（一）
水厂的自动化系统，采用的结构一般都是以车间为单位设立子站，子站一般采用PLC，它们之间通过专用网络联接，网络中心设备及厂级监控配置的PC放在水厂的中心监控室。这种连接方法的一个缺点是现场的I/O信号线还是要集中拉到PLC子站处，信号电缆经长距离并大量集中在一起，不但大大增加了信号电缆布线的工程量，而且使信号受到干扰的可能性加大，以后系统维护的工作量也相应增大。现在有的PLC系统也在子站PLC下再接一层子PLC，但这种缺点还是没有完全克服。
我们推荐的方案是采用三层的结构方式。首先在水厂厂区范围内布置一套以太网，用于车间子站与中心监控站及其它子站的通讯。当今世界上网络采用以太网的占了绝大多数，以太网的技术飞速发展，已从前几年的10M发展到100M甚至1000M，而且价格也下降得很快。在水厂采用以太网结构，不仅能紧跟世界科技发展的潮流，而且具有很好的性能价格比，与水司的办公自动化网络能很好结合。以太网可以采用的介质有细缆、粗缆、双绞线或光纤，我们建议使用光纤，因为光纤的抗干扰性卓越、通讯距离长以及升级的方便。
方案以车间为单位设立子站，配置PC连接底层I/O，监控子站范围内的仪表设备的运行及生产过程，并负责与厂级上位机的通讯，还可以通过网络观察其它子站的情况。子站的底层I/O采用基于工业现场总线方式的“前端分布式智能I/O系统”，通过工业现场网络(通常是采用RS-485串行通讯协议的一对双绞线)将前端I/O单元分散到工业现场的设备或仪表附近，这样不但大大地削减了现场到I/O之间一一对应的连接导线，节约了自控系统的安装费用，将信号受干扰的可能性降至最低，还使用户在以后的维护、扩展都十分方便。
美国OPTO 22公司的OPTOMUX、MISTIC及SNAP I/O系统就是这样典型的“前端分布式智能I/O系统”，子站PC通过一条双绞线用串行通讯RS-485方式连接多个OPTO SNAP控制器(连接的方式还可以采用ETHERNET、ARCNET网络通讯方式)；SNAP的控制器再通过一条双绞线RS-485与分布在现场的诸多前端分布式智能I/O单元相连(连接的方式同样还可以采用ETHERNET、ARCNET网络通讯方式)；前端分布式智能I/O单元(以下简称‘前端I/O单元’)是由一个带处理器的I/O接口板加一个模块安装底板构成，底板上可根据需要插上各式各样的I/O模块。
SNAP-LCSX控制器的CPU为32位的Motorola 68EC020芯片，CPU的时钟频率为16.67MHz；SNAP-LCM4控制器的CPU为32位的Motorola 68030芯片，带有IEEE浮点协处理器，CPU的时钟频率为33MHz。前端I/O单元和处理器负责对I/O进行以微秒为时间单位的扫描和检测，能进行高达20KHz的调整计数、能分辨小到100微秒宽的脉冲宽度；执行模拟量输入输出、工程单位的转换，PID控制，测量数据的累计、平均、检测最大和最小值等功能(例如热电偶的输入，首先自动进行线性化，再转换成摄氏度或华氏度，再提供给上位SNAP控制器)；对偶发事件有对上位控制器中断的功能。前端I/O单元执行I/O扫描和其它功能时，并不消耗SNAP控制器的时间，使上位控制器能更有效地完成监控程序运行、响应中断等任务。
OPTO 22的I/O模块有多种量程范围、多种类型，从2.5VDC到280VAC/VDC的开关量输入/输出，有标准的4-20mA的电流环输入/输出，也有10VDC输入/输出，各种热电阻、电偶输入等，可以根据现场信号的类型选取，大大减少了变送器或继电器等中间环节，既可节省一笔费用，还增加了系统的精度和可靠性。OPTO 22的I/O采用独立全密封封装的固态模块，带有4000伏VDC的光电隔离，可把现场的任何干扰都隔离掉；可抵御很强的震动和冲击；可工作在-25°C到75°C的温度范围内，在全密封、无通风或风扇散热的环境中长期正常地工作。I/O和上一级控制器的连接采用了RS-485现场总线串行通讯标准，对模拟量的传输由于经过了D/A、A/D转换，通信线路上走的是数字信号，不但能提高测量和控制的精度，还增加了抗干扰能力。而且OPTO 22的各种产品的MTTF(平均无故障操作时间)都相当高：控制器的MTTF是37万小时；I/O接口板是140万小时；模拟输入、输出模块是296万小时；开关量输入模块是378万小时；开关量输出模块是592万小时。所有这些都保证了系统的长期稳定、可靠地运行。
如前(一)中所述，OPTO 22分布式智能I/O采用了两级处理器；SNAP控制器执行监控程序运行、响应中断等任务；前端I/O单元的处理器执行I/O扫描和其它功能，实现了两级并行处理的、先进的工作方式。而在PLC中采用的是一级处理器---PLC的CPU单元，它首先必须顺序扫描所有输入点，运行监控程序，再进行输出，它只是一个顺序控制器；对各种量程的转换需附加变送器，才能输入到PLC中；对模拟量的处理需要在CPU单元中进行。这样当PLC的I/O点数和要处理的功能多一点的话，PLC的中央处理器的档次就要升得很高了。当然，有的PLC可配置专用单元进行量程的转换和模拟量的处理，而这种专用单元通常是昂贵的。
PID控制是工业控制中最基础、也是用得最广泛的一种控制方法，它具有较复杂的模型、要求快速的运算。在OPTO 22系统中，PID控制是放在前端I/O单元上，由其处理器执行，无须上位的SNAP控制器参与。假如PID控制增加较多，只需增加与之相对应的前端I/O单元(一个前端I/O单元能单独控制8个PID回路)。OPTO 22系统的先进性由此也可见一斑。
OPTO 22系统开放性强，它支持诸如Paragon、Fix、Intouch等流行的监控软件开发平台，同时也有自己的、功能相当的监控软件开发平台-----FactoryFloor。OPTO 22的SNAP控制器本身带有RS-232和RS-485串行接口，十分便于与智能化仪表、设备的连接。
FactoryFloor的编程环境是基本于Microsoft Windows平台，采用直观的流程图填表方式的组态软件，对串行口通讯的ASCII码等通讯功能和一些复杂的算法，很容易就能完成。而且在OPTO 22较低级的控制器上开发的应用软件，可以直接装载到高级的控制器上运行，因此，系统扩充与升级非常容易。OPTO 22公司在SNAP的基础上又推出了(在世界范围内的工业控制领域中还是第一次)使用以太网和“TCP/IP”协议方式通讯的I/O系统。通过网络与上位机进行高速的数据通讯，甚至通过Internet也可以I/O进行监控。
(三)
在介绍了OPTO 22系统的特点后，很自然会关注一个问题：它的价格？相对PLC而言OPTO 22在价格上也比较便宜。以下是OPTO 22与三家著名PLC厂家的价格比较：以1998年10月美国本土的公开报价为基础配置64个开关量、20个模拟量、2个串行口为例 ---- MODICON的“COMPACT 984”为US$10,472(其中硬件价格为US$8,141)；SEIMENS的“S7-300”为US$13,121(其中硬件价格为US$6,131)；ALLEN-BRADLEY的“SLC-504”为US$15，840（其中硬件价格为US$10，840）OPTO 22的“SNAP”为US$5,188(其中硬件价格为US$4,839)。除了MODICON的I/O提供十八个月的保修期外，其它两家都只提供一年的保修期，而OPTO 22的I/O模块则提供终身保用。从软件费用看，FactoryFloor的基本价格为US$349，每安装一台PC增加US$90的费用。这样，一个水厂的自控系统花在监控软件开发平台方面的费用通常不会超过US$1500。总之，OPTO 22是一套性能价格比非常优秀的自控系统。
