異種系統的互聯,時間同步和SDSL技術
一個企業特別是大中型企業有許多工藝過程，每一個工藝過程都有相對獨立性。在不同時期建設或不同時間進行技術改造，一定會采用不同型號的DCS系統，設備連鎖和控制等會采用幾種不同型號的PLC系統。為了在企業內建立綜合管理信息系統，異種系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�？刂破髯x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的網絡是比較困難的。缺點是開發接口的費用很高。即使開發成功，接口也經常發生故障。一個典型例子是燃汽輪機和鍋爐聯合發電的電廠，燃汽輪機從美國或其它國家進口，燃汽輪機的控制系統（PLC）和主設備一起配成，而鍋爐的控制系統由用戶自己選配，用戶很想把兩者的信息在一個操作站上顯示。為開發這個操作站，開發費用在幾萬美金以上。即使開發成功，也經常發生故障。
對于PLC來說，70年代中期曾經開發過專用操作站，但不太成功。后來它就沒有開發專用操作站，當時，PLC只處理開關量，在控制器上的數碼顯示作為人機界面也能滿足要求。PLC的控制器和I/O之間用網絡連接。到80年代末和90年代，模擬量控制進入PLC，。用戶感到沒有以CRT為基礎的人機界面很不方便，用戶選用通用監控軟件，運行在NT平臺上，采用普通微機作為硬件平臺，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。并企圖成為工控通用監控軟件。由于開發時間很晚， 不僅各個PLC的驅動軟件太少，而且市場也被其他軟件占據。
對于通用監控軟件來說，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/服務器關系，發送和接收數據，彼次發送指令。由服務器提供數據和接收從其它使用的機器發來的感興趣的數據請求。發請求的機器就是客戶機，送數據的是服務器。
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為基礎的平臺之間的DDE。
u SuitLinkK用于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。此協議標準只適用于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。
由于市場需要監控軟件，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。對于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平臺上，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系統、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。由于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。后來市場上的各種微機零部件很多，但DCS都連接不上，異種系統更沒有辦法互連，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，另外操作站比控制器更容易損壞。其壽命大約7-8年左右。操作站由于買不到如硬盤、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平臺，安裝通用監控軟件，并開發和某一具體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系統，在1996年采用INTOUCH軟件（FIX也可以），MOORE公司只提供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，控制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平臺，它們與通用軟件相比，CPU的開銷要小一些，對硬件的要求比通用的要低一些，但由于是和系統一起銷售，銷售量很小，軟件本身的問題沒有得到充分暴露。如果硬件都能滿足通用、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系統，硬件為PC機，操作系統為NT，專用監控軟件裝配成的操作站，一天內死機幾次。隨著軟件版本升級，死機現象有增無減。一年內打幾次補釘，死機現象仍然存在。專用、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，各自的人機界面可以互連。只要是微軟的WINDOWS界面，都能作為客戶機，采用DDE、快速DDE和Suitelink讀取數據。它們既可以作為服務器，也可以作為客戶機。在企業內可組成綜合管理信息系統。為了保證操作站的安全運行，可以單獨用一個HMI用于互連。通用監控軟件通常有網絡版的軟件，經組態后，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系統的標準數據庫中（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
各個系統的時間同步也是很重要的問題。網絡時間服務器是用于所有網上工作站的高品質時間同步的設備。一般情況下，DCS系統的絕對時間是在操作站上(人機界面)形成的，控制器中只有相對時間。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系統中各個衛星的原子鐘，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。它廣泛用于管理信息網（MIS），以太網也采用廣播式協議，但與令牌網有區別。它采用隨機訪問的鏈路控制。在以太網的網絡中，各結點可以隨機的發送數據。但當兩個或更多的結點同時發送數據時，就產生數據發送沖突。發生沖突的結點都退回去，用一個隨機延時的算法后再繼續發送。即采用載波監聽多路訪問技術。隨機延時的算法有很多種，目前都應用于以太網。
目前MIS系統已經與DCS、PLC連接成一個系統，DCS、PLC數據通過動態數據服務器，送到以太網，它的傳輸載體大都采用光纖。調度室通常是中心區域，以它為基點，連成星形網絡結構。中心區域配置有服務器。如ORACLE、SYBASE、SQL等。在服務器中存有軟件，把軟件編制成子模塊形式。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系統模塊內。
生產實時的數據是海量的，既有實時的，又有歷史的。對于通用監控軟件都有歷史數據平臺。設服務器，它可以自成系統。最后再與MIS系統的數據庫相連，為數據安全，還應該有防火墻。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/公里）。在用光纖作為載體的MIS系統中，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。只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于以太網。這就是SDSL（Symmetric Digital Subscriber Line）技術。SDSL技術的特點是同時既能通電話，又能傳輸網絡。只要電話通了，網絡也就通了。這種技術應用于已經有電話線的廠礦，并有電話總機的情況�，F在國外已廣泛用于工廠網。如果企業比較小，可以不用光纖，全部用電話線，通訊速率為2.3M。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。
DCS的基本結構和PLC的區別
DCS為分散控制系統的英文（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）簡稱。指的是控制危險分散、管理和顯示集中。60年代末有人研制了作邏輯運算的可編程序控制器（Programmable Logic Controller）。簡稱PLC。主要應用于汽車制造業。70年代中期以完成模擬量控制的DCS推向市場，代替以PID運算為主的模擬儀表控制。首先提出DCS這樣一種思想的是原制造儀表的廠商，當時主要應用于化工行業。后又有計算機行業從事DCS的開發。
70年代微機技術還不成熟，計算機技術還不夠發達。操作站、控制器、I/O板和網絡接口板等都是DCS生產廠家自行開發的，也就是所有部件都是專用的。
70年代初，有人用如PDP/1124這樣的小型機代替原來的集中安裝的模擬儀表控制。連接到中央控制室的電纜很多。如用小型機既作為控制器、同時把連接小型機的CRT又作為顯示設備（即人機界面）。一臺小型機需接收幾千臺變送器或別的傳感器來的信號，完成幾百個回路的運算。很顯然其危險有點集中。和模擬儀表連接的電纜一樣多，并且一旦小型機壞了，控制和顯示都沒有了。數字控制沒有達到預期的目的。
后有人提出把控制和顯示分開。一臺計算機完成控制計算任務，另一臺計算機完成顯示任務。另外，一個工藝過程作為被控對象可能需要顯示和控制的點很多，其中有一些還需要閉環控制或邏輯運算，工藝過程作為被控對象的各個部分會有相對獨立性，可以分成若干個獨立的工序，再把在計算機控制系統中獨立的工序上需要顯示和控制的輸入、輸出的點分配到數臺計算機中去，把原來由一臺小型機完成的運算任務由幾臺或幾十臺計算機（控制器）去完成。其中一臺機器壞了不影響全局。所謂“狼群代替老虎”的戰術，這就是危險分散的意思。把顯示、操作、打印等管理功能集中在一起，用網絡把上述完成控制和顯示的兩部分連成一個系統。當時有人把這種系統稱為集散系統。
危險究竟要分散到多少算合適呢？這與當時的計算機技術的發展水平有關。70年代中期，徹底分散就是一個控制器完成一個回路的運算。當時由于人們對數字技術不太熟息，習慣于模擬儀表，70年代末、80年代曾經風行回路控制器，把數字控制器做成和原來模擬儀表在外觀上幾乎完全一樣，不改變操作習慣 ，內部把PID運算數字化。一塊儀表（一臺計算機）完成一個回路的控制任務。其價格較為昂貴，但危險是分散了。然后用通訊網絡把各個控制器和以CRT為基礎的人機界面連成一個系統。這時網絡結構通常都是星形結構�；芈返目刂破鞯闹谱鞒杀咎�，價格/性能比不好。后來為了減低成本，就有兩回路的、四回路的控制器， 它的價格/性能比稍好一些。對于一個大中型系統來說，DCS的價格/性能比比回路控制器組成的系統要好。有些特殊地方還是要用到一些回路控制器。
如果所要完成的回路太多，如一個控制器采集幾千點、完成幾百個回路的運算，危險又太集中。在這種情況下，危險必需分散。隨著計算機技術的發展，計算機的運算能力、存儲容量和可靠性不斷提高，一臺計算機所完成的任務也可以增加。完成的任務也可集中一點。另外，控制器、網絡等冗余技術也得到了發展，控制運算也可集中一些。
從目前的DCS來看，一個控制器完成幾十個回路的運算和幾百點的采集、再加適量的邏輯運算，經現場使用，效果是比較好的。這就產生控制器升級的問題了。有時控制器和檢測元件的距離還是比較遠，這就促進現場總線的發展。如CAN、LOONWORKS、FF等現場總線，以及HART協議接收板等都用到DCS系統中。
DCS分為三大部分，帶I/O板的控制器、通訊網絡和人機界面（HMI）。由I/O板通過端子板直接與生產過程相連，讀取傳感器來的信號。I/O板有幾種不同的類型，每一種I/O板都有相應的端子板。
l 模擬量輸入，4-20毫安的標準信號板和用以讀取熱電偶的毫伏信號板；4-16個通道不等；
l 模擬量輸出，通常都是4-20毫安的標準信號，一般它的通道比較少，4-8個個通道；
l 開關量輸入；16-32個通道：
l 開關量輸出，開關量輸入和輸出還分不同電壓等級的板，如直流24伏、125伏；交流220伏或115伏等；8-16個通道不等；
l 脈沖量輸入，用于采集速率的信號；4-8通道不等；
l 快速中斷輸入；
l HART協議輸入板；
l 現場總線I/O板；
每一塊I/O板都接在I/O總線上。為了信號的安全和完整，信號在進入I/O板以前信號要進行整修，如上下限的檢查、溫度補償、濾波，這些工作可以在端子板完成，也可以分開完成，完成信號整修的板現在有人稱它們為信號調理板。
I/O總線和控制器相連。80年代的DCS由于控制器的運算能力不強，為了增加I/O點數，把控制器的任務分開，實際上是有三種類型的控制器。即：完成閉環運算的控制器、模擬量數據采集器和邏輯運算器。它們分別有自己的I/O總線，各種DCS的I/O總線各不相同。如果要求快速，最好采用并行總線。一般采用串行總線比較多。尤其是RS485總線較多，模擬量數據采集器和邏輯運算器的I/O點數可以多一些。
閉環控制器、模擬量數據采集器和邏輯運算器可以和人機界面直接連在通訊網絡上，在網絡上的每一個不同的控制器作為網絡上的一個獨立結點。每一個結點完成不同的功能。它們都應有網絡接口。有的DCS為了節省網絡接口，把所有的過程控制用的設備即閉環控制器、模擬量數據采集器和邏輯運算器預先連在控制總線上，稱為過程控制站。這可以增加過程控制站能接收的I/O點數，又能節省接口。然后再通過接口連到網絡上，與人機界面相連。隨著計算機計術的發展，控制器的運算能力不斷增強，如PC機做的一個控制器能力很強，既可接收模擬量運算，也接收開關量邏輯運算。一個控制器成為網絡上的一個結點。通過網絡與人機界面相連。
控制器是DCS的核心部件，它相當于一臺PC機。有的DCS的控制器本身就是PC機。它主要有CPU、RAM、E2PROM和ROM等芯片，還有兩個接口，一個向下接收I/O總線來的信號，另一個接口是向上把信號送到網絡上與人機界面相連。ROM用來存貯完成各種運算功能的控制算法（有的DCS稱為功能塊庫）。在庫中存功能塊，如控制算法PID、帶死區PID，積分分離PID，算術運算加、減、乘、除、平方、開方、函數運算一次濾波、正弦、余弦、X-Y函數發生器、超前-滯后；比較先進的算法有史密斯預估，C語言接口、矩陣加、矩陣乘；邏輯運算有邏輯與、邏輯或、邏輯非、邏輯與非等。通常用站功能塊不僅把模擬量和開關量結合起來，還與人連系起來。功能塊越多，用戶編寫應用程序（即組態）越方便。組態按照工藝要求，把功能塊連接起來形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因為E2PROM可以擦寫，組態要隨工藝改變而改變，所以把組態存在E2PROM中。不同用戶有不同組態。組態時，用戶從功能塊庫中選擇要的功能塊，填上參數，把功能塊連接起來。形成控制方案存到E2PROM中。這時控制器在組態方式，投入運行后就成為運行方式
控制器中安裝有操作系統，功能塊組態軟件和通訊軟件。
為了系統安全運行，閉環控制器一定是冗余運行的，一用一備，并且是熱備。為了使冗余成功，應注意以下幾點：兩個控制器的硬件、軟件版本必需一致；檢查發送-接收的芯片是否完好；冗余的芯片是否完好。兩個模件的設定是否一樣、還要檢查有沒有帶手操站等。
通訊網絡把過程站和人機界面連成一個系統。通訊網絡有幾種不同的結構行式。如總線式、環形和星形（見圖）。總線形在邏輯上也是環形的。星形的只適用于小系統。不論是環形還是總線形，一般都采用廣播式。其它一些協議方式已用的較少。通訊網絡的速率在10M和100M左右。
人機界面有4種不同形式的結點，它們是操作站、工程師工作站、歷史趨勢站和動態數據服務器。
u 操作站安裝有操作系統、監控軟件和控制器的驅動軟件。顯示系統的標簽、動態流程圖和報警信息。
u 工程師工作站給控制器組態（CAD），也可以給操作站組態（作動態流程圖）。如果監控軟件作圖能力很強，作圖工作可以由監控軟件獨立完成。工程師站的另外一個功能是讀控制器的組態，用于控制器升級，查找故障。我們稱之為逆向工程師站。
u 歷史趨勢站用于存儲歷史數據，一般用磁盤陣列（稱為RAID技術）。
u 動態數據服務器是DCS和MIS系統的接口，也是DCS和Web的隔離設備。
DCS和PLC的設計原理區別較大，PLC是由摸仿原繼電器控制原理發展起來的，70年代的PLC只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業。它以存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐條執行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內有指示程序步存儲地址的程序計數器，在程序運行過程中，每執行一步該計數器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環運算。PLC每完成一次循環操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。程序計數器這樣的循環操作，這是DCS所沒有的。這也是使PLC的冗余不如DCS的原因。DCS是在運算放大器的基礎上得以發展的。把所有的函數、各過程變量之間的關系都作成功能塊（有的DCS系統稱為膨化塊）。70年代中期的DCS只有模擬量控制。如TDC2000系統，一個控制器一秒鐘內能完成8個PID回路的運算。首先應用的是化工行業。DCS和PLC的表現的主要差別是在開關量的邏輯解算和模擬量的運算上，即使后來兩者相互有些滲透，但是還是有區別。80年代以后，PLC除邏輯運算外，也有一些控制回路用的算法，但要完成一些復雜運算還是比較困難，PLC用梯形圖編程，模擬量的運算在編程時不太直觀，編程比較麻煩。但在解算邏輯方面，表現出快速的優點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。而DCS把所有輸入都當成模擬量，1位就是開關量。解算一個邏輯是在幾百微秒至幾毫秒量級。對于PLC解算一個PID運算在幾十毫秒，這與DCS的運算時間不相上下。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結果送給PLC的控制器。不同型號的DCS，解算PID所需時間不同，但都在幾十毫秒的量級。如早期的TDC2000系統，1秒鐘內完成8個回路的控制運算。隨著芯片技術的發展，解算一個算法的時簡在縮短。解算一個算法所需時間與功能塊的安排方式和組態方式有關。
在接地電阻方面，對PLC也許要求不高，但對DCS一定要在幾歐姆以下（通常在4歐姆以下）。模擬量隔離也是非常重要的。在有爆炸危險的地方，應配置本質安全柵。
相同I/O點數的系統，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。DCS的控制器，只能幾百個I/O點（不超過500個I/O）。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。如果主要是模擬量控制、并且函數運算很多，最好采用DCS。DCS在控制器、I/O板、通訊網絡等的冗余方面，一些高級運算、行業的特殊要求方面都要比PLC好的多。PLC由于采用通用監控軟件，在設計企業的管理信息系統方面，要容易一些。
特別要指出的是，DCS的專用操作站，不是天經地義的。它是由歷史原因形成的。DCS廠家如再不開放操作站，與工廠的管理信息系統連網，個別DCS就有從市場中消失的危險。
隨著新技術的誕生，負面影響也跟著而來。新操作站的開放，病毒和黑客容易侵入到系統。在作設計時，在操作站上設置密碼，系統多加隔離和防火墻。把負面影響減到最小。
多屏操作站、操作站的后門網絡和雙機雙網
一個DCS系統可以有好幾臺操作站，每一臺操作站可以顯示一樣的內容，稱為冗余運行。也可以是不一樣的內容。對于電廠來說，一臺300MV的發電機組，工藝過程比較集中，通常采用2臺操作站冗余運行認為是比較合適的。但對于大型機組，由于它的輸入、輸出點數較多，一臺顯示器不夠用，最好有多臺顯示器。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多加顯示卡，如加2塊顯示卡，3塊顯示卡等。分別可連接2臺CRT或3臺CRT。用這種方法以增加人機界面。對于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，并由一套DCS系統控制，它的輸入、輸出點數較多，為了節省投資，一臺操作站往往和一部分生產工藝相對應。比如水泥廠的回轉窯和磨機相隔距離很遠，操作站可以安裝在兩個地方。這時一臺操作站配置一臺打印機。如果其中一臺操作站的主機壞了，這臺操作站顯示的內容就沒有了。為了系統的安全運行，采用標簽的重疊組態來實現安全運行。如該系統有兩臺操作站，分別為A站和B站，該系統有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，只用B操作站進行監控，系統照常工作。因為重要的標簽在B操作站上都有了。值得注意的是，由于重疊組態也會帶來負面影響。在運行發生故障時，會使得A、B操作站的管理人員責任不明確。
由于網絡技術的高速發展，人機界面的數量可以不限。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網絡上讀取各個控制器數據庫中的數據。主站的數量是由接口的數量決定的。從站則與主站相連。它沒有數據庫，在顯示流程圖畫面時，由主站顯示完整的工藝畫面，而從站就顯示主站的工藝畫面。從站的數量是不限的。不論是主站，還是從站，都用后門網絡連接起來。有了后門網絡，系統維護時，各操作站之間可作文本拷貝。系統運行時，即使其中一臺主操作站發生故障，它的從站可作為另一臺主站的從站。在網絡中，接進打印服務器，服務器有許多通道，幾臺操作站共用一臺或幾臺打印機。連接主站和從站的這個網絡與DCS網絡沒有關系。所以就稱為后門網絡。早期的后門網絡采用ARCNET，后來由于有的DCS系統的操作站主機采用DEC的小型機，后門網絡就采用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。
由于網絡和數據庫技術的發展，人機界面怎樣與DCS網絡連接又有新的方式。把服務器連在DCS網絡上。服務器和人機界面組成服務器/客戶機格式，服務器和人機界面之間用以太網連接，，以太網的低廉，通常采用雙網。為提高服務器的安全性能，采用冗余的方式，這就是雙機雙網�？梢宰龅竭h程操作�？蛻魴C中有操作站、工程師站、歷史趨勢站和MIS系統接口。服務器中的數據庫可以組態。
在局部的地域用網絡傳遞信息，會帶來很大的方便。
北京和利時的DCS系統，ABB的PROCONTROL P就是這樣的結構。見下圖。如果過程控制與INTERNET網絡相連，會受到病毒或黑客的侵入。一定要加安全級別和加防火墻。從使用來看，國產DCS在結構和硬件制造都已經達到較高的水平。在功能塊的開發方面還需進一步努力。
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、連接器和信號脈沖標準。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沖。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，并繼續向前傳送。
數據鏈路層描述本地系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。將網絡的物理方面（線纜和數字脈沖）與軟件和數據流的抽象世界連接起來。在網絡里傳的信息是以幀的格式傳輸的。在幀中有消息頭和尾，數據報包到幀里。檢測錯誤，調節數據流量。幀消息由源和目標介質訪問控制（media access control ）MAC地址組成，并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）。網橋和交換器是數據鏈路層的設備。因為它們是支持幀的。兩者都利用幀消息頭中的信息調節交通。幀消息頭負責識別是誰發送的信息，信息發送到哪里。幀消息頭包含兩個區域，用以識別傳輸的源和目標，是源和目標系統的節點地址。幀消息頭的大小總是14字節。
網絡層描述在不同網段上的系統如何彼此尋找，也定義了網址。網址是指定給一組物理連接的系統名字或號碼。是所有上層的基石，單位是數據報（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）。
傳輸層處理數據的實際操作，并準備通過網絡傳送。如果數據太大而不能作為一個幀，傳輸層將其分解為更小的部分，并編制序號，序號允許其它系統上的傳輸層重新將數據組合為最初內容。幀的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系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。
如果系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于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。
回路控制器和DCS系統
七十年代，因為在現場工作的儀表工程師們對數字控制不太熟悉，希望數字控制的儀表面板作成與原來的模擬儀表的一樣，這樣就可以不改變操作習慣，另外也是為了危險分散，因而就出現了回路控制器。如HONEYWELL公司的KMM系列、FOXBORO公司的SPEC 200和日本北辰(后與橫河合并)的HOMAC系列表，在面板上有過程變量（PV）、設定值和控制輸出（CO）的棒圖，指針式顯示的過程值,手/自動切換、報警確認等。這種能完成以PID為基礎的回路控制的數字儀表，只有一個或兩個回路（兩個單回路）。當時有人為了不與可編程序邏輯控制器（PLC）混淆，稱這種儀表為可編程序調節器。到80年代出現了雙回路(可作兩個串級回路)、四回路的控制器、32路數據采集器以及無紙記錄儀等一系列數字儀表，在面板上仍保留棒圖和手/自動切換，用數字顯示代替指針顯示，這些數字儀表統稱為回路控制器。
到目前為止，這種儀表種類很多。最有特點的是能與上位（即人機界面）通訊組成一個系統，每一塊表可以與現場總線相連，I/O可以根據需要擴展，它內部的算法預先用程序作成功能塊的形式，存在ROM中。可以按照所要求的控制策略，進行組態（不是編程）。如美國MOORE公司的353產品有80多塊功能塊，通過組態路圖實現控制組態，用MODBUS與人機界面相連，人機界面的監控軟件既可以用IFIX、也可以用INTOUCH。因為這兩種軟件都有這種可編程序調節器的驅動軟件。國產監控軟件只要有這種可編程序調節器的驅動軟件，同樣可以作為這種系統的監控軟件。否則連不上去。353本身只有4個AI，2個AO，也就是能完成2個PID回路的控制。如果要增加控制回路，就要采用現場總線，因為它有LONWORKS的接口，可以把LONWORKS的模塊連到該總線上。在組成系統時，要進行軟件捆綁。為了數據安全，在表和總線之間加光電轉換器。這種系統見圖一。又如FOXBORO公司和SMAR公司的回路控制器，它有多回路的。并且還有與可編程控制器（PLC）的接口，所以在我國應用也比較多。
有幾個模擬量的輸出，就稱為幾回路的控制器。模擬量的輸入可以多于模擬量的輸出。另外還可以有少量的開關量的輸入、輸出。
另一類是不能與現場總線相連，它的I/O點數不能擴展，但它也能與 上位通訊組成一個系統。這種產品如美國HONEYWELL 公司的UDC、FOXBORO公司的另外的產品，費希爾的900系列、日本橫河、富士、東芝和歐洲ABB公司都有類似的產品。最有代表性的產品是香港歐陸的系統6000，采用英國多家廠商的回路控制器，美國的可編程控制器，美國的監控軟件，由香港人集成成為S6000系統。。由于它有良好的銷售網絡，在大陸應用很為廣泛。尤其是制藥行業應用較多。
可以用鋪天蓋地來形容產品之多的數顯表是把PID算法作成固定的，只要把過程變量（PV）接到儀表的端子上，人為輸進設定，表就能輸出控制量（CO）。也就是說，一個儀表只有一個功能塊，就是PID，這樣的產品國內、外已經很多，如日本千野的表，香港朝輝，國內天辰、天津儀表廠、沿海各省的儀表廠等都生產這樣的產品。國內有時把它們叫作S系列儀表。產品的外觀見圖三。它的功能非常單一，一塊表只能完成一個功能。特點是不能組態。每一塊表的價格只有幾百元人民幣。但進口的也需4000元左右。
總的來看回路控制器的輸入、輸出點數很少。如果有幾百個I/O點，完成幾十個PID回路的控制任務，而每個表都需要有一個外殼和帶棒圖顯示的面板，相對于可插模件來說，其價格就高多了。另外它的功能塊相對于DCS控制器來說要少很多，因為它的內存較小，特別是當既有很多的模擬量采集量、又有開關量并且還有高級運算，用回路控制器就更不合算。如果沒有上位來顯示，又感到不太直觀。由回路控制器集成的系統，加上以CRT為基礎的人機界面，其價格比由模件組成的DCS就高多了。還有一個缺點，回路控制器組成的系統一般采用MODBUS與人機界面相連，只能采用星形結構，即只有一個主站。對于電廠需要冗余操作站來說，這就是一個缺陷。所以它只適用于比較小的系統，即I/O點數比較少，且控制回路較多的被控對象中。如生產抗生素的制藥廠就比較適用。另外，特別是對于一些化工企業，經常用于戶外操作，它有特有的優勢。有如電廠的旁路系統，采用它們也比較合適。也就是說它也占有一定的市場份額。它們的設計原理與DCS沒有任何差別。把DCS的控制器和它相應的手操站合在一起，就是可騙程序調節器。所以說回路控制器是DCS系統中的一個分支，從本質上說還屬于DCS。
對于DCS、PLC和可編程序調節器等都是計算機控制系統，它們的共同點是其基本結構相似，其中有幾部分是必不可少的，只是隨著系統規模的大小和被控對象的差別有一些區別。要把現場信號讀進控制系統，首先把傳感器的信號線接到端子。如果傳感器不是一個，它的信號線多了，并需要作一些信號預處理，這時就要端子板。模擬信號要轉換成數字信號，要模擬輸入板。經運算后輸出，要把數字信號轉換成模擬信號，需要輸出板，然后到端子板。最后將信號送到執行器（如閥門）。由于通訊技術的發展，控制系統中只有運算部分（即控制器）是可以討論的，如果采用基金會現場總線，可以把這部分省去。把作運算的功能塊分別存到傳感器和執行器的存儲器中。組態時通過網絡去調用。目前由于開發的功能塊還不太多、又受到各廠家利益的限制，這種總線應用還不夠廣泛。FISHER-ROSEMOUNT公司為現場總線作了許多工作。
比較大的系統，一定要有以CRT（或液晶顯示器LCD）為基礎的人機界面，用起來才會比較方便。對于用戶來說，投資少、用起來又比較方便、功能比較全的系統才是合用的
數據采集系統和 軟DCS、軟PLC
數據采集系統只是把現場信號采集到控制計算機中，在計算機中沒有回路控制功能塊。只是供人機界面顯示。應該說是比較簡單的。再硬件結構吧上它可以分成三級，也可以是兩級。分別是I/O板、控制器和人機界面。簡單的可以分為I/O板和人機界面。不過，一些行業有一些特殊要求。如電廠的控制系統往往把鍋爐控制和數據采集系統分開。鍋爐控制采用DCS，而其他采用數據采集系統（DAS）。國際上也有許多廠家生產數據采集系統。在一般情況下，數據采集系統在技術上是沒有問題的，但在電廠就有一些特殊要求。電廠的有一些點需要記錄事件順序。有快速中斷功能（通常是2毫秒）。這樣的點數量不多，大約100點左右的開關量。輸入板的分辨率應該是毫秒級的。它的難點是事件順序記錄（SOE）。在輸入板應該有存儲歷史數據的功能。當人機界面調出查看時，能把事件的時間順序顯示出來。SOE(SEQUENCE OF EVENT)有專門的廠家制造。一些專門用于電廠的DCS系統也有這樣的功能。
應用比較多的數據采集系統是美國的OPTO22產品，一路一個小模塊，分別有開關量（DI、DO）和模擬量（AI、AO）的小模塊。共有不同電壓等級等42種小模塊供用戶選擇。使用時，把小模塊裝在一塊大板上（即B1板、B2板），模擬量8塊/塊板，開關量16塊/塊板，B1、B2板上除這些小模塊外，還有串行通訊口。再把這兩種板安裝在一個架子上，再把架子安裝在機柜內。以CRT為基礎的人機界面在WINDOWS平臺上運行。安裝有帶MODBUS驅動軟件的監控軟件，以前用PAREGON軟件，現在用的人少了，現在多用FIX、INTOUCH，人機界面就可以讀取從小模塊來的I/O信號，并在CRT上顯示出來。在美國有20多家工廠生產這種類似的產品。它與STD總線的產品同一檔次。STD總線的產品由于使用時用戶的工程量太大，所以逐漸在退出市場。
在一些純采集的系統中，OPTO產品應用較多。主要優點是維護量少。如果需要有閉環控制，在人機界面和I/O之間加類似于PC機（LC4）的控制器，在控制器中有一些功能塊，可以組態各種控制策略。一般情況下，因為功能塊的數量比較少，所以作為有幾千個I/O點的大控制系統采用OPTO22的還比較少。
OPTO開關量的小模塊應用最多的是作為DCS開關量輸入模件的隔離模塊。使DCS本身免遭雷擊干擾。由于制造工藝比較簡單，國產的模塊用戶反映也很好用，但價格不到進口的一半。
九十年代初，由于計算機技術的發展，有人提出普通微機（PC機）已經很成熟，無論是運算速度，還是內存都能滿足控制要求。分前后臺操作。DCS還是PLC都不需要控制器，把DCS和PLC控制器中的功能碼、梯形圖移植到NT操作系統的PC機內，軟件移植相當困難。由微機直接與I/O板相連。因為控制算法已存在PC機內，PC機既作為人機界面，又作為控制器，有人稱它們為軟DCS、軟PLC。美國AB公司就有軟PLC。各PC機之間用以太網連接。到目前為止，應用仍然不太廣泛。一些小系統有采用SOFT DCS和SOFT PLC。
滬公網安備31010802001143號
