淺談DCS集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)
| 例如DEH），因?yàn)樗皇钦麄€(gè)生產(chǎn)過(guò)程的一部分。他需要了解、控制整個(gè)控制系統(tǒng)。例如，電廠生產(chǎn)原料是煤、水，而制成品是電。因此生產(chǎn)過(guò)程控制（PCS）的方式最好是分散進(jìn)行，而監(jiān)視、操作和******化管理應(yīng)以集中為好。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，控制管理的要求不斷提高，過(guò)程參數(shù)日益增多，控制回路越加復(fù)雜，在70年代中期產(chǎn)生了集散控制系統(tǒng)DCS，他一經(jīng)出現(xiàn)就受到工業(yè)控制界的青睞。DCS是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)于一體的系統(tǒng)。與常規(guī)的集中式控制系統(tǒng)相比有如下特點(diǎn)： 1． 實(shí)現(xiàn)了分散控制。它使得系統(tǒng)控制危險(xiǎn)性分散、可靠性高、投資減小、維護(hù)方便。 2． 實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、操作和管理。使得管理與現(xiàn)場(chǎng)分離，管理更能綜合化和系統(tǒng)化， 3． 采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，這是DCS的關(guān)鍵技術(shù)，它使得控制與管理都具實(shí)時(shí)性，并解決系統(tǒng)的擴(kuò)充與升級(jí)問(wèn)題。 目前，由于PLC把專用的數(shù)據(jù)高速公路（HIG HWAY）改成通用的網(wǎng)絡(luò)，并逐步將PLC之間的通信規(guī)約靠攏使得PLC 有條件和其它各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)集成，以組成大型的控制系統(tǒng)，這使得PLC 系統(tǒng)具備了DCS的形態(tài)，這樣，基于PLC的DCS系統(tǒng)目前在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)該說(shuō)，PLC就其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，更接近PCS系統(tǒng)所要求的FCS控制系統(tǒng)。 不過(guò)，由于受傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理驗(yàn)的影響，完全由PLC系統(tǒng)來(lái)構(gòu)成傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)還較難于讓國(guó)內(nèi)保守的設(shè)計(jì)院大量采用，雖然國(guó)外已經(jīng)有大量的基于PLC構(gòu)成的DCS系統(tǒng)正在正常的運(yùn)行。 3．我們采用什么樣的系統(tǒng)？ 我們?nèi)绻兄居谠诠I(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中施展才能就必須發(fā)展DCS或FCS系統(tǒng)。因?yàn)樗俏磥?lái)工控領(lǐng)域的主流發(fā)展方向。至于采用別人的DCS、FCS系統(tǒng)還是自己開發(fā)DCS、FCS系統(tǒng)就要看看究竟我們具備什么樣的能力，在下面的看法中我將要詳細(xì)分析我們的主要特點(diǎn)和究竟在技術(shù)上需求什么！ 如果說(shuō)今后選擇控制系統(tǒng)，我認(rèn)為應(yīng)該選擇代表成熟的集散式控制系統(tǒng)DCS并具備先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS，它們之間應(yīng)該相互兼容。 3．1采用現(xiàn)有的DCS系統(tǒng) 這就是我在摘要中所提及的“維持現(xiàn)狀坐觀工控產(chǎn)業(yè)的日新月異的發(fā)展”。這種方式相對(duì)來(lái)講無(wú)需投入較大的人力、物力開發(fā)產(chǎn)品，只須完全選用別人的產(chǎn)品，被動(dòng)學(xué)習(xí)新的知識(shí)，而自動(dòng)控制開發(fā)處則充當(dāng)工程調(diào)試隊(duì)。這種方式就目前情況而言可以維持生存，但縱觀實(shí)例是不可能有大的發(fā)展。 3．2采用別人的硬件和軟件系統(tǒng)（OEM）自己構(gòu)成DCS系統(tǒng) 這種方式我們也曾經(jīng)嘗試過(guò)，不過(guò)，我們僅僅是降低了部分生產(chǎn)成本。降低產(chǎn)品總成本的主動(dòng)權(quán)不屬于我們，而業(yè)績(jī)則屬于軟硬件開發(fā)商。 3．3與別人合作，共同開發(fā)新型DCS系統(tǒng) 這種方式我們也曾經(jīng)嘗試過(guò)，產(chǎn)品自主權(quán)不完全屬于我們。技術(shù)水平我們先不用評(píng)說(shuō)。但市場(chǎng)接納程度還不理想。一但合作方短時(shí)間沒有足夠的回報(bào)率他是不可能再投入人力、物力以完善系統(tǒng)、提高技術(shù)水平。因?yàn)樗豢赡茉谝豢脴渖系跛溃€必須生存！這也是人之常情。 如果利用別人的成熟產(chǎn)品之品牌組成全方位合作模式，應(yīng)該說(shuō)在世界范圍是有成功的例子。關(guān)鍵是應(yīng)該認(rèn)真分析、了解為什么市場(chǎng)接納不夠？怎樣才能滿足市場(chǎng)生存要求？ 3．4完全自己開發(fā)DCS系統(tǒng) 這種想法由來(lái)已久！如果DCS開發(fā)成功，那不言而喻是一件好事！無(wú)論在電站自動(dòng)化或者是其他行業(yè)中，工程應(yīng)用的種種努力都是在為自己而作。其產(chǎn)品成本完全掌握在自己手里。獲得更大的利潤(rùn)不再是一句空話。不過(guò)，我們應(yīng)該在動(dòng)手之前，充分了解自己究竟有沒有能力開發(fā)產(chǎn)品，又有沒有能力將其推向市場(chǎng)。這往往是我們考慮得較多的問(wèn)題，從而導(dǎo)致我們無(wú)法下定決心的關(guān)鍵所在。那就先讓我們分析一下究竟需要什么技術(shù)和人才吧！ 前面講了DCS系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)于一體的系統(tǒng)。那就需要計(jì)算機(jī)、圖形顯示技術(shù)（軟硬件件開發(fā)、系統(tǒng)維護(hù)），控制技術(shù)（系統(tǒng)工程師、硬件接口），網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定）。 a. 計(jì)算機(jī)、圖形顯示技術(shù)（軟硬件件開發(fā)、系統(tǒng)維護(hù)）: DCS系統(tǒng)的軟件技術(shù)包括如下方面： 用于控制組態(tài)的軟件和圖形監(jiān)視軟件、各DI、DO、AI、AO及專用功能模件的嵌入式操作系統(tǒng)軟件及控制、管理軟件。 用于完成系統(tǒng)要求的硬件平臺(tái)，如工程師站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、操作員站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、DCS機(jī)柜內(nèi)的通用、專用模件。所有軟件的運(yùn)算、控制指令必須經(jīng)過(guò)與此相配的硬件系統(tǒng)執(zhí)行。 b. 控制技術(shù)（系統(tǒng)工程師、硬件接口） 完成整個(gè)控制系統(tǒng)要求的專業(yè)化技術(shù)知識(shí)。應(yīng)該熟悉控制對(duì)象的工藝過(guò)程、特性及要求。 c. 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定）。 DCS具有一定的通訊手段，為了兼容今后的FCS系統(tǒng)，應(yīng)具備多種現(xiàn)場(chǎng)通訊手段或通訊轉(zhuǎn)換卡件。需要熟悉多種通訊協(xié)議和接口（集線器、交換器、服務(wù)器及光纖通訊、光電轉(zhuǎn)換接口等）。 4．DCS軟件系統(tǒng)及其發(fā)展方向 隨著計(jì)算機(jī)的普及發(fā)展，企業(yè)網(wǎng)（Intranet）和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的商業(yè)化，Microsoft Windows受歡迎的程度與日俱增，這大大增加了工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)indows開發(fā)的普遍要求。 當(dāng)今的集散控制系統(tǒng)（DCS）環(huán)境下的控制系統(tǒng)軟件（或應(yīng)用程序）與一般環(huán)境下的應(yīng)用程序相比：一方面其功能已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化。比如，DCS網(wǎng)絡(luò)下的控制系統(tǒng)軟件能夠調(diào)用、執(zhí)行DCS網(wǎng)絡(luò)中其它計(jì)算機(jī)上的一個(gè)程序，并與之交互，這是其它環(huán)境下的應(yīng)用程序無(wú)法實(shí)現(xiàn)的；另一方面，DCS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)分散進(jìn)行，然后集中監(jiān)視、操作、管理，這些應(yīng)用程序由于工作于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，因而分布極廣，已被配置在網(wǎng)絡(luò)中10臺(tái)、100臺(tái)、1000臺(tái)甚至更多臺(tái)的機(jī)器上運(yùn)行，如果這些應(yīng)用程序不夠健壯、沒有靈活的可伸縮性，將給日后的維護(hù)、升級(jí)、重新配置帶來(lái)極大的困難，至少要消耗大量人力、財(cái)力和物力。而這種維護(hù)、升級(jí)、重新配置隨著市場(chǎng)的發(fā)展，用戶需求的擴(kuò)大是不可避免的。 為了解決這一問(wèn)題，微軟在對(duì)Windows系統(tǒng)本身進(jìn)行改進(jìn)、升級(jí)的同時(shí)，對(duì)Windows應(yīng)用程序的標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)等也進(jìn)行了重新定義，這就是：遵循組件對(duì)象模型（COM）/分布式組件對(duì)象模型（DCOM）標(biāo)準(zhǔn)、通過(guò)ActiveX實(shí)現(xiàn)的客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。 客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的主要思想是：根據(jù)COM/DCOM標(biāo)準(zhǔn)，將應(yīng)用程序分割成若干個(gè)相互獨(dú)立的邏輯單元，每個(gè)邏輯單元為應(yīng)用程序提供一定的服務(wù)（以后就會(huì)明白這些邏輯單元被稱為ActiveX組件），通過(guò)ActiveX把這些邏輯單元有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使它們協(xié)同工作，完成特定的任務(wù)。應(yīng)用程序是ActiveX組件對(duì)象的集合，這些ActiveX組件對(duì)象知道怎樣相互通信、相互調(diào)用，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序要求的功能。 針對(duì)Intranet下控制系統(tǒng)的特殊情況，微軟給出了一個(gè)三層的服務(wù)系統(tǒng)模型：用戶邏輯（或用戶服務(wù)）、商業(yè)邏輯（或商業(yè)服務(wù)）和數(shù)據(jù)邏輯（或數(shù)據(jù)服務(wù)）。用戶服務(wù)提供用戶可交互的或顯示對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、處理結(jié)果的屏幕界面等，由于Windows應(yīng)用程序的屏幕界面已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所以用戶服務(wù)相對(duì)來(lái)說(shuō)變化不會(huì)太大，將它作為一個(gè)獨(dú)立的邏輯單元，可被多個(gè)應(yīng)用程序使用，從而實(shí)現(xiàn)了代碼的重用；商業(yè)服務(wù)提供用戶處理數(shù)據(jù)的各種規(guī)則，這些規(guī)則根據(jù)不同的用戶有所不同，即使同一用戶不同時(shí)期也可能不同。將它作為一個(gè)獨(dú)立的邏輯單元并統(tǒng)一放在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，有利于應(yīng)用程序的日后維護(hù)。如果以后這些規(guī)則需要改變，只須重新配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中的商業(yè)服務(wù)，而不需要重新編譯客戶機(jī)的應(yīng)用程序；數(shù)據(jù)服務(wù)為用戶提供各種數(shù)據(jù)，它是用戶的數(shù)據(jù)源。實(shí)際中，這些數(shù)據(jù)源可能是Oracle、SQL Server、FoxPro、Access以及其它集散控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)（如：Fix系統(tǒng)）等等。 4.1 組件對(duì)象模型（COM）與分布式組件對(duì)象模型（DCOM） 多年來(lái)，軟件工程師們一直在嘗試編寫可迅速嵌入各程序開發(fā)項(xiàng)目的可重用代碼－－軟件組件（或簡(jiǎn)稱為組件）。就像硬件工程師們先設(shè)計(jì)和制造出可用于各種電子設(shè)備的元件，然后利用它們組裝成設(shè)備一樣，控制系統(tǒng)軟件開發(fā)者可以利用軟件組件去組裝自己的程序塊，且很放心地知道這些組件是無(wú)故障的。這些組件不使用全局變量，并且獨(dú)立于任何應(yīng)用程序。組件對(duì)象模型（Component Object Model——-COM）就是軟件組件采用的一種常規(guī)結(jié)構(gòu)。它根據(jù)面向?qū)ο缶幊蹋∣bject Oriented Programming——-OOP）的思想，將組件對(duì)象化，給出了面向?qū)ο筌浖M件（或簡(jiǎn)稱為對(duì)象組件）的標(biāo)準(zhǔn)。 COM首次是在對(duì)象鏈接與嵌入（Object Linking and Embedding——-OLE）2.0版中引入的，它是一種標(biāo)準(zhǔn)，而非一種實(shí)現(xiàn)。COM解釋了組件之間該如何通信，但為了具體實(shí)現(xiàn)它，還需要用到另一個(gè)東西，即ActiveX。 在設(shè)計(jì)COM的過(guò)程中，微軟解決了下列問(wèn)題： （1）交互操作能力。開發(fā)者怎樣才能創(chuàng)建出獨(dú)立的組件，使其能與其它組件充分地協(xié)作，而不用考慮它們是由誰(shuí)創(chuàng)建的？ （2）版本控制。一旦某個(gè)組件正由其他組件或應(yīng)用程序使用，怎樣才能改變或升級(jí)這個(gè)組件，而不影響正在使用它的組件或應(yīng)用程序? （3）與語(yǔ)言無(wú)關(guān)。怎樣才能確保用不同語(yǔ)言編寫的組件能協(xié)同工作？ （4）透明的跨進(jìn)程交互操作。開發(fā)者怎樣才能編寫組件，使其能在進(jìn)程內(nèi)或進(jìn)程外工作? 然而，OLE2中的COM只解決了同一網(wǎng)絡(luò)中對(duì)象之間的交互問(wèn)題，而沒有解決對(duì)象在不同網(wǎng)絡(luò)中的其它機(jī)器上生存或執(zhí)行的問(wèn)題，對(duì)這一問(wèn)題的解決將打開通向在Windows環(huán)境下的分布對(duì)象結(jié)構(gòu)之路。為了適應(yīng)這一需要，微軟開發(fā)出了分布式組件對(duì)象模型。 分布式組件對(duì)象模型（Distributed& |
