浅谈DCS集散控制系统产品开发
| p; 为了折中考虑费用与性能问题，引入了客户机/服务器结构。在这种结构中，允许应用程序逻辑在用户工作站、服务器（不再称为"文件服务器"）或者两者上运行。SQL Server、Oracle等是客户机/服务器结构的代表。 在客户机/服务器结构中，同时至少有两个独立的应用程序在运行：一个是客户应用程序（简称为客户）；另一个是服务器应用程序（简称为服务器）。客户提出请求，服务器响应请求并为其服务。为了完成一项特定的任务，客户和服务器协同工作，以提高运行速度和效率。例如，在网络环境中，用户在客户端发出SQL命令查询服务器上某数据库中的数据，在文件服务器和客户机/服务器这两种结构中，该命令的执行情况是不一样的。如果读者不能区分它们之间的差别，就不可能充分利用客户机/服务器结构为我们提供的强大功能。 事实上，在基于文件服务器的结构中，查询是在客户端赋值并执行的。这就意味着，如果查询涉及的表中有10000条记录，那么查询逻辑会请求服务器通过网络将包含这10000条记录的表全部传送到自己这儿（客户端），在客户端进行查询处理。而在基于客户机/服务器原结构里，SQL语句本身将通过网络传送并在服务器内执行，服务器使用自己的CPU处理完SQL语句后，只把处理结果（成功或失败）通过网络反馈回客户端。显然，这大大减轻了网络的负载，同时也缩短了执行时间。这是对基于文件服务器结构性能的一个重要改进。 综上所述，大型机和基于文件服务器的系统由于应用程序逻辑必须在大型机内运行（针对集中式结构）或必须在客户机内执行（针对文件服务器结构），所以不能提供一个真正可伸缩的系统框架。而客户机/服务器系统至少由两部分组成：一台发出请求的客户机，一台为请求服务的服务器。这两个部分协同工作，应用程序逻辑则分布于客户和服务器之间。这样一来，就为开发运行更快、更高效的应用程序提供了基础。 Intranet和Internet为客户机/服务器结构提供了极好的机遇。当今的Web技术就是一个典型的客户机/服务器结构：浏览器是客户机，Web站点是服务器。 4.4 软件开发建议 在DCS网络环境下运行的应用程序，应该是遵循COM/DCOM标准、通过ActiveX实现的客户机/服务器结构的应用程序。因为这样的应用程序是由ActiveX组件组装而成的，与其它应用程序结构相比更加健壮、可伸缩性强且容易维护。 另外，应注意：由于微软的重新命名，OLE文档已成为ActiveX文档；OLE控件已成为ActiveX控件；等等。从而OLE这一术语才真正像它早期缩写的含义那样，代表"对象链接与嵌入"，而OLE中一些关键技术和组件则成为重新命名后的ActiveX技术和组件。 需要指出的是，究竟采用何种软件进行开发并不十分重要。采用Visual Basic 5.0以上版本的软件可以开发出人机界面十分友好的组态软件和监视软件，这也被大量的专业化组态软件公司优先采用，毕竟它是几乎所有软件编制人员最易上手的工具。它本身具备良好的可视化界面（所见即所得）和良好的结构化风格，允许多人协同工作。由于最大的软件开发工作量之一是编制界面，我们没有必要选择太专业化的开发工具，因为熟悉和掌握是需要较长时间。也有公司采用Visual Basic & Visual C++5.0或Visual J++等语言，可以相互弥补各自的不足。近段时间，国内外有不少公司试着采用Java甚至HTML语言编制动态的组态软件，将枯燥乏味的组态软件工作当作是动画编辑，逐步得到人们的首肯。这对今后工业以太网控制系统的大量应用无疑将占尽先机，也逐步展现出迷人的前景。 5．DCS向FCS系统的过渡及其发展方向 前面我们介绍了，今后DCS系统的发展必将是以在DCS的基础上发展起来的FCS替代现在的DCS，因为FCS顺应了自动控制系统的发展潮流。 为了今后的开发工作不迷失方向，我们有必要了解FCS的主要构成、现状和未来的发展方向，应该说，今天我们讨论的DCS应该是今后的FCS： 5．1七十年代以前，控制系统中采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递，其精度差、受干扰信号影响大，因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。七十年代末，随着大规模集成电路的出现，微处理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系统，控制效果得到提高；但是尽管如此，还是属于集中式控制系统。随着过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术的成熟和发展，控制领域又发生了一次技术变革。这次变革使传统的控制系统（如集散控制系统）无论在结构上还是在性能上都发生了巨大的飞跃，这次变革的基础就是现场总线技术的产生。 5．2现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络，它也被称为现场底层设备控制网络（INFRANET）。80年代以来，各种现场总线技术开始出现，人们要求对传统的模拟仪表和控制系统变革的呼声也越来越高，从而使现场总线成为一次世界性的技术变革浪潮。美国仪表协会（ISA）于1984年开始制订现场总线标准，在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等，各种现场总线标准陆续形成。其中主要的有：基金会现场总线FF（Foundation Fieldbus）、控制局域网络CAN（Controller Area Network）、局部操作网络LonWorks（Local Operating Network）、过程现场总线PROFIBUS（Process Field Bus）和HART协议（Highway Addressable Remote Transducer）等。但是，总线标准的制定工作并非一帆风顺，由于行业与地域发展等历史原因，加上各公司和企业集团受自身利益的驱使，致使现场总线的国际化标准工作进展缓慢。但是不论如何，制定单一的开放国际现场总线标准是发展的必然。 5．3 当前流行的几类现场总线 5．3．1 基金会现场总线FF 基金会现场总线FF是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的一种技术。其前身是以美国Fisher－Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地150家公司制定的World FIP协议。这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。 基金会现场总线分为H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为31.25Kbps，通信距离可达1.9km，可支持总线供电和本质安全防暴环境。H2的传输速率可为1Mbps和2.5Mbps两种，通信距离为750m和500m。物理传输介质可为双绞线、光缆和无线，其传输信号采用曼切斯特编码。基金会现场总线以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。用户层主要针对自动化测控应用的需要，定义了信息存取的统一规则，采用设备描述语言规定了通用的功能块集。FF总线包括FF通信协议、ISO模型中的2～7层通信协议的通栈、用于描述设备特性及操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典，用于实现测量、控制、工程量转换的应用功能块，实现系统组态管理功能的系统软件技术以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。 5．3．2 CAN总线 CAN总线最早是由德国Bosch公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，并且广泛应用于离散控制领域。它也是基于OSI模型，但进行了优化，采用了其中的物理层、数据链路层、应用层，提高了实时性。其节点有优先级设定，支持点对点、一点对多点、广播模式通信。各节点可随时发送消息。传输介质为双绞线，通信速率与总线长度有关。CAN总线采用短消息报文，每一帧有效字节数为8个；当节点出错时，可自动关闭，抗干扰能力强，可靠性高。 5．3．3 LonWorks总线 LonWorks技术是美国ECHELON公司开发，并与Motorola和东芝公司共同倡导的现场总线技术。它采用了OSI参考模型全部的七层协议结构。LonWorks技术的核心是具备通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片实现完整的LonWorks的LonTalk通信协议。其上集成有三个8位CPU。一个CPU完成OSI模型第一和第二层的功能，称为介质访问处理器。一个CPU是应用处理器，运行操作系统与用户代码。还有一个CPU为网络处理器，作为前两者的中介，它进行网络变量寻址、更新、路径选择、网络通信管理等。由神经芯片构成的节点之间可以进行对等通信。LonWorks支持多种物理介质并支持多种拓扑结构，组网方式灵活，其IS－78本安物理通道使得它可以应用于危险区域。LonWorks应用范围主要包括楼宇自动化、工业控制等，在组建分布式监控网络方面有较优越的性能。 5．3．4 PROFIBUS总线 PROFIBUS是符合德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50179的现场总线，包括 PROFIBUS－DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA三部分。它也只采用了OSI模型的物理层、数据链路层、应用层。PROFIBUS支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。主站对总线具有控制权，主站间通过传递令牌来传递对总线的控制权。取得控制权的主站，可向从站发送、获取信息。PROFIBUS－DP用于分散外设间的高速数据传输，适合于加工自动化领域。FMS型适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。而PA型则是用于过程自动化的总线类型。 5. HART总线 HART协议是由Rosemount公司于1986年提出的通信协议。它是用于现场智能仪表和控制室设备间通信的一种协议。它包括ISO/OSI模型的物理层、数据链路层和应用层。HART通信可以有点对点或多点连接模式。这种协议是可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品，因而在当前的过渡时期具有较强市场竞争力，在智能仪表市场上占有很大的份额。 5．4 现场总线控制系统（FCS）的结构与特点 5．4．1 结构 随着现场总线技术的出现和成熟，促使了控制系统由集散控制系统（DCS）向现场总线控制系统（FCS）的过渡。在一般的FCS系 |
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