4 软件最重要

一套分布式计算机系统（DCS），显而易见的是有形的物质，它是计算站、控制站、通信网络、操作员站、工程师站等等，也很容易地感受到DCS系统现实的工作能力，但却很难见到驱动这种能力的无形动力，选择DCS时人们往往在无意中忽略的就是DCS的动力源头－－系统软件，这里讲的DCS的系统软件并非用于控制的应用组态逻辑，而是DCS的操作（通信）系统和数据库系统。计算机的硬件和软件是计算机工作不可或缺的两个侧面，从使用的角度讲，计算机系统软件比硬件更具重要性和技术内涵。DCS的系统软件水平最能体现出生产厂家的技术能力，当前的IT行业，硬件大部分采用OEM方式组装生产，系统软件则不同，制造商有没有足够的技术人才和实力，在DCS操作系统和数据库系统等软件功能上立见分晓。

硬件水平差不多的两套DCS，系统软件水平低的，在应用过程中即便能用也不好用，实际操作中给用户带来诸多不便不说，长期使用可能还会故障连连事故频发。曾经比较过两套系统，一套产于1990年代初，CPU是80286，总线式拓扑，时间分槽式广播传输控制，速率2M（以下简称W286）。另一套产于1990年代后期，CPU是80486，也是总线式拓扑，10BASE5电缆，10M以太网，IEEE802.3通信协议（以下简称D486）。从硬件和网络上分析D486明显高出W286两个档次，好比当今的丰田越野和二战时的美国吉普。但是通过对比考察DCS的实际性能，W286反而比D486高出一大截。W286通信稳定、快速，十几年来的运行实践表明，冗余总线通信偶有小恙但从来没有患过系统死机的大病；配有专用历史数据记录站，功能强大，海量外存，无限记忆，查询简捷； SOE卡，分辨率八分之一毫秒；控制组态使用SAMA图，名符其实的在线修改、下装，人机界面友好；系统自诊断功能完善，显示器上能够监视到DPU I/O模件、多功能控制器的工作状态。D486款DCS功能上相形见绌，通信速率虽快但效率低（曼彻斯特编码）；有历史记录功能，但面窄点少时间短，数据转存、查询操作繁琐；系统自诊断软件层次肤浅，部分诊断信号要依靠硬接线；组态不能在线修改下装，修改应用软件需要在停机期间进行，否则安全没有保证；CPU和通信控制间或出现故障，最令人担忧的是曾有过系统通信中断的案底，引发过停机事故。这种硬件／功能剪刀差的成因主要源于软件水平上的差异，W286 DCS的实时多任务操作系统（内嵌式）出身名门－IBM，制造商在运用过程中根据需要不断更新升级，并免费为用户更新，数据处理采用分布式在线关系数据库。D486DCS的内嵌式操作系统为自行开发，版本升级如需更新就要向用户收费，没有见到厂家关于数据库系统的提示和说明，所以至今也无法搞清楚数据的处理手段，但通过观察系统的趋势记录能力，可以确认这种系统的数据处理能力有负于硬件的高性能。汽车是硬件，司机是软件，现代版的丰田越野跑不过暮年的美国吉普责任在司机。

300MW以上机组的I/O测点通常在5000点以上，DCS无时不刻应对着大量数据的运算、引用、交换以及更为复杂的数学处理，最有效的数值管理工具就是数据库。除开具体对象，应该说DCS系统实质上是以数据库为核心的数据处理中心，DCS在控制指令（操作系统）指挥下，完成数据的采集、分类、传送、保存等等一系列运算任务，在这个过程中数据处理的效率、安全取决于数据库的性能，同时也就决定了DCS的性能。人们在选择DCS时比较关心外在指标，比如网络通信速率，计算机型号等等，这是必要的，但并不全面，有时甚至会被误导，上面例子已经说明问题。数据库是DCS系统运转的驱动引擎，是DCS高效、安全的内在动力。可以毫不夸张的说，数据库的设计水平就是DCS的水平。个人买私家车不会只顾外观，最关心的还是发动机的质量，选择DCS又何偿不是？目前，技术力量雄厚的DCS厂家都选用了著名的主流数据库，如ORACAL、informix等分布式关系数据库作为DCS的数据处理基础。作为用户，选择DCS时绝不能忽视供货商对DCS系统数据库的介绍。

与热工人员紧密接触的编程工具是组态软件，主要包括建立模拟量调节的回路（LOOP）组态软件；生成顺序控制的逻辑组态软件和绘制CRT画面的图形组态软件。每个使用者都希望组态软件功能强、易学、易用，这三点是衡量组态软件水平的基本准则。从业多年的专业人士曾经比较过美、欧、日DCS系统的组态软件风格，评价为：美国的灵活、欧洲的生涩、日本的呆板。注意，这里仅仅是说“软件的风格”而不是功能，从实用系统的业绩看，体现在控制系统方面的功能都差不多，说明“条条大路通罗马”，至于说去罗马的“大路”，相当于编程的过程，是崎岖不平还是一马平川差别则大相径庭。就以回路和逻辑组态为例，组态界面有AutoCAD、Visio和填表式几种典型模式，强烈建议DCS的准用户拒绝填表式组态，它的缺点非常简单：操作、记忆复杂，累人；前两种就不用说了，组态直观，方便。算法模块就有大、小之分，所谓的小模块是指一个模块中包含的算法比较单一，一种算法一个模块。而大模块是几种基本算法的有机组合，比如，一个PID调节器就由减法、比例积分、跟踪、防积分过饱和、限幅、限速等算法组成。一个步序算法可能由几十个或更多的与、或、非、RS触发器等组成。大模块算法类似高级编程语言中的“宏”语句，比喻为“黑匣子”算法更为形象，组态时只需知道输入／输出端口作用和算法总体功能，不必关心内部详细构造，信手掂来使用就是，好比建楼用大型混凝土砌块，组装效率高。小模块则不然，组态时要一个个的搭接算法，时间、精力开销大，好像在用秦砖汉瓦盖房子，慢工出细活，精致。两种组态方式各有特点，大模块组态简单方便，小模块结构清晰明确，业内枪手各有所好。感觉上，对我等这样的票友来讲，大模块用起来更为顺手，省心省力。对图形组态软件要多加比较，不能光看厂家的宣传资料，曾见过一个欧洲厂家大肆宣扬的优点在实际运用中恰好是最不可取的地方，画图效果之差，让人惨不忍睹。他们在介绍图形组态软件的功能时，说是为了用户图组态方便，在推出的图形组态软件中设计了几种专门用于电厂的图形模块，象水泵、风机、阀门等等，只要调用这些固定的模块就能很快编制出工艺流程图云云。但是图形模块做得过于单调，缺乏变化，其结果是空有美好的愿望，中听不中看。画面毕竟是给人看的，试想一下，满目映入色彩明快、层次分明甚至是立体形象的工艺流程图是什么心情？双眸所见线条呆板、颜色不均、形体枯燥的画面又是什么感受？工业控制流程图虽然不是艺术品，但是工业流程画面也要讲人体工程学，甚至要讲究美学的，画面的颜色搭配、线条的结构、文字的位置会影响操作人员的反应速度、疲劳程度乃至情绪，这就与机组的安全有直接联系了。可见，图形组态软件大有学问，需要仔细研究。

相对而言，美国风格的软件强一些。以前的工具软件处于“春秋”时期，诸侯争霸、各显神通。目前的大方向是迈向 “秦朝”，面目差不多了。好多个DCS厂家都是利用AutoCAD对调节回路和控制逻辑进行组态，CRT画面组态使用AutoCAD的时间还要早几年。最近，国内有一家DCS厂家发挥文化背景的优势，横空出世，提供的组态软件非常适合国人使用，据说稍有计算机知识的人，竟然三天可以出徒，怎么听着好像是广告词？不过，据见过这套软件的老鸟点评，从易学、易用的角度凭心而论，确实不同凡响。真为国产DCS有这样特色的组态软件而高兴，预祝国产DCS在今后有更加不俗的佳绩。

DCS相关的高级编程语言像C＋＋之类的，难得一用，另外精通高级编程语言的人大有人在，评头品足的人更多，无需本文赘述，DCS的准用户也没有必要在此多费心思。

5 电源有三种

一提到设备安全，人们大概首先想到的就是设备的电源是否可靠，对DPU（分布控制站）也是这样。这点不必担心，所有DCS的DPU电源都是冗余的，但每种DCS采用的电源冗余技术不尽相同，我们以下讨论的DPU电源指的均为内部电源。归纳起来，目前流行的电源冗余方式有三种类型，电压接续式；电流补偿式；纵横矩阵式。电压接续式的特点是两块直流电源一块主电源全负荷运行；一块辅电源100％备用，主电源电压比辅电源高约0.2～0.3V，辅电源通过一只嵌位二级管与主电源并联。如果主电源因故失去，只要输出电压瞬间降落低于嵌位电压，辅电源马上接续工作。电流补偿式冗余电源采用N＋1冗余方式（N为电源的数量），主、辅电源同时供电，电流均摊，其中任一块电源故障，其它正常工作的电源同步补足等量电流。比如有3块电源，正常工作输出电流各占三分之一，其中若损坏1块，余下的电源各出电流50％。矩阵式冗余电源是电压和电流冗余电源的变形，它是把一个DCS系统中全所DPU的电源集中在一起，串、并联在一起，据说目的是为了进一步提高电源可靠性。

电压接续式冗余一直是西屋公司的传统，从WDPFⅡ到OVATION。电流补偿式是老贝利INFI－90和ABB－Symphony的特点，FOXBORO的I/A用的就是矩阵式电源。电流补偿式冗余电源设计者原来考虑的N+1方式供电主要是为了节省造价，事实上用户的现场应用准则是安全重于金钱，所以还是选用1＋1方式，节省造价的优点也就没有了。矩阵式电源模块数量比电压接续式电源多1倍，显然有足够的安全性，但看起来也够复杂的。其实，功能相同，简单即优秀。

6 模件要选好

I/O模件种类繁多，冷眼一看，眼花缭乱，初次接触觉得无从下手，但掌握一定之规，选到合用的品种类型也不是难事。选择要点是：看工艺、看结构、看电路、看细节、看实战。DCS的过程I/O卡（亦称I/O模件）直面现场检测和控制设备，而且除非特殊要求，I/O卡不会采取冗余方式，因为检测或控制对象与I/O卡的通道都是一一对应的，从安全方面考虑风险已经降至设备所允许的最低量级，不像DPU级的控制装置，如果出现故障就要影响几百点过程变量，必须冗余。也正因为单独工作，信号调理、数据处理能力和工艺制造水平对I/O卡的可靠、高效工作至关重要，反映出DCS的整体品质。

评价I/O卡的性能质量看什么？一目了然的是印刷电路板的工艺制造水平，看似是一块整体，其实现代模件的印刷电路板都是多层的，总的厚度一定，层数越多制造难度越高，工艺水平也越高，笔记本电脑的计算机主板有的已经达到10层，I/O卡的电路板一般是4～6层，只要稍加留心就能看出来。再就是电子元器件的安装工艺，波峰焊应该是最起码的了，从焊点上可以识别出手工焊还是波峰焊，如果是手工焊接，就要对这个DCS厂家的产品十分小心喽。表面粘贴技术是目前最新的工艺，生产出来的产品质量应该有保证。按照当前的技术水平，I/O卡上绝不应该再出现用于调整通道量程、零点、线性之类的可调部件，有的厂家在十多年前就已经废止了这种落后的设计，而是利用计算机技术自动校正I/O通道，如果在一块模件上发现有个别通道出现线性误差，使用SENSOR软件进行修正。在这个年代见到模件上还有可调部件的DCS系统，要毫不客气的投反对票，因为这种系统的档次实在是不够高。

要甄别I/O卡是否高效可能要费点功夫，必须查看带有原理方框图的说明书，识别选用的器件、典型电路来进行判别，才能看出主要的技术特点，最好能见到原理电路图，不过通常厂家不太愿意提供。有的厂家产品说明书或介绍上技术规范写的参数详细，条款清晰，有的厂家写的就比较含糊，这也反映出厂家的管理水平和自信心。对自己的技术介绍的越详细的厂家产品质量也相对优秀，这也是一条经验。

当然，有些厂家对自己产品的说明带有广告宣传性质，用户在技术细节方面就要多加留意。比如，现在有多个厂家宣称，他们的DI卡可兼作SOE卡，对用户来说这是件好事情，要知道，为了保证检测小于1毫秒的DI信号，SOE卡和DI卡采用了不同信号检测方式，SOE卡用的是计算机中断技术，卡上装有单片机及专用高速检测芯片，价钱自然比通用的DI卡高得多，现在的DI卡都可以充做SOE卡用了，可谓物美价廉，用户何乐而不为？但是，曾经用过这种DI卡兼作SOE卡的用户提醒，对一些技术细节千万注意，DI卡兼作SOE卡时，一定要厂家承诺，在不同的DPU中分布安装这种DI卡兼作的SOE卡，必须保证SOE检测信号时间基准完全一致。否则，得到的SOE记录是不真实的，在时间排序上会有出现错误，使用SOE卡的目的就是为了反映机组在事故或异常状态下各种设备的动作顺序，以便分析，统一的时间基准是这种分析的基础。而在实际应用中，这种DI卡兼作SOE卡的方式曾出现过时序紊乱的现象。一句话，厂家介绍的东西不可不信，也不可全信，听他的介绍，做自己的调查，再得出结论才可靠。

I/O卡是最为传统的卡件，但是有的厂家在I/O卡的设计上仍然不失创意。比如，把一块卡分成主、副两部分，副卡用作信号的调理，主卡用来进行数据处理，为什么变成这样？据说是在通过调查以后发现，现场损坏的卡件大部分故障出现在信号调理部分，而这部分的价值只占整个卡件总值15％左右，这才叫“因小失大”，用户在卡件方面的维修费竟然有85％花的是冤枉钱，为了减少更换卡件费用的损失，降低用户维修成本，所以厂家就把I/O卡件一分为二，这回倒是生产厂家完全为用户着想了。其实，厂家最终也还是为自己着想，对于制造商来讲，设计的主卡是通用的，不同的信号用不同的副卡，卡件的品种变少，生产成本相应降低，品质控制环节简化，算是双赢吧。

对于生产者来说，I/O卡的品种越多，DCS的应用领域越广，企业就做得越大，利润越高。对于用户来说，选用I/O卡的品种越少，今后的维护越省力，支出的维修费用越低。所以，作为用户，所关心的应该是合用的I/O卡。什么叫合用的I/O卡？选用要有原则，尽可能统一型号，品种不要多而杂。比方说，一般的I/O卡通道为16路（DI、DO、AI）或8路（AO），这些是比较合适的数量，因为要考虑信号电缆的线径，安装的空间，考虑到整块模件损坏时波及的范围。有的模件可以做到32路或64路，这样集中的通道还是不用为妙。厂家面对所有用户提供产品，特定用户只为自己的合理应用而进行选择。同一种类模件，比如DI卡，最好不要既有16路又有32路这样的配置，尽可能用大路货，不要用特殊品种。有些模件功能特殊，用量少，价格高（一次性费用和长期维修费用），例如脉冲输入卡，除非必须，还是改换测量方式为上。这种脉冲输入卡据说专门是为计量电量而选择的，如果是这样，真的大可不必选用脉冲输入卡。理由是，用于电厂与电网结算的电量表，有指定的关口表和特定的管理权限，除此而外的计量表计再怎么准确也不能用于结算，权限不在电厂。电厂自己用的电量计量表计就成了自家的事，自己说了算的，也不过就是用来累计、分析和比较数值而已，同测量压力、温度一样的性质。既然是这样，选一块AI卡就解决问题，信号测量换成功率变送器。效果更好，简单、可靠、省钱。为什么不走阳关道非过独木桥呢？

目前好多品牌的DCS中仍然有“回路控制卡”这种模件，在过去的1990年代风行一时。那么现在呢？先给出结论：绝对不要再用。对于具体设备要采取具体的选型原则，要因地制宜，切忌刻舟求剑。是否选择回路控制卡，先要搞清楚火力发电厂自动回路的控制特点，之后才是如何选择设备。火力发电厂的重要控制系统绝大多数都是多输入多输出的复杂控制系统，而非简单回路调节（通常认为一个输出回路，1～3个输入信号的调节系统），一定要建立起这样的概念，这对选择DCS系统和模件非常重要。以最常见的汽包炉水位控制为例，采用典型的三冲量信号，三个信号中，水位要进行压力补正，给水流量要进行温度修正，如果用节流元件测量主汽流量则需要压力和温度的共同校正，采用机前压力运算得出主汽流量也要有温度修正，再加上一些偏置、前馈等信号，如果是给水全程控制，信号数量还要成倍增加，这样算下来，单一个水位调节在正常工况下就需要十几个信号，因此，把简单回路控制的概念套在火力发电厂的控制上，显然是以偏概全，以这种思路去选择设备不出问题才怪。例如，大家都说DCS的突出优点之一是信息集中、危险分散，危险分散的措施是控制设备在物理上分散，甚至有人提出“分散到一个回路”这样一种极端的观念，认为这样是最安全的，因为一个回路发生故障不会影响其它回路运行，这对于全部是以简单回路构成的生产过程是适用的。但是，对于火力发电厂来说这种设计和想法根本不合时宜，原因非常简单，如前所述，火力发电厂的重要参数控制，像燃烧、送风、引风、主汽温度、再热器温度、给水等没有一个是简单回路的，一些主要的辅助系统，像除氧器水位，轻油控制等同样不是简单回路控制。在火力发电厂中采用高分散度或分散到一个回路的控制系统，无疑搞错了对象，用错了地方，选型自然也就选错了。

当初设计回路控制卡的思路是：为了安全，把控制回路分散度分散到1，也就是一个模件一个回路，即便在DPU（分散过程控制站）不能工作时（但有供电电源）回路控制卡仍然能够单独正常工作。为此，回路控制卡上面一般设计有3路AI；2路AO；2路DI和2路DO。模件以单片机为中央处理器，带有RS-232C接口，外接后备手操器，具有最高控制权，在MAN／LOCAL方式下回路卡直接操作执行器。运行前要从DPU的控制器中下装回路控制软件，这些软件是整个调节回路控制策略的一部分，通常是手动／自动切换器以后的算法，回路卡同时具有电动执行机构伺服放大器功能。应用这种模件时，如果让其发挥后备手操的功能，必须成对应用，一块模件与一只安装于后备操作盘上的软手操配套使用。否则，用回路控制卡没有任何意义，至于说回路控制卡可以独立的自动控制调节回路，那是不可能的，设计者当初就没想这回事，就是想这样做，在火电厂控制系统中也用不上，因为水土不服，有限的输入信号满足不了火电厂复杂调节控制的需求。如果火电厂重要参数调节都是简单回路的，还不如全都用气动基地式调节器来得安全。况且，只要DPU出现故障，回路控制卡必定退到LOCAL，这个时候在操作员站上也无法操作，还谈什么自动控制？当前流行的智能型电动执行器都配有内置式伺服放大器和无触点开关，气动执行器从来就自备阀门定位器，回路控制卡的一部分功能已无用武之地，如果不再设计后备手操盘，回路控制卡的作用与AO卡一样，但是AO卡比回路控制卡要便宜好几倍，与回路控制卡具有同样的安全等级。如此说来，还要选用回路控制卡是何道理？设备选型也要与时俱进，不能没有理由的墨守陈规。这也就是为什么绝对不应该再选择“回路控制卡”的原因。

引用 纵横军团-小麻籽 的回复内容： 4 软件最重要一套分布式计算机系统（DCS），显而易见...