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4000164-520 TRICON DCS系統(tǒng)技術(shù)分析
從不同方向發(fā)展起來的DCS在結(jié)構(gòu)上、軟件方面有些區(qū)別。儀表背景的公司開發(fā)的DCS控制器的軟件部分比較符合儀表工程人員應(yīng)用的習(xí)慣,如Honeywell公司的TDC2000、Bailey公司的N90、Yokogawa公司的YEWPACKMARKII,特別是組態(tài)方式比較方便。傳動(dòng)公司設(shè)計(jì)的DCS更象PLC系統(tǒng),如WestingHouse公司開發(fā)的WDPFI系統(tǒng),其輸入輸出卡就是可編程的NL系列的采集卡。計(jì)算機(jī)背景出身的公司設(shè)計(jì)的DCS的人機(jī)界面比較友好,通訊網(wǎng)絡(luò)比較先進(jìn),如MeasuresVision2002Network。從DCS控制站、操作站、數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)幾方面來看,各大DCS廠商推出的系統(tǒng)存在著共同點(diǎn)。
1.DCS控制站
DCS系統(tǒng)中,控制站是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī),實(shí)際運(yùn)行中可以不與操作站及網(wǎng)絡(luò)相連的情況下,完成過程控制策略,保證生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行。它的主要I/O設(shè)備為現(xiàn)場(chǎng)的輸入、輸出處理設(shè)備,以及過程輸入/輸出(PI/O)。關(guān)于DCS控制站的系統(tǒng)軟件,原則上也有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、編程語言及編譯系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、自診斷系統(tǒng)等,只是完善程度不同而己。
目前多數(shù)DCS控制站的系統(tǒng)軟件齊全,操作站或工程師站可以完成離線組態(tài)及在線修改控制策略。為了完成控制策略,目前典型的功能模塊有50多種,這是DCS廠家的專有技術(shù)。對(duì)于順序控制和批量控制組態(tài)編程,各種DCS控制站采用不同的方法,直到近年來才向IEC61131-3編程語言標(biāo)準(zhǔn)靠攏。中小型DCS控制站,多數(shù)以控制16-32回路為限并支持分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。目前小型DCS所占有的市場(chǎng),已逐步與PLC、IPC、FCS共享。
2.DCS操作站
DCS操作站具有操作員功能、工程師功能、通信功能和高級(jí)語言功能等,其中工程師功能中包括系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)通用(Utility)功能。實(shí)際的DCS操作站是典型的計(jì)算機(jī),它與控制站不同,有著豐富的外圍設(shè)備和人機(jī)界面。目前大多數(shù)DCS操作站已采用高檔工控機(jī),操作系統(tǒng),客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)結(jié)構(gòu),DDE(動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換)或OPC(用于過程控制對(duì)象鏈接嵌入)接口技術(shù),以太網(wǎng)接口與管理網(wǎng)絡(luò)相連。在采用通用監(jiān)控圖形軟件(如iFIX、Intouch等)這一點(diǎn)上,和DCS廠家做法不一,有的以此為平臺(tái),形成“軟DCS”操作站,這多用于中小型DCS,或以此類軟件為核心,進(jìn)行二次開發(fā);大多數(shù)DCS廠家對(duì)原來的組態(tài)軟件進(jìn)行改造,使之符合上述特點(diǎn),滿足系統(tǒng)開放要求。
3.數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)
現(xiàn)代DCS通信功能的發(fā)展是與全廠管理網(wǎng)絡(luò)(以太網(wǎng))技術(shù)相融合,逐漸實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)由多重結(jié)構(gòu)向扁平化過渡,第四代DCS的通信系統(tǒng)特點(diǎn)是具有開放性。過去各DCS廠家都以專利形式發(fā)表(或購買)DCS通信技術(shù)。因?yàn)閿?shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)牽涉到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信介質(zhì)(信道)、通信協(xié)議、不同用戶行業(yè)的行規(guī)等方面,所以到現(xiàn)在也沒有工業(yè)(或過程工業(yè))網(wǎng)絡(luò)的完整的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然目前IEEE802.4令牌總線傳輸方式和IEEE802.5令牌環(huán)網(wǎng)傳輸方式的通信協(xié)議在DCS系統(tǒng)中應(yīng)用最廣;國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)提出的開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)參考模型即ISO/OSI7層模型,規(guī)定了通信過程分段和網(wǎng)絡(luò)功能分層,這是們討論DCS通信標(biāo)準(zhǔn)化或開放性的共同語言。
在DCS中采用數(shù)字通信技術(shù)、在控制站內(nèi)采用站內(nèi)通信總線及遠(yuǎn)程I/O總線,以及在第四代DCS的控制站內(nèi)增加了連接PLC、分析儀和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的接口卡,使DCS與現(xiàn)場(chǎng)儀表之間的接線減少,并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行設(shè)備管理,這為DCS向下兼容并與現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)融合打下基礎(chǔ)。I/O板和控制器國際上各DCS廠家的技術(shù)水平都相差不遠(yuǎn),如果說有些差別的話是控制器內(nèi)的算法有多有少,算法的組合有些不同,I/O板的差別在于智能化和非智能化,但是控制器讀取所有I/O數(shù)據(jù)都必須在1s內(nèi)完成一個(gè)循環(huán);操作站差別比較大,主要差別是選用PC機(jī)還是選用小型機(jī)、采用UNIX還是采用NT操作系統(tǒng)、采用專用的還是通用的監(jiān)視軟件,操作系統(tǒng)和監(jiān)視軟件配合比較好時(shí)可以減少死機(jī)現(xiàn)象;差別最大的是通訊網(wǎng)絡(luò),最差的是輪詢方式,最好的是例外報(bào)告方式,根據(jù)實(shí)驗(yàn),其速度要相差七八倍。實(shí)踐證明,采用通用軟硬件比DCS廠商開發(fā)專用軟硬件更能提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、開放性。多數(shù)DCS廠商自己已經(jīng)不再開發(fā)組態(tài)軟件平臺(tái),而轉(zhuǎn)入采用兄弟公司(如Invensys用Wonderware軟件為基礎(chǔ))的通用組態(tài)軟件平臺(tái),或其他公司提供的軟件平臺(tái)(Emerson用Inblution的軟件平臺(tái)做基礎(chǔ))。此外,多DCS廠家甚至I/O組件也采用OEM方式(Invensys采用Eurothem的I/O模塊,橫河的R3采用富士電的Processio作為I/O單元基礎(chǔ),Honeywell公司的PKS系統(tǒng)則采用Rockwell公司的PLC單元)作為現(xiàn)場(chǎng)控制站。