DCS教程----網絡教學版

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DCS從1975年問世以來
，大約有三次比較大的變革，七十年代操作站的硬件
、操作係統、監視軟件都是專用的，由各DCS廠家自己開發的
，也沒有動態流程圖，通訊網絡基本上都是輪詢方式的；八十年代就不一樣了

，通訊網絡較多使用令牌方式；九十年代操作站出現了通用係統
，九十年代末通訊網絡有部份遵守TCP/IP協議，有的開始采用以太網。總的來看
，變化主要體現在Ｉ／Ｏ板
、操作站和通訊網絡。控製器相對來講變化要小一些。操作站主要表現在由專用機變化到通用機
，如PC機和小型機的應用。但是目前它的操作係統一般采用UNIX，也有小係統采用NT，相比較來看UNIX的穩定性要好一些，NT則有死機現象。I/O板主要體現在現場總線的引入DCS係統。

從理論上講，一個DCS係統可以應用於各種行業，但是各行業有它的特殊性，所以DCS也就出現了不同的分支，有時也由於DCS廠家技術人員工藝知識的局限性而引起，如HONEYWELL公司對石化比較熟悉，其產品在石化行業應用較多，而ＢAILEY的產品則在電力行業應用比較普遍。用戶在選擇DCS的時候主要是要注意其技術人員是否對該生產工藝比較熟悉；然後要看該係統適用於多大規模
，比如NT操作係統的就適應於較小規模的係統
；最後是價格，不同的組合價格會有較大的差異，而國產的DCS係統價格比進口的DCS至少要低一半

，算上備品備件則要低得更多。

DCS由四部份組成：I/O板、控製器、操作站

、通訊網絡。I/O板和控製器國際上各DCS廠家的技術水平都相差不遠，如果說有些差別的話是控製器內的算法有多有少
，算法的組合有些不一樣，I/O板的差別在於有的有智能，有些沒有，但是控製器讀取所有I/O數據必須在一秒鍾內完成一個循環
；操作站差別比較大
，主要差別是選用PC機還是選用小型機、采用UNIX還是采用NT操作係統、采用專用的還是通用的監視軟件,操作係統和監視軟件配合比較好時可以減少死機現象；差別最大的是通訊網絡，最差的是輪詢方式，最好的是例外報告方式，根據我們的實驗，其速度要相差七八倍。

DCS係統包括三大部分：帶I/O部件的控製器
、通訊網絡和人機接口。人機接口包括操作站
、工程師站和曆史站。控製器I/O部件和生產過程相聯接，操作站和人相聯係
，通訊網絡把這兩部分聯成係統。所以操作站是DCS的重要組成部分
，工程師站給控製器和操作站組態，曆史站記錄生產過程的曆史數據。最近幾年開發的人機界麵還有動態數據服務器。

一個DCS係統控製器和I/O部件通常可以運行16-20年，而操作站因為有活動部件，所以比較容易損壞，如：硬盤、鍵盤、CRT、軟驅等，運行6-8年後出現故障的概率就比較大
，所以在DCS運行過程中，操作站更新的情況比較多。

DCS的控製器的變化較小。其變化表現在控製算法的安排
、控製算法的多少，存取的 I/O點dian數shu的de多duo少shao和he內nei存cun的de大da小xiao等deng，操cao作zuo係xi統tong一yi般ban都dou是shi專zhuan用yong的de。操cao作zuo站zhan的de變bian化hua就jiu很hen大da，八ba十shi年nian代dai以yi前qian的de操cao作zuo站zhan，一yi般ban沒mei有you硬ying盤pan及ji動dong態tai流liu程cheng圖tu，能neng顯xian示shi的de標biao簽qian數shu比bi較jiao少shao，例li如ru500個標簽（標簽指的是AI、DI、回路
、開關量的邏輯關係等），八十年代出現了能顯示5000個標簽的操作站
，九十年代出現了能顯示30000個標簽的操作站。同時
，也出現了在微軟的NT通用平台上運行的通用顯示軟件。開始
，通用軟件隻在PLC的操作站上使用，後來也逐漸應用在DCS上。它的標簽量可以達到10000個
，甚至更多。

DCS操作站發展的過程（以BAILEY的操作站為例）如下：

一．八十年代初，N90的操作站是OIU係列

，當時是無硬盤
、無動態流程圖的
，標簽量500。後來增加了硬盤和流程圖，標簽量1400-5000點。八十年代中期推出了MCS係列，標簽量10000，特別是MCS PULS，它是SCSI接口，可以有30000個標簽點
，當時在DCS市場上處於領先地位。1986年，BAILEY產品占世界DCS市場的1/3。到1988年，共有8500
套在世界各國運轉。到了90年代，DCS市場爭奪激烈，BAILEY無論在技術上還是在銷售方麵都不象80年代那樣光輝。於是BAILEY公司欲通過購買FISCHER&PORTER

、HARTMANN&BRAUN等公司銷售他們的係統來重鑄輝煌。

BAILEY的控製器和通訊網絡都比較好，但在操作站上麵
，不能與競爭者相比，BAILEY最新的操作站是以WINDOWS NT、通用微機為基礎的Conductor NT。實際上
，該操作站不是為INFI-90開發的，它是FISCHER-PORTER的係統6的操作站
，用它的監控軟件嵌入和INFI-90通訊的驅動軟件而成。由於銷售量不大，磨合的機會少，問題比較多

，死機現象嚴重。OIS40係列的操作站運行在DEC的VMS平台上。實際上
，它仍然是在MCS操作站的MTOS操作係統平台上
，開發了一個與VMS通訊的驅動軟件，因為80年代的OIU和MCS在80年代末都已經停止銷售。BAILEY隻賣OIS20係列和OIS40係列。 OIS20係列是90年代初推向市場的，它本質上是MCS，但它們能與INFI-90通訊．它的開發、製造成本都比較低，性能也比較好。OIS20係列的輔站不是用網絡來傳輸信息的，隻是在主站上多加了1塊顯卡來實現輔站。後來因維護成本很高，硬盤和軟驅都難以買到，用戶反映不好。 繼OIS20係列，BAILEY公司推出了OIS41
、OIS42，在(zai)操(cao)作(zuo)站(zhan)之(zhi)間(jian)增(zeng)加(jia)了(le)以(yi)太(tai)網(wang)卡(ka)，組(zu)成(cheng)後(hou)門(men)網(wang)絡(luo)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)打(da)印(yin)機(ji)共(gong)享(xiang)。把(ba)圖(tu)形(xing)傳(chuan)給(gei)不(bu)同(tong)主(zhu)站(zhan)的(de)能(neng)力(li)也(ye)有(you)所(suo)增(zeng)強(qiang)
，也(ye)給(gei)用(yong)戶(hu)提(ti)供(gong)了(le)開(kai)發(fa)打(da)印(yin)係(xi)統(tong)的(de)空(kong)間(jian)
，這(zhe)是(shi)後(hou)話(hua)。由(you)於(yu)OIS40、OIS41、OIS42主機性能較差，所以操作站的性能提高不明顯。直到OIS43 Alpha芯片的出現
，性能才得到提高。同時，加拿大BAILEY公司開發了PCV，它是以PC為基礎的操作站
，采用QNX操作係統。因為它的標簽量較少
，價格低廉

，運行穩定，故適用於小係統的使用，這就是BAILEY的OIS10係列，版本5以前，隻有文本沒有圖形。版本5以後既有文本也有圖形。OIS11操作站後門之間用ARCNET聯網。OIS12既可用ARCNET也可用以太網聯網。 由於OIS40係列軟件結構複雜

，故價格較高，更重要的一點是DEC公司被COMPAQ公司兼並，Alpha機255/233停止生產，這給BAILEY公司和用戶無疑是雪上加霜。

二.八十年代中期
，因為PLC操作站的開發都不太成功，一些軟件公司就開發了通用的監控軟件
，且很快就被PLC製造廠家所采用。如：FIX、INTOUCH、ONSPEC等（一共有上百種），由於市場前景較好，所以軟件開發商又開發了許多PLC的驅動軟件。到了九十年代，又開發了DCS的驅動軟件。最早采用通用工控監控軟件的是MOORE公司的APEC係統，它既可以用INTOUCH也可用FIX。由於INFI-90係統在九十年代一直沒有推出比較優秀的操作站，故PREVISE公司推出了OPsCon操作站。 OPsCon操作站運行在PC硬件平台，NT操作係統下，把FIX作為監控軟件，並開發了能與多種DCS通訊的對應驅動軟件，標簽量為10000個。因為FIX軟件在世界各地已經銷售了90000套
，它與各種PLC、DCS和NT係統磨合較好，這種操作站可以運用在多種PLC、DCS操作站上。在INFI-90係統上應用已經有幾千台。如：新西蘭的一家造紙廠

，原來已經運行有CONDUCT NT
，後來還是改用OPsCon。 通用操作站的出現，給DCS用戶帶來了以下方便： １、 不必再為原DCS生產廠家是否倒閉、兼並，該型產品是否已經停產、備件是否能夠找到而操心。 ２、 由於通用操作站的適用麵廣，相對生產量大，成本下降，因而可以節省用戶的經費。維護費用也比較少。 ３、 采用通用係統要比使用各種不同的專用係統更為簡單，用戶也可減少人員培訓的費用。 ４、 更新和升級容易。 ５
、 開放性能好，很容易建立生產管理信息係統。
因此，通用操作站是DCS的發展方向。

被控製對象確定以後，選用什麼樣的控製係統就成為重要問題。

主要是根據項目規模和投資預算來考慮的
，以數字技術為基礎的DCS係統和早期的模擬儀表組成的控製係統，從工程項目的實施來看，本質差別不大，主要考慮項目規模和投資預算，但DCS與模擬儀表相比

，它更為複雜，技術性要求更高，下麵我來談談DCS係統選型中的幾個問題。從理論上來講，DCS可以用與不同的工藝過程，它是通用的
，但是
，DCS的製造廠家專長與某一領域。如：HOMEYWELL主要用於石化部門，BAILEY公司的N90、INFI90主要用於電力係統
，ROSEMOUNT的RS3
、?-V大多用於化工係統。但也不能否認不同工藝過程會有一些特殊要求，如：電廠一定要有電調設備和SOE，石化部門一定要有選擇性控製，水泥行業一定要有大純滯後控製補償等

，選型時也要考慮這些因素。

第二點就是經濟性
，應該從DCS本身價格和預計所創效益角度考慮。DCS有國產的和進口的

，對相同檔次而言
，進口的控製功能強一些，有一些先進的控製算法

，如Smith預估、三維矩陣運算等，國產DCS價格要比進口的低很多，也能滿足技術要求。從結構上來看
，國外DCS的控製器各廠家差別不太遠，控製器的預置算法稍有差別，控製器與I/O板的連接方式也有所不同。而操作站區別較大。有以PC機為基礎的，有以小型機為基礎的，操作係統一般選用UNIX類係統。小型機的價格要比PC機高很多，進口小型機操作站的價格要高於四萬美金，而且許多機型已經停產（如DEC公司的VAX機和α機）。PC機的操作站不到三萬美金，它的操作係統采用NT，其穩定性沒有UNIX好。小型機的接口采用SCSI
，傳輸速率是串行的8倍之多。以NT操作係統作為操作站的，點數要少一些
，不然會頻繁死機
，國產的PC機更便宜得多
，采用PC機操作站
，可以采用最新的機型

，操作人員對軟件的安裝

、調試
、聯(lian)網(wang)和(he)開(kai)發(fa)也(ye)要(yao)熟(shu)悉(xi)得(de)多(duo)。監(jian)視(shi)軟(ruan)件(jian)有(you)專(zhuan)用(yong)的(de)也(ye)可(ke)以(yi)用(yong)通(tong)用(yong)的(de)
，通(tong)用(yong)的(de)監(jian)視(shi)軟(ruan)件(jian)開(kai)放(fang)性(xing)要(yao)好(hao)一(yi)些(xie)

，用(yong)戶(hu)應(ying)按(an)照(zhao)項(xiang)目(mu)的(de)規(gui)模(mo)大(da)小(xiao)和(he)預(yu)算(suan)資(zi)金(jin)來(lai)選(xuan)擇(ze)使(shi)用(yong)。 DCS比較貴的原因，除了上述理由外
，還有控製器的電源係統，通常采用冗餘供電

，電源的引入和散熱是價格貴的主要原因，各個DCS係統在這方麵差別比較大。 把控製器和操作站聯係起來的通訊網絡也要考慮，如果采用通用的以太網
，則網卡等價格很低，專用的網絡接口很貴，最貴可以達到20000美金。 yinci
，jingjixingyuhenduoyinsuyouguan，youshiwaishanggeinibaojiajiangxialai
，shijishigaibianleyixiejiegoueryi，bingmeiyougeinishenmeyouhui
，shenzhitadelirunhaizengjiale。zheshikequdebanfashilianxiguoneileisidedanweiheqingjiaoyoujingyandezhuanjia。

第三點就是承包方的技術力量，也就是承包方對哪一工藝過程和DCS本身比較熟悉。如經常做化工控製係統的承包商來做軋製的控製係統
，他對活套的控製、卷曲的控製和張力的控製等就不太熟悉，做的工程就不會太好。如果承包方對DCS本身不熟悉，控製器做的太大時會產生死機。不少工廠都購買了不同廠家的DCS係統，我們稱之為“八國聯軍”狀態
，此時更要選擇技術力量比較強的單位抓總
，而不宜選擇某一個國外廠商作為承包商。

第四點是售後服務，國外廠商通常情況下配品
、備件供應價格高
，且不能及時提供。DCS用戶應選擇廠商實力雄厚的
，技術力量強的
、境內技術支持好的廠家。計算機技術發展很快，DCS廠家也會不斷更新它的產品
，新舊產品兼容性要好才行
，個別廠家新舊係統不兼容
，係統升級時造成很大損失。國內的DCS廠家配品、備件供應比較及時，售後服務方麵做的也比較好。

第五點是關於DCS的技術先進性，指係統采用了經過驗證的最新技術，並有發展前途和生命力
，包括DCS係統的開放和互聯，現場總線的應用
，第三方軟件的支持等。這裏要注意的一點是：有些廠家為了占領市場，把一些不成熟的產品推到第三世界，如五
、六年前DCS缺少小型係統，有的廠家把不太成熟的小型係統推到用戶
，結果這270多套係統基本都已經提前退役。早在1983年，某外國公司推銷的DCS
，在zai電dian源yuan出chu現xian故gu障zhang並bing複fu電dian後hou，控kong製zhi器qi的de輸shu出chu是shi任ren意yi的de
，此ci時shi閥fa門men的de位wei置zhi就jiu很hen危wei險xian，這zhe種zhong產chan品pin本ben不bu能neng出chu廠chang，但dan還hai是shi賣mai給gei了le我wo們men國guo家jia，結jie果guo購gou買mai單dan位wei基ji本ben上shang沒mei有you運yun行xing。

總之，DCScongqiwuniandaoxianzaiyijingyouershiduoniandeyingyonglishile
，kekaoxingfangmianjibendounengdadaoyaoqiu，jianlixitongshixuanxingshiyigefeichangzhongyaodehuanjie，womenbudanzhuyaokaolvxiangmuguimohetouziyusuan，haiyaokaolvdaoyixilieqitadeyinsu
，xuanxingshifouqiadangwangwangcongyikaishijiujuedinglegaixitongjinhoudemingyun，wanwanbukediaoyiqingxin。

DCS係統屬於基礎自動化，MIS係統側重於辦公自動化。這兩者在反映速度上的區別很大，DCS是屬於秒級的
，而MIS是以小時或更長時間為單位的。所以這兩者之間必須要有隔離設備
，這個隔離設備就是動態數據服務器。它的功能是生產過程監控；曆史數據的存儲及管理
；統計質量控製
；設備預防性維護；設備故障診斷；生產優化等。 DCS

、PLCcaijixianchangdeshengchanguochengshujutongguotongxunwangluobashujuchuangeicaozuozhanhedongtaishujufuwuqi。dongtaishujufuwuqishicaijishengchanquanguochengdemonixinhaohuoluojixinhao
，suoyitadecaijisudushihailiangde。yaojingguoshujutaojin
，jiangxinhaosongdaoshengchanguanlibumen。 通常情況下，一個企業往往有幾種不同牌號的DCS、PLC，要把這幾種信號都集中到動態數據服務器中，最好要選擇一個通用顯示平台。在這個平台上來顯示不同型號的DCS、PLC的信號。通用顯示平台可采用FIX、INTOUCH、組態王
、Synall等軟件，開發各種DCS和PLC的驅動軟件。 最近出廠的DCS采用通用操作站，它采用NT操作係統，監控軟件就是FIX、INTOUCH. 不同DCS型號采用不同的驅動軟件。各種DCS之間信號傳輸采用OPC服務器聯接，也可以把少量的信號送到MIS係統的服務器中。FIX、INTOUCH等軟件都能存儲曆史數據，幾十個信號可存儲280天之多。如要存儲更多的曆史數據，可以采用OSI曆史數據庫，它可以存儲三年以上。這些通用監控軟件都有OSI的接口。老一代的DCS係xi統tong的de操cao作zuo站zhan無wu論lun操cao作zuo係xi統tong還hai是shi監jian控kong軟ruan件jian都dou是shi專zhuan用yong的de，和he其qi它ta係xi統tong通tong訊xun都dou非fei常chang困kun難nan。如ru要yao建jian立li係xi統tong間jian的de互hu聯lian，通tong過guo計ji算suan機ji接jie口kou單dan元yuan建jian立li動dong態tai數shu據ju服fu務wu器qi，監jian控kong軟ruan件jian仍reng然ran可ke以yi使shi用yong通tong用yong的de
，在zaiNT平台上運行，但它的數據隻能上行，不能下行。在設計MIS係統過程中，最好使用動態數據服務器，不要把DCS和PLC數據直接送到Web否則會影響到DCS

、PLC的正常運行。至於究竟需要建立多少個動態數據服務器，由所需采集的數據量和數據安全決定。一般情況下，可達10000點。

一個DCS係統可以有好幾台操作站，每一台操作站可以顯示一樣的內容，也可以是不一樣的內容。對於電廠來說，一台300MV的發電機組，工藝過程比較集中
，通常采用2台操作站冗餘運行認為是比較合適的。但對於大型機組，由於它的輸入、輸出點數較多

，一個顯示器不夠用
，最好有多個顯示器。這時的監控軟件應該能支持多屏幕。早期的DCS都采用在操作站的主機上加分屏卡，如加2分屏
，4分屏的分屏卡
，分別可連接2台CRT或4台CRT。用這種方法以增加人機界麵。對於除電廠以外的生產工藝，如水泥廠，鋼鐵廠
，一個生產工藝很長，地域比較分散，並由一套DCS係統控製
，它的輸入、shuchudianshujiaoduo，weilejieshengtouzi，yitaicaozuozhanwangwangheyibufenshengchangongyixiangduiying。birushuinichangdehuizhuanyaohemojixianggejulihenyuan
，caozuozhankeyianzhuangzailianggedifang。zheshiyitaicaozuozhanpeizhiyitaidayinji。ruguoqizhongyitaicaozuozhandezhujihuaile，zhetaicaozuozhanxianshideneirongjiumeiyoule。weilexitongdeanquanyunxing
，caiyongbiaoqiandezhongdiezutailaishixiande。rugaixitongyouliangtaicaozuozhan，fenbieweiA站和B站，該係統有2000個標簽，A、B操作站要分別組態1300個標簽，其中300個標簽是重疊的。即使A操作站發生故障
，隻
用要B操作站正常運行，係統照常工作。因為重要的標簽在B操作站上都有了。值得注意的是，由於重疊組態也會帶來負麵影響。會使得A、B操作站的管理人員責任不明確。 由於網絡技術的高速發展，人機界麵的數量可以不限。操作站分為主站和從站。主站連在DCS網絡上。通過DCS網絡接口，直接從DCS網wang絡luo上shang讀du取qu控kong製zhi器qi數shu據ju庫ku中zhong的de數shu據ju。主zhu站zhan的de數shu量liang是shi由you接jie口kou的de數shu量liang決jue定ding的de。從cong站zhan則ze與yu主zhu站zhan相xiang連lian。它ta沒mei有you數shu據ju庫ku，在zai顯xian示shi流liu程cheng圖tu畫hua麵mian時shi

，由you主zhu站zhan顯xian示shi完wan整zheng的de工gong藝yi畫hua麵mian，而er從cong站zhan就jiu顯xian示shi主zhu站zhan的de工gong藝yi畫hua麵mian。從cong站zhan的de數shu量liang是shi不bu限xian的de。不bu論lun是shi主zhu站zhan，還hai是shi從cong站zhan
，都dou用yong後hou門men網wang絡luo連lian接jie起qi來lai。有you了le後hou門men網wang絡luo，係xi統tong維wei護hu時shi
，各ge操cao作zuo站zhan之zhi間jian可ke作zuo文wen本ben拷kao貝bei。係xi統tong運yun行xing時shi，即ji使shi其qi中zhong一yi台tai主zhu操cao作zuo站zhan發fa生sheng故gu障zhang，它ta的de從cong站zhan可ke作zuo為wei另ling一yi台tai主zhu站zhan的de從cong站zhan。在zai網wang絡luo中zhong

，接jie進jin打da印yin服fu務wu器qi
，服fu務wu器qi有you許xu多duo通tong道dao，幾ji台tai操cao作zuo站zhan共gong用yong一yi台tai或huo幾ji台tai打da印yin機ji。連lian接jie主zhu站zhan和he從cong站zhan的de這zhe個ge網wang絡luo與yuDCS網絡沒有關係。所以就稱為後門網絡。早期的後門網絡采用ARCNET
，後來由於有的DCS係統的操作站主機采用DEC的小型機

，後門網絡就采用DECNET或以太網。在操作站作標簽組態時，是否要把重要的I/O點重疊組態要由用戶確定。 采(cai)用(yong)通(tong)用(yong)操(cao)作(zuo)站(zhan)以(yi)後(hou)
，係(xi)統(tong)就(jiu)成(cheng)為(wei)開(kai)放(fang)的(de)，各(ge)主(zhu)站(zhan)和(he)各(ge)從(cong)站(zhan)之(zhi)間(jian)用(yong)以(yi)太(tai)網(wang)連(lian)接(jie)，從(cong)站(zhan)的(de)數(shu)量(liang)不(bu)限(xian)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)後(hou)門(men)網(wang)絡(luo)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)

，以(yi)太(tai)網(wang)的(de)低(di)廉(lian)
，通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)雙(shuang)網(wang)。可(ke)以(yi)做(zuo)到(dao)遠(yuan)程(cheng)操(cao)作(zuo)。 在局部的地域用網絡，會帶來很大的方便。如果過程控製與INTERNET網絡相連
，會受到病毒或黑客的侵入。一定要加安全級別、數據單向傳輸和加防火牆。 以太網之間的協議遵從OSI模型（Open System Interconnection）的七層協議。七層協議分別是物理層、數據鏈路層
、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。 物理層描述傳輸介質、連接器和信號脈衝標準。中繼器或集線器（hub）也是物理層的設備
，它與傳輸的信息幀的具體內容無關。幀是發送到介質上的一組數字脈衝。用以傳輸信息。幀的大小為64-1518字節。幀包括預同步信號
，消息頭、數據信息和幀校驗序列。中繼器或集線器（hub）僅僅放大導線中的電信號
，並繼續向前傳送。 數據鏈路層描述本地係統之間的拓撲和通信標準。以太網能與多個物理層標準（雙絞線線纜、光纜）和多個網絡層標準一起工作。將網絡的物理方麵（線纜和數字脈衝）yuruanjianheshujuliudechouxiangshijielianjieqilai。zaiwangluolichuandexinxishiyizhendegeshichuanshude。zaizhenzhongyouxiaoxitouhewei
，shujubaobaodaozhenli。jiancecuowu
，tiaojieshujuliuliang。zhenxiaoxiyouyuanhemubiaojiezhifangwenkongzhi（media access control ）MAC地址組成，並利用該信息和數據區的內容建立CRC尾。數據鏈路層根據網絡采用拓撲規則，發送幀，把幀發到物理層（網絡線纜）。網wang橋qiao和he交jiao換huan器qi是shi數shu據ju鏈lian路lu層ceng的de設she備bei。因yin為wei它ta們men是shi支zhi持chi幀zhen的de。兩liang者zhe都dou利li用yong幀zhen消xiao息xi頭tou中zhong的de信xin息xi調tiao節jie交jiao通tong。幀zhen消xiao息xi頭tou負fu責ze識shi別bie是shi誰shui發fa送song的de信xin息xi，信xin息xi發fa送song到dao哪na裏li。幀zhen消xiao息xi頭tou包bao含han兩liang個ge區qu域yu，用yong以yi識shi別bie傳chuan輸shu的de源yuan和he目mu標biao，是shi源yuan和he目mu標biao係xi統tong的de節jie點dian地di址zhi。幀zhen消xiao息xi頭tou的de大da小xiao總zong是shi14字節。 網(wang)絡(luo)層(ceng)描(miao)述(shu)在(zai)不(bu)同(tong)網(wang)段(duan)上(shang)的(de)係(xi)統(tong)如(ru)何(he)彼(bi)此(ci)尋(xun)找(zhao)
，也(ye)定(ding)義(yi)了(le)網(wang)址(zhi)。網(wang)址(zhi)是(shi)指(zhi)定(ding)給(gei)一(yi)組(zu)物(wu)理(li)連(lian)接(jie)的(de)係(xi)統(tong)名(ming)字(zi)或(huo)號(hao)碼(ma)。是(shi)所(suo)有(you)上(shang)層(ceng)的(de)基(ji)石(shi)
，單(dan)位(wei)是(shi)數(shu)據(ju)報(bao)（datagram）單位如網絡的IP數據報傳遞協議是網絡層功能的例子。網址這一術語，根據采用的協議不同，叫法也不同。采用IP

，叫做子網（subnet）。 傳(chuan)輸(shu)層(ceng)處(chu)理(li)數(shu)據(ju)的(de)實(shi)際(ji)操(cao)作(zuo)，並(bing)準(zhun)備(bei)通(tong)過(guo)網(wang)絡(luo)傳(chuan)送(song)。如(ru)果(guo)數(shu)據(ju)太(tai)大(da)而(er)不(bu)能(neng)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)幀(zhen)
，傳(chuan)輸(shu)層(ceng)將(jiang)其(qi)分(fen)解(jie)為(wei)更(geng)小(xiao)的(de)部(bu)分(fen)
，並(bing)編(bian)製(zhi)序(xu)號(hao)
，序(xu)號(hao)允(yun)許(xu)其(qi)它(ta)係(xi)統(tong)上(shang)的(de)傳(chuan)輸(shu)層(ceng)重(zhong)新(xin)將(jiang)數(shu)據(ju)組(zu)合(he)為(wei)最(zui)初(chu)內(nei)容(rong)。幀(zhen)的(de)CRC校驗是在數據鏈路層進行的
，傳輸層能夠起到備用效驗的作用。傳輸層的功能如IP的傳輸協議（TCP）、單位是段（segment）。 會話層處理兩個或多個係統之間連接的建立和維護。它保證正確完成具體的服務請求。 如果係統正在運行多個網絡應用程序，會話層負責保持正確通信順序
，保證進入的數據引到正確的應用程序。 表示層保證數據可以用於應用程序的形式接收。它的任務是編碼和解碼。
應用層的任務是確定何時要求訪問網絡資源。

一(yi)個(ge)企(qi)業(ye)特(te)別(bie)是(shi)大(da)中(zhong)型(xing)企(qi)業(ye)有(you)許(xu)多(duo)工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)，每(mei)一(yi)個(ge)工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)都(dou)有(you)相(xiang)對(dui)獨(du)立(li)性(xing)。在(zai)不(bu)同(tong)時(shi)期(qi)建(jian)設(she)或(huo)不(bu)同(tong)時(shi)間(jian)進(jin)行(xing)技(ji)術(shu)改(gai)造(zao)
，一(yi)定(ding)會(hui)采(cai)用(yong)不(bu)同(tong)型(xing)號(hao)的(de)DCS係統


，設備連鎖和控製等會采用幾種不同型號的PLC係統。為了在企業內建立綜合管理信息係統，異種係統的互聯和時間同步就成為很重要的問題。早期DCS和PLC的互連是采用把PLC作為DCS的一個輸入板
，DCS專們設計一塊與PLC的接口板
，與DCS的本身的I/O板連在同一條I/O總線上。控製器讀入PLC來的信號
，通過DCS的網絡把PLC的信號送到DCS操作站上。這樣互連的辦法有一個大的缺點是：PLC的快速信號在慢速反應的DCS的操作站上顯示。經測定，一個微動開關的動作要經過幾秒以上的時間才能在DCS的操作站上表現出來。有的DCS甚至需要8秒。另一個互聯辦法是把PLC的個別信號用硬線連到DCS的輸入板上
，這樣輸入的點數很少，成本比較高。有的DCS在DCS網絡上設計一個結點，該結點專門用來讀取PLC的信號。把PLC的信號送入DCS的(de)網(wang)絡(luo)是(shi)比(bi)較(jiao)困(kun)難(nan)的(de)。缺(que)點(dian)是(shi)開(kai)發(fa)接(jie)口(kou)的(de)費(fei)用(yong)很(hen)高(gao)。即(ji)使(shi)開(kai)發(fa)成(cheng)功(gong)
，接(jie)口(kou)也(ye)經(jing)常(chang)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)。一(yi)個(ge)典(dian)型(xing)例(li)子(zi)是(shi)燃(ran)汽(qi)輪(lun)機(ji)和(he)鍋(guo)爐(lu)聯(lian)合(he)發(fa)電(dian)的(de)電(dian)廠(chang)
，燃(ran)汽(qi)輪(lun)機(ji)從(cong)美(mei)國(guo)或(huo)其(qi)它(ta)國(guo)家(jia)進(jin)口(kou)，燃(ran)汽(qi)輪(lun)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)（PLC）和(he)主(zhu)設(she)備(bei)一(yi)起(qi)配(pei)成(cheng)
，而(er)鍋(guo)爐(lu)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)由(you)用(yong)戶(hu)自(zi)己(ji)選(xuan)配(pei)，用(yong)戶(hu)很(hen)想(xiang)把(ba)兩(liang)者(zhe)的(de)信(xin)息(xi)在(zai)一(yi)個(ge)操(cao)作(zuo)站(zhan)上(shang)顯(xian)示(shi)。為(wei)開(kai)發(fa)這(zhe)個(ge)操(cao)作(zuo)站(zhan)
，開(kai)發(fa)費(fei)用(yong)在(zai)幾(ji)萬(wan)美(mei)金(jin)以(yi)上(shang)。即(ji)使(shi)開(kai)發(fa)成(cheng)功(gong)

，也(ye)經(jing)常(chang)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)。 對於PLC來說
，70年代中期曾經開發過專用操作站，但不太成功。後來它就沒有開發專用操作站

，當時，PLC隻處理開關量，在控製器上的數碼顯示作為人機界麵也能滿足要求。PLC的控製器和I/O之間用網絡連接。到80年代末和90年代，模擬量控製進入PLC，。用戶感到沒有以CRT為基礎的人機界麵很不方便，用戶選用通用監控軟件
，運行在NT平台上，采用普通微機作為硬件平台

，編出各個PLC的驅動軟件，這樣PLC也有了操作站。因為商業原因，一些PLC廠家在90年代也開發了監控軟件。並企圖成為工控通用監控軟件。由於開發時間很晚， 不僅各個PLC的驅動軟件太少
，而且市場也被其他軟件占據。 對於通用監控軟件來說，微軟開發的通訊協議DDE（DYNAMIC DATA EXCHANGE）、快速DDE 、網絡DDE等都支持。 u DDE允許Windows環境下各使用的機器建立客戶機/fuwuqiguanxi

，fasonghejieshoushuju

，bicifasongzhiling。youfuwuqitigongshujuhejieshoucongqitashiyongdejiqifalaideganxingqudeshujuqingqiu。faqingqiudejiqijiushikehuji

，songshujudeshifuwuqi。 u 快速DDE 提供許多DDE的信息打包到單個DDE信息中。打包提高效率，減少服務器和客戶機之間傳送的DDE數據。 u 網絡DDE 延伸了標準DDE功能
，其中包括了局域網通過串行口的通訊。網絡的延伸允許連在網上的不同計算機作為服務器、客戶機應用運行的DDE連接。比如
，網絡DDE支持連到LAN，或modem上的IBM兼容計算機和諸如在VMS
、UNIX等操作環境下的非PC為基礎的平台之間的DDE。 u SuitLinkK用於TCP/IP為基礎的協議、被設計成滿足工業需要
，如數據完整性
、高吞吐量和容易診斷。此協議標準隻適用於Windows NT4.0以上。 u OPC（OBJACT LINK EMBED PROCESS CONTROL）客戶機，可以從服務器取數據。遵守TCP/IP協議。 由於市場需要監控軟件，因此，通用監控軟件有許多廠商開發，在90年代，有如FIX

、INTOUCH、PARAGON
、ONSPEC、CIMPLICITY等100多種。國內有組態王

、SYNALL等。對於監控軟件如果開發了許多DCS和PLC的驅動軟件，在聯網時有許多網絡套件


，它就成為通用監控軟件。其中驅動軟件最多的是FIX和INTOUCH。在NT平台上，如果采用
FIX、INTOUCH等軟件，彼此可作為服務器
，也可作為客戶機，彼此可以交換數據。 DCS在70年代問世時，計算機技術水平還比較低，市場上可以選用的零部件比較少。DCS生產廠家自己開發的操作站有專用的操作係統
、專用的監控軟件、專用的接口硬件和CRT、專用的打印機
、專用硬盤和軟驅。甚至連接用的電纜和插頭、插座也是專用的。當然，這樣作也不能排除是DCS廠家為了獲取最大的商業利益而考慮的。由於計算機技術的飛速發展，而DCS的發展沒有計算機快
，它處在相對穩定的發展階段。後來市場上的各種微機零部件很多
，但DCS都連接不上
，異種係統更沒有辦法互連，DCS廠家又都沒有按照市場變化修改自己的軟件，所以DCS成為名符其實的自動化“孤島”。DCS的用戶感到十分不方便
，另外操作站比控製器更容易損壞。其壽命大約7-8年左右。操作站由於買不到如硬盤
、軟驅等，許多用戶決定在更換操作站時
，不再采用原DCS廠家的操作站
，因為它價格昂貴
、備件難賣。采用PC機和NT平台，安裝通用監控軟件，並開發和某一具體DCS的驅動軟件，做成通用操作站
，代替原來的專用操作站。 有的DCS廠家索性把專用操作站去掉，配以通用操作站。如MOORE公司的APACS係統，在1996年采用INTOUCH軟件（FIX也可以），MOORE公司隻提供APACS的驅動軟件和提硬件的配置要求，硬件由用戶自己選配。經使用，運行很好。比MOORE公司自己開發的監控軟件要好用一些。這也許是DCS廠家軟件開發人員比通用軟件開發公司的軟件開發人員少有關。又如MEASUREX的操作站也采用通用監控軟件。目前最多的替代操作站是FIX、INTOUCH兩大類型的通用替代操作站。 早期的DCS，廠家分別都自己開發專用監控軟件。編寫程序時，控製器的驅動軟件和顯示軟件不是分開來編寫。如果采用通用微機和NT平台，它們與通用軟件相比，CPUdekaixiaoyaoxiaoyixie，duiyingjiandeyaoqiubitongyongdeyaodiyixie，danyouyushihexitongyiqixiaoshou，xiaoshoulianghenxiao，ruanjianbenshendewentimeiyoudedaochongfenbaolu。ruguoyingjiandounengmanzutongyong、專用要求，專用監控軟件的操作站死機現象比通用的嚴重一些。據了解，某一套DCS係統
，硬件為PC機
，操作係統為NT
，專zhuan用yong監jian控kong軟ruan件jian裝zhuang配pei成cheng的de操cao作zuo站zhan，一yi天tian內nei死si機ji幾ji次ci。隨sui著zhe軟ruan件jian版ban本ben升sheng級ji，死si機ji現xian象xiang有you增zeng無wu減jian。一yi年nian內nei打da幾ji次ci補bu釘ding，死si機ji現xian象xiang仍reng然ran存cun在zai。專zhuan用yong、通用兩種軟件相比，專用的目前還是比通用的要封閉一些。在網絡中使用，還沒有網絡套件軟件。如采用通用監控軟件，DCS和DCS之間，DCS和PLC之間，PLC和PLC之間

，各自的人機界麵可以互連。隻要是微軟的WINDOWS界麵
，都能作為客戶機
，采用DDE

、快速DDE和Suitelink讀du取qu數shu據ju。它ta們men既ji可ke以yi作zuo為wei服fu務wu器qi，也ye可ke以yi作zuo為wei客ke戶hu機ji。在zai企qi業ye內nei可ke組zu成cheng綜zong合he管guan理li信xin息xi係xi統tong。為wei了le保bao證zheng操cao作zuo站zhan的de安an全quan運yun行xing，可ke以yi單dan獨du用yong一yi個geHMI用於互連。通用監控軟件通常有網絡版的軟件，經組態後，能通過網絡，組成服務器/客戶機格式，把實時信息傳到遠方。在客戶機中，可以實時查看通用軟件做成的動態數據服務器數據庫中的數據。也能把信息送入MIS係統的標準數據庫中（如SQL

、SYBASE、ORACLE）。通用監控軟件在它們的套件軟件中，也有Web軟件，安裝成Web服務器
，通過Web服務器。瀏覽動態數據服務器中的數據。它不是實時數據。同時，通過微軟的GLANZE軟件
，也可以接Web。 瀏覽MIS數據庫中的數據。采用Web服務器, 瀏覽數據


，都比服務器/客戶機的方式要慢。 采用通用操作站優點歸納如下： ●價格低廉 ●DCS功能擴展 ●用戶熟息 各個係統的時間同步也是很重要的問題。網絡時間服務器是用於所有網上工作站的高品質時間同步的設備。一般情況下，DCS係統的絕對時間是在操作站上(人機界麵)形成的，控製器中隻有相對時間。為了時間同步，可以把衛星時間GPS(GLOBAL POSITION SYSTEM)作為基準
，來校對DCS的時間。具體實現辦法如下：通過衛星接收天線，時間服務器接收
GPS係統中各個衛星的原子鍾
，再把時間信號送給動態數據服務器或DCS的操作站。通過動態數據服務器或操作站的DCS的驅動軟件，把時間信號送到DCS的網絡上。原來以太網在DCS網絡中比較少用，但現在也有用的。因為它比較廉價。它廣泛用於管理信息網（MIS）
，以yi太tai網wang也ye采cai用yong廣guang播bo式shi協xie議yi，但dan與yu令ling牌pai網wang有you區qu別bie。它ta采cai用yong隨sui機ji訪fang問wen的de鏈lian路lu控kong製zhi。在zai以yi太tai網wang的de網wang絡luo中zhong，各ge結jie點dian可ke以yi隨sui機ji的de發fa送song數shu據ju。但dan當dang兩liang個ge或huo更geng多duo的de結jie點dian同tong時shi發fa送song數shu據ju時shi，就jiu產chan生sheng數shu據ju發fa送song衝chong突tu。發fa生sheng衝chong突tu的de結jie點dian都dou退tui回hui去qu
，用yong一yi個ge隨sui機ji延yan時shi的de算suan法fa後hou再zai繼ji續xu發fa送song。即ji采cai用yong載zai波bo監jian聽ting多duo路lu訪fang問wen技ji術shu。隨sui機ji延yan時shi的de算suan法fa有you很hen多duo種zhong
，目mu前qian都dou應ying用yong於yu以yi太tai網wang。 目前MIS係統已經與DCS、PLC連接成一個係統，DCS、PLCshujutongguodongtaishujufuwuqi，songdaoyitaiwang
，tadechuanshuzaitidadoucaiyongguangxian。tiaodushitongchangshizhongxinquyu

，yitaweijidian，lianchengxingxingwangluojiegou。zhongxinquyupeizhiyoufuwuqi。ruORACLE、SYBASE、SQL等。在服務器中存有軟件，把軟件編製成子模塊形式。如財務管理子模塊、人事管理子模塊、原材料子模塊等。把DCS、PLC來的信號放在生產實時子係統模塊內。 生產實時的數據是海量的，既有實時的
，又有曆史的。對於通用監控軟件都有曆史數據平台。設服務器
，它可以自成係統。最後再與MIS係統的數據庫相連，為數據安全，還應該有防火牆。目前傳輸載體也大都是光纖。敷設光纖的費用比較高（大約2萬元人民幣/公裏）。在用光纖作為載體的MIS係統中

，有些地方可能遠離中心區域
，但有少數數據也希望送到中心來顯示，這時不一定用光纖，可以采用電話線。像地衡
、輸煤、水處理等地方的數據，數量很少。隻要在電話總機的交換機接入特殊的路由器，它有以太網的接口。在信息源加貓（MODEM），布線中要稍加調整就可以了。路由器、MODEM費用不很高。這時，光纖和電話線可以同時用於以太網。這就是SDSL（Symmetric Digital Subscriber Line）技術。SDSL技ji術shu的de特te點dian是shi同tong時shi既ji能neng通tong電dian話hua，又you能neng傳chuan輸shu網wang絡luo。隻zhi要yao電dian話hua通tong了le，網wang絡luo也ye就jiu通tong了le。這zhe種zhong技ji術shu應ying用yong於yu已yi經jing有you電dian話hua線xian的de廠chang礦kuang
，並bing有you電dian話hua總zong機ji的de情qing況kuang。現xian在zai國guo外wai已yi廣guang泛fan用yong於yu工gong廠chang網wang。如ru果guo企qi業ye比bi較jiao小xiao，可ke以yi不bu用yong光guang纖xian，全quan部bu用yong電dian話hua線xian，通tong訊xun速su率lv為wei2.3M。無論從信息端讀取數據還是傳到信息端的指令，速率是一樣的。路由器、MODEM之間的距離可以7000英尺。在使用時，不同時使用電話，距離還能延長。具體應用接線見下圖。