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1、1不同厂商产品连网的几种方法张新薇 陈旭东上个世纪的控制系统都是由各厂商自行开发，系统上用的部件都是专用，各系统都是独立完成控制任务。彼此没有任何关系。上游工序和下游工序如果采用不同厂商的系统，彼此不能有任何数据交换。如果整个工艺采用同一个系统，又上了这一艘“贼船“，永远只能采用这厂商的产品。价格由他们乱定。即使是一块硬盘也可以高达 6 万多人民币。一根一米长的电缆，也要卖到 2000 美金。有人调侃说，我们厂又吸了技术毒品。只要厂商开发出一个系统，就如开发了一台印钞机。如在上世纪的 80 年代末和 90 年代初雄霸世界的 DEC 公司，只要你采用了他的 VAX、ALPHA 机器，其他厂商的打
2、印机就别想与 DEC 的机器相连。如果用户想要采用第三方的打印机，就要购买 DEC 发的许可证,更不用想与其它厂商的机器互连和互操作了。用户强烈要求不同厂商的系统不仅彼此在操作员站上互相显示信息，并且还能够彼此协调工作。本世纪的控制系统在结构上有新的进展，I/O 层面上采用现场总线，控制器也可以采用 PC，以太网全面进入工业领域，人机界面采用 PC、WINDOWS 操作系统，所以系统比较开放。国际社会根据各个厂商的利益，协商制定了许多国际标准，如 IEC61131、IEC61158、IEC61449 等国际标准，使得有一些东西得到统一，但是在系统互连和互操作方面仍然有一些困难。比如，现场总线又
3、是各厂商自行开发，采用的通讯控制器是各2厂商自行设计的，彼此也不能互连和互操作，以太网虽然在物理层和数据链路层获得统一，也就是说，国际标准化组织的 7 层模型只是统一两层，但在更高层次上仍然是不统一的，比如应用层还是不同的。所以第三方的产品要与系统连网的问题仍然显得比较困难，而且在生产当中又非常需要。控制系统分为两级网络和三级硬件的结构已经获得大多数从事控制的技术人员的认可。三级硬件从底层到上层指的是系统的 I/O卡、控制器和人机界面，两级网络指的是连接 I/O 卡的现场总线和连接控制器和人机界面的系统内部网络，目前比较多的是采用以太网。不同厂商系统联网可以有几种情况：1， 把不同系统的信号送
4、到其中一个系统的控制器，然后再到操作员站上去显示。比如把某种 PLC 的信号送到 DCS 的操作员站去显示。参见图 1。34c图 1 PLC 与 DCS 的连接图 1（a）表示多台 PLC 与 DCS 控制器的连接，图 1（b）表示单台PLC 与 DCS 控制器的连接，图 1（c ）表示 PLC 与 DCS 的网络连接。DCS 和 PLC 的操作员站采用同一系列的软件。2， 把不同型号系统的信号直接送到其中一个系统的人机界面上去显示，如把可编程的信号直接送到集散系统的操作员站去显示，一种是用网络形式，见图 2（a）另一种用驱动软件把 PLC 和 DCS 连接起来。参见图 2(b)5（a）（b）
5、图 2 DCS 和 PLC 的连接63， 把不同系统的数据通过软件接口送到实时数据库，只要在HMI 上有软件接口、如 OPC、DDE、API 或 ODBC 等，就可以着手把数据送到实时数据库，为了数据安全，应该加防火墙。然后可以把部分信号送到关系数据库。参见图 3。图 3 把 DCS、PLC 的实时数据送实时数据库4， 把不同现场总线的信号送到同一个控制器或实时数据库，也可以把变频调速器、或其它的信号送到 DCS、PLC。下面介绍我们是如何处理这些问题的，供大家讨论。如果想把可编程的信号送 DCS 的操作员站去显示，可编程的主机支持 MODBUS 协议，通常 DCS 都开发有 MODBUS 的
6、驱动软件或硬件，只要把驱动软件通过工程师站下装到 DCS 的控制器，并把可编程的信号在 DCS 上作一个绑定表，DCS 可以把 PLC 上的寄存器的信号翻译到 DCS 的存储器上。用 RS485/RS232 电缆连接起来。7MODBUS 虽然还没有成为国际标准，但由于市场的作用，它已经是事实标准。因为 MODBUS 是唯一不需要硬件支持的现场总线，它只需要软件解释就可以了。它的缺点是传输的点数比较少，传输的速度也不够快。如果欲把可编程的信号送到 DCS 的网络上，需要把驱动软件下装到 DCS 网络的接口上，这个驱动软件和前面提到的软件是不同的软件，需要另行开发。PLC 的信号也是通过 MODB
7、US 送到接口上的。如果需要提高 MODBUS 的传输速度，把 MODBUS 的协议嵌入到以太网的信息帧中，这样大大提高传输速度，但要硬件支持。如果 DCS 的操作员站是 PC，WINDOWS 操作系统，监控软件是通用的软件，如 FIX、INTOUCH、CITECT 等，它们都有各种PLC 的驱动软件，一个通用软件在理论上最多可以连接八种不同型号的 PLC 或其它如地衡等秤量信号，所有读取的信号都进入监控软件的数据库。在操作员站的各种画面上你可以插入 PLC 或秤量信号。限于每一种 PLC 或秤量信号都不能太多，只传输少量的信号（每一个口都在一百点以下） ，这样传输才能成功。因为操作员站本身（
8、PC）只有两个串口，需要更多的串口的话，必须加串口扩展卡。这时，PLC 不需要有人机界面。如果 PLC 也有操作员站，DCS 和PLC 的操作员站所用软件是一样的话，就可以用以太网连接。如果所用软件不一样，几乎所有监控软件都支持 MODBUS，也就是说，都有 MODBUS 的驱动软件。把 PLC 的操作员站作从站， DCS 的专8用通讯机作主站就可以了。在大多数情况下，PLC 的操作员站和PLC 主机多数是采用 MODBUS 连接的，是主从结构，所以 PLC 只能有一个操作员站。如果 PLC 的操作员站通过以太网与 PLC 主机连接，必须要硬件支持，比如在操作员站上安装以太网卡，这样就可以有多
9、个操作员站。欲把 DCS、PLC 的数据送到实时数据库，首先要弄清楚是那一家的实时数据库。因为与不同的数据库连接时，需要不同的编程办法。送到实时数据库的 DCS 或 PLC 的数据，供 MIS 或 ERP 用，也可供优化控制用。在我国应用比较多的实时数据库是美国 OSI 公司的 PI 数据库， HONEYWELL 公司的 PHD 数据库和 ASPEN 公司的IP21 数据库。在石化和电力行业应用较多的是 PI 数据库。PI 数据库本身有几百种 DCS 和 PLC 的驱动软件，采用它的驱动软件，信号就可以经过组态直接送到它的数据库。该公司的驱动软件和数据库都是非常昂贵的，一般都在十几万美金和几十
10、万美金之间。PHD数据库通常是与 HONEYWELL 的 DCS 相配的，价格比较低，它的核心部分是与 ORACLE 相似的，它只有自己的 DCS 的驱动软件。至于 IP21 数据库，媒体的负面报道比较多。我国也有不少公司在宣传它，在价格上很有优势。除上述三个数据库以外，还有与特定的监控软件相连的实时数据库，如 IFIX 的 HISTORIAN，INTOUCH的 INSQL，这两个数据库必须与它相应的监控软件相连，参见图4。9图 4 把 DCS、PLC 的数据写入实时数据库（同系列的软件）如果其它软件想把数据写进这两个数据库，仍然用下面介绍的4 种办法。这两个数据库是低价的，点数少时只要几千美
11、金。我国的冶金、建材行业使用的较多。两个软件可以交叉写数据到它们的数据库，因为它们两者可通过现有的软件转换。只要 DCS 和实时数据库不是同一个厂商开发的，DCS 的数据只能通过以下几种办法把数据送到实时数据库。用的最多的是OPC（ object link embed process control） 、DDE（dynamic data exchange） 、 ODBC（open database connectivity）和 API（application program interface） 。DDE 比较简单，它适用于两个应用软件之间的数据交换。不限于与数据库连接，但限于交换数据比较少的
12、场合。10ODBC 适用于与数据库的连接。在通讯时，首先把数据从 DCS 中取出，然后再考虑如何把数据送到数据库。一般不从 DCS 的操作员站去取数据，因为考虑到 DCS 本身的运行安全。在 DCS 的内部通讯网络上加通讯机（或称为动态数据服务器） 。采用 OPC 的办法要组成服务器/客户机的格式，把 DCS 的通讯机作为服务器，数据库安装客户机软件，两者经过组态后就可以通讯。有时采用 OPC 服务器反而不是特别方便，可以采用 API，通讯机有 API 接口，可以用 Vb 、C+ 或 Java 语言来编写程序。从 DCS 读出的数据都是带时间标记的，并要有安全码。如果数据量比较大时，可以采用例
13、外报告。目前 ODBC 已经开发出许多编程工具。老 DCS 是很封闭的，需要有专门的驱动软件读取数据，也可以采用替代操作站或把替代操作站当成通讯机，如果同一家公司出的同系列的软件，只要组态，就可以完成通讯，不同厂商开发的软件有的可以转换，如 IFIX 和 INTOUCH。其它应用软件之间的通讯从上述 4 种软件接口中选取一种。各种接口的费用有差别。也还有其它软件接口，但使用比较少，或付出的代价太高。现场总线目前有 100 多种，比较常用的有十几种。在最近的几年中，是不可能实现现场总线的互连和互操作的。现场总线的使用最为常用的是作为 PLC 的 I/O。开发现场总线的厂商通常都有自己的 PLC，
14、自己的现场总线与自己的 PLC 是能通讯的。解算梯形图是由 PLC 的主机完成的。他们自己的 PLC 主机与自己的现场总线连成一个系统。通用监控软件都支持 MODBUS 协议。操作员站选用11通用的监控软件，因为通用软件和可编程主机都支持 MODBUS 协议，加人机界面是比较容易的。通用软件还开发有系列软件。如果采用他们的系列软件，一方面可以把数据送到自己实时数据库，另一方面还可以将数据较快的送到工厂的其他部门显示。PLC 的开发商也开发有自己的监控软件，可能没有系列软件。用户在综合、平衡其它因素下，决定采用那一种型号的监控软件。日本三菱公司的现场总线 CC-LINK，它能与三菱的可编程组成系
15、统。Devicenet 是美国 AB 公司开发的现场总线，它与PLC5、SLC5 组成系统。如果现场总线的开发商没有传统意义上的PLC，也会有其他厂商的 PLC 支持这种现场总线。如施耐德的 PLC TSX 支持 INTERBUS，因为开发 INTERBUS 的 PHONIX 公司没有传统的 PLC，它是把现场总线和 PC 构成 PC-based 系统。把 PC 作为控制器用。控制器有以太网接口。系统可以加人机界面，人机界面采用 CITECT 软件。通过人机界面又可以将数据送到实时数据库。控制器本身也能连接到以太网上。他们采用的是 PROFINET。又如Profibus-DP 不仅能与西门子自
16、己的 PLC 相连，许多 DCS 和 PLC 也都支持 Profibus-DP，如果某工厂采用 Profibus-Dp,联网可选择的办法比较多一些。CAN、 CANOpen、 Devicenet 、SDS 等几种现场总线的通讯控制器是一样的，只是高层协议不同。他们的转换就更加容易。CAN、CANOpen 、SDS 等几种现场总线的开发商原来都不生产传统的 PLC，但都能构成 PC-based 系统。欲把现场总线的数据送到数据库去，通过人机界面。如果从控制器直接把数据送到实时12数据库，化的代价太高。协议转换器在连网中起很大的作用。可以把现场总线的各种协议转换到你需要的通讯协议上来。生产协议转换器的厂商很多，比较有名的是瑞典的 HMS 和加拿大的 SST。他们的产品比较全，凡是目前主流的现场总线都已经有协议转换器，可以满足用户的需要，按要求选用。尤其是 HMS，它的产品品牌是 ANYBUS。ANYBUS不是一种现场总线，它是协议转换器的品牌。这种思想，还可以扩展
