摘要：隨著電力資源的不足，推動電站汽輪機(jī)、燃汽輪機(jī)市場的快速發(fā)展，新發(fā)電機(jī)組招標(biāo)和老機(jī)改造正在緊鑼密鼓的蓄勢待發(fā)。而基于我們輕車熟路的DEH控制系統(tǒng)卻逐步將被DCS系統(tǒng)所取代。我們的生存面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。我們費(fèi)盡心血設(shè)計(jì)、調(diào)試的多種DEH控制系統(tǒng)成功投入運(yùn)行，卻沒有一個(gè)系統(tǒng)的知識產(chǎn)權(quán)是完全屬于自己的。業(yè)績被別人一個(gè)個(gè)地寫入產(chǎn)品樣本中，而配套產(chǎn)品成本完全受制于成套供應(yīng)商，并且大有逐步蠶食我們打下的天下之勢。 我們究竟是否需要開發(fā)自己DCS系統(tǒng)以完善配套DEH控制系統(tǒng)、逐步擴(kuò)展我們的市場空間，還是維持現(xiàn)狀坐觀工控產(chǎn)業(yè)的日新月異的發(fā)展？下面我就針對以上情況談一點(diǎn)自己的看法，供領(lǐng)導(dǎo)和有識之士參考。 關(guān)鍵詞：FCS （現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）、DCS （集散控制系統(tǒng)）、PCS（過程控制系統(tǒng)）、 PLC（可編程邏輯控制器） 1．集散控制系統(tǒng)DCS與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS的比較 1．1 概述FCS、DCS FCS是在DCS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，F(xiàn)CS順應(yīng)了自動控制系統(tǒng)的發(fā)展潮流，它必將替代DCS。這已是業(yè)內(nèi)人士的基本共識。然而，任何新事物的發(fā)生，發(fā)展都是在對舊事物的揚(yáng)棄中進(jìn)行的，F(xiàn)CS與DCS的關(guān)系必然也不例外。FCS代表潮流與發(fā)展方向，而DCS則代表傳統(tǒng)與成熟，也是獨(dú)具優(yōu)勢的事物。特別是現(xiàn)階段，F(xiàn)CS尚沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)而呈群雄逐鹿之勢，DCS則以其成熟的發(fā)展，完備的功能及廣泛的應(yīng)用而占居著一個(gè)尚不可完全替代的地位。本人認(rèn)為：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS應(yīng)該與集散式控制系統(tǒng)DCS相互兼容。 無論是FCS或者是DCS，它們最終是為了滿足整個(gè)生產(chǎn)過程而進(jìn)行的系統(tǒng)控制（PCS）。 首先以工程成本與效益看，現(xiàn)場總線的根本優(yōu)勢是良好的互操作性；結(jié)構(gòu)簡單，從而布線費(fèi)用低；控制功能分散，靈活可靠，以及現(xiàn)場信息豐富。然而這些優(yōu)勢是建立在 FCS系統(tǒng)初裝的前提下，倘諾企業(yè)建立有完善的DCS，現(xiàn)在要向FCS過渡，則必須仔細(xì)考慮現(xiàn)有投資對已有投資的回報(bào)率。充分利用已有的DCS設(shè)施，現(xiàn)有DCS的布線以及成熟的DCS控制管理方式來實(shí)現(xiàn)FCS是我們應(yīng)選之途。 雖然現(xiàn)場總線對已有的數(shù)字現(xiàn)場協(xié)議有優(yōu)勢可言，但向其過渡的代價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)是必須分析清楚的。再者，從技術(shù)的繼承及控制手段上，也要求FCS與DCS應(yīng)相兼容。FCS實(shí)現(xiàn)控制功能下移至現(xiàn)場層，使DCS的 多層網(wǎng)絡(luò)被扁平化，各個(gè)現(xiàn)場設(shè)備節(jié)點(diǎn)的獨(dú)立功能得以加強(qiáng)，因此，在FCS中有必要增加和完善現(xiàn)場子層設(shè)備間的數(shù)據(jù)通訊功能。 由于歷史的原因，DCS通常擁有大型控制柜用以協(xié)調(diào)各個(gè)設(shè)備，同時(shí)更強(qiáng)調(diào)層與層的數(shù)據(jù)傳輸?？梢?，兩種控制在策略上各具優(yōu)勢。DCS適用于較慢的數(shù)據(jù)傳輸速率；FCS則更適用于較快的數(shù)據(jù)傳輸速率，以及更靈活的處理數(shù)據(jù)。然而，當(dāng)數(shù)據(jù)量超過一定值過于偏大時(shí)，如果同層的設(shè)備過于獨(dú)立，則很容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的堵塞。要解決這個(gè)問題，擬設(shè)立一個(gè)適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控層用以協(xié)調(diào)相互通訊的設(shè)備，必然是有益的，DCS就能輕松地勝任這一工作?？梢姡瑸槭笷CS的控制方式和手段完善化，是有必要借鑒DCS的一些控制思想的。 要把握新世紀(jì)工業(yè)過程控制的發(fā)展趨勢，無論在學(xué)術(shù)研究或是工程應(yīng)用方面都有必要使FCS綜合與繼承DCS的成熟控制策略；與此同時(shí)，DCS的發(fā)展也應(yīng)追尋FCS控制策略的新思想，使其具有新的生命力。DCS應(yīng)能動地將底層控制權(quán)交付給FCS系統(tǒng)，將較高層的系統(tǒng)協(xié)調(diào)管理功能發(fā)揚(yáng)光大，完成對新時(shí)代，新形勢的工業(yè)控制系統(tǒng)的智能設(shè)備集成。 1．2現(xiàn)場總線傳輸特點(diǎn) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）是順應(yīng)智能現(xiàn)場儀表而發(fā)展起來的。它的初衷是用數(shù)字通訊代替4－20mA模擬傳輸技術(shù)，但隨著現(xiàn)場總線技術(shù)與智能儀表管控一體化（儀表調(diào)校、控制組態(tài)、診斷、報(bào)警、記錄）的發(fā)展，在控制領(lǐng)域內(nèi)引起了一場前所未有的革命?？刂茖＜覀兗娂婎A(yù)言：FCS將成為21世紀(jì)控制系統(tǒng)的主流。 然而就在人們沸沸揚(yáng)揚(yáng)的對FCS進(jìn)行概念炒作的時(shí)候，卻沒有注意到它的發(fā)展在某些方面的不協(xié)調(diào)，其主要表現(xiàn)在迄今為止現(xiàn)場總線的通訊標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，這使得各廠商的儀表設(shè)備難以在不同的FCS中兼容。此外，F(xiàn)CS的傳輸速率也不盡人意，以基金會現(xiàn)場總線（FF）正在制定的國際標(biāo)準(zhǔn)為例，它采用了ISO的參考模型中的3層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層）和極具特色的用戶層，其低速總線H1的傳輸速度為31.25kbps，高速總線H2的傳輸速度為1Mbps或2.5Mbps，就針對西門子推出的PROFIBUS總線而言：其市場站有率相對較大，但由于受通訊線路長度的影響，在100M線路長度下最高通訊速率為12Mbps，這在有些場合下仍無法滿足實(shí)時(shí)控制的要求。由于上述原因，使FCS在工業(yè)控制中的推廣應(yīng)用受到了一定的限制。當(dāng)人們冷靜下來對這些問題進(jìn)行思考時(shí)，不禁想起了在商業(yè)網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)。 以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優(yōu)勢，由于它支持幾乎所有流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以在商業(yè)系統(tǒng)中被廣泛采用。但是傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用總線式拓樸結(jié)構(gòu)和多路存取載波偵聽碰撞檢測（CSMA/CD）通訊方式,在實(shí)時(shí)性要求較高的場合下，重要數(shù)據(jù)的傳輸過程會產(chǎn)生傳輸延滯，這被稱為以太網(wǎng)的“不確定性”。研究表明：商業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)應(yīng)用中的傳輸延滯在2～30ms之間，這是影響以太網(wǎng)長期無法進(jìn)入過程控制領(lǐng)域的重要原因之一。因此對以太網(wǎng)的研究具有工程實(shí)用價(jià)值，從而產(chǎn)生了一種新型以太網(wǎng)。 1．3工業(yè)以太網(wǎng)的研究現(xiàn)狀 近年來控制與通訊工程師們致力于新型工業(yè)以太網(wǎng)的研究工作，其中有代表性的是FF制定的快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其傳輸速度為100Mbps。綜觀工業(yè)以太網(wǎng)的研究現(xiàn)狀，出現(xiàn)了兩個(gè)值得注意的發(fā)展方向：以太網(wǎng)集線器和具有實(shí)時(shí)功能的以太網(wǎng)的協(xié)議。 a、以太網(wǎng)集線器 FF將以太網(wǎng)技術(shù)加入到H2協(xié)議中，并以它作為H2的底層協(xié)議，其網(wǎng)絡(luò)采用星型拓樸結(jié)構(gòu)。 集線器（HUB）置于網(wǎng)絡(luò)中心并通過以太網(wǎng)I/O接口掛接現(xiàn)場設(shè)備，其中實(shí)時(shí)現(xiàn)場儀表和普通現(xiàn)場儀表（通過通道組）分別掛接在不同的以太網(wǎng)I/O接口上。以太網(wǎng)I/O接口高速（約100 kHz）掃描所有實(shí)時(shí)現(xiàn)場儀表和通道組，然后傳送數(shù)據(jù)包到上層控制器。 通常普通控制算法在現(xiàn)場控制器中進(jìn)行（可由上層控制器下載），而高級控制算法則在上層控制器中進(jìn)行，其控制輸出經(jīng)以太網(wǎng)集線器和以太網(wǎng)I/O接口傳輸?shù)浆F(xiàn)場執(zhí)行儀表。由于實(shí)時(shí)現(xiàn)場儀表掛接在專用的以太網(wǎng)入口地址，并用完全分離的線路傳輸數(shù)據(jù)，所以保證了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不會產(chǎn)生傳輸延滯和線路阻塞。 集線器作為網(wǎng)絡(luò)的仲裁器，除了控制通信雙方的傳輸時(shí)間外，還對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進(jìn)行優(yōu)先級設(shè)置，使每條信息都包含傳輸優(yōu)先級等實(shí)時(shí)參數(shù)。此外智能化的集線器還可以動態(tài)檢測需要通訊的現(xiàn)場設(shè)備所在以太網(wǎng)I/O口，并為之提供數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，這樣可大大縮短現(xiàn)場設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間和減少數(shù)據(jù)的重發(fā)次數(shù)。集線器與其它集線器相連可實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)共享。 經(jīng)驗(yàn)證這種采用以太網(wǎng)集線器技術(shù)的FCS可使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的延遲時(shí)間控制在200納秒的范圍之內(nèi)，這已足以滿足多數(shù)場合的實(shí)時(shí)控制要求。 b、在以太網(wǎng)的協(xié)議中加入實(shí)時(shí)功能 一些FCS的生產(chǎn)商（如ControlNet、Profibus、Modbus和Java等）在開發(fā)自己的工業(yè)以太網(wǎng)FCS時(shí)，在工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議中加入實(shí)時(shí)功能，此項(xiàng)技術(shù)被稱為“地道”，它其實(shí)僅僅是在設(shè)備中加入特殊的協(xié)議芯片，這里不做具體介紹。 c、工業(yè)以太網(wǎng)的研究課題 上述研究工作的進(jìn)展為以太網(wǎng)進(jìn)入FCS提供了可行性，但要使以太網(wǎng)能在FCS中發(fā)揮其強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，以滿足現(xiàn)代工業(yè)控制中日益增長的數(shù)據(jù)傳輸和信息傳輸種類（如語音、圖象和視頻等）的需要，還有待于研究工作取得更大的突破性進(jìn)展。目前的研究工作應(yīng)集中解決以下兩個(gè)方面的問題： 1．4盡快推出FCS國際標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng)今的FCS領(lǐng)域出現(xiàn)了世界各大廠商各自為戰(zhàn)的混亂局面。其中有影響的為Intel公司的Bitbus、德國的HART和Profibus、丹麥的P-NET、Honeyvell及AB的WorldFIP、Foxboro,ABB和橫河的ISP、FF的H1和H2和Echelon的Lonworks、菲利普的CAN等。這種混亂局面是由于各大廠商為了搶占市場急于推出自己的產(chǎn)品，而FCS的國際標(biāo)準(zhǔn)又遲遲不能出臺所造成的。標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一使各廠家推出的FCS成為一個(gè)個(gè)“自動化孤島”，不同系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備的兼容性都很差。FCS的用戶強(qiáng)烈呼吁盡快出臺FCS的國際標(biāo)準(zhǔn)，以期望實(shí)現(xiàn)FCS的“世界大同”。 1994年6月WorldFIP和ISP聯(lián)合成立了FF，它包括了世界上幾乎所有的著名控制儀表廠商在內(nèi)的100多個(gè)成員單位，致力于IEC的FCS國際標(biāo)準(zhǔn)化工作。但由于部分成員為了自身利益，力圖阻止FCS的國際標(biāo)準(zhǔn)出臺，形成了FF的FCS國際標(biāo)準(zhǔn)難以“一統(tǒng)天下”的令人擔(dān)憂的局面。解決這一問題的途徑是：一是要求FF在其國際標(biāo)準(zhǔn)中推出完善的用戶層和嚴(yán)格的互操作性的產(chǎn)品認(rèn)證；二是提高用戶抵制非國際標(biāo)準(zhǔn)的FCS的自覺性。 工業(yè)以太網(wǎng)向FCS現(xiàn)場級的延伸。必須指出，工業(yè)以太網(wǎng)FCS中，其現(xiàn)場級總線的傳輸速度并不理想，這是因?yàn)楣I(yè)以太網(wǎng)還只是在上層控制網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，而許多廠商出于安全考慮，在許多技術(shù)問題沒有解決之前，現(xiàn)場級尚未使用工業(yè)以太網(wǎng)，所以FCS總體的傳輸速度沒有什么質(zhì)的飛躍。為了實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)向現(xiàn)場級的延伸，除了改進(jìn)以太網(wǎng)的通訊協(xié)議之外，還需要解決網(wǎng)絡(luò)的本安、現(xiàn)場設(shè)備的冗余和通過以太網(wǎng)向現(xiàn)場儀表供電等技術(shù)問題。 本人認(rèn)為，在保留FCS特色的基礎(chǔ)上解決上述問題才能使工業(yè)以太網(wǎng)具有生命力。工業(yè)以太網(wǎng)的介入為FCS的發(fā)展注入了新的活力，隨著FCS國際標(biāo)準(zhǔn)的推出以及有關(guān)技術(shù)問題的突破性進(jìn)展，一個(gè)代表21世紀(jì)潮流的工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)時(shí)代就會到來。 2． PLC與DCS、 FCS比較 PLC是由早期繼電器邏輯控制系統(tǒng)與微機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的，它是以微處理器為主的一種工業(yè)控制儀表，它融計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)于一體，集順序控制、過程控制和數(shù)據(jù)處理于一身，可靠性高、功能強(qiáng)大、控制靈活、操作維護(hù)簡單。近幾年來，可編程序控制器及組成系統(tǒng)在我國冶金、電廠、輕工石化、礦業(yè)、水處理等行業(yè)更是到了廣泛的應(yīng)用，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。 由于工業(yè)生產(chǎn)過程是一個(gè)分散系統(tǒng)。用戶往往關(guān)心的不只是一個(gè)控制系統(tǒng)（例如DEH），因?yàn)樗皇钦麄€(gè)生產(chǎn)過程的一部分。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)過程控制（PCS）的方式最好是分散進(jìn)行，而監(jiān)視、操作和最佳化管理應(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)充與升級問題。 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)目前在國內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)該說，PLC就其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，更接近PCS系統(tǒng)所要求的FCS控制系統(tǒng)。 不過，由于受傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理驗(yàn)的影響，完全由PLC系統(tǒng)來構(gòu)成傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)還較難于讓國內(nèi)保守的設(shè)計(jì)院大量采用，雖然國外已經(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俏磥砉た仡I(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”。這種方式相對來講無需投入較大的人力、物力開發(fā)產(chǎn)品，只須完全選用別人的產(chǎn)品，被動學(xué)習(xí)新的知識，而自動控制開發(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，不過，我們僅僅是降低了部分生產(chǎn)成本。降低產(chǎn)品總成本的主動權(quán)不屬于我們，而業(yè)績則屬于軟硬件開發(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，產(chǎn)品自主權(quán)不完全屬于我們。技術(shù)水平我們先不用評說。但市場接納程度還不理想。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?，他還必須生存！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、了解為什么市場接納不夠？怎樣才能滿足市場生存要求？ 3．4完全自己開發(fā)DCS系統(tǒng) 這種想法由來已久！如果DCS開發(fā)成功，那不言而喻是一件好事！無論在電站自動化或者是其他行業(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。獲得更大的利潤不再是一句空話。不過，我們應(yīng)該在動手之前，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。這往往是我們考慮得較多的問題，從而導(dǎo)致我們無法下定決心的關(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，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。應(yīng)該熟悉控制對象的工藝過程、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、100臺、1000臺甚至更多臺的機(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、重新配置帶來極大的困難，至少要消耗大量人力、財(cái)力和物力。而這種維護(hù)、升級、重新配置隨著市場的發(fā)展，用戶需求的擴(kuò)大是不可避免的。 為了解決這一問題，微軟在對Windows系統(tǒng)本身進(jìn)行改進(jìn)、升級的同時(shí)，對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：遵循組件對象模型（COM）/分布式組件對象模型（DCOM）標(biāo)準(zhǔn)、通過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)（以后就會明白這些邏輯單元被稱為ActiveX組件），通過ActiveX把這些邏輯單元有機(jī)地結(jié)合起來，使它們協(xié)同工作，完成特定的任務(wù)。應(yīng)用程序是ActiveX組件對象的集合，這些ActiveX組件對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)相對來說變化不會太大，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（如：Fix系統(tǒng)）等等。 4.1 組件對象模型（COM）與分布式組件對象模型（DCOM） 多年來，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，將組件對象化，給出了面向?qū)ο筌浖M件（或簡稱為對象組件）的標(biāo)準(zhǔn)。 COM首次是在對象鏈接與嵌入（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的過程中，微軟解決了下列問題： （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）與語言無關(guān)。怎樣才能確保用不同語言編寫的組件能協(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)中對象之間的交互問題，而沒有解決對象在不同網(wǎng)絡(luò)中的其它機(jī)器上生存或執(zhí)行的問題，對這一問題的解決將打開通向在Windows環(huán)境下的分布對象結(jié)構(gòu)之路。為了適應(yīng)這一需要，微軟開發(fā)出了分布式組件對象模型。 分布式組件對象模型（Distributed Component Object Model——-DCOM），即通常所說的"網(wǎng)絡(luò)OLE"。DCOM是一種特殊的協(xié)議，允許應(yīng)用程序在分布式計(jì)算環(huán)境（Distributed Calculating Environment——-DCE）里進(jìn)行面向?qū)ο蟮倪h(yuǎn)程過程調(diào)用（Remote Procedure Call——-RPC）。DCOM擴(kuò)展了COM的性能，使得COM對象能夠通過相關(guān)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程機(jī)中的另一個(gè)對象交互并使用此對象，這些網(wǎng)絡(luò)可以是局部網(wǎng)、企業(yè)的Intranet或現(xiàn)今的Internet。用戶可以在Windows NT4.0版中得到DCOM，它特別適用于開發(fā)企業(yè)的信息管理系統(tǒng)、專用的Web等?；诰W(wǎng)絡(luò)方面的不安全性考慮，DCOM自身包含有較高的安全處理功能。 所有軟件組件都遵循COM或DCOM標(biāo)準(zhǔn)。 4.2 ActiveX 根據(jù)微軟的定義：支持組件對象模型（COM）的對象總稱為"組件對象"。而現(xiàn)在流行的術(shù)語OLE－－即OLE2，支持COM，所以O(shè)LE對象也稱為"組件對象"。一個(gè)組件對象不僅支持"對象鏈接與嵌入"，而且還可以遠(yuǎn)程調(diào)用或運(yùn)行其它機(jī)器或網(wǎng)絡(luò)中的組件對象等等，它的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了OLE字面所能表達(dá)的功能。為了適合未來更加復(fù)雜的應(yīng)用，微軟決定重新命名它，將所有這些組件對象統(tǒng)稱為ActiveX。 隨著OOP逐漸成為公認(rèn)的編程主流，面向?qū)ο筌浖M件已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。面向?qū)ο筌浖M件統(tǒng)稱為ActiveX組件。經(jīng)過一番擴(kuò)展以后，ActiveX組件現(xiàn)在可提供對DCOM的支持。ActiveX是組件對象模型的一種物理實(shí)現(xiàn)方式，它為ActiveX組件的創(chuàng)建提供了基礎(chǔ)。 ActiveX組件將程序邏輯封裝起來，并可以進(jìn)程內(nèi)、本地進(jìn)程外、遠(yuǎn)程進(jìn)程外三種形式之一在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行，為其它應(yīng)用程序（客戶機(jī)應(yīng)用程序）提供服務(wù)。因此可以將ActiveX組件理解成"服務(wù)器"。它要么在"進(jìn)程內(nèi)"工作，即代碼在與客戶機(jī)應(yīng)用程序相同的進(jìn)程空間內(nèi)執(zhí)行（亦即一個(gè)DLL－－ActiveX DLL）；要么在"進(jìn)程外"工作，即代碼在同一機(jī)器的另一個(gè)進(jìn)程內(nèi)運(yùn)行，或在遠(yuǎn)程電腦的另一個(gè)進(jìn)程內(nèi)執(zhí)行（亦即一個(gè)EXE文件－－ActiveX EXE）。利用Visual Basic 5.0，Visual C++5.0或Visual J++等OOP語言，可以很方便地創(chuàng)建ActiveX DLL（進(jìn)程內(nèi)服務(wù)器）和ActiveX EXE（本地或遠(yuǎn)程進(jìn)程外服務(wù)器）。 控制系統(tǒng)軟件開發(fā)者可以將自己的應(yīng)用程序邏輯編寫成進(jìn)程內(nèi)ActiveX DLL或本地進(jìn)程外ActiveX EXE或遠(yuǎn)程進(jìn)程外ActiveX EXE，以向其他ActiveX組件或外部應(yīng)用程序開放它們的部分或全部對象。 建立和使用ActiveX EXE實(shí)例的客戶應(yīng)用程序，可開放它們的對象，并在進(jìn)程外使用它們。這意味著，ActiveX EXE中的代碼運(yùn)行在它自己的進(jìn)程中，并且是在它自己的空間中，這可把它與客戶應(yīng)用程序的代碼空間分離開來。 ActiveX DLL不能作為一個(gè)應(yīng)用程序單獨(dú)運(yùn)行，但可以為應(yīng)用程序提供對象的動態(tài)鏈接庫。由于DLL中的代碼與調(diào)用它的應(yīng)用程序運(yùn)行于同一進(jìn)程中，所以能使程序執(zhí)行得更快、更高效。 控制系統(tǒng)軟件開發(fā)者可以利用ActiveX組件組裝自己的應(yīng)用程序。使用ActiveX組件的方法與在OOP中使用其它對象類似： （1）創(chuàng)建一個(gè)你欲使用的ActiveX組件對象的實(shí)例； （2）利用該對象的方法、屬性和事件編寫代碼； （3）使用完畢釋放該對象； （4）必要時(shí)進(jìn)行錯(cuò)誤處理。 下面是Visual Basic 5.0中一個(gè)說明怎樣在程序中利用ActiveX組件的VB程序片段。假設(shè)已建立了一個(gè)窗體，該窗體包含三個(gè)文本框（Text1、Text2和Text3）和一個(gè)命令按鈕（Command1），并且在進(jìn)程中增加了對微軟Excel 8.0對象庫的引用。當(dāng)單擊命令按鈕（Command1）時(shí)，在Command1_Click事件過程中按照Microsoft Excel公式計(jì)算Text1與Text2的和，并將相加的結(jié)果顯示在Text3中。程序如下： Private Sub Command1_Click（） ‘說明對象變量 Dim xlApp As Excel. Application Dim xlBook As Excel. Workbook Dim xlSheet As Excel. Worksheet ‘用Add方法創(chuàng)建對象的實(shí)例 Set xlApp = New Excel. Application Set xlBook = xlApp. Workbooks.Add Set xlSheet = xlBook. Worksheets.Add ‘將文本框中的數(shù)據(jù)賦給Excel單元 xlSheet. Cells（1,1）.Value = Text1. Text xlSheet. Cells（2,1）.Value = Text2. Text ‘在Excel中，用Excel公式計(jì)算其和 xlSheet. Cells（3,1）. Formula = " = R1C1 + R2C1" ‘在Text3文本框中顯示結(jié)果 Text3. Text = xlSheet. Cells（3,1） ‘保存工作表單 xlSheet. SaveAs" c:\Test.xls" ‘關(guān)閉Excel xlApp. Quit ‘釋放對象 Set xlApp = Nothing Set xlBook = Nothing Set xlSheet = Nothing End Sub 為簡單起見，程序中沒有進(jìn)行錯(cuò)誤檢查。用戶在編程時(shí)應(yīng)養(yǎng)成檢查錯(cuò)誤、處理錯(cuò)誤的習(xí)慣。 由以上程序可以看出，其編程方法完全是OOP的方法。這并不奇怪，因?yàn)锳ctiveX組件本身就意味著對象之間的共享，ActiveX組件是一種客戶機(jī)/服務(wù)器關(guān)系，在這種關(guān)系中客戶機(jī)請求對象，服務(wù)器提供對象。然而，具體一個(gè)ActiveX組件是客戶機(jī)還是服務(wù)器并沒有一個(gè)明顯的界限。前面我們說可以把ActiveX組件理解成是一個(gè)服務(wù)器，因?yàn)樗鼮橛脩舫绦颍蛻魬?yīng)用程序）提供服務(wù)；然而在其它場合，ActiveX組件本身往往還要向其它ActiveX組件請求服務(wù)，這時(shí)它又擔(dān)當(dāng)客戶機(jī)的角色。 不管怎樣，利用ActiveX組件組裝成的應(yīng)用程序，其結(jié)構(gòu)必然是客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，客戶機(jī)/服務(wù)結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然結(jié)果。 4.3 客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu) 綜觀計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，大致可分為三個(gè)階段：集中式結(jié)構(gòu)、文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)以及客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。這三個(gè)階段代表了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的里程和趨勢。 在六、七十年代，如果一家公司需要真正的計(jì)算能務(wù)（比如，天氣預(yù)報(bào)、地震預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)處理等等）便會考慮使用大型機(jī)，大型機(jī)代表一種集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 在集中式結(jié)構(gòu)中，只有兩種關(guān)鍵組件：服務(wù)器和客戶機(jī)終端?？蛻魴C(jī)與服務(wù)器之間傳輸?shù)奈ㄒ粩?shù)據(jù)是用戶的按鍵調(diào)度信息以及由服務(wù)器返回的終端字符。集中式結(jié)構(gòu)伯優(yōu)點(diǎn)包括出色的安全性以及可實(shí)現(xiàn)集中管理，這是因?yàn)闊o論應(yīng)用程序邏輯還是數(shù)據(jù)都駐留于同一臺機(jī)器－－服務(wù)器上；同時(shí)也意昧著服務(wù)器的費(fèi)用太高，因?yàn)樗瓿删W(wǎng)絡(luò)中所有的計(jì)算。由于應(yīng)用程序邏輯和數(shù)據(jù)都駐留于服務(wù)器上，集中式結(jié)構(gòu)沒有辦法真正劃分應(yīng)用程序邏輯。 在本世紀(jì)80年代，PC機(jī)進(jìn)入了商業(yè)舞臺并逐漸走入千家萬戶。不久，局域網(wǎng)問世，同時(shí)引入了文件服務(wù)器的嶄新概念。 文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)以DOS局域網(wǎng)和Windows3.X為代表。它使得廉價(jià)的PC機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，共享資源。這對于那些根本沒有實(shí)力實(shí)現(xiàn)大型機(jī)方案的公司來說，PC機(jī)無疑是他們的救星。但是，在這種結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用程序邏輯總是在客戶工作站上執(zhí)行，使用的是客戶機(jī)的CPU，而不是像集中式結(jié)構(gòu)那樣在服務(wù)器上執(zhí)行。這意味著，客戶機(jī)要有足夠的計(jì)算能力，以便執(zhí)行需要的任何應(yīng)用程序，或能完成任何必要的任務(wù)。這無形中增加了客戶機(jī)的負(fù)擔(dān)，從而抵消了PC機(jī)價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。 為了折中考慮費(fèi)用與性能問題，引入了客戶機(jī)/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(yùn)行。SQL Server、Oracle等是客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的代表。 在客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)中，同時(shí)至少有兩個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序在運(yùn)行：一個(gè)是客戶應(yīng)用程序（簡稱為客戶）；另一個(gè)是服務(wù)器應(yīng)用程序（簡稱為服務(wù)器）?？蛻籼岢稣埱螅?wù)器響應(yīng)請求并為其服務(wù)。為了完成一項(xiàng)特定的任務(wù)，客戶和服務(wù)器協(xié)同工作，以提高運(yùn)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(jī)/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(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)為我們提供的強(qiáng)大功能。 事實(shí)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(jìn)行查詢處理。而在基于客戶機(jī)/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（成功或失敗）通過網(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(shí)也縮短了執(zhí)行時(shí)間。這是對基于文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)性能的一個(gè)重要改進(jìn)。 綜上所述，大型機(jī)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(jī)內(nèi)運(yùn)行（針對集中式結(jié)構(gòu)）或必須在客戶機(jī)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(gè)真正可伸縮的系統(tǒng)框架。而客戶機(jī)/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(jī)，一臺為請求服務(wù)的服務(wù)器。這兩個(gè)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(yùn)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(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)提供了極好的機(jī)遇。當(dāng)今的Web技術(shù)就是一個(gè)典型的客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)：瀏覽器是客戶機(jī)，Web站點(diǎn)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(yùn)行的應(yīng)用程序，應(yīng)該是遵循COM/DCOM標(biāo)準(zhǔn)、通過ActiveX實(shí)現(xiàn)的客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序。因?yàn)檫@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(qiáng)且容易維護(hù)。 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(jìn)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(jī)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。由于最大的軟件開發(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?yàn)槭煜ず驼莆帐切枰^長時(shí)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(bǔ)各自的不足。近段時(shí)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(jī)，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?yàn)镕CS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(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳遞，其精度差、受干擾信號影響大，因而整個(gè)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(qiáng)、體積小、可靠性高、通過適當(dāng)?shù)慕涌陔娐酚糜诳刂葡到y(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(jì)算機(jī)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(diǎn)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(tuán)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(jìn)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(tuán)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。基金會現(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(shí)現(xiàn)測量、控制、工程量轉(zhuǎn)換的應(yīng)用功能塊，實(shí)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(jìn)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(shí)時(shí)性。其節(jié)點(diǎn)有優(yōu)先級設(shè)定，支持點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)、廣播模式通信。各節(jié)點(diǎn)可隨時(shí)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(bào)文，每一幀有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)；當(dāng)節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)時(shí)，可自動關(guān)閉，抗干擾能力強(qiáng)，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(shí)現(xiàn)完整的LonWorks的LonTalk通信協(xié)議。其上集成有三個(gè)8位CPU。一個(gè)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(gè)CPU是應(yīng)用處理器，運(yùn)行操作系統(tǒng)與用戶代碼。還有一個(gè)CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器，作為前兩者的中介，它進(jìn)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(diǎn)之間可以進(jìn)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(xiǎn)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(diǎn)對點(diǎn)或多點(diǎn)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(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實(shí)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(shí)期具有較強(qiáng)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(diǎn) 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系統(tǒng)中，遵循一定現(xiàn)場總線協(xié)議的現(xiàn)場儀表可以組成控制回路，使控制站的部分控制功能下移分散到各個(gè)現(xiàn)場儀表中。從而減輕了控制站負(fù)擔(dān)，使得控制站可以專職于執(zhí)行復(fù)雜的高層次的控制算法。對于簡單的控制應(yīng)用，甚至可以把控制站取消，在控制站的位置代之以起連接現(xiàn)場總線作用的網(wǎng)橋和集線器，操作站直接與現(xiàn)場儀表相連，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。 5．4．2　特點(diǎn) 分布式的FCS系統(tǒng)比DCS系統(tǒng)更好地體現(xiàn)了“信息集中，控制分散"的思想。與傳統(tǒng)的DCS 相比，F(xiàn)CS有其自身的特點(diǎn)。FCS系統(tǒng)具有高度的分散性，它可以由現(xiàn)場設(shè)備組成自治的控制回路?，F(xiàn)場儀表或設(shè)備具有高度的智能化與功能自主性，可完成控制的基本功能，并可以隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行情況。另外，F(xiàn)CS的結(jié)構(gòu)比DCS簡化。有的FCS系統(tǒng)省略了DCS中控制站這一層，操作站直接與現(xiàn)場儀表相連。這些使FCS的可靠性得到提高。 現(xiàn)場總線系統(tǒng)具有開放性。系統(tǒng)對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)具有一致性、公開性，強(qiáng)調(diào)對標(biāo)準(zhǔn)的共識與遵從。通信協(xié)議一致公開，各不同廠家的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)信息交換，通過現(xiàn)場總線可構(gòu)筑自動化領(lǐng)域的開放互連系統(tǒng)。系統(tǒng)的開放性決定了它具有互操作性和互用性?；ゲ僮餍灾富ミB設(shè)備間、系統(tǒng)間信息傳送與溝通；而互用則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換。作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場總線還對現(xiàn)場環(huán)境有較強(qiáng)地適應(yīng)性。它支持雙絞線、同軸電纜、光纜、無線和電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 由于結(jié)構(gòu)上的改變，F(xiàn)CS比DCS更節(jié)約硬件設(shè)備。使用FCS可以減少大量的隔離器、端子柜、I/O卡及I/O端口，這樣就節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間；同時(shí)減少了大量電纜，可以極大地節(jié)省安裝費(fèi)用。與此同時(shí)，F(xiàn)CS比DCS性能有所提高。由于免去了D/A與A/D變換，使儀表精度得到極大的提高；通過將PID功能植入到相應(yīng)的智能傳感器中去，使控制周期大為縮短。目前FCS可以從DCS的每秒調(diào)節(jié)2～5次增加到每秒調(diào)節(jié)10～20次，改善了調(diào)節(jié)性能。FCS控制系統(tǒng)與DCS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較見圖1。 5．4．3　現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn) 由于現(xiàn)場總線的以上特點(diǎn)，特別是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化，使其從設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。它不僅節(jié)省了硬件數(shù)量與投資，節(jié)省了安裝費(fèi)用，而且系統(tǒng)的維護(hù)開銷也大大地降低。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)不僅精確度與可靠性高，在方便使用和維護(hù)性方面，F(xiàn)CS也比DCS有優(yōu)勢。FCS使用統(tǒng)一的組態(tài)方式，安裝、運(yùn)行、維修簡便；利用智能化現(xiàn)場儀表，使維修預(yù)報(bào)（Predicted maintenance）成為可能；由于系統(tǒng)具有互操作性和互用性，用戶可以自由選擇不同品牌的設(shè)備達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成，在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可以自由選擇替換的設(shè)備，保障用戶的高度系統(tǒng)集成主動權(quán)。 此外，它還具有設(shè)計(jì)簡單，易于重構(gòu)等特點(diǎn)。 5．4．4　發(fā)展趨向 傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)）具有集中監(jiān)控、分散控制、操作方便的特點(diǎn)。但是，在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)DCS的結(jié)構(gòu)存在一些不足之處，如控制不能做到徹底分散，危險(xiǎn)仍然相對集中；由于系統(tǒng)的不開放性，不同廠家的產(chǎn)品不能互換、互聯(lián)，限制了用戶的選擇范圍。利用現(xiàn)場總線技術(shù)，開發(fā)FCS系統(tǒng)的目標(biāo)是針對現(xiàn)存的DCS的某些不足，改進(jìn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高其性能和通用性。 FCS想要在實(shí)際中取代DCS，既要具備DCS所具有的功能，又要能克服DCS的缺點(diǎn)。FCS由于采用了現(xiàn)場總線技術(shù)，在開放性、控制分散等方面優(yōu)于傳統(tǒng)DCS。但是由于它是一種新技術(shù)，目前連標(biāo)準(zhǔn)本身都還沒有制定統(tǒng)一，因此FCS與成熟的DCS相比，還存在下列的一些欠缺。 （1）由于現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)本身尚在發(fā)展中，從而給產(chǎn)品的開發(fā)和測試帶來難度。這在一定程度上造成產(chǎn)品開發(fā)商、生產(chǎn)商少，產(chǎn)品品種單一而且價(jià)格昂貴。 （2）在某些場合中，F(xiàn)CS還無法提供DCS已有的控制功能。由于軟硬件水平的限制，其功能塊的功能還不是很強(qiáng)，品種也不夠齊全；用現(xiàn)場儀表還只能組成一般的控制回路如單回路、串級、比例控制等，對于復(fù)雜的、先進(jìn)的控制算法還無法在儀表中實(shí)現(xiàn)，對于單回路內(nèi)有多輸入、多輸出的情況缺乏好的解決方案。 （3）目前FCS成功的應(yīng)用實(shí)例不多，難以評估實(shí)際應(yīng)用效果。 由于以上這些原因，F(xiàn)CS取代DCS將是一個(gè)逐漸的過程。在這一過程中，會出現(xiàn)一些過渡型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如在DCS中以FCS取代DCS中的某些子系統(tǒng)。用戶將現(xiàn)場總線設(shè)備連接到獨(dú)立的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，服務(wù)器配有DCS中連接操作站的上層網(wǎng)絡(luò)接口，與操作站直接通信。在DCS的軟件系統(tǒng)中可增添相應(yīng)的通信與管理軟件。這樣不需要對原有控制系統(tǒng)作結(jié)構(gòu)上的重大變動。 （4）當(dāng)前，各種形式的現(xiàn)場總線協(xié)議并存于控制領(lǐng)域。在樓宇自控領(lǐng)域，Lonworks和CAN網(wǎng)絡(luò)具有一定的優(yōu)勢；在過程自動化領(lǐng)域，主要有過渡型的HART協(xié)議、得到廣泛支持的FF現(xiàn)場總線協(xié)議以及同樣較有競爭力的PROFIBUS協(xié)議。HART協(xié)議將是目前幾年內(nèi)智能化儀表的主要通信協(xié)議；基金會現(xiàn)場總線是過程自動化領(lǐng)域中較有前途的一種現(xiàn)場總線，得到許多自動化儀表設(shè)備廠商的支持；由于Lonworks技術(shù)的開放性，國內(nèi)出現(xiàn)了利用它開發(fā)控制系統(tǒng)的許多開發(fā)商?？紤]到統(tǒng)一的開放式現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定的長期性和艱巨性，傳統(tǒng)DCS的退出將是一個(gè)漸進(jìn)過程。在一段時(shí)期內(nèi)，會出現(xiàn)幾種現(xiàn)場總線共存、同一生產(chǎn)現(xiàn)場有幾種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連通訊的局面。但是，發(fā)展共同遵從的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，真正形成開放式互連系統(tǒng)，是大勢所趨。 6．DCS的硬件系統(tǒng)及其發(fā)展方向 關(guān)于硬件系統(tǒng)，我們還沒有更深入的討論。不過，DCS或者是今后的FCS硬件肯定會大量采用單片嵌入式軟硬件系統(tǒng)。這是因?yàn)椋? 1. 無論是DCS的智能模件還是今后FCS的現(xiàn)場模塊，必須具備自我診 斷、數(shù)據(jù)交換等功能； 2. 由于DCS和今后的FCS都會將控制、采集任務(wù)下達(dá)給遠(yuǎn)端絕大部分的模件或模塊，以讓其分散系統(tǒng)任務(wù)，故該類模件或模塊必須具備狀態(tài)或數(shù)據(jù)采集、或者進(jìn)行PID控制。因此，它不能缺少M(fèi)CU； 3. 由于通訊功能的增強(qiáng)，有必要加強(qiáng)通訊協(xié)議的認(rèn)可、總線設(shè)備地址的辨識、誤碼的智能判斷及相應(yīng)錯(cuò)誤的糾正等。 所謂單片嵌入式軟硬件系統(tǒng)是指具備可安裝與PCB（印制板）還儀器、儀表、專業(yè)模塊設(shè)備內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它并不包括我們常說的PC計(jì)算機(jī)。 6．1采用單片微處理器的嵌入式軟硬件系統(tǒng) 這種系統(tǒng)即是我們常說的單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它往往采用一片單片機(jī)加外圍芯片構(gòu)成。主要有AD、DA、DI、DO芯片作為與外部設(shè)備交換傳統(tǒng)的模擬量信號和開關(guān)量信號。并增加與外部的通訊接口電路、完成所謂的RS485物理接口并配合通訊協(xié)議在控制總線或現(xiàn)場總線上與主計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備交換數(shù)據(jù)。 由于傳統(tǒng)的單片機(jī)功能有限，往往還加入了大量的邏輯處理單元和大容量存儲器。例如：采用PAL 、GAL、CPLD等。也有采用FPGA以完成邏輯、譯碼、存儲、通訊控制和特殊布爾計(jì)算。 必須指出，單片計(jì)算機(jī)計(jì)術(shù)仍然在不斷發(fā)展。很多單片機(jī)采用RISC精簡指令集和CPLD、FPGA或者是DSP技術(shù)，可以片內(nèi)帶FLASH MEMORY，并有JTAG接口，可以在線完成程序擦除、下載、調(diào)試等工作。工業(yè)控制領(lǐng)域以16BIT單片機(jī)為主，逐步采用32BIT甚至64BIT單片機(jī)，而應(yīng)用于通訊領(lǐng)域中以8BIT單片機(jī)為多。據(jù)《電子工程專輯》報(bào)道：由于因特網(wǎng)的接入需求為8位MCU帶來新的活力。這表現(xiàn)在8位單片機(jī)供應(yīng)商紛紛采取措施推出增強(qiáng)因特網(wǎng)接入功能的新型8位MCU，這給本來由于常規(guī)8位單片機(jī)極高的市場需求又注入新的活力。市場預(yù)計(jì)從2000年的90億美元增加到2004年的160億美元。而16位、32位MCU加起來還不到8位MCU的一半。完全打破某些專家和公司預(yù)計(jì)的16位MCU將在短時(shí)間內(nèi)替代8位MCU。他們的依據(jù)8位MCU是沒有能力實(shí)現(xiàn)與因特網(wǎng)連接。然而，這些預(yù)言是錯(cuò)誤的?；?位MCU的低價(jià)格性和軟件嵌入式操作系統(tǒng)的支持，加上單片機(jī)上集成硬件的TCP/IP控制協(xié)處理器。這比采用16位甚至32位MCU要可靠、經(jīng)濟(jì)。如果說世界各大廠商在采用8位MCU完成通訊功能、而你卻想用16位MCU，這除非是你的產(chǎn)品成本比別人低得多，否則無法與別人競爭。 單片機(jī)系統(tǒng)配備TCP/IP通訊協(xié)議完成以太網(wǎng)接口是目前單片機(jī)的熱點(diǎn)。國外甚至推出可以發(fā)E_mail、上Web瀏覽的單片機(jī)系統(tǒng)。因此，上網(wǎng)沖浪不再是PC 計(jì)算機(jī)的專利。只有充分享受網(wǎng)上資源的一切設(shè)備才是人們所追求的目標(biāo)。這種技術(shù)的大量使用，無疑給未來的工業(yè)以太網(wǎng)探明道路。 6．2采用DSP數(shù)字處理器的嵌入式軟硬件系統(tǒng) DSP數(shù)字處理器是近來發(fā)展起來的新技術(shù)。它實(shí)際上也是單片計(jì)算機(jī)。一般的單片機(jī)內(nèi)部總線采用程序區(qū)和存儲器區(qū)共用的馮－諾依曼結(jié)構(gòu)。程序按步進(jìn)行，必須完成取指、運(yùn)算、執(zhí)行才能完成一個(gè)指令。而DSP采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序區(qū)和存儲器區(qū)完全分開，取指、運(yùn)算可以完全分開，即在運(yùn)算階段時(shí)可以進(jìn)行取下一條指令操作。故可以高速、并行工作。由于集成大量的存儲器和布爾處理器、復(fù)雜邏輯陣列及特殊算法功能塊，可以高速處理大量數(shù)據(jù)甚至輕而易舉地完成模糊控制或自適應(yīng)控制等，是未來嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向。 TMS320系列DSP是美國德州公司的產(chǎn)品。因其內(nèi)部可以并行運(yùn)行多個(gè)程序故可以處理更復(fù)雜的問題，相應(yīng)程序執(zhí)行速度得以大大提高。由于硬件回路功能較強(qiáng)，甚至AD、DA轉(zhuǎn)換器也可以直接選擇DSP某些接口來構(gòu)成。 對于需要更快的處理速度（與純硬件執(zhí)行速度相當(dāng)）某些設(shè)計(jì)完全可以由FPGA組成硬件，而采用VHDL設(shè)計(jì)語言來滿足系統(tǒng)要求。則其執(zhí)行方式完全并行工作，執(zhí)行指令也完全與常規(guī)的us/步不同，因?yàn)樗皇前疵總€(gè)功能需要多少個(gè)執(zhí)行周期來完成，而是每個(gè)功能由多少個(gè)“硬件”構(gòu)成，它總共延時(shí)多少ns。這個(gè)“硬件”是由軟件來描述，而完成功能確實(shí)內(nèi)部的硬件進(jìn)行?？梢哉f，它如同一個(gè)半導(dǎo)體廠定制的ASIC電路。內(nèi)部功能由專用硬件構(gòu)成（不過是看不見硬件），而生成的硬件卻是由軟件進(jìn)行描述而生成的。 未來的DSP最終會向FPGA過渡。 6．3 DCS模件向FCS模塊的演變 常規(guī)的DCS是由若干個(gè)機(jī)柜中安裝各種模件或者是板卡所構(gòu)成。它們相對集中并且通過內(nèi)部的通訊、控制總線與各個(gè)模件相連接。由于DCS已經(jīng)發(fā)展很久，但其總體結(jié)構(gòu)變化不大。不過，這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)明顯顯示出不足： a．由于各板卡集中于幾個(gè)機(jī)柜中，各自的通訊聯(lián)絡(luò)采用專用的協(xié)議，故屬于封閉式，無法直接與第三方設(shè)備交換數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行相互接口、通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換。開放性較差； b. 所有的模件接口采用傳統(tǒng)的DI、DO、AI、AO，需要大量的電纜與現(xiàn)場設(shè)備相連接。直接導(dǎo)致安裝復(fù)雜、成本居高不下，故障點(diǎn)增多； c. 模件抗干擾能力、防靜電能力差。 而FCS模塊強(qiáng)調(diào)可以現(xiàn)場安裝，高可靠性和惡劣的環(huán)境下高防護(hù)等級可以直接安裝于現(xiàn)場。而相互連接可以通過冗余的通訊電纜連接，所有連接在通訊總線上的設(shè)備可以共享信息，最終實(shí)現(xiàn)控制功能下移至現(xiàn)場層。 7．結(jié)束語： 綜上所述，DCS系統(tǒng)最終向FCS系統(tǒng)發(fā)展，我們究竟是使用別人的產(chǎn)品或是自己開發(fā)，是開發(fā)DCS還是FCS這要根據(jù)我們自身的實(shí)力和情況定。根據(jù)技術(shù)的發(fā)展方向和市場的需求，我認(rèn)為：如果需要開發(fā)DCS產(chǎn)品應(yīng)該順應(yīng)技術(shù)的發(fā)展方向和市場的需求進(jìn)行。換句話說，應(yīng)該結(jié)合目前現(xiàn)有品牌DCS并有所擴(kuò)展－帶FCS的模塊以逐步向FCS系統(tǒng)過渡即尋找開發(fā)的捷徑。 根據(jù)世界上成功合作例子，有許多廠商之間相互合作，例如美國GE公司與香港Fanuc組成GE FANUC品牌的90XX系列PLC。他們不再是簡單的OEM組裝，而是進(jìn)入了較高層次的再開發(fā)，在亞州市場上取得了巨大成功。我們能否也借鑒此類方式合作。而不要采用成套購入別人硬件OEM簡單的生產(chǎn)方式，共同投入技術(shù)，維護(hù)、發(fā)展產(chǎn)品。這樣的合作方式當(dāng)然取決與對方是否愿意。例如，征得ABB的同意，共同推出適合電站系統(tǒng)的INFI－DF DCS系統(tǒng)，并部分采用自己的硬件和軟件系統(tǒng)，獲得商標(biāo)、硬件、軟件的使用權(quán)，可以在初期按技術(shù)合作入股、提成等方式，在東汽生產(chǎn)模件并投入物力、人力開發(fā)與FCS相適應(yīng)的現(xiàn)場總線模塊擴(kuò)展DCS應(yīng)用范圍。 如果此類方式遭到斷然拒絕，那我們只有獨(dú)立開發(fā)自己的DCS系統(tǒng)了。