根据输入/输出点数确定操作员站和控制器型号及数量

1.控制器和处理I／O点数的能力

一个系统，首先要决定采用多少个控制器和多少台人机界面。在控制系统组成方面，回路控制器组成的系统是比较单一的，它提供的I／O点数是确定的，它的I／O点和回路数目也是确定的（有现场总线连在控制器上除外）。其他无论是DCS，还是PLC，确定购买哪一家的产品以后，就需要确定PLC或DCS的型号，究竟需要购买多少台控制器、一个控制器需要配置多少块I／O卡，这个问题对于最终用户来说是非常重要的。等台数确定以后，现场I／O点数与PLC、DCS控制器的点数如何匹配呢？这个问题我国用户付出了很高的代价。20世纪90年代以前，如果购买DCS，系统配置都是由外国公司做的，我国用户只提出I／O点数、控制回路数和一些控制要求。由于当时我国技术人员对于这些设备不是十分熟悉，最终用户对系统的配置考虑得也不多。有的资金雄厚的单位，由国外公司配置系统，安装运行后，发现控制器的台数和操作员站的数目与其他相同规模的系统相比，大约要多出30%～40%。这样单位就要多付30%～40%的费用，这种情况我国西部发生较多。不过，这样的系统也有一个优点，由于控制器的负荷比较轻，系统故障率相对比较低。

2.硬件组态和软件组态

DCS、PLC的型号确定以后，计算各种类型I／O的卡件数，这称为硬件（或称为硬件配置）组态。硬件组态有三方面的考虑：

（1）首先是与控制器位置有关的I／O设备的位置的确定。许多系统提供远程和本地I／O配置。尽管本地I／O系统具有系统硬件集中的优点，但考虑到安装布线费用时，远程I／O体系就有优势了。

（2）本地I／O或远程I／O选定以后，就要选择模块的型号。通常不会只要一种型号的I／O模块。

（3）选定使用的模块型号后，计算出每种型号的I／O模块数量。根据应用中所用的现场传感器、控制设备的工作原理和电压幅值来划分统计。根据（输入／输出）功能、电压、工作原理，统计接口模块的数量。

完成硬件组态后开始软件组态，即DCS采用功能组态，PLC编制梯形图，现场安装和调试后，才使系统很好地运转起来。但这里存在一个问题，即怎样配置系统才能很好地运转呢？

3.其他需要考虑的问题

前面介绍的是I／O模块的数量，另外还有一个问题就是控制器逻辑程序所用处理机内存容量，最后还要考虑处理机的指令系统。

由于DCS主要考虑模拟量的处理问题，占有的处理机的内存容量更多，控制器I／O点数的配置比PLC要复杂。

对于DCS也遇到类似PLC的情况，所以选型确定以后还必须确定点数余量的问题。根据经验，假设实际有100个I／O点，应该选用能识别300～400点I／O的控制器，这样，存储器的容量才够用。再确定选用能连接多少I／O的PLC或DCS的控制器，因为说明书中标的是该机器的最大的能力。实现说明书上的能力，是牺牲其他的功能来完成的，甚至是控制器什么工作都不做，CPU只是运转输入／输出，不考虑中间变量，才能有那么多的I／O点数。

假设一台DCS控制器能连接64块I／O卡，在实际连接时，连接20多块I／O卡是合适的，每一块卡分别是8路或16路。如果都是开关量时，块数可以适当多一些，是模拟量时，块数要少一些。

另一个问题是，如果一台DCS的控制器能完成120个PID控制回路的任务，在组态时，最好做40多个回路，再加上部分开关量和模拟量的采集，控制器才能正常运转。一定不要做得太满，太满了不仅影响控制器的运行，还影响DCS通信网络的工作。

一个系统需要用到多台控制器，各台控制器做硬件组态时，相互之间的负载要平衡，输入／输出点数要相当。而各台控制器究竟需要组态的PID回路数量并不太重要，只是I／O的点数大约是最大能力的30%～40%。如果两台控制器输入／输出点数都没有超出合理范围，但是数量相差太大，比如一台是1 000多点，而另一台只有100多点，这时的通信网络工作就不太正常。(www.xing528.com)

4.I／O点数

产品说明书中宣传的控制器读取的I／O能力越大，留的余量就应该越大。如有的系统宣布一台控制器有12 000点的I／O能力，或有5 000点的I／O能力，实际用的I／O点不能超过1／3，甚至还要少得多。如一个300 MW的电厂，大约有3 000多I／O点，如果采用有12 000点的能力的系统，是不是一台控制器就够了呢？答案是否定的，一定会用到5台以上的控制器，每一台控制器不会超过1 000个I／O点，否则，系统就运转不好。应该注意的是，在使用每一块卡件时，如8通道的输入卡，还需要留出1～2个通道，16路的输入卡，要留出2～3个通道，以便在调试时，更换通道时使用。尤其是热电阻或热电偶卡，每一块一定要留出富余的通道，小信号的模拟量通道更容易损坏，调试时更要小心。厂家会给出一台控制器推荐的I／O点数，根据这个点数，再留出余量，而不是一台控制器能识别的I／O能力。

5.操作员站和标签量

传统DCS的操作员站读取的I／O点数是有很严格的规定的。比如500、1 500、3 000、10 000或30 000点，与显示的标签量有关的因素有：

（1）操作员站主机CPU的运算速度。

（2）操作员站主机存储器容量的大小。

（3）主机与DCS网络接口的连接方式（有串行和SCSI之分）。

（4）监控软件所能接收的I／O点数，按产品说明书做操作员站组态。

根据操作员站能显示的标签数量，决定操作员站的台数。新型系统由于主机CPU的运算速度和存储容量都能满足要求，标签量已经可以做得很大，几万个标签都可以做到。

6.关于控制系统的网络层次

20世纪80年代的传统DCS网络只有一级或两级。一级是连接控制器和人机界面的通信网络。有的系统将按照所完成的控制任务分成完成闭环控制任务的控制器、完成数据采集的控制器和完成逻辑控制任务的控制器，在控制器之间用通信网络连接起来，这样就构成了两级网络。

到20世纪90年代，为了能把生产过程的现场数据送到以太网，与MIS系统连接起来，又增加了网关，从而增加了网络层次。网络层次的增加，使得为了通信而增加专用的接口，有一层网络只是为了读取数据，对控制没有什么贡献，并且由于使用接口，产生瓶颈，使通信效率降低。

新型系统的控制器能直接上以太网，所以网络的层次比较少，系统的价格会比较低。在做系统集成时，选用接口比较多的控制器，如以太网、Modbus协议、RS-232C或RS-485等，使得控制器能与现场总线相连，或能与PLC相连。集成的系统功能强、能与商业活动结合在一起，并且能把控制系统当成一个核心，第三方可作二次开发。