以数据引擎和可编程控制器为基础的分散控制系统标准化

　　引言

　　DCS是20世纪给工业社会带来重大影响的一项技术，在长达30a的发展历程中，DCS技术虽然日趋成熟，但是和今天信息技术的发展成就相比，DCS技术在标准化方面面临诸多挑战，还有很大的发展空间。无论是DCS供应商还是用户，都期待着能够凭借DCS技术的标准化来获得更多利益，而现有的DCS专用控制理念和硬件与软件的割裂现象，限制了这种需求的提升。导致现在DCS技术标准化进展缓慢的最重要原因是在DCS的硬件和软件之间还没有建立起一种合适的机制。鉴于软件技术的发展空间很大，完全可以通过软件技术的应用来消除硬件平台的差异性，因此，硬件平台的选择就成为DCS标准化的关键。进入新的世纪，PLC已完全摆脱了传统技术的局限，以PLC为控制站的DCS正在进入工业控制领域，并在推动动DCS技术标准化方面发挥着积极的作用。

　　一、DCS标准化需求

　　DCS具有2个显著特征，一是面对不同的工业过程和控制对象，其规模与功能是不确定的;二是面对不同的生产工艺要求，其逻辑组合也是不确定的。因此，DCS需要一种性能很好的技术环境，使之能够应用户需求的变化而变化，DCS标准化就是为构建这样的技术环境而必须建立的基础。首先，最迫切需要标准化的工作是在不同厂家的DCS之间能够统一使用规范的控制逻辑组态，虽然有IEC61131、IEC61499等国际标准在这方面作出了努力，但实际收效甚少，因为这些国际标准仅在控制逻辑组态的语言形式上给予了规范，实际上各种组态元件的定义(包括控制算法)还是要依附于特定的DCS控制站平台，这导致不同DCS之间的控制逻辑移植成本很高，而执行代码的兼容性更无从谈起;其次，在DCS控制逻辑组态互换性技术标准支持之外，建立一个能够独立于工业控制对象并且跨越硬件平台的控制元件算法库也非常必要;最后，DCS人机界面子系统中关于控制对象的操作处理同样是今后DCS技术标准化的重要内容之一，这涉及到操作界面的技术规范、操作过程的信息交换标准及操作过程与控制逻辑组态之间的关系确定问题。

　　二、PLC关键技术发展状况

　　PLC与DCS关系问题的讨论已经历了很长时间。从今天PLC技术的发展状况看，PLC不仅可作为DCS的控制站计算平台，而且还可为DCS的标准化开辟一条新的路径。PLC技术体系中的几个关键性技术突破如数据通信、模拟量运算、内存管理和任务管理技术是促成PLC成为DCS控制站的重要因素。现在PLC的数据通信技术性能已达到甚至超过了DCS,lOM或l00M的工业以太网技术已在PLC中普遍应用。由于大多数工业通信协议均出自PLC厂家，相对于DCS,PLC的网络数据通信技术更成熟、网络设备可靠性更高、网络稳定性更好。传统观念认为，PLC的功能体现在继电器逻辑方面，模拟量运算和处理能力则远不及DCS。这种观念已成历史，今天的PLC具有非常优越的模拟量运算和处理能力，借助于先进的软件技术，PLC已经可以实现32位或64位的高精度复杂的计算过程。实时性是DCS控制站最重要的性能指标之一，日本OMRON公司的CSl系列PLC基本指令执行周期已达到0.02μs，而美国Rockwell公司的ControlLogix系列PLC每千布尔指令执行周期也达到了0.06ms的水平，这样的计算速度是PLC能够成为DCS控制站的充分条件。此外，PLC的实时性能与其内存管理的能力也有密切关系。PLC已具有足够的内存管理能力包括对内存的间接寻址，能满足控制过程实时计算的基本需求。许多中、大型PLC还具有多达32个或更多的任务管理性能，这也是PLC能够成为DCS控制站最基本的一个条件。此外，双机冗余系统配置、大容量存贮技术(例如OMRON公司的SPU模块)、更加丰富的功能模块(FB)指令集合及越来越完善的PLC自诊断功能都使PLC具备了突破传统应用范畴限制、融合到DCS阵营中的能力，在现代工业控制领域发挥更大的作用。PLC已经成为连接传统离散控制和连续过程控制的纽带。