DCS集散控制系統產品開發之我見（二）
在設計COM的過程中，微軟解決了下列問題：
（1）交互操作能力。開發者怎樣才能創建出獨立的組件，使其能與其它組件充分地協作，而不用考慮它們是由誰創建的？
（2）版本控制。一旦某個組件正由其他組件或應用程序使用，怎樣才能改變或升級這個組件，而不影響正在使用它的組件或應用程序?
（3）與語言無關。怎樣才能確保用不同語言編寫的組件能協同工作？
（4）透明的跨進程交互操作。開發者怎樣才能編寫組件，使其能在進程內或進程外工作?
然而，OLE2中的COM只解決了同一網絡中對象之間的交互問題，而沒有解決對象在不同網絡中的其它機器上生存或執行的問題，對這一問題的解決將打開通向在bbbbbbs環境下的分布對象結構之路。為了適應這一需要，微軟開發出了分布式組件對象模型。
分布式組件對象模型（Distributed Component bbbbbb Model---DCOM），即通常所說的"網絡OLE"。DCOM是一種特殊的協議，允許應用程序在分布式計算環境（Distributed Calculating Environment---DCE）里進行面向對象的遠程過程調用（Remote Procedure Call---RPC）。DCOM擴展了COM的性能，使得COM對象能夠通過相關網絡與遠程機中的另一個對象交互并使用此對象，這些網絡可以是局部網、企業的Intranet或現今的Internet。用戶可以在bbbbbbs NT4.0版中得到DCOM，它特別適用于開發企業的信息管理系統、專用的Web等。基于網絡方面的不安全性考慮，DCOM自身包含有較高的安全處理功能。
所有軟件組件都遵循COM或DCOM標準。
4.2 ActiveX
根據微軟的定義：支持組件對象模型（COM）的對象總稱為"組件對象"。而現在流行的術語OLE－－即OLE2，支持COM，所以OLE對象也稱為"組件對象"。一個組件對象不僅支持"對象鏈接與嵌入"，而且還可以遠程調用或運行其它機器或網絡中的組件對象等等，它的功能已遠遠超過了OLE字面所能表達的功能。為了適合未來更加復雜的應用，微軟決定重新命名它，將所有這些組件對象統稱為ActiveX。
隨著OOP逐漸成為公認的編程主流，面向對象軟件組件已成為事實上的標準。面向對象軟件組件統稱為ActiveX組件。經過一番擴展以后，ActiveX組件現在可提供對DCOM的支持。ActiveX是組件對象模型的一種物理實現方式，它為ActiveX組件的創建提供了基礎。
ActiveX組件將程序邏輯封裝起來，并可以進程內、本地進程外、遠程進程外三種形式之一在網絡中運行，為其它應用程序（客戶機應用程序）提供服務。因此可以將ActiveX組件理解成"服務器"。它要么在"進程內"工作，即代碼在與客戶機應用程序相同的進程空間內執行（亦即一個DLL－－ActiveX DLL）；要么在"進程外"工作，即代碼在同一機器的另一個進程內運行，或在遠程電腦的另一個進程內執行（亦即一個EXE文件－－ActiveX EXE）。利用Visual Basic 5.0，Visual C++5.0或Visual J++等OOP語言，可以很方便地創建ActiveX DLL（進程內服務器）和ActiveX EXE（本地或遠程進程外服務器）。
控制系統軟件開發者可以將自己的應用程序邏輯編寫成進程內ActiveX DLL或本地進程外ActiveX EXE或遠程進程外ActiveX EXE，以向其他ActiveX組件或外部應用程序開放它們的部分或全部對象。
建立和使用ActiveX EXE實例的客戶應用程序，可開放它們的對象，并在進程外使用它們。這意味著，ActiveX EXE中的代碼運行在它自己的進程中，并且是在它自己的空間中，這可把它與客戶應用程序的代碼空間分離開來。
4.4 軟件開發建議
在DCS網絡環境下運行的應用程序，應該是遵循COM/DCOM標準、通過ActiveX實現的客戶機/服務器結構的應用程序。因為這樣的應用程序是由ActiveX組件組裝而成的，與其它應用程序結構相比更加健壯、可伸縮性強且容易維護。
另外，應注意：由于微軟的重新命名，OLE文檔已成為ActiveX文檔；OLE控件已成為ActiveX控件；等等。從而OLE這一術語才真正像它早期縮寫的含義那樣，代表"對象鏈接與嵌入"，而OLE中一些關鍵技術和組件則成為重新命名后的ActiveX技術和組件。
需要指出的是，究竟采用何種軟件進行開發并不十分重要。采用Visual Basic 5.0以上版本的軟件可以開發出人機界面十分友好的組態軟件和監視軟件，這也被大量的專業化組態軟件公司優先采用，畢竟它是幾乎所有軟件編制人員最易上手的工具。它本身具備良好的可視化界面（所見即所得）和良好的結構化風格，允許多人協同工作。由于最大的軟件開發工作量之一是編制界面，我們沒有必要選擇太專業化的開發工具，因為熟悉和掌握是需要較長時間。也有公司采用Visual Basic & Visual C++5.0或Visual J++等語言，可以相互彌補各自的不足。近段時間，國內外有不少公司試著采用Java甚至HTML語言編制動態的組態軟件，將枯燥乏味的組態軟件工作當作是動畫編輯，逐步得到人們的首肯。這對今后工業以太網控制系統的大量應用無疑將占盡先機，也逐步展現出迷人的前景。
5．DCS向FCS系統的過渡及其發展方向
前面我們介紹了，今后DCS系統的發展必將是以在DCS的基礎上發展起來的FCS替代現在的DCS，因為FCS順應了自動控制系統的發展潮流。
為了今后的開發工作不迷失方向，我們有必要了解FCS的主要構成、現狀和未來的發展方向，應該說，今天我們討論的DCS應該是今后的FCS：
5．1七十年代以前，控制系統中采用模擬量對傳輸及控制信號進行轉換、傳遞，其精度差、受干擾信號影響大，因而整個控制系統的控制效果及系統穩定性都很差。七十年代末，隨著大規模集成電路的出現，微處理器技術得到很大發展。微處理器功能強、體積小、可靠性高、通過適當的接口電路用于控制系統，控制效果得到提高；但是盡管如此，還是屬于集中式控制系統。隨著過程控制技術、自動化儀表技術和計算機網絡技術的成熟和發展，控制領域又發生了一次技術變革。這次變革使傳統的控制系統（如集散控制系統）無論在結構上還是在性能上都發生了巨大的飛躍，這次變革的基礎就是現場總線技術的產生。
5．2現場總線是連接現場智能設備和自動化控制設備的雙向串行、數字式、多節點通信網絡，它也被稱為現場底層設備控制網絡（INFRANET）。80年代以來，各種現場總線技術開始出現，人們要求對傳統的模擬儀表和控制系統變革的呼聲也越來越高，從而使現場總線成為一次世界性的技術變革浪潮。美國儀表協會(ISA)于1984年開始制訂現場總線標準，在歐洲有德國的PROFIBUS和法國的FIP等，各種現場總線標準陸續形成。其中主要的有：基金會現場總線FF（Foundation Fieldbus）、控制局域網絡CAN（Controller Area Network）、局部操作網絡LonWorks（Local Operating Network）、過程現場總線PROFIBUS（Process Field Bus）和HART協議(Highway Addressable Remote Transducer)等。但是，總線標準的制定工作并非一帆風順，由于行業與地域發展等歷史原因，加上各公司和企業集團受自身利益的驅使，致使現場總線的國際化標準工作進展緩慢。但是不論如何，制定單一的開放國際現場總線標準是發展的必然。
5．3 當前流行的幾類現場總線
5．3．1 基金會現場總線FF
基金會現場總線FF是在過程自動化領域得到廣泛支持和具有良好發展前景的一種技術。其前身是以美國Fisher－Rosemount公司為首，聯合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制定的ISP協議和以Honeywell公司為首，聯合歐洲等地150家公司制定的World FIP協議。這兩大集團于1994年9月合并，成立了現場總線基金會，致力于開發出國際上統一的現場總線協議。
基金會現場總線分為H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31.25Kbps，通信距離可達1.9km，可支持總線供電和本質安全防暴環境。H2的傳輸速率可為1Mbps和2.5Mbps兩種，通信距離為750m和500m。物理傳輸介質可為雙絞線、光纜和無線，其傳輸信號采用曼切斯特編碼。基金會現場總線以ISO/OSI開放系統互連模型為基礎，取其物理層、數據鏈路層、應用層為FF通信模型的相應層次，并在應用層上增加了用戶層。用戶層主要針對自動化測控應用的需要，定義了信息存取的統一規則，采用設備描述語言規定了通用的功能塊集。FF總線包括FF通信協議、ISO模型中的2～7層通信協議的通棧、用于描述設備特性及操作接口的DDL設備描述語言、設備描述字典，用于實現測量、控制、工程量轉換的應用功能塊，實現系統組態管理功能的系統軟件技術以及構筑集成自動化系統、網絡系統的系統集成技術。
5．3．2 CAN總線
CAN總線最早是由德國Bosch公司推出，用于汽車內部測量與執行部件之間的數據通信協議。其總線規范已被ISO國際標準組織制定為國際標準，并且廣泛應用于離散控制領域。它也是基于OSI模型，但進行了優化，采用了其中的物理層、數據鏈路層、應用層，提高了實時性。其節點有優先級設定，支持點對點、一點對多點、廣播模式通信。各節點可隨時發送消息。傳輸介質為雙絞線，通信速率與總線長度有關。CAN總線采用短消息報文，每一幀有效字節數為8個；當節點出錯時，可自動關閉，抗干擾能力強，可靠性高。
5．3．3 LonWorks總線
LonWorks技術是美國ECHELON公司開發，并與Motorola和東芝公司共同倡導的現場總線技術。它采用了OSI參考模型全部的七層協議結構。LonWorks技術的核心是具備通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片實現完整的
LonWorks的LonTalk通信協議。其上集成有三個8位CPU。一個CPU完成OSI模型第一和第二層的功能，稱為介質訪問處理器。一個CPU是應用處理器，運行操作系統與用戶代碼。還有一個CPU為網絡處理器，作為前兩者的中介，它進行網絡變量尋址、更新、路徑選擇、網絡通信管理等。由神經芯片構成的節點之間可以進行對等通信。LonWorks支持多種物理介質并支持多種拓撲結構，組網方式靈活，其IS－78本安物理通道使得它可以應用于危險區域。LonWorks應用范圍主要包括樓宇自動化、工業控制等，在組建分布式監控網絡方面有較優越的性能。
5．3．4 PROFIBUS總線
PROFIBUS是符合德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50179的現場總線，包括 PROFIBUS－DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA三部分。它也只采用了OSI模型的物理層、數據鏈路層、應用層。PROFIBUS支持主從方式、純主方式、多主多從通信方式。主站對總線具有控制權，主站間通過傳遞令牌來傳遞對總線的控制權。取得控制權的主站，可向從站發送、獲取信息。PROFIBUS－DP用于分散外設間的高速數據傳輸，適合于加工自動化領域。FMS型適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等。而PA型則是用于過程自動化的總線類型。
HART總線
HART協議是由Rosemount公司于1986年提出的通信協議。它是用于現場智能儀表和控制室設備間通信的一種協議。它包括ISO/OSI模型的物理層、數據鏈路層和應用層。HART通信可以有點對點或多點連接模式。這種協議是可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議，其特點是在現有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信，屬于模擬系統向數字系統轉變過程中的過渡產品，因而在當前的過渡時期具有較強市場競爭力，在智能儀表市場上占有很大的份額。
5．4 現場總線控制系統（FCS）的結構與特點
5．4．1 結構
隨著現場總線技術的出現和成熟，促使了控制系統由集散控制系統（DCS）向現場總線控制系統（FCS）的過渡。在一般的FCS系統中，遵循一定現場總線協議的現場儀表可以組成控制回路，使控制站的部分控制功能下移分散到各個現場儀表中。從而減輕了控制站負擔，使得控制站可以專職于執行復雜的高層次的控制算法。對于簡單的控制應用，甚至可以把控制站取消，在控制站的位置代之以起連接現場總線作用的網橋和集線器，操作站直接與現場儀表相連，構成分布式控制系統。
5．4．2 特點
分布式的FCS系統比DCS系統更好地體現了“信息集中，控制分散"的思想。與傳統的DCS 相比，FCS有其自身的特點。FCS系統具有高度的分散性，它可以由現場設備組成自治的控制回路?，F場儀表或設備具有高度的智能化與功能自主性，可完成控制的基本功能，并可以隨時診斷設備的運行情況。另外，FCS的結構比DCS簡化。有的FCS系統省略了DCS中控制站這一層，操作站直接與現場儀表相連。這些使FCS的可靠性得到提高。
現場總線系統具有開放性。系統對相關標準具有一致性、公開性，強調對標準的共識與遵從。通信協議一致公開，各不同廠家的設備之間可實現信息交換，通過現場總線可構筑自動化領域的開放互連系統。系統的開放性決定了它具有互操作性和互用性。互操作性指互連設備間、系統間信息傳送與溝通；而互用則意味著不同生產廠家的性能類似的設備可實現相互替換。作為工廠網絡底層的現場總線還對現場環境有較強地適應性。它支持雙絞線、同軸電纜、光纜、無線和電力線等，具有較強的抗干擾能力。
由于結構上的改變，FCS比DCS更節約硬件設備。使用FCS可以減少大量的隔離器、端子柜、I/O卡及I/O端口，這樣就節省了I/O裝置及裝置室的空間；同時減少了大量電纜，可以極大地節省安裝費用。與此同時，FCS比DCS性能有所提高。由于免去了D/A與A/D變換，使儀表精度得到極大的提高；通過將PID功能植入到相應的智能傳感器中去，使控制周期大為縮短。目前FCS可以從DCS的每秒調節2～5次增加到每秒調節10～20次，改善了調節性能。FCS控制系統與DCS控制系統結構比較見圖1。
5．4．3 現場總線的優點
由于現場總線的以上特點，特別是其系統結構的簡化，使其從設計、安裝、投運到正常生產運行及檢修維護，都體現出優越性。它不僅節省了硬件數量與投資，節省了安裝費用，而且系統的維護開銷也大大地降低。現場總線控制系統不僅精確度與可靠性高，在方便使用和維護性方面，FCS也比DCS有優勢。FCS使用統一的組態方式，安裝、運行、維修簡便；利用智能化現場儀表，使維修預報（Predicted maintenance）成為可能；由于系統具有互操作性和互用性，用戶可以自由選擇不同品牌的設備達到最佳的系統集成，在設備出現故障時，可以自由選擇替換的設備，保障用戶的高度系統集成主動權。
此外，它還具有設計簡單，易于重構等特點。
5．4．4 發展趨向
傳統的集散控制系統（DCS系統）具有集中監控、分散控制、操作方便的特點。但是，在實際應用中也發現DCS的結構存在一些不足之處，如控制不能做到徹底分散，危險仍然相對集中；由于系統的不開放性，不同廠家的產品不能互換、互聯，限制了用戶的選擇范圍。利用現場總線技術，開發FCS系統的目標是針對現存的DCS的某些不足，改進控制系統的結構，提高其性能和通用性。
FCS想要在實際中取代DCS，既要具備DCS所具有的功能，又要能克服DCS的缺點。FCS由于采用了現場總線技術，在開放性、控制分散等方面優于傳統DCS。但是由于它是一種新技術，目前連標準本身都還沒有制定統一，因此FCS與成熟的DCS相比，還存在下列的一些欠缺。
（1）由于現場總線標準本身尚在發展中，從而給產品的開發和測試帶來難度。這在一定程度上造成產品開發商、生產商少，產品品種單一而且價格昂貴。
（2）在某些場合中，FCS還無法提供DCS已有的控制功能。由于軟硬件水平的限制，其功能塊的功能還不是很強，品種也不夠齊全；用現場儀表還只能組成一般的控制回路如單回路、串級、比例控制等，對于復雜的、先進的控制算法還無法在儀表中實現，對于單回路內有多輸入、多輸出的情況缺乏好的解決方案。
（3）目前FCS成功的應用實例不多，難以評估實際應用效果。
由于以上這些原因，FCS取代DCS將是一個逐漸的過程。在這一過程中，會出現一些過渡型的系統結構，如在DCS中以FCS取代DCS中的某些子系統。用戶將現場總線設備連接到獨立的現場總線網絡服務器，服務器配有DCS中連接操作站的上層網絡接口，與操作站直接通信。在DCS的軟件系統中可增添相應的通信與管理軟件。這樣不需要對原有控制系統作結構上的重大變動。
（4）當前，各種形式的現場總線協議并存于控制領域。在樓宇自控領域，Lonworks和CAN網絡具有一定的優勢；在過程自動化領域，主要有過渡型的HART協議、得到廣泛支持的FF現場總線協議以及同樣較有競爭力的PROFIBUS協議。HART協議將是目前幾年內智能化儀表的主要通信協議；基金會現場總線是過程自動化領域中較有前途的一種現場總線，得到許多自動化儀表設備廠商的支持；由于Lonworks技術的開放性，國內出現了利用它開發控制系統的許多開發商?？紤]到統一的開放式現場總線協議標準制定的長期性和艱巨性，傳統DCS的退出將是一個漸進過程。在一段時期內，會出現幾種現場總線共存、同一生產現場有幾種異構網絡互連通訊的局面。但是，發展共同遵從的統一的標準規范，真正形成開放式互連系統，是大勢所趨。
6．DCS的硬件系統及其發展方向
關于硬件系統，我們還沒有更深入的討論。不過，DCS或者是今后的FCS硬件肯定會大量采用單片嵌入式軟硬件系統。這是因為：
無論是DCS的智能模件還是今后FCS的現場模塊，必須具備自我診
斷、數據交換等功能；
由于DCS和今后的FCS都會將控制、采集任務下達給遠端絕大部分
的模件或模塊，以讓其分散系統任務，故該類模件或模塊必須具備狀態或數據采集、或者進行PID控制。因此，它不能缺少MCU；
由于通訊功能的增強，有必要加強通訊協議的認可、總線設備地址的
辨識、誤碼的智能判斷及相應錯誤的糾正等。
所謂單片嵌入式軟硬件系統是指具備可安裝與PCB（印制板）還儀器、儀表、專業模塊設備內的計算機系統。它并不包括我們常說的PC計算機。
6．1采用單片微處理器的嵌入式軟硬件系統
這種系統即是我們常說的單片計算機系統。它往往采用一片單片機加外圍芯片構成。主要有AD、DA、DI、DO芯片作為與外部設備交換傳統的模擬量信號和開關量信號。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議在控制總線或現場總線上與主計算機或其他設備交換數據。
由于傳統的單片機功能有限，往往還加入了大量的邏輯處理單元和大容量存儲器。例如：采用PAL 、GAL、CPLD等。也有采用FPGA以完成邏輯、譯碼、存儲、通訊控制和特殊布爾計算。
必須指出，單片計算機計術仍然在不斷發展。很多單片機采用RISC精簡指令集和CPLD、FPGA或者是DSP技術，可以片內帶FLASH MEMORY，并有JTAG接口，可以在線完成程序擦除、下載、調試等工作。工業控制領域以16BIT單片機為主，逐步采用32BIT甚至64BIT單片機，而應用于通訊領域中以8BIT單片機為多。據《電子工程專輯》報道：由于因特網的接入需求為8位MCU帶來新的活力。這表現在8位單片機供應商紛紛采取措施推出增強因特網接入功能的新型8位MCU，這給本來由于常規8位單片機極高的市場需求又注入新的活力。市場預計從2000年的90億美元增加到2004年的160億美元。而16位、32位MCU加起來還不到8位MCU的一半。完全打破某些專家和公司預計的16位MCU將在短時間內替代8位MCU。他們的依據8位MCU是沒有能力實現與因特網連接。然而，這些預言是錯誤的?；?位MCU的低價格性和軟件嵌入式操作系統的支持，加上單片機上集成硬件的TCP/IP控制協處理器。這比采用16位甚至32位MCU要可靠、經濟。如果說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，這除非是你的產品成本比別人低得多，否則無法與別人競爭。
單片機系統配備TCP/IP通訊協議完成以太網接口是目前單片機的熱點。國外甚至推出可以發E_mail、上Web瀏覽的單片機系統。因此，上網沖浪不再是PC 計算機的專利。只有充分享受網上資源的一切設備才是人們所追求的目標。這種技術的大量使用，無疑給未來的工業以太網探明道路。
6．2采用DSP數字處理器的嵌入式軟硬件系統
DSP數字處理器是近來發展起來的新技術。它實際上也是單片計算機。一般的單片機內部總線采用程序區和存儲器區共用的馮－諾依曼結構。程序按步進行，必須完成取指、運算、執行才能完成一個指令。而DSP采用哈佛結構，程序區和存儲器區完全分開，取指、運算可以完全分開，即在運算階段時可以進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器和布爾處理器、復雜邏輯陣列及特殊算法功能塊，可以高速處理大量數據甚至輕而易舉地完成模糊控制或自適應控制等，是未來嵌入式系統的發展方向。
TMS320系列DSP是美國德州公司的產品。因其內部可以并行運行多個程序故可以處理更復雜的問題，相應程序執行速度得以大大提高。由于硬件回路功能較強，甚至AD、DA轉換器也可以直接選擇DSP某些接口來構成。
對于需要更快的處理速度（與純硬件執行速度相當）某些設計完全可以由FPGA組成硬件，而采用VHDL設計語言來滿足系統要求。則其執行方式完全并行工作，執行指令也完全與常規的us/步不同，因為它不是按每個功能需要多少個執行周期來完成，而是每個功能由多少個“硬件”構成，它總共延時多少ns。這個“硬件”是由軟件來描述，而完成功能確實內部的硬件進行?？梢哉f，它如同一個半導體廠定制的ASIC電路。內部功能由專用硬件構成（不過是看不見硬件），而生成的硬件卻是由軟件進行描述而生成的。
未來的DSP最終會向FPGA過渡。
6．3 DCS模件向FCS模塊的演變
常規的DCS是由若干個機柜中安裝各種模件或者是板卡所構成。它們相對集中并且通過內部的通訊、控制總線與各個模件相連接。由于DCS已經發展很久，但其總體結構變化不大。不過，這種結構已經明顯顯示出不足：
a．由于各板卡集中于幾個機柜中，各自的通訊聯絡采用專用的協議，故屬于封閉式，無法直接與第三方設備交換數據，必須進行相互接口、通訊協議轉換。開放性較差；
b. 所有的模件接口采用傳統的DI、DO、AI、AO，需要大量的電纜與現場設備相連接。直接導致安裝復雜、成本居高不下，故障點增多；
c. 模件抗干擾能力、防靜電能力差。
而FCS模塊強調可以現場安裝，高可靠性和惡劣的環境下高防護等級可以直接安裝于現場。而相互連接可以通過冗余的通訊電纜連接，所有連接在通訊總線上的設備可以共享信息，最終實現控制功能下移至現場層。
7．結束語：
綜上所述，DCS系統最終向FCS系統發展，我們究竟是使用別人的產品或是自己開發，是開發DCS還是FCS這要根據我們自身的實力和情況定。根據技術的發展方向和市場的需求，我認為：如果需要開發DCS產品應該順應技術的發展方向和市場的需求進行。換句話說，應該結合目前現有品牌DCS并有所擴展－帶FCS的模塊以逐步向FCS系統過渡即尋找開發的捷徑。
根據世界上成功合作例子，有許多廠商之間相互合作，例如美國GE公司與香港Fanuc組成GE FANUC品牌的90XX系列PLC。他們不再是簡單的OEM組裝，而是進入了較高層次的再開發，在亞州市場上取得了巨大成功。我們能否也借鑒此類方式合作。而不要采用成套購入別人硬件OEM簡單的生產方式，共同投入技術，維護、發展產品。這樣的合作方式當然取決與對方是否愿意。例如，征得ABB的同意，共同推出適合電站系統的INFI－DF DCS系統，并部分采用自己的硬件和軟件系統，獲得商標、硬件、軟件的使用權，可以在初期按技術合作入股、提成等方式，在東汽生產模件并投入物力、人力開發與FCS相適應的現場總線模塊擴展DCS應用范圍。
如果此類方式遭到斷然拒絕，那我們只有獨立開發自己的DCS系統了。
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（1）交互操作能力。開發者怎樣才能創建出獨立的組件，使其能與其它組件充分地協作，而不用考慮它們是由誰創建的？
（2）版本控制。一旦某個組件正由其他組件或應用程序使用，怎樣才能改變或升級這個組件，而不影響正在使用它的組件或應用程序?
（3）與語言無關。怎樣才能確保用不同語言編寫的組件能協同工作？
（4）透明的跨進程交互操作。開發者怎樣才能編寫組件，使其能在進程內或進程外工作?
然而，OLE2中的COM只解決了同一網絡中對象之間的交互問題，而沒有解決對象在不同網絡中的其它機器上生存或執行的問題，對這一問題的解決將打開通向在bbbbbbs環境下的分布對象結構之路。為了適應這一需要，微軟開發出了分布式組件對象模型。
分布式組件對象模型（Distributed Component bbbbbb Model---DCOM），即通常所說的"網絡OLE"。DCOM是一種特殊的協議，允許應用程序在分布式計算環境（Distributed Calculating Environment---DCE）里進行面向對象的遠程過程調用（Remote Procedure Call---RPC）。DCOM擴展了COM的性能，使得COM對象能夠通過相關網絡與遠程機中的另一個對象交互并使用此對象，這些網絡可以是局部網、企業的Intranet或現今的Internet。用戶可以在bbbbbbs NT4.0版中得到DCOM，它特別適用于開發企業的信息管理系統、專用的Web等。基于網絡方面的不安全性考慮，DCOM自身包含有較高的安全處理功能。
所有軟件組件都遵循COM或DCOM標準。
4.2 ActiveX
根據微軟的定義：支持組件對象模型（COM）的對象總稱為"組件對象"。而現在流行的術語OLE－－即OLE2，支持COM，所以OLE對象也稱為"組件對象"。一個組件對象不僅支持"對象鏈接與嵌入"，而且還可以遠程調用或運行其它機器或網絡中的組件對象等等，它的功能已遠遠超過了OLE字面所能表達的功能。為了適合未來更加復雜的應用，微軟決定重新命名它，將所有這些組件對象統稱為ActiveX。
隨著OOP逐漸成為公認的編程主流，面向對象軟件組件已成為事實上的標準。面向對象軟件組件統稱為ActiveX組件。經過一番擴展以后，ActiveX組件現在可提供對DCOM的支持。ActiveX是組件對象模型的一種物理實現方式，它為ActiveX組件的創建提供了基礎。
ActiveX組件將程序邏輯封裝起來，并可以進程內、本地進程外、遠程進程外三種形式之一在網絡中運行，為其它應用程序（客戶機應用程序）提供服務。因此可以將ActiveX組件理解成"服務器"。它要么在"進程內"工作，即代碼在與客戶機應用程序相同的進程空間內執行（亦即一個DLL－－ActiveX DLL）；要么在"進程外"工作，即代碼在同一機器的另一個進程內運行，或在遠程電腦的另一個進程內執行（亦即一個EXE文件－－ActiveX EXE）。利用Visual Basic 5.0，Visual C++5.0或Visual J++等OOP語言，可以很方便地創建ActiveX DLL（進程內服務器）和ActiveX EXE（本地或遠程進程外服務器）。
控制系統軟件開發者可以將自己的應用程序邏輯編寫成進程內ActiveX DLL或本地進程外ActiveX EXE或遠程進程外ActiveX EXE，以向其他ActiveX組件或外部應用程序開放它們的部分或全部對象。
建立和使用ActiveX EXE實例的客戶應用程序，可開放它們的對象，并在進程外使用它們。這意味著，ActiveX EXE中的代碼運行在它自己的進程中，并且是在它自己的空間中，這可把它與客戶應用程序的代碼空間分離開來。
4.4 軟件開發建議
在DCS網絡環境下運行的應用程序，應該是遵循COM/DCOM標準、通過ActiveX實現的客戶機/服務器結構的應用程序。因為這樣的應用程序是由ActiveX組件組裝而成的，與其它應用程序結構相比更加健壯、可伸縮性強且容易維護。
另外，應注意：由于微軟的重新命名，OLE文檔已成為ActiveX文檔；OLE控件已成為ActiveX控件；等等。從而OLE這一術語才真正像它早期縮寫的含義那樣，代表"對象鏈接與嵌入"，而OLE中一些關鍵技術和組件則成為重新命名后的ActiveX技術和組件。
需要指出的是，究竟采用何種軟件進行開發并不十分重要。采用Visual Basic 5.0以上版本的軟件可以開發出人機界面十分友好的組態軟件和監視軟件，這也被大量的專業化組態軟件公司優先采用，畢竟它是幾乎所有軟件編制人員最易上手的工具。它本身具備良好的可視化界面（所見即所得）和良好的結構化風格，允許多人協同工作。由于最大的軟件開發工作量之一是編制界面，我們沒有必要選擇太專業化的開發工具，因為熟悉和掌握是需要較長時間。也有公司采用Visual Basic & Visual C++5.0或Visual J++等語言，可以相互彌補各自的不足。近段時間，國內外有不少公司試著采用Java甚至HTML語言編制動態的組態軟件，將枯燥乏味的組態軟件工作當作是動畫編輯，逐步得到人們的首肯。這對今后工業以太網控制系統的大量應用無疑將占盡先機，也逐步展現出迷人的前景。
5．DCS向FCS系統的過渡及其發展方向
前面我們介紹了，今后DCS系統的發展必將是以在DCS的基礎上發展起來的FCS替代現在的DCS，因為FCS順應了自動控制系統的發展潮流。
為了今后的開發工作不迷失方向，我們有必要了解FCS的主要構成、現狀和未來的發展方向，應該說，今天我們討論的DCS應該是今后的FCS：
5．1七十年代以前，控制系統中采用模擬量對傳輸及控制信號進行轉換、傳遞，其精度差、受干擾信號影響大，因而整個控制系統的控制效果及系統穩定性都很差。七十年代末，隨著大規模集成電路的出現，微處理器技術得到很大發展。微處理器功能強、體積小、可靠性高、通過適當的接口電路用于控制系統，控制效果得到提高；但是盡管如此，還是屬于集中式控制系統。隨著過程控制技術、自動化儀表技術和計算機網絡技術的成熟和發展，控制領域又發生了一次技術變革。這次變革使傳統的控制系統（如集散控制系統）無論在結構上還是在性能上都發生了巨大的飛躍，這次變革的基礎就是現場總線技術的產生。
5．2現場總線是連接現場智能設備和自動化控制設備的雙向串行、數字式、多節點通信網絡，它也被稱為現場底層設備控制網絡（INFRANET）。80年代以來，各種現場總線技術開始出現，人們要求對傳統的模擬儀表和控制系統變革的呼聲也越來越高，從而使現場總線成為一次世界性的技術變革浪潮。美國儀表協會(ISA)于1984年開始制訂現場總線標準，在歐洲有德國的PROFIBUS和法國的FIP等，各種現場總線標準陸續形成。其中主要的有：基金會現場總線FF（Foundation Fieldbus）、控制局域網絡CAN（Controller Area Network）、局部操作網絡LonWorks（Local Operating Network）、過程現場總線PROFIBUS（Process Field Bus）和HART協議(Highway Addressable Remote Transducer)等。但是，總線標準的制定工作并非一帆風順，由于行業與地域發展等歷史原因，加上各公司和企業集團受自身利益的驅使，致使現場總線的國際化標準工作進展緩慢。但是不論如何，制定單一的開放國際現場總線標準是發展的必然。
5．3 當前流行的幾類現場總線
5．3．1 基金會現場總線FF
基金會現場總線FF是在過程自動化領域得到廣泛支持和具有良好發展前景的一種技術。其前身是以美國Fisher－Rosemount公司為首，聯合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制定的ISP協議和以Honeywell公司為首，聯合歐洲等地150家公司制定的World FIP協議。這兩大集團于1994年9月合并，成立了現場總線基金會，致力于開發出國際上統一的現場總線協議。
基金會現場總線分為H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31.25Kbps，通信距離可達1.9km，可支持總線供電和本質安全防暴環境。H2的傳輸速率可為1Mbps和2.5Mbps兩種，通信距離為750m和500m。物理傳輸介質可為雙絞線、光纜和無線，其傳輸信號采用曼切斯特編碼。基金會現場總線以ISO/OSI開放系統互連模型為基礎，取其物理層、數據鏈路層、應用層為FF通信模型的相應層次，并在應用層上增加了用戶層。用戶層主要針對自動化測控應用的需要，定義了信息存取的統一規則，采用設備描述語言規定了通用的功能塊集。FF總線包括FF通信協議、ISO模型中的2～7層通信協議的通棧、用于描述設備特性及操作接口的DDL設備描述語言、設備描述字典，用于實現測量、控制、工程量轉換的應用功能塊，實現系統組態管理功能的系統軟件技術以及構筑集成自動化系統、網絡系統的系統集成技術。
5．3．2 CAN總線
CAN總線最早是由德國Bosch公司推出，用于汽車內部測量與執行部件之間的數據通信協議。其總線規范已被ISO國際標準組織制定為國際標準，并且廣泛應用于離散控制領域。它也是基于OSI模型，但進行了優化，采用了其中的物理層、數據鏈路層、應用層，提高了實時性。其節點有優先級設定，支持點對點、一點對多點、廣播模式通信。各節點可隨時發送消息。傳輸介質為雙絞線，通信速率與總線長度有關。CAN總線采用短消息報文，每一幀有效字節數為8個；當節點出錯時，可自動關閉，抗干擾能力強，可靠性高。
5．3．3 LonWorks總線
LonWorks技術是美國ECHELON公司開發，并與Motorola和東芝公司共同倡導的現場總線技術。它采用了OSI參考模型全部的七層協議結構。LonWorks技術的核心是具備通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片實現完整的
LonWorks的LonTalk通信協議。其上集成有三個8位CPU。一個CPU完成OSI模型第一和第二層的功能，稱為介質訪問處理器。一個CPU是應用處理器，運行操作系統與用戶代碼。還有一個CPU為網絡處理器，作為前兩者的中介，它進行網絡變量尋址、更新、路徑選擇、網絡通信管理等。由神經芯片構成的節點之間可以進行對等通信。LonWorks支持多種物理介質并支持多種拓撲結構，組網方式靈活，其IS－78本安物理通道使得它可以應用于危險區域。LonWorks應用范圍主要包括樓宇自動化、工業控制等，在組建分布式監控網絡方面有較優越的性能。
5．3．4 PROFIBUS總線
PROFIBUS是符合德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50179的現場總線，包括 PROFIBUS－DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA三部分。它也只采用了OSI模型的物理層、數據鏈路層、應用層。PROFIBUS支持主從方式、純主方式、多主多從通信方式。主站對總線具有控制權，主站間通過傳遞令牌來傳遞對總線的控制權。取得控制權的主站，可向從站發送、獲取信息。PROFIBUS－DP用于分散外設間的高速數據傳輸，適合于加工自動化領域。FMS型適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等。而PA型則是用于過程自動化的總線類型。
HART總線
HART協議是由Rosemount公司于1986年提出的通信協議。它是用于現場智能儀表和控制室設備間通信的一種協議。它包括ISO/OSI模型的物理層、數據鏈路層和應用層。HART通信可以有點對點或多點連接模式。這種協議是可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議，其特點是在現有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信，屬于模擬系統向數字系統轉變過程中的過渡產品，因而在當前的過渡時期具有較強市場競爭力，在智能儀表市場上占有很大的份額。
5．4 現場總線控制系統（FCS）的結構與特點
5．4．1 結構
隨著現場總線技術的出現和成熟，促使了控制系統由集散控制系統（DCS）向現場總線控制系統（FCS）的過渡。在一般的FCS系統中，遵循一定現場總線協議的現場儀表可以組成控制回路，使控制站的部分控制功能下移分散到各個現場儀表中。從而減輕了控制站負擔，使得控制站可以專職于執行復雜的高層次的控制算法。對于簡單的控制應用，甚至可以把控制站取消，在控制站的位置代之以起連接現場總線作用的網橋和集線器，操作站直接與現場儀表相連，構成分布式控制系統。
5．4．2 特點
分布式的FCS系統比DCS系統更好地體現了“信息集中，控制分散"的思想。與傳統的DCS 相比，FCS有其自身的特點。FCS系統具有高度的分散性，它可以由現場設備組成自治的控制回路?，F場儀表或設備具有高度的智能化與功能自主性，可完成控制的基本功能，并可以隨時診斷設備的運行情況。另外，FCS的結構比DCS簡化。有的FCS系統省略了DCS中控制站這一層，操作站直接與現場儀表相連。這些使FCS的可靠性得到提高。
現場總線系統具有開放性。系統對相關標準具有一致性、公開性，強調對標準的共識與遵從。通信協議一致公開，各不同廠家的設備之間可實現信息交換，通過現場總線可構筑自動化領域的開放互連系統。系統的開放性決定了它具有互操作性和互用性。互操作性指互連設備間、系統間信息傳送與溝通；而互用則意味著不同生產廠家的性能類似的設備可實現相互替換。作為工廠網絡底層的現場總線還對現場環境有較強地適應性。它支持雙絞線、同軸電纜、光纜、無線和電力線等，具有較強的抗干擾能力。
由于結構上的改變，FCS比DCS更節約硬件設備。使用FCS可以減少大量的隔離器、端子柜、I/O卡及I/O端口，這樣就節省了I/O裝置及裝置室的空間；同時減少了大量電纜，可以極大地節省安裝費用。與此同時，FCS比DCS性能有所提高。由于免去了D/A與A/D變換，使儀表精度得到極大的提高；通過將PID功能植入到相應的智能傳感器中去，使控制周期大為縮短。目前FCS可以從DCS的每秒調節2～5次增加到每秒調節10～20次，改善了調節性能。FCS控制系統與DCS控制系統結構比較見圖1。
5．4．3 現場總線的優點
由于現場總線的以上特點，特別是其系統結構的簡化，使其從設計、安裝、投運到正常生產運行及檢修維護，都體現出優越性。它不僅節省了硬件數量與投資，節省了安裝費用，而且系統的維護開銷也大大地降低。現場總線控制系統不僅精確度與可靠性高，在方便使用和維護性方面，FCS也比DCS有優勢。FCS使用統一的組態方式，安裝、運行、維修簡便；利用智能化現場儀表，使維修預報（Predicted maintenance）成為可能；由于系統具有互操作性和互用性，用戶可以自由選擇不同品牌的設備達到最佳的系統集成，在設備出現故障時，可以自由選擇替換的設備，保障用戶的高度系統集成主動權。
此外，它還具有設計簡單，易于重構等特點。
5．4．4 發展趨向
傳統的集散控制系統（DCS系統）具有集中監控、分散控制、操作方便的特點。但是，在實際應用中也發現DCS的結構存在一些不足之處，如控制不能做到徹底分散，危險仍然相對集中；由于系統的不開放性，不同廠家的產品不能互換、互聯，限制了用戶的選擇范圍。利用現場總線技術，開發FCS系統的目標是針對現存的DCS的某些不足，改進控制系統的結構，提高其性能和通用性。
FCS想要在實際中取代DCS，既要具備DCS所具有的功能，又要能克服DCS的缺點。FCS由于采用了現場總線技術，在開放性、控制分散等方面優于傳統DCS。但是由于它是一種新技術，目前連標準本身都還沒有制定統一，因此FCS與成熟的DCS相比，還存在下列的一些欠缺。
（1）由于現場總線標準本身尚在發展中，從而給產品的開發和測試帶來難度。這在一定程度上造成產品開發商、生產商少，產品品種單一而且價格昂貴。
（2）在某些場合中，FCS還無法提供DCS已有的控制功能。由于軟硬件水平的限制，其功能塊的功能還不是很強，品種也不夠齊全；用現場儀表還只能組成一般的控制回路如單回路、串級、比例控制等，對于復雜的、先進的控制算法還無法在儀表中實現，對于單回路內有多輸入、多輸出的情況缺乏好的解決方案。
（3）目前FCS成功的應用實例不多，難以評估實際應用效果。
由于以上這些原因，FCS取代DCS將是一個逐漸的過程。在這一過程中，會出現一些過渡型的系統結構，如在DCS中以FCS取代DCS中的某些子系統。用戶將現場總線設備連接到獨立的現場總線網絡服務器，服務器配有DCS中連接操作站的上層網絡接口，與操作站直接通信。在DCS的軟件系統中可增添相應的通信與管理軟件。這樣不需要對原有控制系統作結構上的重大變動。
（4）當前，各種形式的現場總線協議并存于控制領域。在樓宇自控領域，Lonworks和CAN網絡具有一定的優勢；在過程自動化領域，主要有過渡型的HART協議、得到廣泛支持的FF現場總線協議以及同樣較有競爭力的PROFIBUS協議。HART協議將是目前幾年內智能化儀表的主要通信協議；基金會現場總線是過程自動化領域中較有前途的一種現場總線，得到許多自動化儀表設備廠商的支持；由于Lonworks技術的開放性，國內出現了利用它開發控制系統的許多開發商?？紤]到統一的開放式現場總線協議標準制定的長期性和艱巨性，傳統DCS的退出將是一個漸進過程。在一段時期內，會出現幾種現場總線共存、同一生產現場有幾種異構網絡互連通訊的局面。但是，發展共同遵從的統一的標準規范，真正形成開放式互連系統，是大勢所趨。
6．DCS的硬件系統及其發展方向
關于硬件系統，我們還沒有更深入的討論。不過，DCS或者是今后的FCS硬件肯定會大量采用單片嵌入式軟硬件系統。這是因為：
無論是DCS的智能模件還是今后FCS的現場模塊，必須具備自我診
斷、數據交換等功能；
由于DCS和今后的FCS都會將控制、采集任務下達給遠端絕大部分
的模件或模塊，以讓其分散系統任務，故該類模件或模塊必須具備狀態或數據采集、或者進行PID控制。因此，它不能缺少MCU；
由于通訊功能的增強，有必要加強通訊協議的認可、總線設備地址的
辨識、誤碼的智能判斷及相應錯誤的糾正等。
所謂單片嵌入式軟硬件系統是指具備可安裝與PCB（印制板）還儀器、儀表、專業模塊設備內的計算機系統。它并不包括我們常說的PC計算機。
6．1采用單片微處理器的嵌入式軟硬件系統
這種系統即是我們常說的單片計算機系統。它往往采用一片單片機加外圍芯片構成。主要有AD、DA、DI、DO芯片作為與外部設備交換傳統的模擬量信號和開關量信號。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議在控制總線或現場總線上與主計算機或其他設備交換數據。
由于傳統的單片機功能有限，往往還加入了大量的邏輯處理單元和大容量存儲器。例如：采用PAL 、GAL、CPLD等。也有采用FPGA以完成邏輯、譯碼、存儲、通訊控制和特殊布爾計算。
必須指出，單片計算機計術仍然在不斷發展。很多單片機采用RISC精簡指令集和CPLD、FPGA或者是DSP技術，可以片內帶FLASH MEMORY，并有JTAG接口，可以在線完成程序擦除、下載、調試等工作。工業控制領域以16BIT單片機為主，逐步采用32BIT甚至64BIT單片機，而應用于通訊領域中以8BIT單片機為多。據《電子工程專輯》報道：由于因特網的接入需求為8位MCU帶來新的活力。這表現在8位單片機供應商紛紛采取措施推出增強因特網接入功能的新型8位MCU，這給本來由于常規8位單片機極高的市場需求又注入新的活力。市場預計從2000年的90億美元增加到2004年的160億美元。而16位、32位MCU加起來還不到8位MCU的一半。完全打破某些專家和公司預計的16位MCU將在短時間內替代8位MCU。他們的依據8位MCU是沒有能力實現與因特網連接。然而，這些預言是錯誤的?；?位MCU的低價格性和軟件嵌入式操作系統的支持，加上單片機上集成硬件的TCP/IP控制協處理器。這比采用16位甚至32位MCU要可靠、經濟。如果說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，這除非是你的產品成本比別人低得多，否則無法與別人競爭。
單片機系統配備TCP/IP通訊協議完成以太網接口是目前單片機的熱點。國外甚至推出可以發E_mail、上Web瀏覽的單片機系統。因此，上網沖浪不再是PC 計算機的專利。只有充分享受網上資源的一切設備才是人們所追求的目標。這種技術的大量使用，無疑給未來的工業以太網探明道路。
6．2采用DSP數字處理器的嵌入式軟硬件系統
DSP數字處理器是近來發展起來的新技術。它實際上也是單片計算機。一般的單片機內部總線采用程序區和存儲器區共用的馮－諾依曼結構。程序按步進行，必須完成取指、運算、執行才能完成一個指令。而DSP采用哈佛結構，程序區和存儲器區完全分開，取指、運算可以完全分開，即在運算階段時可以進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器和布爾處理器、復雜邏輯陣列及特殊算法功能塊，可以高速處理大量數據甚至輕而易舉地完成模糊控制或自適應控制等，是未來嵌入式系統的發展方向。
TMS320系列DSP是美國德州公司的產品。因其內部可以并行運行多個程序故可以處理更復雜的問題，相應程序執行速度得以大大提高。由于硬件回路功能較強，甚至AD、DA轉換器也可以直接選擇DSP某些接口來構成。
對于需要更快的處理速度（與純硬件執行速度相當）某些設計完全可以由FPGA組成硬件，而采用VHDL設計語言來滿足系統要求。則其執行方式完全并行工作，執行指令也完全與常規的us/步不同，因為它不是按每個功能需要多少個執行周期來完成，而是每個功能由多少個“硬件”構成，它總共延時多少ns。這個“硬件”是由軟件來描述，而完成功能確實內部的硬件進行?？梢哉f，它如同一個半導體廠定制的ASIC電路。內部功能由專用硬件構成（不過是看不見硬件），而生成的硬件卻是由軟件進行描述而生成的。
未來的DSP最終會向FPGA過渡。
6．3 DCS模件向FCS模塊的演變
常規的DCS是由若干個機柜中安裝各種模件或者是板卡所構成。它們相對集中并且通過內部的通訊、控制總線與各個模件相連接。由于DCS已經發展很久，但其總體結構變化不大。不過，這種結構已經明顯顯示出不足：
a．由于各板卡集中于幾個機柜中，各自的通訊聯絡采用專用的協議，故屬于封閉式，無法直接與第三方設備交換數據，必須進行相互接口、通訊協議轉換。開放性較差；
b. 所有的模件接口采用傳統的DI、DO、AI、AO，需要大量的電纜與現場設備相連接。直接導致安裝復雜、成本居高不下，故障點增多；
c. 模件抗干擾能力、防靜電能力差。
而FCS模塊強調可以現場安裝，高可靠性和惡劣的環境下高防護等級可以直接安裝于現場。而相互連接可以通過冗余的通訊電纜連接，所有連接在通訊總線上的設備可以共享信息，最終實現控制功能下移至現場層。
7．結束語：
綜上所述，DCS系統最終向FCS系統發展，我們究竟是使用別人的產品或是自己開發，是開發DCS還是FCS這要根據我們自身的實力和情況定。根據技術的發展方向和市場的需求，我認為：如果需要開發DCS產品應該順應技術的發展方向和市場的需求進行。換句話說，應該結合目前現有品牌DCS并有所擴展－帶FCS的模塊以逐步向FCS系統過渡即尋找開發的捷徑。
根據世界上成功合作例子，有許多廠商之間相互合作，例如美國GE公司與香港Fanuc組成GE FANUC品牌的90XX系列PLC。他們不再是簡單的OEM組裝，而是進入了較高層次的再開發，在亞州市場上取得了巨大成功。我們能否也借鑒此類方式合作。而不要采用成套購入別人硬件OEM簡單的生產方式，共同投入技術，維護、發展產品。這樣的合作方式當然取決與對方是否愿意。例如，征得ABB的同意，共同推出適合電站系統的INFI－DF DCS系統，并部分采用自己的硬件和軟件系統，獲得商標、硬件、軟件的使用權，可以在初期按技術合作入股、提成等方式，在東汽生產模件并投入物力、人力開發與FCS相適應的現場總線模塊擴展DCS應用范圍。
如果此類方式遭到斷然拒絕，那我們只有獨立開發自己的DCS系統了。
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