以太网I/O接口高速<约100 kHz)扫描所有实时现场仪表和通道组,然后传送数据包到上层控制器。
通常普通控制算法在现场控制器中进行<可由上层控制器下载),而高级控制算法则在上层控制器中进行,其控制输出经以太网集线器和以太网I/O接口传输到现场执行仪表。
因为实时现场仪表挂接在专用的以太网入口地址,并用完全分离的线路传输数据,所以保证了实时数据不会产生传输延滞和线路阻塞。
集线器作为网络的仲裁器,除了控制通信双方的传输时间外,还对传输的数据包进行优先级设置,使每条信息都包含传输优先级等实时参数。
此外智能化的集线器还可以动态检测需要通讯的现场设备所在以太网I/O口,并为之提供数据缓冲区,这样可大大缩短现场设备的响应时间和减少数据的重发次数。
集线器与其它集线器相连可实现不同网络之间的数据共享。
经验证这种采用以太网集线器技术的FCS可使实时数据的延迟时间控制在200纳秒的范围之内,这已足以满足多数场合的实时控制要求。
b、在以太网的协议中加入实时功能
一些FCS的生产商<如ControlNet、Profibus、Modbus和Java等)在开发自己的工业以太网FCS时,在工业以太网协议中加入实时功能,此项技术被称为“地道”,它其实仅仅是在设备中加入特殊的协议芯片,这里不做具体介绍。
c、工业以太网的研究课题
上述研究工作的进展为以太网进入FCS提供了可行性,但要使以太网能在FCS中发挥其强大的网络优势,以满足现代工业控制中日益增长的数据传输和信息传输种类<如语音、图象和视频等)的需要,还有待于研究工作取得更大的突破性进展。
目前的研究工作应集中解决以下两个方面的问题:
1.4尽快推出FCS国际标准
当今的FCS领域出现了世界各大厂商各自为战的混乱局面。
其中有影响的为Intel公司的Bitbus、德国的HART和Profibus、丹麦的P-NET、Honeyvell及AB的WorldFIP、Foxboro,ABB和横河的ISP、FF的H1和H2和Echelon的Lonworks、菲利普的CAN等。
这种混乱局面是因为各大厂商为了抢占市场急于推出自己的产品,而FCS的国际标准又迟迟不能出台所造成的。
标准的不统一使各厂家推出的FCS成为一个个“自动化孤岛”,不同系统和现场设备的兼容性都很差。
FCS的用户强烈呼吁尽快出台FCS的国际标准,以期望实现FCS的“世界大同”。
1994年6月WorldFIP和ISP联合成立了FF,它包括了世界上几乎所有的著名控制仪表厂商在内的100多个成员单位,致力于IEC的FCS国际标准化工作。
但因为部分成员为了自身利益,力图阻止FCS的国际标准出台,形成了FF的FCS国际标准难以“一统天下”的令人担忧的局面。
解决这一问题的途径是:
一是要求FF在其国际标准中推出完善的用户层和严格的互操作性的产品认证;二是提高用户抵制非国际标准的FCS的自觉性。
工业以太网向FCS现场级的延伸。
必须指出,工业以太网FCS中,其现场级总线的传输速度并不理想,这是因为工业以太网还只是在上层控制网络中应用,而许多厂商出于安全考虑,在许多技术问题没有解决之前,现场级尚未使用工业以太网,所以FCS总体的传输速度没有什么质的飞跃。
为了实现以太网向现场级的延伸,除了改进以太网的通讯协议之外,还需要解决网络的本安、现场设备的冗余和通过以太网向现场仪表供电等技术问题。
本人认为,在保留FCS特色的基础上解决上述问题才能使工业以太网具有生命力。
工业以太网的介入为FCS的发展注入了新的活力,随着FCS国际标准的推出以及有关技术问题的突破性进展,一个代表21世纪潮流的工业以太网的现场总线控制系统时代就会到来。
2. PLC与DCS、 FCS比较
PLC是由早期继电器逻辑控制系统与微机计算机技术相结合而发展起来的,它是以微处理器为主的一种工业控制仪表,它融计算机技术、控制技术和通信技术于一体,集顺序控制、过程控制和数据处理于一身,可靠性高、功能强大、控制灵活、操作维护简单。
近几年来,可编程序控制器及组成系统在我国冶金、电厂、轻工石化、矿业、水处理等行业更是到了广泛的应用,并取得了一定的经济效益。
因为工业生产过程是一个分散系统。
用户往往关心的不只是一个控制系统<例如DEH),因为它只是整个生产过程的一部分。
他需要了解、控制整个控制系统。
例如,电厂生产原料是煤、水,而制成品是电。
因此生产过程控制随着工业生产规模不断扩大,控制管理的要求不断提高,过程参数日益增多,控制回路越加复杂,在70年代中期产生了集散控制系统DCS,他一经出现就受到工业控制界的青睐。
DCS是集计算机技术、控制技术、网络通信技术和图形显示技术于一体的系统。
与常规的集中式控制系统相比有如下特点:
1. 实现了分散控制。
它使得系统控制危险性分散、可靠性高、投资减小、维护方便。
2. 实现集中监视、操作和管理。
使得管理与现场分离,管理更能综合化和系统化,
3. 采用网络通信技术,这是DCS的关键技术,它使得控制与管理都具实时性,并解决系统的扩充与升级问题。
目前,因为PLC把专用的数据高速公路应该说,PLC就其现状和发展趋势,更接近PCS系统所要求的FCS控制系统。
不过,因为受传统设计理验的影响,完全由PLC系统来构成传统的DCS系统还较难于让国内保守的设计院大量采用,虽然国外已经有大量的基于PLC构成的DCS系统正在正常的运行。
3.我们采用什么样的系统?
我们如果有志于在工业自动化控制系统中施展才能就必须发展DCS或FCS系统。
因为它是未来工控领域的主流发展方向。
至于采用别人的DCS、FCS系统还是自己开发DCS、FCS系统就要看看究竟我们具备什么样的能力,在下面的看法中我将要详细分析我们的主要特点和究竟在技术上需求什么!
如果说今后选择控制系统,我认为应该选择代表成熟的集散式控制系统DCS并具备先进的现场总线控制系统FCS,它们之间应该相互兼容。
3.1采用现有的DCS系统
这就是我在摘要中所提及的“维持现状坐观工控产业的日新月异的发展”。
这种方式相对来讲无需投入较大的人力、物力开发产品,只须完全选用别人的产品,被动学习新的知识,而自动控制开发处则充当项目调试队。
这种方式就目前情况而言可以维持生存,但纵观实例是不可能有大的发展。
3.2采用别人的硬件和软件系统 这种方式我们也曾经尝试过,不过,我们仅仅是降低了部分生产成本。
降低产品总成本的主动权不属于我们,而业绩则属于软硬件开发商。
3.3与别人合作,共同开发新型DCS系统
这种方式我们也曾经尝试过,产品自主权不完全属于我们。
技术水平我们先不用评说。
但市场接纳程度还不理想。
一但合作方短时间没有足够的回报率他是不可能再投入人力、物力以完善系统、提高技术水平。
因为他不可能在一棵树上吊死,他还必须生存!
这也是人之常情。
如果利用别人的成熟产品之品牌组成全方位合作模式,应该说在世界范围是有成功的例子。
关键是应该认真分析、了解为什么市场接纳不够?
怎样才能满足市场生存要求?
3.4完全自己开发DCS系统
这种想法由来已久!
如果DCS开发成功,那不言而喻是一件好事!
无论在电站自动化或者是其他行业中,项目应用的种种努力都是在为自己而作。
其产品成本完全掌握在自己手里。
获得更大的利润不再是一句空话。
不过,我们应该在动手之前,充分了解自己究竟有没有能力开发产品,又有没有能力将其推向市场。
这往往是我们考虑得较多的问题,从而导致我们无法下定决心的关键所在。
那就先让我们分析一下究竟需要什么技术和人才吧!
前面讲了DCS系统是集计算机技术、控制技术、网络通信技术和图形显示技术于一体的系统。
那就需要计算机、图形显示技术<软硬件件开发、系统维护),控制技术<系统项目师、硬件接口),网络通信技术<网络通讯技术及协议标准制定)。
a. 计算机、图形显示技术<软硬件件开发、系统维护):
DCS系统的软件技术包括如下方面:
用于控制组态的软件和图形监视软件、各DI、DO、AI、AO及专用功能模件的嵌入式操作系统软件及控制、管理软件。
用于完成系统要求的硬件平台,如项目师站计算机系统、操作员站计算机系统、DCS机柜内的通用、专用模件。
所有软件的运算、控制指令必须经过与此相配的硬件系统执行。
b. 控制技术<系统项目师、硬件接口)
完成整个控制系统要求的专业化技术知识。
应该熟悉控制对象的工艺过程、特性及要求。
c. 网络通信技术<网络通讯技术及协议标准制定)。
DCS具有一定的通讯手段,为了兼容今后的FCS系统,应具备多种现场通讯手段或通讯转换卡件。
需要熟悉多种通讯协议和接口<集线器、交换器、服务器及光纤通讯、光电转换接口等)。
4.DCS软件系统及其发展方向
随着计算机的普及发展,企业网
当今的集散控制系统一方面其功能已经发生了质的变化。
比如,DCS网络下的控制系统软件能够调用、执行DCS网络中其它计算机上的一个程序,并与之交互,这是其它环境下的应用程序无法实现的;另一方面,DCS网络系统将整个系统的任务分散进行,然后集中监视、操作、管理,这些应用程序因为工作于网络环境下,因而分布极广,已被配置在网络中10台、100台、1000台甚至更多台的机器上运行,如果这些应用程序不够健壮、没有灵活的可伸缩性,将给日后的维护、升级、重新配置带来极大的困难,至少要消耗大量人力、财力和物力。
而这种维护、升级、重新配置随着市场的发展,用户需求的扩大是不可避免的。
为了解决这一问题,微软在对Windows系统本身进行改进、升级的同时,对Windows应用程序的标准、结构等也进行了重新定义,这就是:
遵循组件对象模型
客户机/服务器结构的主要思想是:
根据COM/DCOM标准,将应用程序分割成若干个相互独立的逻辑单元,每个逻辑单元为应用程序提供一定的服务<以后就会明白这些逻辑单元被称为ActiveX组件),通过ActiveX把这些逻辑单元有机地结合起来,使它们协同工作,完成特定的任务。
应用程序是ActiveX组件对象的集合,这些ActiveX组件对象知道怎样相互通信、相互调用,以实现应用程序要求的功能。
针对Intranet下控制系统的特殊情况,微软给出了一个三层的服务系统模型:
用户逻辑<或用户服务)、商业逻辑<或商业服务)和数据逻辑<或数据服务)。
用户服务提供用户可交互的或显示对数据进行查询、处理结果的屏幕界面等,因为Windows应用程序的屏幕界面已经标准化,所以用户服务相对来说变化不会太大,将它作为一个独立的逻辑单元,可被多个应用程序使用,从而实现了代码的重用;商业服务提供用户处理数据的各种规则,这些规则根据不同的用户有所不同,即使同一用户不同时期也可能不同。
将它作为一个独立的逻辑单元并统一放在网络服务器中,有利于应用程序的日后维护。
如果以后这些规则需要改变,只须重新配置网络服务器中的商业服务,而不需要重新编译客户机的应用程序;数据服务为用户提供各种数据,它是用户的数据源。
实际中,这些数据源可能是Oracle、SQL Server、FoxPro、Access以及其它集散控制系统中的数据库<如:
Fix系统)等等。
4.1 组件对象模型 多年来,软件项目师们一直在尝试编写可迅速嵌入各程序开发项目的可重用代码--软件组件<或简称为组件)。
就像硬件项目师们先设计和制造出可用于各种电子设备的元件,然后利用它们组装成设备一样,控制系统软件开发者可以利用软件组件去组装自己的程序块,且很放心地知道这些组件是无故障的。
这些组件不使用全局变量,并且独立于任何应用程序。
组件对象模型它根据面向对象编程