13 通信控制方式
各個(gè)站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)信息的基本關(guān)系是：發(fā)送站將信息傳送到網(wǎng)絡(luò)，接收站從網(wǎng)上讀取信息。為快速而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)這些對(duì)網(wǎng)絡(luò)的存取訪問(wèn)過(guò)程，要有合理的通信控制方式。通信控制方式為廣播式和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式兩種，各有特點(diǎn)，應(yīng)用都較廣泛。
13.1 廣播式
廣播式通信方式是指在同一時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，其他都在收聽(tīng)。這種方式在環(huán)形和總線型網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用比較多。廣播式協(xié)議根據(jù)發(fā)送信息的方式不同，又分為自由競(jìng)爭(zhēng)式、通行標(biāo)記式（令牌傳遞式）和時(shí)間分槽式三種。
（1）自由競(jìng)爭(zhēng)式：自由競(jìng)爭(zhēng)式是各站自由發(fā)送信息，遇有沖突時(shí)，各站都退回，經(jīng)隨機(jī)延時(shí)后重發(fā)信息。這種方式可靠性比較高，但軟件比較復(fù)雜，且網(wǎng)絡(luò)利用率不高，適用于輕載網(wǎng)絡(luò)。
（2）通行標(biāo)記式：通行標(biāo)記式又稱(chēng)令牌式，接到“令牌”的節(jié)點(diǎn)方能發(fā)送信息，發(fā)送完畢須將“令牌”再附在信息包的后面，傳送給下一節(jié)點(diǎn)。由于令方式不發(fā)生沖突，因此實(shí)時(shí)性好。此外，網(wǎng)絡(luò)重載時(shí)能自動(dòng)緩發(fā)優(yōu)先級(jí)別較低的信息，使通信效率提高。但是令牌方式控制比較復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展時(shí)需要中心配置硬件傳輸，所以可靠性較差。
（3）時(shí)間分槽式：時(shí)間分槽式是把一個(gè)規(guī)定的時(shí)間性間隔分成若干時(shí)間槽，各在相應(yīng)的時(shí)間槽內(nèi)發(fā)送信息。每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以占有一個(gè)以上的時(shí)間槽，但信息的傳達(dá)嚴(yán)格限制在屬于該點(diǎn)的時(shí)間槽內(nèi)；一旦時(shí)間槽結(jié)束，節(jié)點(diǎn)必須停止發(fā)信，而讓位于下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
13.2 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式
存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式是首先把源節(jié)點(diǎn)進(jìn)來(lái)的信息存儲(chǔ)起來(lái)，等到本節(jié)點(diǎn)的信息發(fā)送完畢，再轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)信息，依次傳送，直至到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。這種網(wǎng)絡(luò)允許同時(shí)有多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送、接收信息，不需要通信指揮器。它的突出優(yōu)點(diǎn)是信息的延時(shí)少、利用率高，常用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中。在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上發(fā)生，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在收到所需的信息后，在信息上加一個(gè)確認(rèn)碼，然后把信息放回環(huán)路，繼續(xù)傳送。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)接到確認(rèn)碼后才取消信息；如果收到否認(rèn)碼，則源節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)重發(fā)邏輯，信號(hào)重發(fā)。在星形網(wǎng)絡(luò)中，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式常采用詢問(wèn)形式，主站依次詢問(wèn)從站，由從站給主站發(fā)信息，信息響應(yīng)較慢。
在DCS中，數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)RS-232、RS-422、RS-485等被廣泛采用。但是，現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行器與控鋤設(shè)備之間仍然是采用傳統(tǒng)的模擬電壓或電流信號(hào)進(jìn)行通信。
14 DCS的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
DCS發(fā)展很快，影響其發(fā)展的主要因素是微處理器及超大規(guī)模集成電路(VLSI)技術(shù)的應(yīng)用?，F(xiàn)在的32位微處理器已應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)控制站，功能更強(qiáng)，速度更快，存儲(chǔ)器容量不斷速增。人—機(jī)接口技術(shù)的交互圖形、復(fù)合窗口及觸摸屏幕的應(yīng)用，使操作站更趨完善，操作更為便捷，彩色CRT分辨率更高。專(zhuān)用集成電路(ASIC)和表面安裝技術(shù)(SMI)在硬件設(shè)計(jì)上的使用，使板級(jí)上的元件數(shù)量更少，硬件的可靠性大大提高。智能半導(dǎo)體器件進(jìn)入到現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)，成為現(xiàn)場(chǎng)儀表。包括直接數(shù)字傳感器、光纖傳感器和智能執(zhí)行器。標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)通信鏈路和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，影響網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的變化。各種公共網(wǎng)絡(luò)體系的建立和通信網(wǎng)絡(luò)投術(shù)的普及，使得網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下新的各類(lèi)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成為可能。開(kāi)放式結(jié)構(gòu)和集成投術(shù)將對(duì)DCS產(chǎn)生深刻影響。
14.1 開(kāi)放化
DCS的通信用實(shí)現(xiàn)開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)來(lái)滿足工廠自動(dòng)化要求。各種設(shè)備(計(jì)算機(jī)、DCS、單回路調(diào)節(jié)器、PLC等)之間通信能力的加強(qiáng)，可方便地構(gòu)成一個(gè)大系統(tǒng)。DCS各制造商為適應(yīng)這種發(fā)展，竟相將自己的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)改造成符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)，或?qū)⒆砸训膶?zhuān)用網(wǎng)絡(luò)與普通網(wǎng)絡(luò)之間加人網(wǎng)關(guān)，使其與以太網(wǎng)、MAP網(wǎng)連接。
開(kāi)放化的關(guān)鍵是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。通信標(biāo)準(zhǔn)化MAP/TOP已獲成功，并為世界各國(guó)所接受。因此，新推出的集散型控制系統(tǒng)均采用開(kāi)放系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模型、通信協(xié)議或規(guī)程，以滿足MAP/TOP的要求，提高數(shù)量高速通道的吞吐能力，發(fā)展寬帶的光纖傳輸介質(zhì)。新一代的集散控制系統(tǒng)的開(kāi)放型結(jié)構(gòu)，將方便地與指揮生產(chǎn)管理的上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)。
14.2 小型化
個(gè)人計(jì)算機(jī)的性能不斷提高，價(jià)格不斷降低，使得中小規(guī)模的DCS可廣泛采用高檔微機(jī)以及加固的工業(yè)PC來(lái)構(gòu)成低價(jià)格的集散控制系統(tǒng)，以滿足小型工廠和裝置的應(yīng)用。從規(guī)模來(lái)看，大量小型計(jì)算機(jī)和價(jià)廉的可編程序控制器已開(kāi)始起著大型DCS的作用，可靠、價(jià)廉的DCS將深受用戶們的歡迎。越來(lái)越多的小型系統(tǒng)的應(yīng)用是十分有意義是事情。
14.3 智能化
人工智能特別是知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)（KBS）和專(zhuān)家系統(tǒng)（ES）在過(guò)程中的應(yīng)用包括：自整定和自適應(yīng)控制器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、故障診斷、生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度、過(guò)程優(yōu)化、控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、仿真培訓(xùn)和在線維修等?？梢哉f(shuō)人工智能將會(huì)在DCS的各級(jí)(從控制到工廠管理)實(shí)現(xiàn)?！ ?/div>
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合現(xiàn)代控制理論，應(yīng)用人工智能投術(shù)，以微處理器為基礎(chǔ)的智能設(shè)備將相繼出現(xiàn)，如智能變送器、可編程調(diào)節(jié)器、智能PID自整定控制、智能人一機(jī)接口和智能集散控制系統(tǒng)等。
14.4 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的PLC
PLC以其結(jié)構(gòu)緊湊、功能簡(jiǎn)單、速度快、可靠性高和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，迅速獲得廣泛應(yīng)用，已成為與DCS并駕齊驅(qū)的主流工業(yè)控制系統(tǒng)。日前以PLC為基礎(chǔ)的DCS發(fā)展很快，PLC與DCS相互滲透、相互融合、相互競(jìng)爭(zhēng)，已成為當(dāng)前工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。
隨著PLC計(jì)算機(jī)與DCS和其他控制回路之問(wèn)接口的迅速發(fā)展， 已可以將連續(xù)控制回路、邏輯功能、批量控制功能、信息處理能力、速度及組態(tài)軟件等匯入在統(tǒng)一的高性能系統(tǒng)中，從而將PLC和DCS融合在一起，滿足了協(xié)調(diào)的需耍，以適應(yīng)離散類(lèi)和批量工業(yè)自動(dòng)化的要求。
PLC將與IPC、DCS集成，逐漸成為占自動(dòng)化裝置及過(guò)程控制系統(tǒng)最大市場(chǎng)份額的產(chǎn)品。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將用于各種現(xiàn)場(chǎng)自劫化設(shè)備及其控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信；用于各種現(xiàn)場(chǎng)儀表(包括變送器、執(zhí)行器、記錄儀，單回路調(diào)節(jié)器、可編程序控制器和流程分析器等)及計(jì)算機(jī)控制、系統(tǒng)之間進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信。有人預(yù)測(cè)，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的FCS(Field bus Control System)將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角，Internet和Internet技術(shù)也將進(jìn)入控制領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)將滲透到企業(yè)的生產(chǎn)、管理、經(jīng)營(yíng)等方面。
14.5 新一代智能變送器
高度集成的智能器件正在向現(xiàn)場(chǎng)延伸。國(guó)外公司已開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出各類(lèi)數(shù)字式智能變送器，包括溫度、差壓、流量、液位、密度和壓力變送器等。多個(gè)品種。美國(guó)Honey Well公司的ST系列產(chǎn)品，就具有以下特點(diǎn)：
(1)測(cè)量精度高，誤差僅為0.1%。
(2)能在控制室設(shè)定或變更各種變送器參數(shù)，包括測(cè)量范圍、輸出線性或平方根選擇、阻尼時(shí)間常數(shù)、正反作用以及輸出電流。
(3)能對(duì)溫度或靜壓變化引起的零點(diǎn)和量程漂移進(jìn)行校正，具有良好的溫度、靜壓特性。
(4)量程比大(400:1)，使用規(guī)格減小，減少采購(gòu)量和庫(kù)存。
(5)能在控制室檢查變送器特性，及時(shí)處理問(wèn)題，減少排除故障的時(shí)間和費(fèi)用。
14.6 管控一體綜合集成系統(tǒng)CIMS
20世紀(jì)90年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在功能上朝著制造業(yè)自動(dòng)化、過(guò)程控制自動(dòng)化、辦公室自動(dòng)化和經(jīng)營(yíng)管理自動(dòng)化相結(jié)合的方向發(fā)展，即構(gòu)成計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)或計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)CIPS(Computer Integrated Process System)。 DCS系統(tǒng)向CIMSS、CIPS方向發(fā)展是必然趨勢(shì)。
CIMS由決策管理、規(guī)劃調(diào)度、監(jiān)控和控制四個(gè)功能層次的子系統(tǒng)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)管理控制的一體化模式。具體地說(shuō)，決策層根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)信息和管理信息，發(fā)出多目標(biāo)決策指令；規(guī)劃調(diào)度層則按指令制定相應(yīng)的生產(chǎn)計(jì)劃，進(jìn)行調(diào)度；通過(guò)監(jiān)控層對(duì)控制層的監(jiān)控，使生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)和操作條件在最短時(shí)閘內(nèi)得到調(diào)整，跟蹤并滿足上層指令。同時(shí)，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和操作條件調(diào)整后的信息反饋到?jīng)Q策層，與決策目標(biāo)進(jìn)行比較評(píng)估；如有偏差，則修改決策，使整個(gè)系統(tǒng)處于最優(yōu)的運(yùn)行狀況。
CIMS代表著工業(yè)控制系統(tǒng)的未來(lái)，CIMS的研究開(kāi)發(fā)不是以某個(gè)區(qū)域或某項(xiàng)活動(dòng)為對(duì)象，而是以企業(yè)的全部活動(dòng)為對(duì)象。從市場(chǎng)預(yù)測(cè)、接受訂貨、原料供應(yīng)、生產(chǎn)計(jì)劃、作業(yè)排序、過(guò)程控制、產(chǎn)品銷(xiāo)售，到用戶反饋、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、經(jīng)營(yíng)管理，整個(gè)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)反饋系統(tǒng)，具有自判斷、自組織、自學(xué)習(xí)的能力。由此可見(jiàn)，CIMS不僅是生產(chǎn)技術(shù)的變革，也是生產(chǎn)組織和生產(chǎn)方式的變革，因而它不是單純地對(duì)現(xiàn)行生產(chǎn)模式進(jìn)行計(jì)算機(jī)化及自動(dòng)化，而是必須按照新的生產(chǎn)組織原理，對(duì)現(xiàn)行生產(chǎn)模式進(jìn)行全面改造。
在新的管理模式與工藝指導(dǎo)下，綜合運(yùn)用信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)，并通過(guò)軟件支持，CIMS把孤立的工廠自動(dòng)子系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的物質(zhì)流、管理過(guò)程的信息流及決策過(guò)程的決策流進(jìn)行有效的控制和協(xié)調(diào)，以適應(yīng)新的竟?fàn)幠Ｊ较率袌?chǎng)對(duì)生產(chǎn)和管理過(guò)程提出的高質(zhì)量、高速度、高靈活性和低成本的要求。
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