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DCS的硬件系統(tǒng)及其發(fā)展方向
關(guān)于硬件系統(tǒng)，我們還沒(méi)有更深入的討論。不過(guò)，DCS或者是今后的FCS硬件肯定會(huì)大量采用單片嵌入式軟硬件系統(tǒng)。這是因?yàn)椋?
1. 無(wú)論是DCS的智能模件還是今后FCS的現(xiàn)場(chǎng)模塊，必須具備自我診斷、數(shù)據(jù)交換等功能；
2. 由于DCS和今后的FCS都會(huì)將控制、采集任務(wù)下達(dá)給遠(yuǎn)端絕大部分的模件或模塊，以讓其分散系統(tǒng)任務(wù)，故該類模件或模塊必須具備狀態(tài)或數(shù)據(jù)采集、或者進(jìn)行PID控制。因此，它不能缺少M(fèi)CU；
3. 由于通訊功能的增強(qiáng)，有必要加強(qiáng)通訊協(xié)議的認(rèn)可、總線設(shè)備地址的辨識(shí)、誤碼的智能判斷及相應(yīng)錯(cuò)誤的糾正等。
所謂單片嵌入式軟硬件系統(tǒng)是指具備可安裝與PCB（印制板）還儀器、儀表、專業(yè)模塊設(shè)備內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它并不包括我們常說(shuō)的PC計(jì)算機(jī)。
6．1采用單片微處理器的嵌入式軟硬件系統(tǒng)
這種系統(tǒng)即是我們常說(shuō)的單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它往往采用一片單片機(jī)加外圍芯片構(gòu)成。主要有AD、DA、DI、DO芯片作為與外部設(shè)備交換傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào)。并增加與外部的通訊接口電路、完成所謂的RS485物理接口并配合通訊協(xié)議在控制總線或現(xiàn)場(chǎng)總線上與主計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備交換數(shù)據(jù)。
由于傳統(tǒng)的單片機(jī)功能有限，往往還加入了大量的邏輯處理單元和大容量存儲(chǔ)器。例如：采用PAL 、GAL、CPLD等。也有采用FPGA以完成邏輯、譯碼、存儲(chǔ)、通訊控制和特殊布爾計(jì)算。
必須指出，單片計(jì)算機(jī)計(jì)術(shù)仍然在不斷發(fā)展。很多單片機(jī)采用RISC精簡(jiǎn)指令集和CPLD、FPGA或者是DSP技術(shù)，可以片內(nèi)帶FLASH MEMORY，并有JTAG接口，可以在線完成程序擦除、下載、調(diào)試等工作。工業(yè)控制領(lǐng)域以16BIT單片機(jī)為主，逐步采用32BIT甚至64BIT單片機(jī)，而應(yīng)用于通訊領(lǐng)域中以8BIT單片機(jī)為多。據(jù)《電子工程專輯》報(bào)道：由于因特網(wǎng)的接入需求為8位MCU帶來(lái)新的活力。這表現(xiàn)在8位單片機(jī)供應(yīng)商紛紛采取措施推出增強(qiáng)因特網(wǎng)接入功能的新型8位MCU，這給本來(lái)由于常規(guī)8位單片機(jī)極高的市場(chǎng)需求又注入新的活力。市場(chǎng)預(yù)計(jì)從2000年的90億美元增加到2004年的160億美元。而16位、32位MCU加起來(lái)還不到8位MCU的一半。完全打破某些專家和公司預(yù)計(jì)的16位MCU將在短時(shí)間內(nèi)替代8位MCU。他們的依據(jù)8位MCU是沒(méi)有能力實(shí)現(xiàn)與因特網(wǎng)連接。然而，這些預(yù)言是錯(cuò)誤的。基于8位MCU的低價(jià)格性和軟件嵌入式操作系統(tǒng)的支持，加上單片機(jī)上集成硬件的TCP/IP控制協(xié)處理器。這比采用16位甚至32位MCU要可靠、經(jīng)濟(jì)。如果說(shuō)世界各大廠商在采用8位MCU完成通訊功能、而你卻想用16位MCU，這除非是你的產(chǎn)品成本比別人低得多，否則無(wú)法與別人競(jìng)爭(zhēng)。
單片機(jī)系統(tǒng)配備TCP/IP通訊協(xié)議完成以太網(wǎng)接口是目前單片機(jī)的熱點(diǎn)。國(guó)外甚至推出可以發(fā)E_mail、上Web瀏覽的單片機(jī)系統(tǒng)。因此，上網(wǎng)沖浪不再是PC 計(jì)算機(jī)的專利。只有充分享受網(wǎng)上資源的一切設(shè)備才是人們所追求的目標(biāo)。這種技術(shù)的大量使用，無(wú)疑給未來(lái)的工業(yè)以太網(wǎng)探明道路。
6．2采用DSP數(shù)字處理器的嵌入式軟硬件系統(tǒng)
DSP數(shù)字處理器是近來(lái)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。它實(shí)際上也是單片計(jì)算機(jī)。一般的單片機(jī)內(nèi)部總線采用程序區(qū)和存儲(chǔ)器區(qū)共用的馮－諾依曼結(jié)構(gòu)。程序按步進(jìn)行，必須完成取指、運(yùn)算、執(zhí)行才能完成一個(gè)指令。而DSP采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序區(qū)和存儲(chǔ)器區(qū)完全分開(kāi)，取指、運(yùn)算可以完全分開(kāi)，即在運(yùn)算階段時(shí)可以進(jìn)行取下一條指令操作。故可以高速、并行工作。由于集成大量的存儲(chǔ)器和布爾處理器、復(fù)雜邏輯陣列及特殊算法功能塊，可以高速處理大量數(shù)據(jù)甚至輕而易舉地完成模糊控制或自適應(yīng)控制等，是未來(lái)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向。
TMS320系列DSP是美國(guó)德州公司的產(chǎn)品。因其內(nèi)部可以并行運(yùn)行多個(gè)程序故可以處理更復(fù)雜的問(wèn)題，相應(yīng)程序執(zhí)行速度得以大大提高。由于硬件回路功能較強(qiáng)，甚至AD、DA轉(zhuǎn)換器也可以直接選擇DSP某些接口來(lái)構(gòu)成。
對(duì)于需要更快的處理速度（與純硬件執(zhí)行速度相當(dāng)）某些設(shè)計(jì)完全可以由FPGA組成硬件，而采用VHDL設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)滿足系統(tǒng)要求。則其執(zhí)行方式完全并行工作，執(zhí)行指令也完全與常規(guī)的us/步不同，因?yàn)樗皇前疵總€(gè)功能需要多少個(gè)執(zhí)行周期來(lái)完成，而是每個(gè)功能由多少個(gè)“硬件”構(gòu)成，它總共延時(shí)多少ns。這個(gè)“硬件”是由軟件來(lái)描述，而完成功能確實(shí)內(nèi)部的硬件進(jìn)行。可以說(shuō)，它如同一個(gè)半導(dǎo)體廠定制的ASIC電路。內(nèi)部功能由專用硬件構(gòu)成（不過(guò)是看不見(jiàn)硬件），而生成的硬件卻是由軟件進(jìn)行描述而生成的。
未來(lái)的DSP最終會(huì)向FPGA過(guò)渡。
6．3 DCS模件向FCS模塊的演變
常規(guī)的DCS是由若干個(gè)機(jī)柜中安裝各種模件或者是板卡所構(gòu)成。它們相對(duì)集中并且通過(guò)內(nèi)部的通訊、控制總線與各個(gè)模件相連接。由于DCS已經(jīng)發(fā)展很久，但其總體結(jié)構(gòu)變化不大。不過(guò)，這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)明顯顯示出不足：
a．由于各板卡集中于幾個(gè)機(jī)柜中，各自的通訊聯(lián)絡(luò)采用專用的協(xié)議，故屬于封閉式，無(wú)法直接與第三方設(shè)備交換數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行相互接口、通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換。開(kāi)放性較差；
b. 所有的模件接口采用傳統(tǒng)的DI、DO、AI、AO，需要大量的電纜與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連接。直接導(dǎo)致安裝復(fù)雜、成本居高不下，故障點(diǎn)增多；
c. 模件抗干擾能力、防靜電能力差。
而FCS模塊強(qiáng)調(diào)可以現(xiàn)場(chǎng)安裝，高可靠性和惡劣的環(huán)境下高防護(hù)等級(jí)可以直接安裝于現(xiàn)場(chǎng)。而相互連接可以通過(guò)冗余的通訊電纜連接，所有連接在通訊總線上的設(shè)備可以共享信息，最終實(shí)現(xiàn)控制功能下移至現(xiàn)場(chǎng)層。
7．結(jié)束語(yǔ)：
綜上所述，DCS系統(tǒng)最終向FCS系統(tǒng)發(fā)展，我們究竟是使用別人的產(chǎn)品或是自己開(kāi)發(fā)，是開(kāi)發(fā)DCS還是FCS這要根據(jù)我們自身的實(shí)力和情況定。根據(jù)技術(shù)的發(fā)展方向和市場(chǎng)的需求，我認(rèn)為：如果需要開(kāi)發(fā)DCS產(chǎn)品應(yīng)該順應(yīng)技術(shù)的發(fā)展方向和市場(chǎng)的需求進(jìn)行。換句話說(shuō)，應(yīng)該結(jié)合目前現(xiàn)有品牌DCS并有所擴(kuò)展－帶FCS的模塊以逐步向FCS系統(tǒng)過(guò)渡即尋找開(kāi)發(fā)的捷徑。
根據(jù)世界上成功合作例子，有許多廠商之間相互合作，例如美國(guó)GE公司與 Fanuc組成GE FANUC品牌的90XX系列PLC。他們不再是簡(jiǎn)單的OEM組裝，而是進(jìn)入了較高層次的再開(kāi)發(fā)，在亞州市場(chǎng)上取得了巨大成功。我們能否也借鑒此類方式合作。而不要采用成套購(gòu)入別人硬件OEM簡(jiǎn)單的生產(chǎn)方式，共同投入技術(shù)，維護(hù)、發(fā)展產(chǎn)品。這樣的合作方式當(dāng)然取決與對(duì)方是否愿意。例如，征得ABB的同意，共同推出適合電站系統(tǒng)的INFI－DF DCS系統(tǒng)，并部分采用自己的硬件和軟件系統(tǒng)，獲得商標(biāo)、硬件、軟件的使用權(quán)，可以在初期按技術(shù)合作入股、提成等方式，在東汽生產(chǎn)模件并投入物力、人力開(kāi)發(fā)與FCS相適應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)總線模塊擴(kuò)展DCS應(yīng)用范圍。
如果此類方式遭到斷然拒絕，那我們只有獨(dú)立開(kāi)發(fā)自己的DCS系統(tǒng)了。
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