口硬件和CRT、專用的打印機、專用硬盤和軟驅。甚至連接用的電纜和插頭、插座也是專用的。當然，這樣作也不能排除是DCS廠家為了獲取最大的商業(yè)利益而考慮的。由于計算機技術的飛速發(fā)展，而DCS的發(fā)展沒有計算機快，它處在相對穩(wěn)定的發(fā)展階段。后來市場上的各種微機零部件很多，但DCS都連接不上，異種系統(tǒng)更沒有辦法互連，DCS廠家又都沒有按照市場變化修改自己的軟件，所以DCS成為名符其實的自動化“孤島”。DCS的用戶感到十分不方便，另外操作站比控制器更容易損壞。其壽命大約7-8年左右。操作站由于買不到如硬盤、軟驅等，許多用戶決定在更換操作站時，不再采用原DCS廠家的操作站，因為它價格昂貴、備件難賣。采用PC機和NT平臺，安裝通用監(jiān)控軟件，并開發(fā)和某一具體DCS的驅動軟件，做成通用操作站，代替原來的專用操作站。
有的DCS廠家索性把專用操作站去掉，配以通用操作站。如MOORE公司的APACS系統(tǒng)，在1996年采用INTOUCH軟件（FIX也可以），MOORE公司只提供APACS的驅動軟件和提硬件的配置要求，硬件由用戶自己選配。經使用，運行很好。比MOORE公司自己開發(fā)的監(jiān)控軟件要好用一些。這也許是DCS廠家軟件開發(fā)人員比通用軟件開發(fā)公司的軟件開發(fā)人員少有關。又如MEASUREX的操作站也采用通用監(jiān)控軟件。目前最多的替代操作站是FIX、INTOUCH兩大類型的通用替代操作站。
早期的DCS，廠家分別都自己開發(fā)專用監(jiān)控軟件。編寫程序時，控制器的驅動軟件和顯示軟件不是分開來編寫。如果采用通用微機和NT平臺，它們與通用軟件相比，CPU的開銷要小一些，對硬件的要求比通用的要低一些，但由于是和系統(tǒng)一起銷售，銷售量很小，軟件本身的問題沒有得到充分暴露。如果硬件都能滿足通用、專用要求，專用監(jiān)控軟件的操作站死機現(xiàn)象比通用的嚴重一些。據(jù)了解，某一套DCS系統(tǒng)，硬件為PC機，操作系統(tǒng)為NT，專用監(jiān)控軟件裝配成的操作站，一天內死機幾次。隨著軟件版本升級，死機現(xiàn)象有增無減。一年內打幾次補釘，死機現(xiàn)象仍然存在。專用、通用兩種軟件相比，專用的目前還是比通用的要封閉一些。在網絡中使用，還沒有網絡套件軟件。如采用通用監(jiān)控軟件，DCS和DCS之間，DCS和PLC之間，PLC和PLC之間，各自的人機界面可以互連。只要是微軟的WINDOWS界面，都能作為客戶機，采用DDE、快速DDE和Suitelink讀取數(shù)據(jù)。它們既可以作為服務器，也可以作為客戶機。在企業(yè)內可組成綜合管理信息系統(tǒng)。為了保證操作站的安全運行，可以單獨用一個HMI用于互連。通用監(jiān)控軟件通常有網絡版的軟件，經組態(tài)后，能通過網絡，組成服務器/客戶機格式，把實時信息傳到遠方。在客戶機中，可以實時查看通用軟件做成的動態(tài)數(shù)據(jù)服務器數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。也能把信息送入MIS系統(tǒng)的標準數(shù)據(jù)庫中（如SQL、SYBASE、ORACLE）。通用監(jiān)控軟件在它們的套件軟件中，也有Web軟件，安裝成Web服務器，通過Web服務器。瀏覽動態(tài)數(shù)據(jù)服務器中的數(shù)據(jù)。它不是實時數(shù)據(jù)。同時，通過微軟的GLANZE軟件，也可以接Web。 瀏覽MIS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。采用Web服務器, 瀏覽數(shù)據(jù)，都比服務器/客戶機的方式要慢。
采用通用操作站優(yōu)點歸納如下：
●價格低廉
●DCS功能擴展
●用戶熟息
各個系統(tǒng)的時間同步也是很重要的問題。網絡時間服務器是用于所有網上工作站的高品質時間同步的設備。一般情況下，DCS系統(tǒng)的絕對時間是在操作站上(人機界面)形成的，控制器中只有相對時間。為了時間同步，可以把衛(wèi)星時間GPS(GLOBAL POSITION SYSTEM)作為基準，來校對DCS的時間。具體實現(xiàn)辦法如下：通過衛(wèi)星接收天線，時間服務器接收GPS系統(tǒng)中各個衛(wèi)星的原子鐘，再把時間信號送給動態(tài)數(shù)據(jù)服務器或DCS的操作站。通過動態(tài)數(shù)據(jù)服務器或操作站的DCS的驅動軟件，把時間信號送到DCS的網絡上。原來以太網在DCS網絡中比較少用，但現(xiàn)在也有用的。因為它比較廉價。它廣泛用于管理信息網（MIS），以太網也采用廣播式協(xié)議，但與令牌網有區(qū)別。它采用隨機訪問的鏈路控制。在以太網的網絡中，各結點可以隨機的發(fā)送數(shù)據(jù)。但當兩個或更多的結點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，就產生數(shù)據(jù)發(fā)送沖突。發(fā)生沖突的結點都退回去，用一個隨機延時的算法后再繼續(xù)發(fā)送。即采用載波監(jiān)聽多路訪問技術。隨機延時的算法有很多種，目前都應用于以太網。
目前MIS系統(tǒng)已經與DCS、PLC連接成一個系統(tǒng)，DCS、PLC數(shù)據(jù)通過動態(tài)數(shù)據(jù)服務器，送到以太網，它的傳輸載體大都采用光纖。調度室通常是中心區(qū)域，以它為基點，連成星形網絡結構。中心區(qū)域配置有服務器。如ORACLE、SYBASE、SQL等。在服務器中存有軟件，把軟件編制成子模塊形式。如財務管理子模塊、人事管理子模塊、原材料子模塊等。把DCS、PLC來的信號放在生產實時子系統(tǒng)模塊內。
生產實時的數(shù)據(jù)是海量的，既有實時的，又有歷史的。對于通用監(jiān)控軟件都有歷史數(shù)據(jù)平臺。設服務器，它可以自成系統(tǒng)。最后再與MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫相連，為數(shù)據(jù)安全，還應該有防火墻。目前傳輸載體也大都是光纖。敷設光纖的費用比較高（大約2萬元人民幣/公里）。在用光纖作為載體的MIS系統(tǒng)中，有些地方可能遠離中心區(qū)域，但有少數(shù)數(shù)據(jù)也希望送到中心來顯示，這時不一定用光纖，可以采用電話線。像地衡、輸煤、水處理等地方的數(shù)據(jù)，數(shù)量很少。只要在電話總機的交換機接入特殊的路由器，它有以太網的接口。在信息源加貓（MODEM），布線中要稍加調整就可以了。路由器、MODEM費用不很高。這時，光纖和電話線可以同時用于以太網。這就是SDSL（Symmetric Digital Subscriber Line）技術。SDSL技術的特點是同時既能通電話，又能傳輸網絡。只要電話通了，網絡也就通了。這種技術應用于已經有電話線的廠礦，并有電話總機的情況?，F(xiàn)在國外已廣泛用于工廠網。如果企業(yè)比較小，可以不用光纖，全部用電話線，通訊速率為2.3M 。無論從信息端讀取數(shù)據(jù)還是傳到信息端的指令，速率是一樣的。路由器、MODEM之間的距離可以7000英尺 。在使用時，不同時使用電話，距離還能延長。
對于PLC來說，70年代中期曾經開發(fā)過專用操作站，但不太成功。后來它就沒有開發(fā)專用操作站，當時，PLC只處理開關量，在控制器上的數(shù)碼顯示作為人機界面也能滿足要求。PLC的控制器和I/O之間用網絡連接。到80年代末和90年代，模擬量控制進入PLC，。用戶感到沒有以CRT為基礎的人機界面很不方便，用戶選用通用監(jiān)控軟件，運行在NT平臺上，采用普通微機作為硬件平臺，編出各個PLC的驅動軟件，這樣PLC也有了操作站。因為商業(yè)原因，一些PLC廠家在90年代也開發(fā)了監(jiān)控軟件。并企圖成為工控通用監(jiān)控軟件。由于開發(fā)時間很晚， 不僅各個PLC的驅動軟件太少，而且市場也被其他軟件占據(jù)。
對于通用監(jiān)控軟件來說，微軟開發(fā)的通訊協(xié)議DDE（DYNAMIC DATA EXCHANGE）、快速DDE 、網絡DDE等都支持。
u DDE允許Windows環(huán)境下各使用的機器建立客戶機/服務器關系，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，彼次發(fā)送指令。由服務器提供數(shù)據(jù)和接收從其它使用的機器發(fā)來的感興趣的數(shù)據(jù)請求。發(fā)請求的機器就是客戶機，送數(shù)據(jù)的是服務器。
u 快速DDE 提供許多DDE的信息打包到單個DDE信息中。打包提高效率，減少服務器和客戶機之間傳送的DDE數(shù)據(jù)。
u 網絡DDE 延伸了標準DDE功能，其中包括了局域網通過串行口的通訊。網絡的延伸允許連在網上的不同計算機作為服務器、客戶機應用運行的DDE連接。比如，網絡DDE支持連到LAN，或modem上的IBM兼容計算機和諸如在VMS、UNIX等操作環(huán)境下的非PC為基礎的平臺之間的DDE。
u SuitLinkK用于TCP/IP為基礎的協(xié)議、被設計成滿足工業(yè)需要，如數(shù)據(jù)完整性、高吞吐量和容易診斷。此協(xié)議標準只適用于Windows NT4.0以上。
u OPC（OBJACT LINK EMBED PROCESS CONTROL）客戶機，可以從服務器取數(shù)據(jù)。遵守TCP/IP協(xié)議。
由于市場需要監(jiān)控軟件，因此，通用監(jiān)控軟件有許多廠商開發(fā)，在90年代，有如FIX、INTOUCH、PARAGON、ONSPEC、CIMPLICITY等100多種。國內有組態(tài)王、SYNALL等。對于監(jiān)控軟件如果開發(fā)了許多DCS和PLC的驅動軟件，在聯(lián)網時有許多網絡套件，它就成為通用監(jiān)控軟件。其中驅動軟件最多的是FIX和INTOUCH。在NT平臺上，如果采用FIX、INTOUCH等軟件，彼此可作為服務器，也可作為客戶機，彼此可以交換數(shù)據(jù)。
DCS在70年代問世時，計算機技術水平還比較低，市場上可以選用的零部件比較少。DCS生產廠家自己開發(fā)的操作站有專用的操作系統(tǒng)、專用的監(jiān)控軟件、專用的接口硬件和CRT、專用的打印機、專用硬盤和軟驅。甚至連接用的電纜和插頭、插座也是專用的。當然，這樣作也不能排除是DCS廠家為了獲取最大的商業(yè)利益而考慮的。由于計算機技術的飛速發(fā)展，而DCS的發(fā)展沒有計算機快，它處在相對穩(wěn)定的發(fā)展階段。后來市場上的各種微機零部件很多，但DCS都連接不上，異種系統(tǒng)更沒有辦法互連，DCS廠家又都沒有按照市場變化修改自己的軟件，所以DCS成為名符其實的自動化“孤島”。DCS的用戶感到十分不方便，另外操作站比控制器更容易損壞。其壽命大約7-8年左右。操作站由于買不到如硬盤、軟驅等，許多用戶決定在更換操作站時，不再采用原DCS廠家的操作站，因為它價格昂貴、備件難賣。采用PC機和NT平臺，安裝通用監(jiān)控軟件，并開發(fā)和某一具體DCS的驅動軟件，做成通用操作站，代替原來的專用操作站。
有的DCS廠家索性把專用操作站去掉，配以通用操作站。如MOORE公司的APACS系統(tǒng)，在1996年采用INTOUCH軟件（FIX也可以），MOORE公司只提供APACS的驅動軟件和提硬件的配置要求，硬件由用戶自己選配。經使用，運行很好。比MOORE公司自己開發(fā)的監(jiān)控軟件要好用一些。這也許是DCS廠家軟件開發(fā)人員比通用軟件開發(fā)公司的軟件開發(fā)人員少有關。又如MEASUREX的操作站也采用通用監(jiān)控軟件。目前最多的替代操作站是FIX、INTOUCH兩大類型的通用替代操作站。
早期的DCS，廠家分別都自己開發(fā)專用監(jiān)控軟件。編寫程序時，控制器的驅動軟件和顯示軟件不是分開來編寫。如果采用通用微機和NT平臺，它們與通用軟件相比，CPU的開銷要小一些，對硬件的要求比通用的要低一些，但由于是和系統(tǒng)一起銷售，銷售量很小，軟件本身的問題沒有得到充分暴露。如果硬件都能滿足通用、專用要求，專用監(jiān)控軟件的操作站死機現(xiàn)象比通用的嚴重一些。據(jù)了解，某一套DCS系統(tǒng)，硬件為PC機，操作系統(tǒng)為NT，專用監(jiān)控軟件裝配成的操作站，一天內死機幾次。隨著軟件版本升級，死機現(xiàn)象有增無減。一年內打幾次補釘，死機現(xiàn)象仍然存在。專用、通用兩種軟件相比，專用的目前還是比通用的要封閉一些。在網絡中使用，還沒有網絡套件軟件。如采用通用監(jiān)控軟件，DCS和DCS之間，DCS和PLC之間，PLC和PLC之間，各自的人機界面可以互連。只要是微軟的WINDOWS界面，都能作為客戶機，采用DDE、快速DDE和Suitelink讀取數(shù)據(jù)。它們既可以作為服務器，也可以作為客戶機。在企業(yè)內可組成綜合管理信息系統(tǒng)。為了保證操作站的安全運行，可以單獨用一個HMI用于互連。通用監(jiān)控軟件通常有網絡版的軟件，經組態(tài)后，能通過網絡，組成服務器/客戶機格式，把實時信息傳到遠方。在客戶機中，可以實時查看通用軟件做成的動態(tài)數(shù)據(jù)服務器數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。也能把信息送入MIS系統(tǒng)的標準數(shù)據(jù)庫中（如SQL、SYBASE、ORACLE）。通用監(jiān)控軟件在它們的套件軟件中，也有Web軟件，安裝成Web服務器，通過Web服務器。瀏覽動態(tài)數(shù)據(jù)服務器中的數(shù)據(jù)。它不是實時數(shù)據(jù)。同時，通過微軟的GLANZE軟件，也可以接Web。 瀏覽MIS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。采用Web服務器, 瀏覽數(shù)據(jù)，都比服務器/客戶機的方式要慢。
采用通用操作站優(yōu)點歸納如下：
●價格低廉
●DCS功能擴展
●用戶熟息
各個系統(tǒng)的時間同步也是很重要的問題。網絡時間服務器是用于所有網上工作站的高品質時間同步的設備。一般情況下，DCS系統(tǒng)的絕對時間是在操作站上(人機界面)形成的，控制器中只有相對時間。為了時間同步，可以把衛(wèi)星時間GPS(GLOBAL POSITION SYSTEM)作為基準，來校對DCS的時間。具體實現(xiàn)辦法如下：通過衛(wèi)星接收天線，時間服務器接收GPS系統(tǒng)中各個衛(wèi)星的原子鐘，再把時間信號送給動態(tài)數(shù)據(jù)服務器或DCS的操作站。通過動態(tài)數(shù)據(jù)服務器或操作站的DCS的驅動軟件，把時間信號送到DCS的網絡上。原來以太網在DCS網絡中比較少用，但現(xiàn)在也有用的。因為它比較廉價。它廣泛用于管理信息網（MIS），以太網也采用廣播式協(xié)議，但與令牌網有區(qū)別。它采用隨機訪問的鏈路控制。在以太網的網絡中，各結點可以隨機的發(fā)送數(shù)據(jù)。但當兩個或更多的結點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，就產生數(shù)據(jù)發(fā)送沖突。發(fā)生沖突的結點都退回去，用一個隨機延時的算法后再繼續(xù)發(fā)送。即采用載波監(jiān)聽多路訪問技術。隨機延時的算法有很多種，目前都應用于以太網。
目前MIS系統(tǒng)已經與DCS、PLC連接成一個系統(tǒng)，DCS、PLC數(shù)據(jù)通過動態(tài)數(shù)據(jù)服務器，送到以太網，它的傳輸載體大都采用光纖。調度室通常是中心區(qū)域，以它為基點，連成星形網絡結構。中心區(qū)域配置有服務器。如ORACLE、SYBASE、SQL等。在服務器中存有軟件，把軟件編制成子模塊形式。如財務管理子模塊、人事管理子模塊、原材料子模塊等。把DCS、PLC來的信號放在生產實時子系統(tǒng)模塊內。
生產實時的數(shù)據(jù)是海量的，既有實時的，又有歷史的。對于通用監(jiān)控軟件都有歷史數(shù)據(jù)平臺。設服務器，它可以自成系統(tǒng)。最后再與MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫相連，為數(shù)據(jù)安全，還應該有防火墻。目前傳輸載體也大都是光纖。敷設光纖的費用比較高（大約2萬元人民幣/公里）。在用光纖作為載體的MIS系統(tǒng)中，有些地方可能遠離中心區(qū)域，但有少數(shù)數(shù)據(jù)也希望送到中心來顯示，這時不一定用光纖，可以采用電話線。像地衡、輸煤、水處理等地方的數(shù)據(jù)，數(shù)量很少。只要在電話總機的交換機接入特殊的路由器，它有以太網的接口。在信息源加貓（MODEM），布線中要稍加調整就可以了。路由器、MODEM費用不很高。這時，光纖和電話線可以同時用于以太網。這就是SDSL（Symmetric Digital Subscriber Line）技術。SDSL技術的特點是同時既能通電話，又能傳輸網絡。只要電話通了，網絡也就通了。這種技術應用于已經有電話線的廠礦，并有電話總機的情況?，F(xiàn)在國外已廣泛用于工廠網。如果企業(yè)比較小，可以不用光纖，全部用電話線，通訊速率為
文章版權歸西部工控xbgk所有，未經許可不得轉載。
服務咨詢