淺談DCS集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)
| p; 為了折中考慮費用與性能問題，引入了客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，允許應(yīng)用程序邏輯在用戶工作站、服務(wù)器（不再稱為"文件服務(wù)器"）或者兩者上運行。SQL Server、Oracle等是客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的代表。 在客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)中，同時至少有兩個獨立的應(yīng)用程序在運行：一個是客戶應(yīng)用程序（簡稱為客戶）；另一個是服務(wù)器應(yīng)用程序（簡稱為服務(wù)器）。客戶提出請求，服務(wù)器響應(yīng)請求并為其服務(wù)。為了完成一項特定的任務(wù)，客戶和服務(wù)器協(xié)同工作，以提高運行速度和效率。例如，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，用戶在客戶端發(fā)出SQL命令查詢服務(wù)器上某數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，在文件服務(wù)器和客戶機/服務(wù)器這兩種結(jié)構(gòu)中，該命令的執(zhí)行情況是不一樣的。如果讀者不能區(qū)分它們之間的差別，就不可能充分利用客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)為我們提供的強大功能。 事實上，在基于文件服務(wù)器的結(jié)構(gòu)中，查詢是在客戶端賦值并執(zhí)行的。這就意味著，如果查詢涉及的表中有10000條記錄，那么查詢邏輯會請求服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)將包含這10000條記錄的表全部傳送到自己這兒（客戶端），在客戶端進行查詢處理。而在基于客戶機/服務(wù)器原結(jié)構(gòu)里，SQL語句本身將通過網(wǎng)絡(luò)傳送并在服務(wù)器內(nèi)執(zhí)行，服務(wù)器使用自己的CPU處理完SQL語句后，只把處理結(jié)果（成功或失?。┩ㄟ^網(wǎng)絡(luò)反饋回客戶端。顯然，這大大減輕了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，同時也縮短了執(zhí)行時間。這是對基于文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)性能的一個重要改進。 綜上所述，大型機和基于文件服務(wù)器的系統(tǒng)由于應(yīng)用程序邏輯必須在大型機內(nèi)運行（針對集中式結(jié)構(gòu)）或必須在客戶機內(nèi)執(zhí)行（針對文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)），所以不能提供一個真正可伸縮的系統(tǒng)框架。而客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)至少由兩部分組成：一臺發(fā)出請求的客戶機，一臺為請求服務(wù)的服務(wù)器。這兩個部分協(xié)同工作，應(yīng)用程序邏輯則分布于客戶和服務(wù)器之間。這樣一來，就為開發(fā)運行更快、更高效的應(yīng)用程序提供了基礎(chǔ)。 Intranet和Internet為客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)提供了極好的機遇。當(dāng)今的Web技術(shù)就是一個典型的客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)：瀏覽器是客戶機，Web站點是服務(wù)器。 4.4 軟件開發(fā)建議 在DCS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運行的應(yīng)用程序，應(yīng)該是遵循COM/DCOM標(biāo)準(zhǔn)、通過ActiveX實現(xiàn)的客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序。因為這樣的應(yīng)用程序是由ActiveX組件組裝而成的，與其它應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)相比更加健壯、可伸縮性強且容易維護。 另外，應(yīng)注意：由于微軟的重新命名，OLE文檔已成為ActiveX文檔；OLE控件已成為ActiveX控件；等等。從而OLE這一術(shù)語才真正像它早期縮寫的含義那樣，代表"對象鏈接與嵌入"，而OLE中一些關(guān)鍵技術(shù)和組件則成為重新命名后的ActiveX技術(shù)和組件。 需要指出的是，究竟采用何種軟件進行開發(fā)并不十分重要。采用Visual Basic 5.0以上版本的軟件可以開發(fā)出人機界面十分友好的組態(tài)軟件和監(jiān)視軟件，這也被大量的專業(yè)化組態(tài)軟件公司優(yōu)先采用，畢竟它是幾乎所有軟件編制人員最易上手的工具。它本身具備良好的可視化界面（所見即所得）和良好的結(jié)構(gòu)化風(fēng)格，允許多人協(xié)同工作。由于******的軟件開發(fā)工作量之一是編制界面，我們沒有必要選擇太專業(yè)化的開發(fā)工具，因為熟悉和掌握是需要較長時間。也有公司采用Visual Basic & Visual C++5.0或Visual J++等語言，可以相互彌補各自的不足。近段時間，國內(nèi)外有不少公司試著采用Java甚至HTML語言編制動態(tài)的組態(tài)軟件，將枯燥乏味的組態(tài)軟件工作當(dāng)作是動畫編輯，逐步得到人們的首肯。這對今后工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的大量應(yīng)用無疑將占盡先機，也逐步展現(xiàn)出迷人的前景。 5．DCS向FCS系統(tǒng)的過渡及其發(fā)展方向 前面我們介紹了，今后DCS系統(tǒng)的發(fā)展必將是以在DCS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的FCS替代現(xiàn)在的DCS，因為FCS順應(yīng)了自動控制系統(tǒng)的發(fā)展潮流。 為了今后的開發(fā)工作不迷失方向，我們有必要了解FCS的主要構(gòu)成、現(xiàn)狀和未來的發(fā)展方向，應(yīng)該說，今天我們討論的DCS應(yīng)該是今后的FCS： 5．1七十年代以前，控制系統(tǒng)中采用模擬量對傳輸及控制信號進行轉(zhuǎn)換、傳遞，其精度差、受干擾信號影響大，因而整個控制系統(tǒng)的控制效果及系統(tǒng)穩(wěn)定性都很差。七十年代末，隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，微處理器技術(shù)得到很大發(fā)展。微處理器功能強、體積小、可靠性高、通過適當(dāng)?shù)慕涌陔娐酚糜?a >控制系統(tǒng)，控制效果得到提高；但是盡管如此，還是屬于集中式控制系統(tǒng)。隨著過程控制技術(shù)、自動化儀表技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和發(fā)展，控制領(lǐng)域又發(fā)生了一次技術(shù)變革。這次變革使傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)（如集散控制系統(tǒng)）無論在結(jié)構(gòu)上還是在性能上都發(fā)生了巨大的飛躍，這次變革的基礎(chǔ)就是現(xiàn)場總線技術(shù)的產(chǎn)生。 5．2現(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場智能設(shè)備和自動化控制設(shè)備的雙向串行、數(shù)字式、多節(jié)點通信網(wǎng)絡(luò)，它也被稱為現(xiàn)場底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)（INFRANET）。80年代以來，各種現(xiàn)場總線技術(shù)開始出現(xiàn)，人們要求對傳統(tǒng)的模擬儀表和控制系統(tǒng)變革的呼聲也越來越高，從而使現(xiàn)場總線成為一次世界性的技術(shù)變革浪潮。美國儀表協(xié)會（ISA）于1984年開始制訂現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，在歐洲有德國的PROFIBUS和法國的FIP等，各種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)形成。其中主要的有：基金會現(xiàn)場總線FF（Foundation Fieldbus）、控制局域網(wǎng)絡(luò)CAN（Controller Area Network）、局部操作網(wǎng)絡(luò)LonWorks（Local Operating Network）、過程現(xiàn)場總線PROFIBUS（Process Field Bus）和HART協(xié)議（Highway Addressable Remote Transducer）等。但是，總線標(biāo)準(zhǔn)的制定工作并非一帆風(fēng)順，由于行業(yè)與地域發(fā)展等歷史原因，加上各公司和企業(yè)集團受自身利益的驅(qū)使，致使現(xiàn)場總線的國際化標(biāo)準(zhǔn)工作進展緩慢。但是不論如何，制定單一的開放國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)是發(fā)展的必然。 5．3 當(dāng)前流行的幾類現(xiàn)場總線 5．3．1 基金會現(xiàn)場總線FF 基金會現(xiàn)場總線FF是在過程自動化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的一種技術(shù)。其前身是以美國Fisher－Rosemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地150家公司制定的World FIP協(xié)議。這兩大集團于1994年9月合并，成立了現(xiàn)場總線基金會，致力于開發(fā)出國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場總線協(xié)議。 基金會現(xiàn)場總線分為H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31.25Kbps，通信距離可達(dá)1.9km，可支持總線供電和本質(zhì)安全防暴環(huán)境。H2的傳輸速率可為1Mbps和2.5Mbps兩種，通信距離為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可為雙絞線、光纜和無線，其傳輸信號采用曼切斯特編碼?；饡?a >現(xiàn)場總線以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層。用戶層主要針對自動化測控應(yīng)用的需要，定義了信息存取的統(tǒng)一規(guī)則，采用設(shè)備描述語言規(guī)定了通用的功能塊集。FF總線包括FF通信協(xié)議、ISO模型中的2～7層通信協(xié)議的通棧、用于描述設(shè)備特性及操作接口的DDL設(shè)備描述語言、設(shè)備描述字典，用于實現(xiàn)測量、控制、工程量轉(zhuǎn)換的應(yīng)用功能塊，實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)管理功能的系統(tǒng)軟件技術(shù)以及構(gòu)筑集成自動化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術(shù)。 5．3．2 CAN總線 CAN總線最早是由德國Bosch公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。其總線規(guī)范已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)，并且廣泛應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域。它也是基于OSI模型，但進行了優(yōu)化，采用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，提高了實時性。其節(jié)點有優(yōu)先級設(shè)定，支持點對點、一點對多點、廣播模式通信。各節(jié)點可隨時發(fā)送消息。傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率與總線長度有關(guān)。CAN總線采用短消息報文，每一幀有效字節(jié)數(shù)為8個；當(dāng)節(jié)點出錯時，可自動關(guān)閉，抗干擾能力強，可靠性高。 5．3．3 LonWorks總線 LonWorks技術(shù)是美國ECHELON公司開發(fā)，并與Motorola和東芝公司共同倡導(dǎo)的現(xiàn)場總線技術(shù)。它采用了OSI參考模型全部的七層協(xié)議結(jié)構(gòu)。LonWorks技術(shù)的核心是具備通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片實現(xiàn)完整的LonWorks的LonTalk通信協(xié)議。其上集成有三個8位CPU。一個CPU完成OSI模型第一和第二層的功能，稱為介質(zhì)訪問處理器。一個CPU是應(yīng)用處理器，運行操作系統(tǒng)與用戶代碼。還有一個CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器，作為前兩者的中介，它進行網(wǎng)絡(luò)變量尋址、更新、路徑選擇、網(wǎng)絡(luò)通信管理等。由神經(jīng)芯片構(gòu)成的節(jié)點之間可以進行對等通信。LonWorks支持多種物理介質(zhì)并支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組網(wǎng)方式靈活，其IS－78本安物理通道使得它可以應(yīng)用于危險區(qū)域。LonWorks應(yīng)用范圍主要包括樓宇自動化、工業(yè)控制等，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面有較優(yōu)越的性能。 5．3．4 PROFIBUS總線 PROFIBUS是符合德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50179的現(xiàn)場總線，包括 PROFIBUS－DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA三部分。它也只采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。PROFIBUS支持主從方式、純主方式、多主多從通信方式。主站對總線具有控制權(quán)，主站間通過傳遞令牌來傳遞對總線的控制權(quán)。取得控制權(quán)的主站，可向從站發(fā)送、獲取信息。PROFIBUS－DP用于分散外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動化領(lǐng)域。FMS型適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等。而PA型則是用于過程自動化的總線類型。 5. HART總線 HART協(xié)議是由Rosemount公司于1986年提出的通信協(xié)議。它是用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)備間通信的一種協(xié)議。它包括ISO/OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。HART通信可以有點對點或多點連接模式。這種協(xié)議是可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，其特點是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中的過渡產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過渡時期具有較強市場競爭力，在智能儀表市場上占有很大的份額。 5．4 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的結(jié)構(gòu)與特點 5．4．1 結(jié)構(gòu) 隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)和成熟，促使了控制系統(tǒng)由集散控制系統(tǒng)（DCS）向現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的過渡。在一般的FCS系 |
