DCS集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之我見(jiàn)（二）
在設(shè)計(jì)COM的過(guò)程中，微軟解決了下列問(wèn)題：
（1）交互操作能力。開(kāi)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(shuí)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(jí)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(yǔ)言無(wú)關(guān)。怎樣才能確保用不同語(yǔ)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(kāi)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(duì)象之間的交互問(wèn)題，而沒(méi)有解決對(duì)象在不同網(wǎng)絡(luò)中的其它機(jī)器上生存或執(zhí)行的問(wèn)題，對(duì)這一問(wèn)題的解決將打開(kāi)通向在bbbbbbs環(huán)境下的分布對(duì)象結(jié)構(gòu)之路。為了適應(yīng)這一需要，微軟開(kāi)發(fā)出了分布式組件對(duì)象模型。
分布式組件對(duì)象模型（Distributed Component bbbbbb Model---DCOM），即通常所說(shuō)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(guò)程調(diào)用（Remote Procedure Call---RPC）。DCOM擴(kuò)展了COM的性能，使得COM對(duì)象能夠通過(guò)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程機(jī)中的另一個(gè)對(duì)象交互并使用此對(duì)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bbbbbbs NT4.0版中得到DCOM，它特別適用于開(kāi)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(duì)象模型（COM）的對(duì)象總稱為"組件對(duì)象"。而現(xiàn)在流行的術(shù)語(yǔ)OLE－－即OLE2，支持COM，所以O(shè)LE對(duì)象也稱為"組件對(duì)象"。一個(gè)組件對(duì)象不僅支持"對(duì)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(duì)象等等，它的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了OLE字面所能表達(dá)的功能。為了適合未來(lái)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(duì)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(guò)一番擴(kuò)展以后，ActiveX組件現(xiàn)在可提供對(duì)DCOM的支持。ActiveX是組件對(duì)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(lái)，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(yǔ)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(kāi)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(kāi)放它們的部分或全部對(duì)象。
建立和使用ActiveX EXE實(shí)例的客戶應(yīng)用程序，可開(kāi)放它們的對(duì)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(kāi)來(lái)。
4.4 軟件開(kāi)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(guò)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(yǔ)才真正像它早期縮寫的含義那樣，代表"對(duì)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(kāi)發(fā)并不十分重要。采用Visual Basic 5.0以上版本的軟件可以開(kāi)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(jiàn)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(kāi)發(fā)工作量之一是編制界面，我們沒(méi)有必要選擇太專業(yè)化的開(kāi)發(fā)工具，因?yàn)槭煜ず驼莆帐切枰^長(zhǎng)時(shí)間。也有公司采用Visual Basic & Visual C++5.0或Visual J++等語(yǔ)言，可以相互彌補(bǔ)各自的不足。近段時(shí)間，國(guó)內(nèi)外有不少公司試著采用Java甚至HTML語(yǔ)言編制動(dòng)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(dòng)畫編輯，逐步得到人們的首肯。這對(duì)今后工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的大量應(yīng)用無(wú)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(guò)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(lái)的FCS替代現(xiàn)在的DCS，因?yàn)镕CS順應(yīng)了自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展潮流。
為了今后的開(kāi)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(lái)的發(fā)展方向，應(yīng)該說(shuō)，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(duì)傳輸及控制信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳遞，其精度差、受干擾信號(hào)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(guò)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(guò)程控制技術(shù)、自動(dòng)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(wú)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(chǎng)總線技術(shù)的產(chǎn)生。
5．2現(xiàn)場(chǎng)總線是連接現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備和自動(dòng)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(chǎng)底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)（INFRANET）。80年代以來(lái)，各種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)，人們要求對(duì)傳統(tǒng)的模擬儀表和控制系統(tǒng)變革的呼聲也越來(lái)越高，從而使現(xiàn)場(chǎng)總線成為一次世界性的技術(shù)變革浪潮。美國(guó)儀表協(xié)會(huì)(ISA)于1984年開(kāi)始制訂現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，在歐洲有德國(guó)的PROFIBUS和法國(guó)的FIP等，各種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)形成。其中主要的有：基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線的國(guó)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(kāi)放國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線
5．3．1 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF
基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF是在過(guò)程自動(dòng)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(guó)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(chǎng)總線基金會(huì)，致力于開(kāi)發(fā)出國(guó)際上統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。
基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)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(wú)線，其傳輸信號(hào)采用曼切斯特編碼?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線以ISO/OSI開(kāi)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(duì)自動(dòng)化測(cè)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(yǔ)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(yǔ)言、設(shè)備描述字典，用于實(shí)現(xiàn)測(cè)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(dòng)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(guó)Bosch公司推出，用于汽車內(nèi)部測(cè)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國(guó)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(jí)設(shè)定，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)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(zhǎng)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(dòng)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(guó)ECHELON公司開(kāi)發(fā)，并與Motorola和東芝公司共同倡導(dǎo)的現(xiàn)場(chǎng)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(wèn)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(duì)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(dòng)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50179的現(xiàn)場(chǎng)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(duì)總線具有控制權(quán)，主站間通過(guò)傳遞令牌來(lái)傳遞對(duì)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(dòng)化領(lǐng)域。FMS型適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開(kāi)關(guān)等。而PA型則是用于過(guò)程自動(dòng)化的總線類型。
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(chǎng)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(duì)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(kāi)放通信協(xié)議，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中的過(guò)渡產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過(guò)渡時(shí)期具有較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在智能儀表市場(chǎng)上占有很大的份額。
5．4 現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的過(guò)渡。在一般的FCS系統(tǒng)中，遵循一定現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(duì)于簡(jiǎn)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(chǎng)總線作用的網(wǎng)橋和集線器，操作站直接與現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)設(shè)備組成自治的控制回路。現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)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(chǎng)儀表相連。這些使FCS的可靠性得到提高。
現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)具有開(kāi)放性。系統(tǒng)對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)具有一致性、公開(kāi)性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。通信協(xié)議一致公開(kāi)，各不同廠家的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)信息交換，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線可構(gòu)筑自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)放互連系統(tǒng)。系統(tǒng)的開(kāi)放性決定了它具有互操作性和互用性。互操作性指互連設(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(chǎng)總線還對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(wú)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(guò)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(jiàn)圖1。
5．4．3 現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)
由于現(xiàn)場(chǎng)總線的以上特點(diǎn)，特別是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)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(kāi)銷也大大地降低?，F(xiàn)場(chǎng)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(shì)。FCS使用統(tǒng)一的組態(tài)方式，安裝、運(yùn)行、維修簡(jiǎn)便；利用智能化現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)權(quán)。
此外，它還具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(duì)集中；由于系統(tǒng)的不開(kāi)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(chǎng)總線技術(shù)，開(kāi)發(fā)FCS系統(tǒng)的目標(biāo)是針對(duì)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(chǎng)總線技術(shù)，在開(kāi)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(méi)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(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)本身尚在發(fā)展中，從而給產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和測(cè)試帶來(lái)難度。這在一定程度上造成產(chǎn)品開(kāi)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(chǎng)合中，F(xiàn)CS還無(wú)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(chǎng)儀表還只能組成一般的控制回路如單回路、串級(jí)、比例控制等，對(duì)于復(fù)雜的、先進(jìn)的控制算法還無(wú)法在儀表中實(shí)現(xiàn)，對(duì)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(píng)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(guò)程。在這一過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一些過(guò)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(chǎng)總線設(shè)備連接到獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)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(duì)原有控制系統(tǒng)作結(jié)構(gòu)上的重大變動(dòng)。
（4）當(dāng)前，各種形式的現(xiàn)場(chǎng)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(shì)；在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域，主要有過(guò)渡型的HART協(xié)議、得到廣泛支持的FF現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議以及同樣較有競(jìng)爭(zhēng)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(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線是過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域中較有前途的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，得到許多自動(dòng)化儀表設(shè)備廠商的支持；由于Lonworks技術(shù)的開(kāi)放性，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了利用它開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)的許多開(kāi)發(fā)商?？紤]到統(tǒng)一的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定的長(zhǎng)期性和艱巨性，傳統(tǒng)DCS的退出將是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程。在一段時(shí)期內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)幾種現(xiàn)場(chǎng)總線共存、同一生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)放式互連系統(tǒng)，是大勢(shì)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(méi)有更深入的討論。不過(guò)，DCS或者是今后的FCS硬件肯定會(huì)大量采用單片嵌入式軟硬件系統(tǒng)。這是因?yàn)椋?BR>無(wú)論是DCS的智能模件還是今后FCS的現(xiàn)場(chǎng)模塊，必須具備自我診
斷、數(shù)據(jù)交換等功能；
由于DCS和今后的FCS都會(huì)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；
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(shí)、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(shuō)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(shuō)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(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào)。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(chǎng)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(chǔ)器。例如：采用PAL 、GAL、CPLD等。也有采用FPGA以完成邏輯、譯碼、存儲(chǔ)、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(jiǎn)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(lái)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(lái)由于常規(guī)8位單片機(jī)極高的市場(chǎng)需求又注入新的活力。市場(chǎng)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(lái)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(méi)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(shuō)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(wú)法與別人競(jìng)爭(zhēng)。
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(guó)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(wú)疑給未來(lái)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(lái)發(fā)展起來(lái)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(chǔ)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(chǔ)器區(qū)完全分開(kāi)，取指、運(yùn)算可以完全分開(kāi)，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(chǔ)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(lái)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向。
TMS320系列DSP是美國(guó)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(wèn)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(lái)構(gòu)成。
對(duì)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(yǔ)言來(lái)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(lái)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(lái)描述，而完成功能確實(shí)內(nèi)部的硬件進(jìn)行?？梢哉f(shuō)，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(guò)是看不見(jiàn)硬件），而生成的硬件卻是由軟件進(jìn)行描述而生成的。
未來(lái)的DSP最終會(huì)向FPGA過(guò)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(duì)集中并且通過(guò)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(guò)，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(wú)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(kāi)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(chǎng)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(chǎng)安裝，高可靠性和惡劣的環(huán)境下高防護(hù)等級(jí)可以直接安裝于現(xiàn)場(chǎng)。而相互連接可以通過(guò)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(chǎng)層。
7．結(jié)束語(yǔ)：
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(kāi)發(fā)，是開(kāi)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(chǎng)的需求，我認(rèn)為：如果需要開(kāi)發(fā)DCS產(chǎn)品應(yīng)該順應(yīng)技術(shù)的發(fā)展方向和市場(chǎng)的需求進(jìn)行。換句話說(shuō)，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(guò)渡即尋找開(kāi)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(guó)GE公司與香港Fanuc組成GE FANUC品牌的90XX系列PLC。他們不再是簡(jiǎn)單的OEM組裝，而是進(jìn)入了較高層次的再開(kāi)發(fā)，在亞州市場(chǎng)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(gòu)入別人硬件OEM簡(jiǎn)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(duì)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(kāi)發(fā)與FCS相適應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)發(fā)自己的DCS系統(tǒng)了。
參考文獻(xiàn)：
Fieldbus technolgy
http://www.fieldbus.org,1996-03
2．張大波等.現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu)研究及通信棧的設(shè)計(jì)[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，(2)
Dave Harrold.Ethernet Everywhere
http://www.isa.org/Bookstore/,1998-04
3．EricByres.Device-at-a-timedeterminis http：//www.isa.org/Bookstore/,1998-04
5．Dick Johnson.Ethernet Edges toward Process Control
http://www.isa.org/Bookstore/,1998-07.
6．Karl Glas.Industria Ethernet Takes Off - Switching and 100 Mbps – INTERKAMA
http://www.isa.org/Bookstore/,1999-01.
7．Mark T.Hoske.Network Hardware Making the Connection
http://www.isa.org/Bookstore/,1998-01.
8．D.T. Miklovic.Real Time Control Networks
http://www.isa.org/Bookstore/,1998-10.
9．Masayuki Hasegawa,Takaya Kobori,Shunsuke Hayashi.Secure & Simple Real-Time Control Protocol over Ethernet
http://www.isa.org/Bookstore/,1998-06.
10．成繼勛.現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)與展望[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化,1999,11（增刊）.
11．王常力.現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS的討論與實(shí)踐[J].自動(dòng)化博覽,1999,(5).
12．劉振安.MCS-96系列單片微機(jī)原理與實(shí)踐.合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1992
13．夏德海.現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀及其應(yīng)用.中國(guó)儀器儀表，19981
14．陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，1999
15．顧偉俊. 基于HART協(xié)議的智能變送器的開(kāi)發(fā).自動(dòng)化儀表，1998
16．鄔寬明. CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì). 清華大學(xué)出版社，1996
17．Alan Reeve. Fieldbus are users involved Control and Instrumentation 1993
18.Gerald Schickhuber，Oliver McCarthy. Distributed fieldbus and control network systems. Computing&Control Engineering Journal,1997
（1）交互操作能力。開(kāi)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(shuí)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(jí)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(yǔ)言無(wú)關(guān)。怎樣才能確保用不同語(yǔ)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(kāi)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(duì)象之間的交互問(wèn)題，而沒(méi)有解決對(duì)象在不同網(wǎng)絡(luò)中的其它機(jī)器上生存或執(zhí)行的問(wèn)題，對(duì)這一問(wèn)題的解決將打開(kāi)通向在bbbbbbs環(huán)境下的分布對(duì)象結(jié)構(gòu)之路。為了適應(yīng)這一需要，微軟開(kāi)發(fā)出了分布式組件對(duì)象模型。
分布式組件對(duì)象模型（Distributed Component bbbbbb Model---DCOM），即通常所說(shuō)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(guò)程調(diào)用（Remote Procedure Call---RPC）。DCOM擴(kuò)展了COM的性能，使得COM對(duì)象能夠通過(guò)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程機(jī)中的另一個(gè)對(duì)象交互并使用此對(duì)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bbbbbbs NT4.0版中得到DCOM，它特別適用于開(kāi)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(duì)象模型（COM）的對(duì)象總稱為"組件對(duì)象"。而現(xiàn)在流行的術(shù)語(yǔ)OLE－－即OLE2，支持COM，所以O(shè)LE對(duì)象也稱為"組件對(duì)象"。一個(gè)組件對(duì)象不僅支持"對(duì)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(duì)象等等，它的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了OLE字面所能表達(dá)的功能。為了適合未來(lái)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(duì)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(guò)一番擴(kuò)展以后，ActiveX組件現(xiàn)在可提供對(duì)DCOM的支持。ActiveX是組件對(duì)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(lái)，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(yǔ)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(kāi)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(kāi)放它們的部分或全部對(duì)象。
建立和使用ActiveX EXE實(shí)例的客戶應(yīng)用程序，可開(kāi)放它們的對(duì)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(kāi)來(lái)。
4.4 軟件開(kāi)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(guò)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(yǔ)才真正像它早期縮寫的含義那樣，代表"對(duì)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(kāi)發(fā)并不十分重要。采用Visual Basic 5.0以上版本的軟件可以開(kāi)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(jiàn)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(kāi)發(fā)工作量之一是編制界面，我們沒(méi)有必要選擇太專業(yè)化的開(kāi)發(fā)工具，因?yàn)槭煜ず驼莆帐切枰^長(zhǎng)時(shí)間。也有公司采用Visual Basic & Visual C++5.0或Visual J++等語(yǔ)言，可以相互彌補(bǔ)各自的不足。近段時(shí)間，國(guó)內(nèi)外有不少公司試著采用Java甚至HTML語(yǔ)言編制動(dòng)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(dòng)畫編輯，逐步得到人們的首肯。這對(duì)今后工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的大量應(yīng)用無(wú)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(guò)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(lái)的FCS替代現(xiàn)在的DCS，因?yàn)镕CS順應(yīng)了自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展潮流。
為了今后的開(kāi)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(lái)的發(fā)展方向，應(yīng)該說(shuō)，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(duì)傳輸及控制信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳遞，其精度差、受干擾信號(hào)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(guò)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(guò)程控制技術(shù)、自動(dòng)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(wú)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(chǎng)總線技術(shù)的產(chǎn)生。
5．2現(xiàn)場(chǎng)總線是連接現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備和自動(dòng)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(chǎng)底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)（INFRANET）。80年代以來(lái)，各種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)，人們要求對(duì)傳統(tǒng)的模擬儀表和控制系統(tǒng)變革的呼聲也越來(lái)越高，從而使現(xiàn)場(chǎng)總線成為一次世界性的技術(shù)變革浪潮。美國(guó)儀表協(xié)會(huì)(ISA)于1984年開(kāi)始制訂現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，在歐洲有德國(guó)的PROFIBUS和法國(guó)的FIP等，各種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)形成。其中主要的有：基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線的國(guó)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(kāi)放國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線
5．3．1 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF
基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF是在過(guò)程自動(dòng)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(guó)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(chǎng)總線基金會(huì)，致力于開(kāi)發(fā)出國(guó)際上統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。
基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)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(wú)線，其傳輸信號(hào)采用曼切斯特編碼?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線以ISO/OSI開(kāi)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(duì)自動(dòng)化測(cè)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(yǔ)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(yǔ)言、設(shè)備描述字典，用于實(shí)現(xiàn)測(cè)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(dòng)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(guó)Bosch公司推出，用于汽車內(nèi)部測(cè)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國(guó)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(jí)設(shè)定，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)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(zhǎng)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(dòng)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(guó)ECHELON公司開(kāi)發(fā)，并與Motorola和東芝公司共同倡導(dǎo)的現(xiàn)場(chǎng)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(wèn)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(duì)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(dòng)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50179的現(xiàn)場(chǎng)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(duì)總線具有控制權(quán)，主站間通過(guò)傳遞令牌來(lái)傳遞對(duì)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(dòng)化領(lǐng)域。FMS型適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開(kāi)關(guān)等。而PA型則是用于過(guò)程自動(dòng)化的總線類型。
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(chǎng)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(duì)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(kāi)放通信協(xié)議，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中的過(guò)渡產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過(guò)渡時(shí)期具有較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在智能儀表市場(chǎng)上占有很大的份額。
5．4 現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的過(guò)渡。在一般的FCS系統(tǒng)中，遵循一定現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(duì)于簡(jiǎn)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(chǎng)總線作用的網(wǎng)橋和集線器，操作站直接與現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)設(shè)備組成自治的控制回路。現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)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(chǎng)儀表相連。這些使FCS的可靠性得到提高。
現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)具有開(kāi)放性。系統(tǒng)對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)具有一致性、公開(kāi)性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。通信協(xié)議一致公開(kāi)，各不同廠家的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)信息交換，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線可構(gòu)筑自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)放互連系統(tǒng)。系統(tǒng)的開(kāi)放性決定了它具有互操作性和互用性。互操作性指互連設(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(chǎng)總線還對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(wú)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(guò)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(jiàn)圖1。
5．4．3 現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)
由于現(xiàn)場(chǎng)總線的以上特點(diǎn)，特別是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)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(kāi)銷也大大地降低?，F(xiàn)場(chǎng)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(shì)。FCS使用統(tǒng)一的組態(tài)方式，安裝、運(yùn)行、維修簡(jiǎn)便；利用智能化現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)權(quán)。
此外，它還具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(duì)集中；由于系統(tǒng)的不開(kāi)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(chǎng)總線技術(shù)，開(kāi)發(fā)FCS系統(tǒng)的目標(biāo)是針對(duì)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(chǎng)總線技術(shù)，在開(kāi)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(méi)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(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)本身尚在發(fā)展中，從而給產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和測(cè)試帶來(lái)難度。這在一定程度上造成產(chǎn)品開(kāi)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(chǎng)合中，F(xiàn)CS還無(wú)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(chǎng)儀表還只能組成一般的控制回路如單回路、串級(jí)、比例控制等，對(duì)于復(fù)雜的、先進(jìn)的控制算法還無(wú)法在儀表中實(shí)現(xiàn)，對(duì)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(píng)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(guò)程。在這一過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一些過(guò)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(chǎng)總線設(shè)備連接到獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)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(duì)原有控制系統(tǒng)作結(jié)構(gòu)上的重大變動(dòng)。
（4）當(dāng)前，各種形式的現(xiàn)場(chǎng)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(shì)；在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域，主要有過(guò)渡型的HART協(xié)議、得到廣泛支持的FF現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議以及同樣較有競(jìng)爭(zhēng)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(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線是過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域中較有前途的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，得到許多自動(dòng)化儀表設(shè)備廠商的支持；由于Lonworks技術(shù)的開(kāi)放性，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了利用它開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)的許多開(kāi)發(fā)商?？紤]到統(tǒng)一的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定的長(zhǎng)期性和艱巨性，傳統(tǒng)DCS的退出將是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程。在一段時(shí)期內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)幾種現(xiàn)場(chǎng)總線共存、同一生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)放式互連系統(tǒng)，是大勢(shì)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(méi)有更深入的討論。不過(guò)，DCS或者是今后的FCS硬件肯定會(huì)大量采用單片嵌入式軟硬件系統(tǒng)。這是因?yàn)椋?BR>無(wú)論是DCS的智能模件還是今后FCS的現(xiàn)場(chǎng)模塊，必須具備自我診
斷、數(shù)據(jù)交換等功能；
由于DCS和今后的FCS都會(huì)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；
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(shí)、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(shuō)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(shuō)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(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào)。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(chǎng)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(chǔ)器。例如：采用PAL 、GAL、CPLD等。也有采用FPGA以完成邏輯、譯碼、存儲(chǔ)、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(jiǎn)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(lái)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(lái)由于常規(guī)8位單片機(jī)極高的市場(chǎng)需求又注入新的活力。市場(chǎng)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(lái)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(méi)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(shuō)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(wú)法與別人競(jìng)爭(zhēng)。
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(guó)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(wú)疑給未來(lái)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(lái)發(fā)展起來(lái)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(chǔ)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(chǔ)器區(qū)完全分開(kāi)，取指、運(yùn)算可以完全分開(kāi)，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(chǔ)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(lái)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向。
TMS320系列DSP是美國(guó)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(wèn)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(lái)構(gòu)成。
對(duì)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(yǔ)言來(lái)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(lái)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(lái)描述，而完成功能確實(shí)內(nèi)部的硬件進(jìn)行?？梢哉f(shuō)，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(guò)是看不見(jiàn)硬件），而生成的硬件卻是由軟件進(jìn)行描述而生成的。
未來(lái)的DSP最終會(huì)向FPGA過(guò)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(duì)集中并且通過(guò)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(guò)，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(wú)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(kāi)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(chǎng)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(chǎng)安裝，高可靠性和惡劣的環(huán)境下高防護(hù)等級(jí)可以直接安裝于現(xiàn)場(chǎng)。而相互連接可以通過(guò)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(chǎng)層。
7．結(jié)束語(yǔ)：
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(kāi)發(fā)，是開(kāi)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(chǎng)的需求，我認(rèn)為：如果需要開(kāi)發(fā)DCS產(chǎn)品應(yīng)該順應(yīng)技術(shù)的發(fā)展方向和市場(chǎng)的需求進(jìn)行。換句話說(shuō)，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(guò)渡即尋找開(kāi)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(guó)GE公司與香港Fanuc組成GE FANUC品牌的90XX系列PLC。他們不再是簡(jiǎn)單的OEM組裝，而是進(jìn)入了較高層次的再開(kāi)發(fā)，在亞州市場(chǎng)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(gòu)入別人硬件OEM簡(jiǎn)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(duì)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(kāi)發(fā)與FCS相適應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)發(fā)自己的DCS系統(tǒng)了。
參考文獻(xiàn)：
Fieldbus technolgy
http://www.fieldbus.org,1996-03
2．張大波等.現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu)研究及通信棧的設(shè)計(jì)[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，(2)
Dave Harrold.Ethernet Everywhere
http://www.isa.org/Bookstore/,1998-04
3．EricByres.Device-at-a-timedeterminis http：//www.isa.org/Bookstore/,1998-04
5．Dick Johnson.Ethernet Edges toward Process Control
http://www.isa.org/Bookstore/,1998-07.
6．Karl Glas.Industria Ethernet Takes Off - Switching and 100 Mbps – INTERKAMA
http://www.isa.org/Bookstore/,1999-01.
7．Mark T.Hoske.Network Hardware Making the Connection
http://www.isa.org/Bookstore/,1998-01.
8．D.T. Miklovic.Real Time Control Networks
http://www.isa.org/Bookstore/,1998-10.
9．Masayuki Hasegawa,Takaya Kobori,Shunsuke Hayashi.Secure & Simple Real-Time Control Protocol over Ethernet
http://www.isa.org/Bookstore/,1998-06.
10．成繼勛.現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)與展望[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化,1999,11（增刊）.
11．王常力.現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS的討論與實(shí)踐[J].自動(dòng)化博覽,1999,(5).
12．劉振安.MCS-96系列單片微機(jī)原理與實(shí)踐.合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1992
13．夏德海.現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀及其應(yīng)用.中國(guó)儀器儀表，19981
14．陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，1999
15．顧偉俊. 基于HART協(xié)議的智能變送器的開(kāi)發(fā).自動(dòng)化儀表，1998
16．鄔寬明. CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì). 清華大學(xué)出版社，1996
17．Alan Reeve. Fieldbus are users involved Control and Instrumentation 1993
18.Gerald Schickhuber，Oliver McCarthy. Distributed fieldbus and control network systems. Computing&Control Engineering Journal,1997
本文標(biāo)簽：DCS集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之我見(jiàn)（二）
* 由于無(wú)法獲得聯(lián)系方式等原因，本網(wǎng)使用的文字及圖片的作品報(bào)酬未能及時(shí)支付，在此深表歉意，請(qǐng)《DCS集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之我見(jiàn)（二）》相關(guān)權(quán)利人與機(jī)電之家網(wǎng)取得聯(lián)系。
關(guān)于“DCS集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之我見(jiàn)（二）”的更多資訊
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
VIP公司推薦
|
|
|
|
|
|
|
|