第十四讲 异种系统的互联,时间同步和SDSL技术 点击：6944 | 回复：18
发表于：2003-05-31 21:27:00
楼主
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。
对于通用监控软件来说，如INTOUCH软件，支持微软开发的通讯协议DDE（DYNAMIC DATA EXCHANGE）、快速DDE 、网络DDE等。
u DDE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。
u SuiteLinkK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Windows NT4.0以上。
u OPC（OBJECT LINKING EMBED PROCESS CONTROL）客户机，可以从服务器取数据。遵守TCP/IP协议。
由于监控软件有需求，因此，许多厂商都来开发。在90年代，有如FIX、INTOUCH、PARAGON、ONSPEC、CIMPLICITY等100多种。国内有组态王、SYNALL等。各个监控软件分别开发了许多DCS和PLC的驱动软件，其中驱动软件最多的是FIX和INTOUCH。在NT平台上，如果采用FIX、INTOUCH软件，彼此可作为服务器，也可作为客户机，彼此可以交换数据。
DCS在70年代问世时，计算机技术还比较低，市场上可以选用的零部件比较少。DCS生产厂家自己开发的操作站有专用的操作系统、专用的监控软件、专用的接口硬件和CRT、专用的打印机、专用硬盘和软驱。甚至连接用的电缆和插头、插座也是专用的。这样作也不能排除DCS厂家为了获取最大的商业利益而考虑的。它们是DCS软件、硬件的唯一提供者，他们只能保证他们自己的系统能够通讯，虽然作了许多工作，但还是不能与其他系统互联。有人比喻专用系统与宗教组织类似，与别人几乎不相容，每一个商家都设法维护与它的信任者们的市场共享。当我们描述两个不同专用产品或操作系统支持者之间讨论时，经常用到“宗教战争”这一术语。
由于计算机技术的飞速发展，而DCS的发展没有计算机快，它处在相对稳定的发展阶段。后来市场上的各种微机零部件很多，但DCS都连接不上，异种系统更没有办法互连，DCS厂家又都没有按照市场变化修改自己的软件，所以DCS成为名符其实的“自动化孤岛”。DCS的用户感到十分不方便，另外操作站和控制器相比，它容易损坏。大约使用7-8年左右，操作站由于买不到如硬盘、软驱等，许多用户决定在更换操作站时，不再采用原DCS厂家的操作站，因为它价格昂贵、备件难买。采用PC机和NT平台，安装通用监控软件，并开发和某一具体DCS的驱动软件，做成通用操作站，代替原来的专用操作站。
有的DCS厂家索性把专用操作站去掉，配以通用操作站。如MOORE公司的APACS系统，在1996年采用INTOUCH软件（FIX也可以），MOORE公司只提供APACS的驱动软件和提硬件的配置要求，硬件由用户自己配。经使用，运行很好。比MOORE公司自己开发的监控软件要好用一些。这也许是DCS厂家软件开发人员比通用软件开发公司的软件人员要少有关。又如MEASUREX的操作站也采用通用监控软件。目前最多的替代操作站是FIX、INTOUCH两大类型的通用替代操作站。
早期的DCS，厂家分别都自己开发专用监控软件。编写程序时，控制器的驱动软件和显示软件不是分开来编写。如果采用通用微机和NT平台，它们与通用软件相比，CPU的开销要小一些，对硬件的要求比通用的要低一些，但由于是和系统一起销售，销售量很小，软件本身的问题没有得到充分暴露。如果硬件都能满足通用、专用要求，专用的死机现象比通用的严重一些。据了解，某一套DCS系统，硬件为PC机，操作系统为NT，专用监控软件装配成的操作站，一天内死机几次。随软件版本升级，死机现象有增无减。一年内打几次补钉，死机现象仍然存在。专用、通用两种软件相比，专用的目前还是比通用的要封闭一些。在网络中使用，还没有网络套件软件。如采用通用监控软件，DCS和DCS之间，DCS和PLC之间，PLC和PLC之间，各自的人机界面可以互连。只要是微软的WINDOWS界面，都能作为客户机。采用DDE、快速DDE和Suitelink读取数据。它们既可以作为服务器，也可以作为客户机。在企业内可组成综合管理信息系统。为了保证操作站的安全运行，可以单独用一个HMI用于互连。通用监控软件通常有网络版的软件，经组态后，能通过网络组成服务器/客户机格式，把实时信息传到远方。在客户机中，可以实时查看通用软件做成的动态数据服务器数据库中的数据。也能把信息送入MIS系统的标准数据库中（如SQL、SYBASE、ORACLE）。通用监控软件在它们的套件软件中，也有Web软件，安装成Web服务器，通过Web服务器。浏览动态数据服务器中的数据。它不是实时数据。同时，通过微软的Glance软件，也可以接Web。 浏览MIS数据库中的数据。采用Web服务器, 浏览数据，都比服务器/客户机的方式要慢。
采用通用操作站优点归纳如下：
●价格低廉
●DCS功能扩展
●用户熟息
异种机的连网也要遵守OSI的七层模型，采用通用监控软件，所有网络套件都按开放的规则编写。采用通用监控软件，也会带来负面影响，一些特定的功能可能不能满足要求。
各个系统的时间同步也是很重要的问题。网络时间服务器是用于所有网上工作站的高品质时间同步的设备。一般情况下，DCS系统的绝对时间是在操作站上(人机界面)形成的，控制器中只有相对时间。为了时间同步，可以把卫星时间GPS(GLOBAL POSITION SYSTEM)作为基准，来校对DCS的时间。具体实现办法如下：通过卫星接收天线，时间服务器接收GPS系统中各个卫星的原子钟，再把时间信号送到动态数据服务器或DCS的操作站。通过动态数据服务器或操作站的DCS的驱动软件，把时间信号送到DCS的网络上。原来以太网在DCS网络中比较少用，但现在也有使用，因为它比较廉价。它广泛用于管理信息网（MIS）。以太网也采用广播式协议，但与令牌网有区别。它采用随机访问的链路控制。在以太网的网络中，各结点可以随机的发送数据。但当两个或更多的结点同时发送数据时，就产生数据发送冲突。发生冲突的结点都退回去，用一个随机延时的算法后再继续发送。即采用载波监听/碰撞检测多路访问技术。随机延时的算法有很多种，目前都应用于以太网。现在已经有千兆网可以采用点-点通讯。
目前MIS系统已经与DCS、PLC连接成一个系统，DCS、PLC数据通过动态数据服务器，送到以太网，它的传输载体大都采用光纤或同轴电缆。同轴电缆容易受雷击影响。调度室通常是中心区域，以它为基点，连成星形网络结构。中心区域配置有服务器。如ORACLE、SYBASE、SQL等。在服务器中存有各个子模块。如财务管理子模块、人事管理子模块等。DCS、PLC来的信号是在生产实时子系统模块内。生产实时的数据是海量的，它可以自成系统，自己设服务器，然后再与MIS系统的数据库相连。目前传输载体也是光纤或同轴电缆。敷设光纤的费用比较高（约20000元人民币/公里）。在用光纤作为载体的MIS系统中，有些地方可能远离中心区域，但有少数数据也希望送到中心来显示，这时不一定用光纤，可以采用电话线
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