七大DCS控制器软件评价要素|《分布式计算机控制系统》

1.控制器的能力与执行效率

一个控制器的能力与执行效率一般包括容量和速度两个方面的指标。在硬件资源（容量和性能）同等的条件下，由于软件设计上的优劣，其控制器的能力和运行效率会有很大的差异。

1）I/O 容量

I/O 容量是指单个控制器能够接入的I/O 点数。例如，常规的控制器应能在不接扩展器的情况下接入500 点以上。此外，更为细致的考核还应考虑同时接入模拟量的能力、同时接入开关量的能力、混合接入时各能接入多少。

2）控制算法容量

控制算法容量是指单个控制器可接入的控制对象数，可以以典型的控制回路（如PID调节回路数）或以开关量控制量作为参考因子来分别考虑。

3）采集数据的分辨率

采集数据的分辨率是保障采集数据实时性、内部计算同步精度和事件分辨时间精度的重要因素，一般有以下特性。

（1）模拟量采集周期。系统应能按照变量的物理变化特性来定义不同的采集周期，如流量、频率等快速反应的变量应设置成高速采样周期，材料温度类型的变量则采集周期可以设置得长一点。有的DCS 可以定义最短为50 ms 的模拟量采集周期。

（2）开关量采集周期和SOE 分辨率。开关量采集周期也应分成两种。例如，运行设备跳闸是一种快速联锁反应的信号，一般应以毫秒级记录跳闸的顺序 （一般称为SOE），便于分析产生事故的真正原因。这类开关量信号的扫描周期必须小于1 ms，或采用中断方式采集。一般表示开关状态的开关量可以按工艺要求定义稍长一点的采集周期，采集周期的大小反映信号在相关事件发生（如报警）时的时间精度。有的DCS 可以定义最短为25 ms 的开关量采集周期。此外，如果输入变量要参与控制运算，则采集周期应与控制周期匹配。

4）控制运算周期

控制方案在控制器的运行一般是按周期进行的。控制方案的运行周期直接影响控制的质量。通常，针对不同的工艺对象，应能根据不同的工艺特征来设置不同的控制周期，一个优秀的DCS 应能按照控制方案的不同要求来灵活设置不同的运算周期。例如，开关量控制运算周期可分成25 ms、50 ms、100 ms、125 ms、250 ms 等挡位，最短可达25 ms；模拟量控制运算周期可分成50 ms、100 ms、125 ms、250 ms、500 ms 等挡位，最短可达50 ms。此外，系统还应具备根据工艺运行情况，在线动态修改控制周期或由工艺运行人员手动修改运算周期的能力。这样的设计可使得系统达到综合的最佳控制效率。

2.可靠性与开放性

软件系统的可靠性除了要求软件逻辑本身正确以外，还要求软件可以抵抗外部环境的破坏，如网络攻击病毒等。在实际现场中，可能由于操作员（或工程师）操作不慎，操作员站（或工程师站）感染病毒，病毒不但会破坏本机，还会通过网络来攻击或尝试感染同一个网段里的控制器。这就要求控制层软件里的协议处理部分具有防火墙功能，最佳的处理方式就是在每个控制器前面加一个独立的防火墙。攻击性的网络数据包在防火墙这一层就会被过滤，从而避免对控制器造成影响。但是添加单独的防火墙会增加成本，因此可以通过软件的方式在控制器的底层协议里添加防火墙功能，避免网络攻击数据包消耗控制器有限的资源。

开放性是DCS 发展的趋势，在一个DCS 里，有可能用到很多其他厂家的仪表。每家DCS 厂商都有支持的I/O 总线，因此衡量一个DCS 是否具备开放性主要看其能否兼容其他现场总线的设备，如PROFIBUS-DP 模块、FF 仪表、Hart 设备等。

3.控制器的运行管理和维护能力

控制器中运行的数据是从工程师站组态后下装到控制器中的。一般控制器中均提供静态随机存储器SRAM，用来存储下装的数据和控制程序。数据和控制程序一次下装以后，如果没有变化，就不应每次启动都下装。但实际上，大多数控制系统都不可能做到一次下装后再也不修改。系统在运行过程中总是避免不了对组态进行修改或在线进行参数修改等情况。这时，作为控制层软件，必须能够配合工程师站或操作员站的在线下装、参数整定等功能。(www.xing528.com)

1）控制系统数据下装功能

在早期的DCS 控制器中，都是将程序和数据写入EPROM，如果修改了程序或数据，便要将EPROM 片子从控制器上拔下，通过EPROM 写入器来擦除原有内容，并写入新的程序和数据。目前大多数DCS 采用SRAM 来存储程序和数据。计算机系统通过网络就可直接下装程序和数据，一般计算机控制组态完成后，经过与数据库联编成功，便可通过下装软件下装到控制器中运行。控制系统数据下装分为两种： 一种是生成全下装文件，另一种是生成增量下装文件。全下装是全部组态数据编译后进行的全联编，联编成功后，进行系统库全部下装，这种下装模式需要对控制器重新启动；增量下装是只下装修改和追加部分的内容，在控制器中以一种增量方式追加在原数据库中。增量下装为一种无扰在线下装模式，不需要停止控制器的运行，便可实现对控制方案的修改。

2）在线控制调节和参数整定功能

算法组态时，一般定义的是初始参数；在现场调试时，需要根据实际工况来对参数进行整定。另外，自动控制系统在调试期间，一般要配合手动调节措施。一般控制器中均提供操作员对控制回路进行手动操作和对控制参数进行整定的接口。系统提供的控制调节功能是通过在流程图中开辟模拟调节仪表来实现的，如PID 调节器、操作器、开关手操、顺控设备、调节门等。

3）参数回读功能

如上所述，控制系统在线运行时，控制方案中的参数可能在线修改。这种修改通过网络发送到控制器。为了保持这种修改与工程师站组态的一致性，系统应提供一种参数回读的功能。由工程师站请求控制器将运行参数读回到离线组态数据库，以保证再次下装不会改变现场参数。

4）站间数据引用功能

由于一个控制器接入的信号是有限的，而且可能因现场接线方便而将信号接到另一个控制器上，或者同一信号在不同控制器的不同控制方案中要用到，这就涉及站间引用的问题。如果一个DCS 不能支持网络变量，即无法实现站间数据的引用，就会对工程应用的设计有着非常大的影响。例如，为了保证信号在另一个站中使用，可能要采用一个信号通过硬连接引入几个站而投入不必要的开销；或者通过上位机将数据转发到另一个控制器，这样导致的结果是方案组态时就必须知道信号所接入的控制器。另外，数据的实时性也难以具备站间引用的功能。因此，方案组态时，应不需要关注信号接入位置，系统能自动识别出非本站的信号，并自动产生站间引用表，发向信号源控制器，由信号源控制器自动更新引用站中的站间引用点。

4.控制器层数据的一致性

在控制器层，数据一致性除了自身外，主要表现在主从控制器同步、站间引用。

1）主从控制器同步

在控制器冗余配置的系统中，主从控制器同时接收外部输入信号，装载的执行程序也相同，只要拥有相同的基础数据，就可以保持运算输出一致，虽然因相对定时而导致输出时间有差异，但不会超过一个执行处理周期（尽管从机实际不输出）。

由于主从控制器一般不能保证同时启动，因此主机要定时通过网络（或专用信道）向从机复制具有累计效应的中间数据，同步双机的基础数据。在从机启动后，一般经过几个周期，双机基础数据就可以达到一致。这种同步动作仍建立在串行化基础上，无论主机发送还是从机接收，均不能打断一个完整的计算过程。

2）站间引用

在某些现场，受地理位置、电缆走线等外部因素的影响，或有协调控制要求，会出现所谓“站间引用”的现象，即从一个DCS 控制器采集或产生的信号要送到另一个DCS 控制器。站间引用的处理与双机同步机制相似，只是传送的数据不同。