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技術(shù)頻道

DCS教程[第12講]——異種系統(tǒng)的互聯(lián),時間同步和SDSL

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(shè)或不同時間進行技術(shù)改造,一定會采用不同型號的DCS系統(tǒng),設(shè)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(nèi)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DCSPLC的互連是采用把PLC作為DCS的一個輸入板,DCS專家們設(shè)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(wǎng)絡(luò)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(yīng)的DCS的操作站上顯示。經(jīng)測定,一個微動開關(guān)的動作要經(jīng)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DCSDCS網(wǎng)絡(luò)上設(shè)計一個結(jié)點,該結(jié)點專門用來讀取PLC的信號。把PLC的信號送入DCS的網(wǎng)絡(luò)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(jīng)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(shè)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(jīng)常發(fā)生故障。
    對于PLC來說,70年代中期曾經(jīng)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(dāng)時,PLC只處理開關(guān)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(wǎng)絡(luò)連接。到80年代末和90年代,模擬量控制進入PLC,。用戶感到?jīng)]有以CRT為基礎(chǔ)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(qū)動軟件,這樣PLC也有了操作站。
    對于通用監(jiān)控軟件來說,如INTOUCH軟件,支持微軟開發(fā)的通訊協(xié)議DDEDYNAMIC DATA EXCHANGE)、快速DDE 、網(wǎng)絡(luò)DDE等。
    u DDE允許Windows環(huán)境下各使用的機器建立客戶機/服務(wù)器關(guān)系,發(fā)送和接收數(shù)據(jù),彼此發(fā)送指令。由服務(wù)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(wù)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(wù)器和客戶機之間傳送的DDE數(shù)據(jù)。
    u 網(wǎng)絡(luò)DDE 延伸了標(biāo)準DDE功能,其中包括了局域網(wǎng)通過串行口的通訊。網(wǎng)絡(luò)的延伸允許連在網(wǎng)上的不同計算機作為服務(wù)器、客戶機應(yīng)用運行的DDE連接。比如,網(wǎng)絡(luò)DDE支持連到LAN,或modem上的IBM兼容計算機和諸如在VMSUNIX等操作環(huán)境下的非PC為基礎(chǔ)的平臺之間的DDE。
    u SuiteLinkK用于TCP/IP為基礎(chǔ)的協(xié)議、被設(shè)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(biāo)準只適用于Windows NT4.0以上。
    u OPCOBJECT LINKING EMBED PROCESS CONTROL)客戶機,可以從服務(wù)器取數(shù)據(jù)。遵守TCP/IP協(xié)議。
    由于監(jiān)控軟件有需求,因此,許多廠商都來開發(fā)。在90年代,有如FIX、INTOUCH、PARAGON、ONSPEC、CIMPLICITY100多種。國內(nèi)有組態(tài)王、SYNALL等。各個監(jiān)控軟件分別開發(fā)了許多DCSPLC的驅(qū)動軟件,其中驅(qū)動軟件最多的是FIXINTOUCH。在NT平臺上,如果采用FIX、INTOUCH軟件,彼此可作為服務(wù)器,也可作為客戶機,彼此可以交換數(shù)據(jù)。
    DCS70年代問世時,計算機技術(shù)還比較低,市場上可以選用的零部件比較少。DCS生產(chǎn)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(qū)。甚至連接用的電纜和插頭、插座也是專用的。這樣作也不能排除DCS廠家為了獲取最大的商業(yè)利益而考慮的。它們是DCS軟件、硬件的唯一提供者,他們只能保證他們自己的系統(tǒng)能夠通訊,雖然作了許多工作,但還是不能與其他系統(tǒng)互聯(lián)。有人比喻專用系統(tǒng)與宗教組織類似,與別人幾乎不相容,每一個商家都設(shè)法維護與它的信任者們的市場共享。當(dāng)我們描述兩個不同專用產(chǎn)品或操作系統(tǒng)支持者之間討論時,經(jīng)常用到宗教戰(zhàn)爭這一術(shù)語。
    由于計算機技術(shù)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,另外操作站和控制器相比,它容易損壞。大約使用7-8年左右,操作站由于買不到如硬盤、軟驅(qū)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、備件難買。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(qū)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(qū)動軟件和提硬件的配置要求,硬件由用戶自己配。經(jīng)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)公司的軟件人員要少有關(guān)。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(qū)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,專用的死機現(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(nèi)死機幾次。隨軟件版本升級,死機現(xiàn)象有增無減。一年內(nèi)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(wǎng)絡(luò)中使用,還沒有網(wǎng)絡(luò)套件軟件。如采用通用監(jiān)控軟件,DCSDCS之間,DCSPLC之間,PLCPLC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DDESuitelink讀取數(shù)據(jù)。它們既可以作為服務(wù)器,也可以作為客戶機。在企業(yè)內(nèi)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(wǎng)絡(luò)版的軟件,經(jīng)組態(tài)后,能通過網(wǎng)絡(luò)組成服務(wù)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(wù)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(biāo)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(wù)器,通過Web服務(wù)器。瀏覽動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。它不是實時數(shù)據(jù)。同時,通過微軟的Glance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(wù)器, 瀏覽數(shù)據(jù),都比服務(wù)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
    用戶熟悉
    異種機的連網(wǎng)也要遵守OSI的七層模型,采用通用監(jiān)控軟件,所有網(wǎng)絡(luò)套件都按開放的規(guī)則編寫。采用通用監(jiān)控軟件,也會帶來負面影響,一些特定的功能可能不能滿足要求。
    各個系統(tǒng)的時間同步也是很重要的問題。網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器是用于所有網(wǎng)上工作站的高品質(zhì)時間同步的設(shè)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(wù)器接收GPS系統(tǒng)中各個衛(wèi)星的原子鐘,再把時間信號送到動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器或DCS的操作站。通過動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器或操作站的DCS的驅(qū)動軟件,把時間信號送到DCS的網(wǎng)絡(luò)上。原來以太網(wǎng)在DCS網(wǎng)絡(luò)中比較少用,但現(xiàn)在也有使用,因為它比較廉價。它廣泛用于管理信息網(wǎng)(MIS)。以太網(wǎng)也采用廣播式協(xié)議,但與令牌網(wǎng)有區(qū)別。它采用隨機訪問的鏈路控制。在以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中,各結(jié)點可以隨機的發(fā)送數(shù)據(jù)。但當(dāng)兩個或更多的結(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時,就產(chǎn)生數(shù)據(jù)發(fā)送沖突。發(fā)生沖突的結(jié)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/碰撞檢測多路訪問技術(shù)。隨機延時的算法有很多種,目前都應(yīng)用于以太網(wǎng)?,F(xiàn)在已經(jīng)有千兆網(wǎng)可以采用點-點通訊。
    目前MIS系統(tǒng)已經(jīng)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(wù)器,送到以太網(wǎng),它的傳輸載體大都采用光纖或同軸電纜。同軸電纜容易受雷擊影響。調(diào)度室通常是中心區(qū)域,以它為基點,連成星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。中心區(qū)域配置有服務(wù)器。如ORACLESYBASE、SQL等。在服務(wù)器中存有各個子模塊。如財務(wù)管理子模塊、人事管理子模塊等。DCS、PLC來的信號是在生產(chǎn)實時子系統(tǒng)模塊內(nèi)。生產(chǎn)實時的數(shù)據(jù)是海量的,它可以自成系統(tǒng),自己設(shè)服務(wù)器,然后再與MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫相連。目前傳輸載體也是光纖或同軸電纜。敷設(shè)光纖的費用比較高(約20000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,可以采用電話線傳輸網(wǎng)絡(luò)的方式。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加特殊以太網(wǎng)的路由器,在數(shù)據(jù)源加MODEN)在布線中要稍加調(diào)整就可以了。以太網(wǎng)路由器、費用較低。這時,光纖和電話線可以同時用于以太網(wǎng)。這就是SDSLSymmetric Digital Subscriber Line)技術(shù)。其顯著優(yōu)點在于:電話通暢,網(wǎng)絡(luò)也就通暢。因而維護簡單。另外,這種技術(shù)在已經(jīng)有電話總機的情況下即可使用,而省去重復(fù)布線費用。
    SDSLSymmetric Digital Subscriber Line)技術(shù)現(xiàn)在國外已廣泛用于工廠網(wǎng)。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。

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