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DCS培训教程
DCS控制系统培训教材
目录
第一章——Dcs绪论
DCS从1975年问世以来，大约有三次比较大的变革，七十年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发的，也没有动态流程图，通讯网络基本上都是轮询方式的；八十年代就不一样了，通讯网络较多使用令牌方式；九十年代操作站出现了通用系统，九十年代末通讯网络有部份遵守TCP/IP协议，有的开始采用以太网。
总的来看，变化主要体现在Ｉ／Ｏ板、操作站和通讯网络。
控制器相对来讲变化要小一些。
操作站主要表现在由专用机变化到通用机，如PC机和小型机的应用。
但是目前它的操作系统一般采用UNIX，也有小系统采用NT，相比较来看UNIX的稳定性要好一些，NT则有死机现象。
I/O板主要体现在现场总线的引入DCS系统。
从理论上讲，一个DCS系统可以应用于各种行业，但是各行业有它的特殊性，所以DCS也就出现了不同的分支，有时也由于DCS厂家技术人员工艺知识的局限性而引起，如HONEYWELL公司对石化比较熟悉，其产品在石化行业应用较多，而ＢAILEY的产品则在电力行业应用比较普遍。
用户在选择DCS的时候主要是要注意其技术人员是否对该生产工艺比较熟悉；然后要看该系统适用于多大规模，比如NT操作系统的就适应于较小规模的系统；最后是价格，不同的组合价格会有较大的差异，而国产的DCS系统价格比进口的DCS至少要低一半，算上备品备件则要低得更多。
DCS由四部份组成：
I/O板、控制器、操作站、通讯网络。
I/O板和控制器国际上各DCS厂家的技术水平都相差不远，如果说有些差别的话是控制器内的算法有多有少，算法的组合有些不一样，I/O板的差别在于有的有智能，有些没有，但是控制器读取所有I/O数据必须在一秒钟内完成一个循环；操作站差别比较大，主要差别是选用PC机还是选用小型机、采用UNIX还是采用NT操作系统、采用专用的还是通用的监视软件,操作系统和监视软件配合比较好时可以减少死机现象；差别最大的是通讯网络，最差的是轮询方式，最好的是例外报告方式，根据我们的实验，其速度要相差七八倍。
第二章——DCS最新操作站--通用操作站
DCS系统包括三大部分：
带I/O部件的控制器、通讯网络和人机接口。
人机接口包括操作站、工程师站和历史站。
控制器I/O部件和生产过程相联接，操作站和人相联系，通讯网络把这两部分联成系统。
所以操作站是DCS的重要组成部分，工程师站给控制器和操作站组态，历史站记录生产过程的历史数据。
最近几年开发的人机界面还有动态数据服务器。
一个DCS系统控制器和I/O部件通常可以运行16-20年，而操作站因为有活动部件，所以比较容易损坏，如：
硬盘、键盘、CRT、软驱等，运行6-8年后出现故障的概率就比较大，所以在DCS运行过程中，操作站更新的情况比较多。
DCS的控制器的变化较小。
其变化表现在控制算法的安排、控制算法的多少，存取的I/O点数的多少和内存的大小等，操作系统一般都是专用的。
操作站的变化就很大，八十年代以前的操作站，一般没有硬盘及动态流程图，能显示的标签数比较少，例如500个标签（标签指的是AI、DI、回路、开关量的逻辑关系等），八十年代出现了能显示5000个标签的操作站，九十年代出现了能显示30000个标签的操作站。
同时，也出现了在微软的NT通用平台上运行的通用显示软件。
开始，通用软件只在PLC的操作站上使用，后来也逐渐应用在DCS上。
它的标签量可以达到10000个，甚至更多。
DCS操作站发展的过程（以BAILEY的操作站为例）如下：
一．八十年代初，N90的操作站是OIU系列，当时是无硬盘、无动态流程图的，标签量500。
后来增加了硬盘和流程图，标签量1400-5000点。
八十年代中期推出了MCS系列，标签量10000，特别是MCSPULS，它是SCSI接口，可以有30000个标签点，当时在DCS市场上处于领先地位。
1986年，BAILEY产品占世界DCS市场的1/3。
到1988年，共有8500套在世界各国运转。
到了90年代，DCS市场争夺激烈，BAILEY无论在技术上还是在销售方面都不象80年代那样光辉。
于是BAILEY公司欲通过购买FISCHER&PORTER、HARTMANN&BRAUN等公司销售他们的系统来重铸辉煌。
BAILEY的控制器和通讯网络都比较好，但在操作站上面，不能与竞争者相比，BAILEY最新的操作站是以WINDOWSNT、通用微机为基础的ConductorNT。
实际上，该操作站不是为INFI-90开发的，它是FISCHER-PORTER的系统6的操作站，用它的监控软件嵌入和INFI-90通讯的驱动软件而成。
由于销售量不大，磨合的机会少，问题比较多，死机现象严重。
OIS40系列的操作站运行在DEC的VMS平台上。
实际上，它仍然是在MCS操作站的MTOS操作系统平台上，开发了一个与VMS通讯的驱动软件，因为80年代的OIU和MCS在80年代末都已经停止销售。
BAILEY只卖OIS20系列和OIS40系列。
OIS20系列是90年代初推向市场的，它本质上是MCS，但它们能与INFI-90通讯．它的开发、制造成本都比较低，性能也比较好。
OIS20系列的辅站不是用网络来传输信息的，只是在主站上多加了1块显卡来实现辅站。
后来因维护成本很高，硬盘和软驱都难以买到，用户反映不好。
继OIS20系列，BAILEY公司推出了OIS41、OIS42，在操作站之间增加了以太网卡，组成后门网络，可以实现打印机共享。
把图形传给不同主站的能力也有所增强，也给用户提供了开发打印系统的空间，这是后话。
由于OIS40、OIS41、OIS42主机性能较差，所以操作站的性能提高不明显。
直到OIS43Alpha芯片的出现，性能才得到提高。
同时，加拿大BAILEY公司开发了PCV，它是以PC为基础的操作站，采用QNX操作系统。
因为它的标签量较少，价格低廉，运行稳定，故适用于小系统的使用，这就是BAILEY的OIS10系列，版本5以前，只有文本没有图形。
版本5以后既有文本也有图形。
OIS11操作站后门之间用ARCNET联网。
OIS12既可用ARCNET也可用以太网联网。
由于OIS40系列软件结构复杂，故价格较高，更重要的一点是DEC公司被COMPAQ公司兼并，Alpha机255/233停止生产，这给BAILEY公司和用户无疑是雪上加霜。
二.八十年代中期，因为PLC操作站的开发都不太成功，一些软件公司就开发了通用的监控软件，且很快就被PLC制造厂家所采用。
如：
FIX、INTOUCH、ONSPEC等（一共有上百种），由于市场前景较好，所以软件开发商又开发了许多PLC的驱动软件。
到了九十年代，又开发了DCS的驱动软件。
最早采用通用工控监控软件的是MOORE公司的APEC系统，它既可以用INTOUCH也可用FIX。
由于INFI-90系统在九十年代一直没有推出比较优秀的操作站，故PREVISE公司推出了OPsCon操作站。
OPsCon操作站运行在PC硬件平台，NT操作系统下，把FIX作为监控软件，并开发了能与多种DCS通讯的对应驱动软件，标签量为10000个。
因为FIX软件在世界各地已经销售了90000套，它与各种PLC、DCS和NT系统磨合较好，这种操作站可以运用在多种PLC、DCS操作站上。
在INFI-90系统上应用已经有几千台。
如：
新西兰的一家造纸厂，原来已经运行有CONDUCTNT，后来还是改用OPsCon。
通用操作站的出现，给DCS用户带来了以下方便：
１、不必再为原DCS生产厂家是否倒闭、兼并，该型产品是否已经停产、备件是否能够找到而操心。
２、由于通用操作站的适用面广，相对生产量大，成本下降，因而可以节省用户的经费。
维护费用也比较少。
３、采用通用系统要比使用各种不同的专用系统更为简单，用户也可减少人员培训的费用。
４、更新和升级容易。
５、开放性能好，很容易建立生产管理信息系统。
因此，通用操作站是DCS的发展方向。
第三章——DCS在选型中的几个问题
被控制对象确定以后，选用什么样的控制系统就成为重要问题。
主要是根据项目规模和投资预算来考虑的，以数字技术为基础的DCS系统和早期的模拟仪表组成的控制系统，从工程项目的实施来看，本质差别不大，主要考虑项目规模和投资预算，但DCS与模拟仪表相比，它更为复杂，技术性要求更高，下面我来谈谈DCS系统选型中的几个问题。
从理论上来讲，DCS可以用与不同的工艺过程，它是通用的，但是，DCS的制造厂家专长与某一领域。
如：
HOMEYWELL主要用于石化部门，BAILEY公司的N90、INFI90主要用于电力系统，ROSEMOUNT的RS3、Δ-V大多用于化工系统。
但也不能否认不同工艺过程会有一些特殊要求，如：
电厂一定要有电调设备和SOE，石化部门一定要有选择性控制，水泥行业一定要有大纯滞后控制补偿等，选型时也要考虑这些因素。
第二点就是经济性，应该从DCS本身价格和预计所创效益角度考虑。
DCS有国产的和进口的，对相同档次而言，进口的控制功能强一些，有一些先进的控制算法，如Smith预估、三维矩阵运算等，国产DCS价格要比进口的低很多，也能满足技术要求。
从结构上来看，国外DCS的控制器各厂家差别不太远，控制器的预置算法稍有差别，控制器与I/O板的连接方式也有所不同。
而操作站区别较大。
有以PC机为基础的，有以小型机为基础的，操作系统一般选用UNIX类系统。
小型机的价格要比PC机高很多，进口小型机操作站的价格要高于四万美金，而且许多机型已经停产（如DEC公司的VAX机和α机）。
PC机的操作站不到三万美金，它的操作系统采用NT，其稳定性没有UNIX好。
小型机的接口采用SCSI，传输速率是串行的8倍之多。
以NT操作系统作为操作站的，点数要少一些，不然会频繁死机，国产的PC机更便宜得多，采用PC机操作站，可以采用最新的机型，操作人员对软件的安装、调试、联网和开发也要熟悉得多。
监视软件有专用的也可以用通用的，通用的监视软件开放性要好一些，用户应按照项目的规模大小和预算资金来选择使用。
DCS比较贵的原因，除了上述理由外，还有控制器的电源系统，通常采用冗余供电，电源的引入和散热是价格贵的主要原因，各个DCS系统在这方面差别比较大。
把控制器和操作站联系起来的通讯网络也要考虑，如果采用通用的以太网，则网卡等价格很低，专用的网络接口很贵，最贵可以达到20000美金。
因此，经济性与很多因素有关，有时外商给你报价降下来，实际是改变了一些结构而已，并没有给你什么优惠，甚至他的利润还增加了。
这时可取的办法是联系国内类似的单位和请教有经验的专家。
第三点就是承包方的技术力量，也就是承包方对哪一工艺过程和DCS本身比较熟悉。
如经常做化工控制系统的承包商来做轧制的控制系统，他对活套的控制、卷曲的控制和张力的控制等就不太熟悉，做的工程就不会太好。
如果承包方对DCS本身不熟悉，控制器做的太大时会产生死机。
不少工厂都购买了不同厂家的DCS系统，我们称之为“八国联军”状态，此时更要选择技术力量比较强的单位抓总，而不宜选择某一个国外厂商作为承包商。
第四点是售后服务，国外厂商通常情况下配品、备件供应价格高，且不能及时提供。
DCS用户应选择厂商实力雄厚的，技术力量强的、境内技术支持好的厂家。
计算机技术发展很快，DCS厂家也会不断更新它的产品，新旧产品兼容性要好才行，个别厂家新旧系统不兼容，系统升级时造成很大损失。
国内的DCS厂家配品、备件供应比较及时，售后服务方面做的也比较好。
第五点是关于DCS的技术先进性，指系统采用了经过验证的最新技术，并有发展前途和生命力，包括DCS系统的开放和互联，现场总线的应用，第三方软件的支持等。
这里要注意的一点是：
有些厂家为了占领市场，把一些不成熟的产品推到第三世界，如五、六年前DCS缺少小型系统，有的厂家把不太成熟的小型系统推到用户，结果这270多套系统基本都已经提前退役。
早在1983年，某外国公司推销的DCS，在电源出现故障并复电后，控制器的输出是任意的，此时阀门的位置就很危险，这种产品本不能出厂，但还是卖给了我们国家，结果购买单位基本上没有运行。
总之，DCS从七五年到现在已经有二十多年的应用历史了，可靠性方面基本都能达到要求，建立系统时选型是一个非常重要的环节，我们不但主要考虑项目规模和投资预算，还要考虑到一系列其它的因素，选型是否恰当往往从一开始就决定了该系统今后的命运，万万不可掉以轻心。
第四章——DCS动态数据服务器
DCS系统属于基础自动化，MIS系统侧重于办公自动化。
这两者在反映速度上的区别很大，DCS是属于秒级的，而MIS是以小时或更长时间为单位的。
所以这两者之间必须要有隔离设备，这个隔离设备就是动态数据服务器。
它的功能是生产过程监控；历史数据的存储及管理；统计质量控制；设备预防性维护；设备故障诊断；生产优化等。
DCS、PLC采集现场的生产过程数据通过通讯网络把数据传给操作站和动态数据服务器。
动态数据服务器是采集生产全过程的模拟信号或逻辑信号，所以它的采集速度是海量的。
要经过数据淘金，将信号送到生产管理部门。
通常情况下，一个企业往往有几种不同牌号的DCS、PLC，要把这几种信号都集中到动态数据服务器中，最好要选择一个通用显示平台。
在这个平台上来显示不同型号的DCS、PLC的信号。
通用显示平台可采用FIX、INTOUCH、组态王、Synall等软件，开发各种DCS和PLC的驱动软件。
最近出厂的DCS采用通用操作站，它采用NT操作系统，监控软件就是FIX、INTOUCH.不同DCS型号采用不同的驱动软件。
各种DCS之间信号传输采用OPC服务器联接，也可以把少量的信号送到MIS系统的服务器中。
FIX、INTOUCH等软件都能存储历史数据，几十个信号可存储280天之多。
如要存储更多的历史数据，可以采用OSI历史数据库，它可以存储三年以上。
这些通用监控软件都有OSI的接口。
老一代的DCS系统的操作站无论操作系统还是监控软件都是专用的，和其它系统通讯都非常困难。
如要建立系统间的互联，通过计算机接口单元建立动态数据服务器，监控软件仍然可以使用通用的，在NT平台上运行，但它的数据只能上行，不能下行。
在设计MIS系统过程中，最好使用动态数据服务器，不要把DCS和PLC数据直接送到Web否则会影响到DCS、PLC的正常运行。
至于究竟需要建立多少个动态数据服务器，由所需采集的数据量和数据安全决定。
一般情况下，可达10000点。
第五章——多屏操作站和操作站的后门网络
一个DCS系统可以有好几台操作站，每一台操作站可以显示一样的内容，也可以是不一样的内容。
对于电厂来说，一台300MV的发电机组，工艺过程比较集中，通常采用2台操作站冗余运行认为是比较合适的。
但对于大型机组，由于它的输入、输出点数较多，一个显示器不够用，最好有多个显示器。
这时的监控软件应该能支持多屏幕。
早期的DCS都采用在操作站的主机上加分屏卡，如加2分屏，4分屏的分屏卡，分别可连接2台CRT或4台CRT。
用这种方法以增加人机界面。
对于除电厂以外的生产工艺，如水泥厂，钢铁厂，一个生产工艺很长，地域比较分散，并由一套DCS系统控制，它的输入、输出点数较多，为了节省投资，一台操作站往往和一部分生产工艺相对应。
比如水泥厂的回转窑和磨机相隔距离很远，操作站可以安装在两个地方。
这时一台操作站配置一台打印机。
如果其中一台操作站的主机坏了，这台操作站显示的内容就没有了。
为了系统的安全运行，采用标签的重叠组态来实现的。
如该系统有两台操作站，分别为A站和B站，该系统有2000个标签，A、B操作站要分别组态1300个标签，其中300个标签是重叠的。
即使A操作站发生故障，只用要B操作站正常运行，系统照常工作。
因为重要的标签在B操作站上都有了。
值得注意的是，由于重叠组态也会带来负面影响。
会使得A、B操作站的管理人员责任不明确。
由于网络技术的高速发展，人机界面的数量可以不限。
操作站分为主站和从站。
主站连在DCS网络上。
通过DCS网络接口，直接从DCS网络上读取控制器数据库中的数据。
主站的数量是由接口的数量决定的。
从站则与主站相连。
它没有数据库，在显示流程图画面时，由主站显示完整的工艺画面，而从站就显示主站的工艺画面。
从站的数量是不限的。
不论是主站，还是从站，都用后门网络连接起来。
有了后门网络，系统维护时，各操作站之间可作文本拷贝。
系统运行时，即使其中一台主操作站发生故障，它的从站可作为另一台主站的从站。
在网络中，接进打印服务器，服务器有许多通道，几台操作站共用一台或几台打印机。
连接主站和从站的这个网络与DCS网络没有关系。
所以就称为后门网络。
早期的后门网络采用ARCNET，后来由于有的DCS系统的操作站主机采用DEC的小型机，后门网络就采用DECNET或以太网。
在操作站作标签组态时，是否要把重要的I/O点重叠组态要由用户确定。
采用通用操作站以后，系统就成为开放的，各主站和各从站之间用以太网连接，从站的数量不限。
为了提高后门网络的可靠性，以太网的低廉，通常采用双网。
可以做到远程操作。
在局部的地域用网络，会带来很大的方便。
如果过程控制与INTERNET网络相连，会受到病毒或黑客的侵入。
一定要加安全级别、数据单向传输和加防火墙。
以太网之间的协议遵从OSI模型（OpenSystemInterconnection）的七层协议。
七层协议分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
物理层描述传输介质、连接器和信号脉冲标准。
中继器或集线器（hub）也是物理层的设备，它与传输的信息帧的具体内容无关。
帧是发送到介质上的一组数字脉冲。
用以传输信息。
帧的大小为64-1518字节。
帧包括预同步信号，消息头、数据信息和帧校验序列。
中继器或集线器（hub）仅仅放大导线中的电信号，并继续向前传送。
数据链路层描述本地系统之间的拓扑和通信标准。
以太网能与多个物理层标准（双绞线线缆、光缆）和多个网络层标准一起工作。
将网络的物理方面（线缆和数字脉冲）与软件和数据流的抽象世界连接起来。
在网络里传的信息是以帧的格式传输的。
在帧中有消息头和尾，数据报包到帧里。
检测错误，调节数据流量。
帧消息由源和目标介质访问控制（mediaaccesscontrol）MAC地址组成，并利用该信息和数据区的内容建立CRC尾。
数据链路层根据网络采用拓扑规则，发送帧，把帧发到物理层（网络线缆）。
网桥和交换器是数据链路层的设备。
因为它们是支持帧的。
两者都利用帧消息头中的信息调节交通。
帧消息头负责识别是谁发送的信息，信息发送到哪里。
帧消息头包含两个区域，用以识别传输的源和目标，是源和目标系统的节点地址。
帧消息头的大小总是14字节。
网络层描述在不同网段上的系统如何彼此寻找，也定义了网址。
网址是指定给一组物理连接的系统名字或号码。
是所有上层的基石，单位是数据报（datagram）单位如网络的IP数据报传递协议是网络层功能的例子。
网址这一术语，根据采用的协议不同，叫法也不同。
采用IP，叫做子网（subnet）。
传输层处理数据的实际操作，并准备通过网络传送。
如果数据太大而不能作为一个帧，传输层将其分解为更小的部分，并编制序号，序号允许其它系统上的传输层重新将数据组合为最初内容。
帧的CRC校验是在数据链路层进行的，传输层能够起到备用效验的作用。
传输层的功能如IP的传输协议（TCP）、单位是段（segment）。
会话层处理两个或多个系统之间连接的建立和维护。
它保证正确完成具体的服务请求。
如果系统正在运行多个网络应用程序，会话层负责保持正确通信顺序，保证进入的数据引到正确的应用程序。
表示层保证数据可以用于应用程序的形式接收。
它的任务是编码和解码。
应用层的任务是确定何时要求访问网络资源。
第六章——异种系统的互联,时间同步和SDSL技术
一个企业特别是大中型企业有许多工艺过程，每一个工艺过程都有相对独立性。
在不同时期建设或不同时间进行技术改造，一定会采用不同型号的DCS系统，设备连锁和控制等会采用几种不同型号的PLC系统。
为了在企业内建立综合管理信息系统，异种系统的互联和时间同步就成为很重要的问题。
早期DCS和PLC的互连是采用把PLC作为DCS的一个输入板，DCS专们设计一块与PLC的接口板，与DCS的本身的I/O板连在同一条I/O总线上。
控制器读入PLC来的信号，通过DCS的网络把PLC的信号送到DCS操作站上。
这样互连的办法有一个大的缺点是：
PLC的快速信号在慢速反应的DCS的操作站上显示。
经测定，一个微动开关的动作要经过几秒以上的时间才能在DCS的操作站上表现出来。
有的DCS甚至需要8秒。
另一个互联办法是把PLC的个别信号用硬线连到DCS的输入板上，这样输入的点数很少，成本比较高。
有的DCS在DCS网络上设计一个结点，该结点专门用来读取PLC的信号。
把PLC的信号送入DCS的网络是比较困难的。
缺点是开发接口的费用很高。
即使开发成功，接口也经常发生故障。
一个典型例子是燃汽轮机和锅炉联合发电的电厂，燃汽轮机从美国或其它国家进口，燃汽轮机的控制系统（PLC）和主设备一起配成，而锅炉的控制系统由用户自己选配，用户很想把两者的信息在一个操作站上显示。
为开发这个操作站，开发费用在几万美金以上。
即使开发成功，也经常发生故障。
对于PLC来说，70年代中期曾经开发过专用操作站，但不太成功。
后来它就没有开发专用操作站，当时，PLC只处理开关量，在控制器上的数码显示作为人机界面也能满足要求。
PLC的控制器和I/O之间用网络连接。
到80年代末和90年代，模拟量控制进入PLC，。
用户感到没有以CRT为基础的人机界面很不方便，用户选用通用监控软件，运行在NT平台上，采用普通微机作为硬件平台，编出各个PLC的驱动软件，这样PLC也有了操作站。
因为商业原因，一些PLC厂家在90年代也开发了监控软件。
并企图成为工控通用监控软件。
由于开发时间很晚，不仅各个PLC的驱动软件太少，而且市场也被其他软件占据。
对于通用监控软件来说，微软开发的通讯协议DDE（DYNAMICDATAEXCHANGE）、快速DDE、网络DDE等都支持。
uDDE允许Windows环境下各使用的机器建立客户机/服务器关系，发送和接收数据，彼次发送指令。
由服务器提供数据和接收从其它使用的机器发来的感兴趣的数据请求。
发请求的机器就是客户机，送数据的是服务器。
u快速DDE提供许多DDE的信息打包到单个DDE信息中。
打包提高效率，减少服务器和客户机之间传送的DDE数据。
u网络DDE延伸了标准DDE功能，其中包括了局域网通过串行口的通讯。
网络的延伸允许连在网上的不同计算机作为服务器、客户机应用运行的DDE连接。
比如，网络DDE支持连到LAN，或modem上的IBM兼容计算机和诸如在VMS、UNIX等操作环境下的非PC为基础的平台之间的DDE。
uSuitLinkK用于TCP/IP为基础的协议、被设计成满足工业需要，如数据完整性、高吞吐量和容易诊断。
此协议标准只适用于WindowsNT4.0以上。
uOPC（OBJACTLINKEMBEDPROCESSCONTROL）客户机，可以从服务器取数据。
遵守TCP/IP协议。
由于市场需要监控软件，因此，通用监控软件有许多厂商开发，在90年代，有如FIX、INTOUCH、PARAGON、ONSPEC、CIMPLICITY等100多种。
国内有组态王、SYNALL等。
对于监控软件如果开发了许多DCS和PLC的驱动软件，在联网时有许多网络套件，它就成为通用监控软件。
其中驱动软件最多的是FIX和INTOUCH。
在NT平台上，如果采用FIX、INTO
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