《DCS教程》 第一讲 Dcs绪论

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, 6

筑龙网 WWW. ZHULONG. COM 6 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 DCS教程[第4讲]—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、Syna11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、INT0UCH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0SI历史数据库,它可以存 储三年以上。这些通用监控软件都有0SI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MT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

筑龙网 WWW. ZHULONG. COM 7 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。 DCS 教程[第 4 讲]——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 DCS教程[第5讲]——多屏操作站和操作站的后门网络 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 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, 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 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 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

筑龙网 WWW. ZHULONG. COM 8 点。 DCS 教程[第 5 讲]——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/0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0SI模型( Open System Interconnection)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 ( media access control)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

筑龙网 WWW. ZHULONG. COM 9 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（Open System Interconnection）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 （media access control ）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 DCS教程[第6讲]——异种系统的互联时间同步和SDSL技术 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/0板连在同一条1/0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, 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

筑龙网 WWW. ZHULONG. COM 10 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。 DCS 教程[第 6 讲]——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