《DCS教程》 第一讲 Dcs绪论

DCS教程[第1讲]—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N,相比较来看UNIX的稳定性要好一些,N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/0板、控制器、操作站、通讯网络。I/0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/0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/0 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

筑龙网 WWW. ZHULONG. COM 1 DCS 教程[第 1 讲]——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

DCS教程[第2讲]—DCS最新操作站一通用操作站 DCS系统包括三大部分:带I/0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/0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 个DCS系统控制器和I/0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、CRI、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/0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: 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1000,特别是 MCS PULS,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

筑龙网 WWW. ZHULONG. COM 2 DCS 教程[第 2 讲]——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 MCS PULS，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 WINDOWS NT、通用微机为基础的 Conductor nt。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WMS平台上。实际上,它仍然是在MCS操作站的 MT0S操作系统平台上,开发了一个与WS通讯的驱动软件,因为80年代的0IU和MCS在 80年代末都已经停止销售。 BAILEY只卖0IS20系列和0IS40系列 0IS20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0IS41l、0IS42,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0IS40、0IS41、0IS42主机性能较差,所以 操作站的性能提高不明显。直到0IS43 Alpha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0IS40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 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MO0RE公司的APEC系统

筑龙网 WWW. ZHULONG. COM 3 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 WINDOWS NT、通用微机为基础的 Conductor NT。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 OIS43 Alpha 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 OPs Con操作站。 OScOn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1000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M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 CONDUCT NT,后来还是改用 OPs Con 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

筑龙网 WWW. ZHULONG. COM 4 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 CONDUCT NT，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

DCS教程[第3讲]—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S0E,石化部门一定要有选择性控制,水泥行业 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/0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

筑龙网 WWW. ZHULONG. COM 5 DCS 教程[第 3 讲]——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