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的，而在实现全数字化后，系统与现场之间的连接也将通过计算机数字通信网络，即通过现场总线实现连接，这将彻底改变整个控制系统的面貌。
由于现场总线涉及到现场的测量和执行控制等与被控对象关系密切的部分，特别是它将使用数字方式传输数据而不是使用简单的4mA～20mA模拟信号，其传输的内容也完全不局限于测量值或控制量，而包含了许多与现场设备运行相关的数据和信息，因此现场总线的传输问题要比模拟信号的传输问题复杂得多，这就是现场总线虽已出现多年，但至今仍然不能形成如4mA～20mA这样统一标准的原因。这种多标准并存的局面很有可能长期延续下去，因为工业的应用是复杂多样的，而现场总线又涵盖了许多应用方面的内容 (4mA～20mA标准仅仅实现了各种物理量的电气表示，而不管被表示的物理量做什么用途)，加上各个利益集团的竞争，因此在一个不会很短的时期内，无法用一个单一的标准来满足所有需求。
图2-4是采用了现场总线技术以后的DCS体系结构，如果仅仅使用现场总线连接现场控制站的主处理器和现场I/O，即使用串行总线来代替并行总线，这对DCS的体系结构的改变还不是很大，而如果将现场总线引到现场，实现了现场I/O和现场总线仪表与现场控制站主处理器的连接，那么DCS的体系结构将发生很大的改变。
图2-4 现场总线技术进入DCS后的系统体系结构
（7） 高层管理网络
目前DCS已从单纯的低层控制功能发展到了更高层次的数据采集、监督控制、生产管理等全厂范围的控制、管理系统，因此再将DCS看做是仪表系统已不符合实际情况，从当前的发展看，DCS更应该被看成是一个计算机管理控制系统，其中包含了全厂自动化的丰富内涵。从现在多数厂家对DCS体系结构的扩展就可以看到这种趋势。
针对一个企业或工厂常有多套DCS的情况，以多服务器、多域为特点的大型综合监
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控自动化系统也已出现，这样的系统完全可以满足全厂多台生产装置自动化及全面监控管理的系统需求。这种具有系统服务器的结构，在网络层次上增加了管理网络层，主要是为了完成综合监控和管理功能，在这层网络上传送的主要是管理信息和生产调度指挥信息，图2-5给出了这种系统结构。这样的系统实际上就是一个将控制功能和管理功能结合在一起的大型信息系统。
图2-5 综合监控自动化系统
2.3 DCS的软件
DCS的硬件基本构成已如前面所述，而DCS软件的基本构成也是按照硬件的划分形成的，这是由于软件是依附于硬件的，对于DCS的发展也是如此。当DDC系统的数字处理技术与单元式组合仪表的分散化控制、集中化监视的体系结构相结合产生了DCS时，软件就跟随硬件被分成控制层软件、监控软件和组态软件，同时，还有运行于各个站的网络软件，作为各个站上功能软件之间的桥梁。
控制层软件是运行在现场控制站上的软件，主要完成各种控制功能，包括PID回路控制、逻辑控制、顺序控制，以及这些控制所必需针对现场设备连接的I/O处理；监控软件是运行于操作员站或工程师站上的软件，主要完成运行操作人员所发出的各个命令的执行、图形与画面的显示、报警信息的显示处理、对现场各类检测数据的集中处理等；组态软件则主要完成系统的控制层软件和监控软件的组态功能，安装在工程师站中。
下面简要介绍一下各个软件功能及其构成。 （1）控制层软件
现场控制站中的控制层软件的最主要功能是直接针对现场I/O设备，完成DCS的控
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制功能。这里面包括了PID回路控制、逻辑控制、顺序控制和混合控制等多种类型的控制。为了实现这些基本功能，在现场控制站中还应该包含以下主要的软件。
(1) 现场I/O驱动，主要是完成I/O模块(模板)的驱动，完成过程量的输入/输出。采集现场数据，输出控制计算后的数据。
(2) 对输入的数据进行预处理，如滤波处理、除去不良数据、工程量的转换、统一计量单位等，总之，是要尽量真实地用数字值还原现场值并为下一步的计算做好准备。
(3) 实时采集现场数据并存储在现场控制站内的本地数据库中，这些数据可作为原始数据参与控制计算，也可通过计算或处理成为中间变量，并在以后参与控制计算。所有本地数据库的数据(包括原始数据和中间变量)均可成为人机界面、报警、报表、历史、趋势及综合分析等监控功能的输入数据。
(4) 按照组态好的控制程序进行控制计算，根据控制算法和检测数据、相关参数进行计算，得到实施控制的量。
为了实现现场控制站的功能，在现场控制站中建立有与本站的物理I/O和控制相关的本地数据库，这个数据库中只保存与本站相关的物理I/O点及与这些物理I/O点相关的，经过计算得到的中间变量。本地数据库可以满足本现场控制站的控制计算和物理I/O对数据的需求，有时除了本地数据外还需要其他现场控制站上的数据，这时可从网络上将其他节点的数据传送过来，这种操作被称为数据的引用。 （2）监控软件
监控软件的主要功能是人机界面，其中包括图形画面的显示、对操作员操作命令的解释与执行、对现场数据和状态的监视及异常报警、历史数据的存档和报表处理等。为了上述功能的实现，操作员站软件主要由以下几个部分组成。
(1) 图形处理软件，通常显示工艺流程和动态工艺参数，由组态软件组态生成并且按周期进行数据更新。
(2) 操作命令处理软件，其中包括对键盘操作、鼠标操作、画面热点操作的各种命令方式的解释与处理。
(3) 历史数据和实时数据的趋势曲线显示软件。
(4) 报警信息的显示、事件信息的显示、记录与处理软件。 (5) 历史数据的记录与存储、转储及存档软件。 (6) 报表软件。
(7) 系统运行日志的形成、显示、打印和存储记录软件。
(8) 工程师站在线运行时，对DCS系统本身运行状态的诊断和监视，发现异常时进
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行报警，同时通过工程师站上的CRT屏幕给出详细的异常信息，如出现异常的位置、时间、性质等。
为了支持上述操作员站软件的功能实现，在操作员站上需要建立一个全局的实时数据库，这个数据库集中了各个现场控制站所包含的实时数据及由这些原始数据经运算处理所得到的中间变量。这个全局的实时数据库被存储在每个操作员站的内存之中，而且每个操作员站的实时数据库是完全相同的复制，因此每个操作员站可以完成完全相同的功能，形成一种可互相替代的冗余结构。当然各个操作员站也可根据运行的需要，通过软件人为地定义其完成不同的功能，而成为一种分工的形态。 （3）组态软件
组态软件安装在工程师站中，这是一组软件工具，是为了将通用的、有普遍适应能力的DCS系统，变成一个针对某一个具体应用控制工程的专门DCS控制系统。为此，系统要针对这个具体应用进行一系列定义，如硬件配置、数据库的定义、控制算法程序的组态、监控软件的组态，报警报表的组态，等等。在工程师站上，要做的组态定义主要包括以下方面。
1) 硬件配置，这是使用组态软件首先应该做的，根据控制要求配置各类站的数量、每个站的网络参数、各个现场I/O站的I/O配置(如各种I/O模块的数量、是否冗余、与主控单元的连接方式等)及各个站的功能定义等。
2) 定义数据库，包括历史数据和实时数据，实时数据库指现场物理I/O点数据和控制计算时中间变量点的数据。历史数据库是按一定的存储周期存储的实时数据，通常将数据存储在硬盘上或刻录在光盘上，以备查用。
3) 历史数据和实时数据的趋势显示、列表及打印输出等定义。
4) 控制层软件组态，包括确定控制目标、控制方法、控制算法、控制周期以及与控制相关的控制变量、控制参数等。
5) 监控软件的组态，包括各种图形界面(包括背景画面和实时刷新的动态数据)、操作功能定义(操作员可以进行哪些操作、如何进行操作)等。
6) 报警定义，包括报警产生的条件定义、报警方式的定义、报警处理的定义(如对报警信息的保存、报警的确认、报警的清除等操作)及报警列表的种类与尺寸定义等。
7) 系统运行日志的定义，包括各种现场事件的认定、记录方式及各种操作的记录等。
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8) 报表定义，包括报表的种类、数量、报表格式、报表的数据来源及在报表中各个数据项的运算处理等。
9) 事件顺序记录和事故追忆等特殊报告的定义。
（4）DCS的通信网络
集散控制系统的通信网络系统的作用是互联各种通信设备，完成工业控制。因此应具有以下特点：(1) 具有快速的实时响应能力它要求的时间为0.01s～0.5s。(2) 具有极高的可靠性，须连续、准确运行，数据传送误码率为10～10，系统利用率在99.999%以上。(3) 适应于恶劣环境下工作，能抗电源干扰、雷击干扰、电磁干扰和接地电位差干扰(4) 分层结构。为适应集散系统的分层结构，其通信网络也必须具有分层结构，例如分为现场总线、车间级网络系统和工厂级网络系统等不同层次。
通信网络系统是传递住处所需的一切技术设备的总和，一般由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几部分组成。
其中发送设备的基本功能是将信息源和传输媒介匹配起来，即将信息源产生的消息信号经过编码，并变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。对于数据通信系统来说，发送设备的编码常常又可分为信道编码与信源编码两部分。信源编码是把连续消息变换为数字信号；而信道编码则是使数字信号与传输介质匹配，提高传输的可靠性、有效性。信号的变换方式是多种多样的，调制是最常见的变换方式之一。
传输介质指发送设备到接收设备之间信号传递所经媒介。它可以是无线的，也可以是有线的(包括光纤)。有线和无线均有多种传输媒介，如电磁波、红外线为无线传输介质，各种电缆、光缆、双绞线等为有线传输介质。传输介质在传输过程中必然会引入某些干扰，如热噪声、脉冲干扰、衰减等。传输介质固有的特性和干扰特性直接关系到变换方式的选取。
接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等。它的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。在大多数场合下，信源兼为收信者，通信的双方需要随时交流信息，因此要求双向通信。这时，通信双方都要有发送设备和接收设备。
其数据传输方式及传输介质不做详细介绍。
在集散控制系统中的控制网络的网络协议在功能上应该是有层次的。为了便于实现网络的标准化，国际标准化组织ISO提出了开放系统互连(Open System Interconnection，OSI)参考模型，简称ISO/OSI模型。SO/OSI模型将各种协议分为七
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