Allen Bradley 1756-L71S
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当前DCS结构特点及其所采用的技术 2.1 硬件的网络分层结构 典型的DCS网络系统可分为过程控制级、控制管理级、生产管理级三个分级[4,16]。**层过程控制级主要以PLC（Programmable Logical Controller）或I/O模块通过现场总线构成对现场设备的基本控制；第二层是控制管理级，即以监控计算机通过工控网络与PLC或I/O模块相连，实现对流程设备的上位机监控；第三层为生产管理层，即以文件服务器、管理计算机极其工业局域网与监控计算机相连，随时读取现场信息实现上层的生产管理。这种系统的构成，对于某个局部的不可靠，从而使对整个系统构成损害的概率降 的很低，加之各种软硬件技术的不断走向成熟，极大地提高了整个系统的可靠性，因而DCS成为了当今工业自动控制系统地主流。 2.2 软件特点 由于DCS的特殊功能[3]，所以它的软件系统不同于我们常说的软件，它有自己的特点，如图1所示为一般DCS软件的构成框图和工作原理，从中我们可以发现，它充分体现了DCS的分层网络结构，对于我们来说大量工作集中在工程师站上，而操作员站、服务器站和现场控制站一般都用其专用软件来实现，我们只是学会使用就行了。 2.3 DCS的缺点 作为一项比较成熟的工程技术，DCS在全世界范围内取得了巨大成功，但随着时代的进步，各种新技术的推陈出新，人们对DCS的要求也日益苛刻，所以今天的DCS呈现出一些不足，具体有[9]：①系统接线工作特别繁重，因为每个现场设备都需要用线缆连至控制室，因而为以后的查线、维护带来许多不便；②由于采用的是标准模拟4～20mA信号，不是数字信号进行数据传输，因此在信号可靠性、抗干扰等方面值得怀疑；③各种不同的DCS在互连时存在问题，也就是说我们在同一工程中选用不同DCS联接时，在互相通讯上往往有一些麻烦，这就给系统集成带来困难，因此我们需要在不同DCS的互操作性上作些工作。 3 当前影响DCS发展的几种主要技术 3.1 现场总线系统的迅速发展 现场总线系统是指一种新的控制系统，它是在现场总线技术发展的驱动之下形成的新型网络集成式全分布控制系统，主要特点有[1]：①从结构上讲打破了传统的系统结构，将控制单元置入现场设备，加上现场设备的通讯功能，现场变速器可直接与阀门等执行机构通讯，因而控制系统能够不依赖于控制室的计算机而直接现场完成控制，实现了**的分散控制；②从采用技术上讲，FCS是一个开放系统，存在相关标准的一致性、公开性，所以只要遵守相同的标准就可以实现各种不同设备的互联，对用户而言就可以按照自 己的需要，组织不同厂商的产品，构建适合自己的**经济有效的系统；③从可靠性上讲，它由于采用了全数字信号通讯，加之现场设备的智能化与功能自治性，所以具有更高的可靠性，而且在布线和维护上带来许多便利。 从目前全球现场总线的发展来看，FCS已经有十多年的历史，技术已趋于成熟，并形成了国际标准，也有成功用于过程控制的例子，因此有人认为FCS将会代替DCS，成为新一代控制系统。 3.2 网络技术的飞速发展 控制网络的发展，其基本趋势是逐渐走向开放、透明的通讯协议，但在DCS中应用的各种现场总线，其开放性是不**的，相比而言以太网有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势，同时它又支持所以流行的TCP/IP网络协议，所以在商业系统中被广泛应用。近年来，随着网络技术的发展成熟，以太网已经进入到控制领域，形成了新型的以太网控制技术。下面就是对工业以太网的特性作一分析。传统的工业以太网采用随机访问协议——带冲突检测的载波侦听多路存取[2]（CSMA/CD），通过它进行介质访问控制，对于响应时间要求严格的控制过程会可能产生碰撞冲突，但近年来出现的快速交换式以太网技术，采用全双工通讯，可以完全避免CSMA/CD中的碰撞，并且可以方便的实现优先级机制，保证网络带宽的**利用率和**实时性，并且网速也在不断提高，从10M发展到快速以太网100M、1000M，GM级的以太网技术也在研究之中，因此有理由相信未来的以太网完全可以满足工控系统的实时性要求。 3.3 无线连接技术 无线连接（Wireless linking）技术在目前常见应用于实现无线数据采集[12,18]，而用在控制工程上的很少，但随着这种技术的日趋成熟和越来越标准化，在工控领域大范围应用也可成为可能，特别是值得一提的是蓝牙（Bluetooth）技术正为人们所关注[13]，下面就以它为例简要介绍一下这种技术的特点：使用2.4GHz的ISM频段；采用FM调制方式。该技术的传输速率设计为1MHz，以时分方式进行全双工通信，现在的通讯距离为10～100m，由此可见要在工控领域内应用必须扩大通讯距离。特别值得一提的是在参考资料[17]中，一种基于无线连接的钟摆控制已在实验室取得成功，这为我们在工控领域采用这种技术奠定了基础。 3.4 软件技术的发展
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