集散控制系统中的软/硬件结构

　　1，DOS由4部分组成

　　DCS由4部分组成：I/O板、控制器、操作站（人机界面（EMI））、通信网络。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，有的没有，但是控制器读取所有LO数据必须在Is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Windows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；差别的是通信网络，差的是轮询方式，的是例外方式，其速率相差较大。

　　I／O板通过端子板直接与生产过程相连，读取传感器传来的信号。20板有几种不同的类型，每一种I／O板都有相应的端子板。如模拟量输人，4～20mA的标准信号板和用以读取热电偶的毫伏信号板；4～16个通道不等；模拟量输出，通常都是4～20mA的标准信号，一般它的通道比较少，4～8个通道；开关量输人，16～／1／1JL个通道；开关量输出，开关量输入和输出还分不同电压等级的板，如直流24V， 125V；交流220V或115V等，8～16个通道不等；脉冲量输人，用于采集速率的信号，4～8通道不等；快速中断输入；HART协议输入板；现场总线LO板。

　　每一块LO板都接在I/O总线上。为了信号的安全和完整，信号在进人LO板以前要进行整修，如上下限的检查、温度补偿、滤波，这些工作可以在端子板完成，也可以分开完成，完成信号整修的板称为信号调理板。I／O总线和控制器相连。

　　作为一个DCS控制器，必须具各的功能块有：与硬件连接的功能块通常是4块，这与输人板的类型有关；包括模拟量输入功能块、模拟量输出功能块、开关量输入功能块、开关量输出功能块。每一个功能块必须与特定的端子板连接在一起。如果有接收现场总线的信号，还需要接收现场总线信号的功能块。另外有4块与网络相连的功能块，它们分别是：模拟量网络输入、模拟量网络输出、开关量网络输入、开关量网络输出。其次是PID功能块、站功能块，再其次是算术运算（加、减、乘、除），然后才是函数运算（滤波、超前一滞后、二维曲线等）、三角几何运算（正弦、余弦、正切、余切等）和三维矩阵运算。一些运算，如模糊逻辑，模型控制等是可多可少的，但它们是判断DOS系统功能强弱的标准。

　　为了增加控制器的不I/O点数和增加控制器到现场的距离，可以把现场总线和控制器连接，如LonvJorks总线，这时控制器内应该有连接Lonworks时的功能块。Lonworks总线上的模块有独立的输入输出板和运算板，在运算板中还有少量的功能块。

　　控制器是DCS的部件，它相当于一台PC机。有的Das的控制器本身就是PC机。它主要有CPU、RAM、F2PROM和ROM等芯片，还有两个接口，一个向下接收I／O总线来的信号，另一个接口是向上把信号送到网络上与人机界面相连。ROM用来存贮完成各种运算功能的控制算法（有的Das称为功能块库）。在库中存功能块，如控制算法PID、带死区PID，积分分离PID算术运算加、减、乘、除、平方、开方、函数运算滤波、正弦、余弦、X－Y函数发生器、超前－滞后；比较先进的算法有Smith预估、C语言接口、矩阵加、矩阵乘；逻辑运算有逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非等。通常用站功能块不仅把模拟量和开关量结合起来，还与人联系起来。功能块越多，用户编写应用程序（即组态）越方便。组态按照工艺要求，把功能块连接起来形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因为E2PROM可以擦写，组态要随工艺改变而改变，所以把组态存在E2PROM中。不同用户有不同组态。组态时，用户从功能块库中选择要的功能块，填上参数，把功能块连接起来。形成控制方案存到E2PROM中。这时控制器在组态方式投人运行后就成为运行方式，控制器中安装有操作系统，功能块组态软件和通信软件。为了系统安全运行，闭环控制器一定是冗余运行的，一用一各，并且是热备。

　　通信网络把过程站和人机界面连成一个系统。通信网络有几种不同的结构形式，如总线型、环型和星型。总线型在逻辑上也是环型的。星型的只适用于小系统。不论是环型还是总线型，一般都采用广播式。其他一些协议方式已用得较少。通信网络的速率在10M的和100Mb／s左右。

　　闭环控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器可以和人机界面直接连在通信网络上，在网络上的每一个不同的控制器作为网络上的一个独立结点。每一个结点完成不同的功能。它们都应有网络接口。有的DOS为了节省网络接口，把所有的过程控制用的设备即闭环控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器预先连在控制总线上，称为过程控制站。这既可以增加过程控制站所能接收的LO点数，又能节省接口。然后再通过接口连到网络上，与人机界面相连。

　　人机界面有4种不同形式的结点，它们是操作站、工程师工作站、历史趋势站和动态数据服务器。操作站安装有操作系统、监控软件和控制器的驱动软件，显示系统的标签、动态流程图和报警信息。一个Das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。DOS厂家可以配专用操作站或通用操作站。工程师工作站给控制器组态（CAD），也可以给操作站组态（作动态流程图）。如果监控软件作图能力很强，作图工作可以由监控软件独立完成。工程师站的另外一个功能是读控制器的组态，用于控制器升级，查找故障。我们称之为逆向工程师站。历史趋势站用于存储历史数据。动态数据服务器是Das和MIS系统的接口，也是Das和Web的隔离设各。