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DCS 教程

[第 1 讲]——Dcs 绪论

　　DCS 从 1975 年问世以来，大约有三次比较大的变革，七十年代操作站的硬件、操作系

统、监视软件都是专用的，由各 DCS 厂家自己开发的，也没有动态流程图，通讯网络基本

上都是轮询方式的；八十年代就不一样了，通讯网络较多使用令牌方式；九十年代操作站

出现了通用系统，九十年代末通讯网络有部份遵守 TCP/IP 协议，有的开始采用以太网。总

的来看，变化主要体现在Ｉ／Ｏ板、操作站和通讯网络。控制器相对来讲变化要小一些。

操作站主要表现在由专用机变化到通用机，如 PC 机和小型机的应用。但是目前它的操作

系统一般采用 UNIX，也有小系统采用 NT，相比较来看 UNIX 的稳定性要好一些，NT 则

有死机象。I/O 板主要体现在现场总线的引入 DCS 系统。

从理论上讲，一个 DCS 系统可以应用于各种行业，但是各行业有它的特殊性，所以

DCS 也就出现了不同的分支，有时也由于 DCS 厂家技术人员工艺知识的局限性而引起，如

HONEYWELL 公司对石化比较熟悉，其产品在石化行业应用较多，而Ｂ AILEY 的产品则

在电力行业应用比较普遍。用户在选择 DCS 的时候主要是要注意其技术人员是否对该生产

工艺比较熟悉；然后要看该系统适用于多大规模，比如 NT 操作系统的就适应于较小规模

的系统；最后是价格，不同的组合价格会有较大的差异，而国产的 DCS 系统价格比进口的

DCS 至少要低一半，算上备品备件则要低得更多。

DCS 由四部份组成：I/O 板、控制器、操作站、通讯网络。I/O 板和控制器国际上各

DCS 厂家的技术水平都相差不远，如果说有些差别的话是控制器内的算法有多有少，算法

的组合有些不一样，I/O 板的差别在于有的有智能，有些没有，但是控制器读取所有 I/O 数

据必须在一秒钟内完成一个循环；操作站差别比较大，主要差别是选用 PC 机还是选用小

型机、采用 UNIX 还是采用 NT 操作系统、采用专用的还是通用的监视软件,操作系统和监

视软件配合比较好时可以减少死机现象；差别最大的是通讯网络，最差的是轮询方式，最

好的是例外报告方式，根据我们的实验，其速度要相差七八倍。

DCS 教程[第 2 讲]——DCS 最新操作站--通用操作站

DCS 系统包括三大部分：带 I/O 部件的控制器、通讯网络和人机接口。人机接口包括

操作站、工程师站和历史站。控制器 I/O 部件和生产过程相联接，操作站和人相联系，通

讯网络把这两部分联成系统。所以操作站是 DCS 的重要组成部分，工程师站给控制器和操

作站组态，历史站记录生产过程的历史数据。最近几年开发的人机界面还有动态数据服务

器。

　　一个 DCS 系统控制器和 I/O 部件通常可以运行 16-20 年，而操作站因为有活动部件，

所以比较容易损坏，如：硬盘、键盘、CRT、软驱等，运行 6-8 年后出现故障的概率就比

较大，所以在 DCS 运行过程中，操作站更新的情况比较多。

DCS 的控制器的变化较小。其变化表现在控制算法的安排、控制算法的多少，存取的

I/O 点数的多少和内存的大小等，操作系统一般都是专用的。操作站的变化就很大，八十年

代以前的操作站，一般没有硬盘及动态流程图，能显示的标签数比较少，例如 500 个标签

（标签指的是 AI、DI、回路、开关量的逻辑关系等），八十年代出现了能显示 5000 个标

签的操作站，九十年代出现了能显示 30000 个标签的操作站。同时，也出现了在微软的 NT

通用平台上运行的通用显示软件。开始，通用软件只在 PLC 的操作站上使用，后来也逐渐

应用在 DCS 上。它的标签量可以达到 10000 个，甚至更多。

DCS 操作站发展的过程（以 BAILEY 的操作站为例）如下：

一．八十年代初，N90 的操作站是 OIU 系列，当时是无硬盘、无动态流程图的，标签

量 500。后来增加了硬盘和流程图，标签量 1400-5000 点。八十年代中期推出了 MCS 系列，

标签量 10000，特别是 MCS PULS，它是 SCSI 接口，可以有 30000 个标签点，当时在 DCS

市场上处于领先地位。1986 年，BAILEY 产品占世界 DCS 市场的 1/3。到 1988 年，共有

8500 套在世界各国运转。到了 90 年代，DCS 市场争夺激烈，BAILEY 无论在技术上还是

在销售方面都不象 80 年代那样光辉。于是 BAILEY 公司欲通过购买

FISCHER&PORTER、HARTMANN&BRAUN 等公司销售他们的系统来重铸辉煌。

BAILEY 最新的操作站是以 WINDOWS NT、通用微机为基础的 Conductor NT。实际

上，该操作站不是为 INFI-90 开发的，它是 FISCHER-PORTER 的系统 6 的操作站，用它的

监控软件嵌入和 INFI-90 通讯的驱动软件而成。由于销售量不大，磨合的机会少，问题比

较多，死机现象严重。OIS40 系列的操作站运行在 DEC 的 VMS 平台上。实际上，它仍然

是在 MCS 操作站的 MTOS 操作系统平台上，开发了一个与 VMS 通讯的驱动软件，因为 80

年代的 OIU 和 MCS 在 80 年代末都已经停止销售。BAILEY 只卖 OIS20 系列和 OIS40 系列。

　　　　　　OIS20 系列是 90 年代初推向市场的，它本质上是 MCS，但它们能与 INFI-90

通讯．它的开发、制造成本都比较低，性能也比较好。OIS20 系列的辅站不是用网络来传

输信息的，只是在主站上多加了 1 块显卡来实现辅站。后来因维护成本很高，硬盘和软驱

都难以买到，用户反映不好。

继 OIS20 系列，BAILEY 公司推出了 OIS41、OIS42，在操作站之间增加了以太网卡，

组成后门网络，可以实现打印机共享。把图形传给不同主站的能力也有所增强，也给用户

提供了开发打印系统的空间，这是后话。由于 OIS40、OIS41、OIS42 主机性能较差，所以

操作站的性能提高不明显。直到 OIS43 Alpha 芯片的出现，性能才得到提高。同时，加拿

大 BAILEY 公司开发了 PCV，它是以 PC 为基础的操作站，采用 QNX 操作系统。因为它的

标签量较少，价格低廉，运行稳定，故适用于小系统的使用，这就是 BAILEY 的 OIS10 系

列，版本 5 以前，只有文本没有图形。版本 5 以后既有文本也有图形。OIS11 操作站后门

之间用 ARCNET 联网。OIS12 既可用 ARCNET 也可用以太网联网。

由于 OIS40 系列软件结构复杂，故价格较高，更重要的一点是 DEC 公司被 COMPAQ

公司兼并，Alpha 机 255/233 停止生产，这给 BAILEY 公司和用户无疑是雪上加霜。

二.八十年代中期，因为 PLC 操作站的开发都不太成功，一些软件公司就开发了通用的

监控软件，且很快就被 PLC 制造厂家所采用。如：FIX、INTOUCH、ONSPEC 等（一共有

上百种），由于市场前景较好，所以软件开发商又开发了许多 PLC 的驱动软件。到了九十

年代，又开发了 DCS 的驱动软件。最早采用通用工控监控软件的是 MOORE 公司的 APEC

系统，它既可以用 INTOUCH 也可用 FIX。由于 INFI-90 系统在九十年代一直没有推出比较

优秀的操作站，故 PREVISE 公司推出了 OPsCon 操作站。

OPsCon 操作站运行在 PC 硬件平台，NT 操作系统下，把 FIX 作为监控软件，并开发

了能与多种 DCS 通讯的对应驱动软件，标签量为 10000 个。因为 FIX 软件在世界各地已经

销售了 90000 套，它与各种 PLC、DCS 和 NT 系统磨合较好，这种操作站可以运用在多种

PLC、DCS 操作站上。在 INFI-90 系统上应用已经有几千台。如：新西兰的一家造纸厂，

原来已经运行有 CONDUCT NT，后来还是改用 OPsCon。

通用操作站的出现，给 DCS 用户带来了以下方便：

１、不必再为原 DCS 生产厂家是否倒闭、兼并，该型产品是否已经停产、备件是否

能够找到而操心。

２、由于通用操作站的适用面广，相对生产量大，成本下降，因而可以节省用户的经

费。维护费用也比较少。

３、采用通用系统要比使用各种不同的专用系统更为简单，用户也可减少人员培训的

费用。

４、更新和升级容易。

５、开放性能好，很容易建立生产管理信息系统。

因此，通用操作站是 DCS 的发展方向。

DCS 教程[第 3 讲]——DCS 在选型中的几个问题

被控制对象确定以后，选用什么样的控制系统就成为重要问题。主要是根据项目规模

和投资预算来考虑的，以数字技术为基础的 DCS 系统和早期的模拟仪表组成的控制系统，

从工程项目的实施来看，本质差别不大，主要考虑项目规模和投资预算，但 DCS 与模拟仪

表相比，它更为复杂，技术性要求更高，下面我来谈谈 DCS 系统选型中的几个问题。从理

论上来讲，DCS 可以用与不同的工艺过程，它是通用的，但是，DCS 的制造厂家专长与某

一领域。如：HOMEYWELL 主要用于石化部门，BAILEY 公司的 N90、INFI90 主要用于

电力系统，ROSEMOUNT 的 RS3、Δ-V 大多用于化工系统。但也不能否认不同工艺过程会

有一些特殊要求，如：电厂一定要有电调设备和 SOE，石化部门一定要有选择性控制，水

泥行业一定要有大纯滞后控制补偿等，选型时也要考虑这些因素。

第二点就是经济性，应该从 DCS 本身价格和预计所创效益角度考虑。DCS 有国产的和

进口的，对相同档次而言，进口的控制功能强一些，有一些先进的控制算法，如 Smith 预

估、三维矩阵运算等，国产 DCS 价格要比进口的低很多，也能满足技术要求。从结构上来

看，国外 DCS 的控制器各厂家差别不太远，控制器的预置算法稍有差别，控制器与 I/O 板

的连接方式也有所不同。而操作站区别较大。有以 PC 机为基础的，有以小型机为基础的，

操作系统一般选用 UNIX 类系统。小型机的价格要比 PC 机高很多，进口小型机操作站的价

格要高于四万美金，而且许多机型已经停产（如 DEC 公司的 VAX 机和 α 机）。PC 机的操

作站不到三万美金，它的操作系统采用 NT，其稳定性没有 UNIX 好。小型机的接口采用

SCSI，传输速率是串行的 8 倍之多。以 NT 操作系统作为操作站的，点数要少一些，不然

会频繁死机，国产的 PC 机更便宜得多，采用 PC 机操作站，可以采用最新的机型，操作人

员对软件的安装、调试、联网和开发也要熟悉得多。监视软件有专用的也可以用通用的，

通用的监视软件开放性要好一些，用户应按照项目的规模大小和预算资金来选择使用。

DCS 比较贵的原因，除了上述理由外，还有控制器的电源系统，通常采用冗余供电，

电源的引入和散热是价格贵的主要原因，各个 DCS 系统在这方面差别比较大。

把控制器和操作站联系起来的通讯网络也要考虑，如果采用通用的以太网，则网卡等

价格很低，专用的网络接口很贵，最贵可以达到 20000 美金。因此，经济性与很多因素有

关，有时外商给你报价降下来，实际是改变了一些结构而已，并没有给你什么优惠，甚至

他的利润还增加了。这时可取的办法是联系国内类似的单位和请教有经验的专家。

第三点就是承包方的技术力量，也就是承包方对哪一工艺过程和 DCS 本身比较熟悉。

如经常做化工控制系统的承包商来做轧制的控制系统，他对活套的控制、卷曲的控制和张

力的控制等就不太熟悉，做的工程就不会太好。如果承包方对 DCS 本身不熟悉，控制器做

的太大时会产生死机。不少工厂都购买了不同厂家的 DCS 系统，我们称之为“八国联军”状

态，此时更要选择技术力量比较强的单位抓总，而不宜选择某一个国外厂商作为承包商。

第四点是售后服务，国外厂商通常情况下配品、备件供应价格高，且不能及时提供。

DCS 用户应选择厂商实力雄厚的，技术力量强的、境内技术支持好的厂家。计算机技术发

展很快，DCS 厂家也会不断更新它的产品，新旧产品兼容性要好才行，个别厂家新旧系统

不兼容，系统升级时造成很大损失。国内的 DCS 厂家配品、备件供应比较及时，售后服务

方面做的也比较好。

第五点是关于 DCS 的技术先进性，指系统采用了经过验证的最新技术，并有发展前途

和生命力，包括 DCS 系统的开放和互联，现场总线的应用，第三方软件的支持等。这里要

注意的一点是：有些厂家为了占领市场，把一些不成熟的产品推到第三世界，如五、六年

前 DCS 缺少小型系统，有的 Ъ 野巡惶墒斓男 ⌒拖低惩频接没 В峁?70 多套系统基本都已

经提前退役。早在 1983 年，某外国公司推销的 DCS，在电源出现故障并复电后，控制器的

输出是任意的，此时阀门的位置就很危险，这种产品本不能出厂，但还是卖给了我们国家

结果购买单位基本上没有运行。

总之，DCS 从七五年到现在已经有二十多年的应用历史了，可*性方面基本都能达到

要求，建立系统时选型是一个非常重要的环节，我们不但主要考虑项目规模和投资预算，

还要考虑到一系列其它的因素，选型是否恰当往往从一开始就决定了该系统今后的命运，

万万不可掉以轻心。

;DCS 教程[第 4 讲]——DCS 动态数据服务器

DCS 系统属于基础自动化，MIS 系统侧重于办公自动化。这两者在反映速度上的区别

很大，DCS 是属于秒级的，而 MIS 是以小时或更长时间为单位的。所以这两者之间必须要

有隔离设备，这个隔离设备就是动态数据服务器。它的功能是生产过程监控；历史数据的

存储及管理；统计质量控制；设备预防性维护；设备故障诊断；生产优化等。

DCS、PLC 采集现场的生产过程数据通过通讯网络把数据传给操作站和动态数据服务

器。动态数据服务器是采集生产全过程的模拟信号或逻辑信号，所以它的采集速度是海量

的。要经过数据淘金，将信号送到生产管理部门。

通常情况下，一个企业往往有几种不同牌号的 DCS、PLC，要把这几种信号都集中到

动态数据服务器中，最好要选择一个通用显示平台。在这个平台上来显示不同型号的

DCS、PLC 的信号。通用显示平台可采用 FIX、INTOUCH、组态王、Synall 等软件，开发

各种 DCS 和 PLC 的驱动软件。

最近出厂的 DCS 采用通用操作站，它采用 NT 操作系统，监控软件就是

FIX、INTOUCH. 不同 DCS 型号采用不同的驱动软件。各种 DCS 之间信号传输采用 OPC

服务器联接，也可以把少量的信号送到 MIS 系统的服务器中。FIX、INTOUCH 等软件都能

存储历史数据，几十个信号可存储 280 天之多。如要存储更多的历史数据，可以采用 OSI

历史数据库，它可以存储三年以上。这些通用监控软件都有 OSI 的接口。老一代的 DCS 系

统的操作站无论操作系统还是监控软件都是专用的，和其它系统通讯都非常困难。如要建

立系统间的互联，通过计算机接口单元建立动态数据服务器，监控软件仍然可以使用通用

的，在 NT 平台上运行，但它的数据只能上行，不能下行。在设计 MIS 系统过程中，最好

使用动态数据服务器，不要把 DCS 和 PLC 数据直接送到 Web 否则会影响到 DCS、PLC 的

正常运行。至于究竟需要建立多少个动态数据服务器，由所需采集的数据量和数据安全决

定。一般情况下，可达 10000 点

DCS 教程[第 5 讲]——多屏操作站和操作站的后门网络

一个 DCS 系统可以有好几台操作站，每一台操作站可以显示一样的内容，也可以是不

一样的内容。对于电厂来说，一台 300MV 的发电机组，工艺过程比较集中，通常采用 2 台

操作站冗余运行认为是比较合适的。但对于大型机组，由于它的输入、输出点数较多，一

个显示器不够用，最好有多个显示器。这时的监控软件应该能支持多屏幕。早期的 DCS 都

采用在操作站的主机上加分屏卡，如加 2 分屏，4 分屏的分屏卡，分别可连接 2 台 CRT 或 4

台 CRT。用这种方法以增加人机界面。对于除电厂以外的生产工艺，如水泥厂，钢铁厂，

一个生产工艺很长，地域比较分散，并由一套 DCS 系统控制，它的输入、输出点数较多，

为了节省投资，一台操作站往往和一部分生产工艺相对应。比如水泥厂的回转窑和磨机相

隔距离很远，操作站可以安装在两个地方。这时一台操作站配置一台打印机。如果其中一

台操作站的主机坏了，这台操作站显示的内容就没有了。为了系统的安全运行，采用标签

的重叠组态来实现的。如该系统有两台操作站，分别为 A 站和 B 站，该系统有 2000 个标

签，A、B 操作站要分别组态 1300 个标签，其中 300 个标签是重叠的。即使 A 操作站发生

故障，只用要 B 操作站正常运行，系统照常工作。因为重要的标签在 B 操作站上都有了。

值得注意的是，由于重叠组态也会带来负面影响。会使得 A、B 操作站的管理人员责任不

明确。

由于网络技术的高速发展，人机界面的数量可以不限。操作站分为主站和从站。主站

连在 DCS 网络上。通过 DCS 网络接口，直接从 DCS 网络上读取控制器数据库中的数据。

主站的数量是由接口的数量决定的。从站则与主站相连。它没有数据库，在显示流程图画

面时，由主站显示完整的工艺画面，而从站就显示主站的工艺画面。从站的数量是不限的

不论是主站，还是从站，都用后门网络连接起来。有了后门网络，系统维护时，各操作站

之间可作文本拷贝。系统运行时，即使其中一台主操作站发生故障，它的从站可作为另一

台主站的从站。在网络中，接进打印服务器，服务器有许多通道，几台操作站共用一台或

几台打印机。连接主站和从站的这个网络与 DCS 网络没有关系。所以就称为后门网络。早

期的后门网络采用 ARCNET，后来由于有的 DCS 系统的操作站主机采用 DEC 的小型机，

后门网络就采用 DECNET 或以太网。在操作站作标签组态时，是否要把重要的 I/O 点重叠

组态要由用户确定。

采用通用操作站以后，系统就成为开放的，各主站和各从站之间用以太网连接，从站

的数量不限。为了提高后门网络的可*性，以太网的低廉，通常采用双网。可以做到远程操

作。在局部的地域用网络，会带来很大的方便。如果过程控制与 INTERNET 网络相连，会

受到病毒或黑客的侵入。一定要加安全级别、数据单向传输和加防火墙。

以太网之间的协议遵从 OSI 模型（Open System Interconnection）的七层协议。七层协

议分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

物理层描述传输介质、连接器和信号脉冲标准。中继器或集线器（hub）也是物理层的

设备，它与传输的信息帧的具体内容无关。帧是发送到介质上的一组数字脉冲。用以传输

信息。帧的大小为 64-1518 字节。帧包括预同步信号，消息头、数据信息和帧校验序列。

中继器或集线器（hub）仅仅放大导线中的电信号，并继续向前传送。

数据链路层描述本地系统之间的拓扑和通信标准。以太网能与多个物理层标准（双绞

线线缆、光缆）和多个网络层标准一起工作。将网络的物理方面（线缆和数字脉冲）与软

件和数据流的抽象世界连接起来。在网络里传的信息是以帧的格式传输的。在帧中有消息

头和尾，数据报包到帧里。检测错误，调节数据流量。帧消息由源和目标介质访问控制

（media access control ）MAC 地址组成，并利用该信息和数据区的内容建立 CRC 尾。数据

链路层根据网络采用拓扑规颍⑺椭。阎》 ⒌轿锢聿悖ㄍ缦呃拢Ｍ藕徒换黄魇鞘萘绰  

凡愕纳璞浮Ｒ蛭 鞘侵 С 种〉摹Ａ秸叨祭弥∠⑼分械男畔⒌鹘诮煌 ā Ｖ∠⑼犯涸鹗侗鹗

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低车慕诘愕刂贰Ｖ∠⑼返拇笮∽苁?4 字节。

网络层描述在不同网段上的系统如何彼此寻找，也定义了网址。网址是指定给一组物

理连接的系统名字或号码。是所有上层的基石，单位是数据报（datagram）单位如网络的

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