在線客服
企業(yè)微信
摘要 本文介紹了DCS的通訊網(wǎng)絡(luò)，并對我公司使用的Bailey的DCS的通訊網(wǎng)絡(luò)進行了簡要的說明。
關(guān)鍵詞 DCS I/O總線 控制總線 DCS網(wǎng)絡(luò)
1 前言
DCS（分散型控制系統(tǒng)）是以微處理機為基礎(chǔ)，以危險分散控制，操作和管理集中為特性，集先進的計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、CRT技術(shù)和控制技術(shù)即4C技術(shù)于一體的控制系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代計算機和通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，DCS正向著多元化、網(wǎng)絡(luò)化、開放化、集成管理方向發(fā)展，使得不同型號的DCS可以互連，進行數(shù)據(jù)交換，并可通過以太網(wǎng)將DCS系統(tǒng)和工廠管理網(wǎng)相連，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)上網(wǎng)，成為過程工業(yè)自動控制的主流。
2 DCS的結(jié)構(gòu)組成
DCS主要分為三大部分：帶I/O部件的控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)和人機接口（HSI）�？刂破鱅/O部件直接與生產(chǎn)過程相連，接收現(xiàn)場設(shè)備送來的信號；人機接口是操作人員與DCS相互交換信息的設(shè)備；通訊網(wǎng)絡(luò)將控制器和人機接口聯(lián)系起來，形成一個有機的整體。DCS的典型結(jié)構(gòu)如下圖：
早期的DCS系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)都是專用的，DCS有
幾級網(wǎng)絡(luò)，完成不同模件之間的通訊。從目前的情況 來看，DCS的最多網(wǎng)絡(luò)級有四級，它們分別是I/O總線、現(xiàn)場總線、控制總線和DCS網(wǎng)絡(luò)。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下圖：
3 DCS的通訊網(wǎng)絡(luò)
我公司使用的美國Bailey的DCS通訊網(wǎng)絡(luò)主要是3級，分別是：子總線（Slave Bus）相當(dāng)于上面所述的I/O總線、控制通道（Controlway）即控制總線和Cnet（Control Network）即DCS網(wǎng)絡(luò)。
(1) I/O總線
它把多種I/O信號送到控制器，由控制器讀取I/O信號，I/O模件之間并不交換數(shù)據(jù)。I/O總線包括并行總線和串行總線。I/O總線的傳輸速率是不高的，從幾十K到幾兆不等，為了快速，最好是并行總線。采用并行總線，其I/O模件必須與控制器模件相鄰。若采用串行總線，I/O模件和控制器之間的距離也要比較近才行。通常把控制器模件和I/O模件裝在一個機柜內(nèi)或相鄰的機柜內(nèi)。
我公司采用的是一并行的，以500Kbaud通訊，并支持控制器模件配置的相關(guān)64個子模件的總線，控制器模件和I/O模件在一個機柜內(nèi)。
(2) 現(xiàn)場總線
現(xiàn)場總線是90年代初發(fā)展起來的，遠程I/O應(yīng)該采用現(xiàn)場總線，如CAN、LONWORKS、HART總線。在DCS系統(tǒng)中，遠程I/O采用HART總線比較多。比如現(xiàn)場的變送器，距離控制器機柜比較遠，常把16個變送器來的信號編成一組，用HART總線把信號送到控制器，控制器同時讀進16個變送器來的信號。采用現(xiàn)場總線，控制器和變送器兩者距離可達1公里以上。
(3) 控制總線
把完成不同任務(wù)的三種控制器連在一條總線上，實現(xiàn)控制器之間的通訊，稱為控制總線。在控制總線上的不同控制器的數(shù)量不受限制，在這一條總線上除控制器模件以外，還有DCS網(wǎng)絡(luò)的接口模件。在控制總線上，控制器之間可以調(diào)用數(shù)據(jù)，使得模擬量和開關(guān)量之間的結(jié)合很好�？刂瓶偩�不是DCS系統(tǒng)都具有，可以把各種控制器分別連到DCS網(wǎng)絡(luò)上，控制器之間的數(shù)據(jù)調(diào)用通過DCS網(wǎng)絡(luò)�？刂瓶偩�的傳輸速率與I/O總線的傳輸速率相類似。通常是幾十K到幾兆之間。
我公司的控制通道是一串行的，以1Mbaud通信，并支持32個智能處理器模件的冗余總線結(jié)構(gòu)。并通過NPM（網(wǎng)絡(luò)處理模件）和NIS（網(wǎng)絡(luò)接口子模件）與Cnet相連。該總線采用自由競爭式協(xié)議。
(4) DCS網(wǎng)絡(luò)
它把現(xiàn)場控制器和人機界面連成一個系統(tǒng)。為了確保通訊可靠，DCS生產(chǎn)廠家無論是電纜，還是通訊接口，都作成冗余的，一條網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，另一條備用網(wǎng)絡(luò)立即投入運行。連在DCS通訊網(wǎng)絡(luò)上的部件稱為結(jié)點（節(jié)點）。在地理位置上，結(jié)點可以分散配置，各結(jié)點的距離各DCS系統(tǒng)不同，有的可達幾百米。DCS網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率在幾百K至一百兆之間，網(wǎng)絡(luò)的總長度可達幾公里，最短也有幾百米，網(wǎng)絡(luò)不夠長時需加中繼器。
我公司采用的Cnet是采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)式協(xié)議的擁有19個節(jié)點的冗余的環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。
4 DCS的通訊網(wǎng)絡(luò)特性
通訊介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通訊協(xié)議是DCS通訊網(wǎng)絡(luò)特性的三要素。
通訊介質(zhì)主要有雙絞線、同軸電纜、光導(dǎo)纖維三種。最早的DCS采用雙絞線或同軸電纜，傳輸速率在1Mbps以下，目前的DCS主要采用同軸電纜或光纖，通信速率為1-10Mbps。
在DCS中通常有總線型、環(huán)型、星型三種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)�？偩�型在邏輯上也是環(huán)型的，星型通常只用于小系統(tǒng)。如TDC-3000、Centum CS-3000等為雙總線型網(wǎng)絡(luò);Advant-500、MOD-300、INFI-90等采用雙環(huán)冗余網(wǎng)絡(luò);JX-300等采用星型網(wǎng)絡(luò)。
當(dāng)結(jié)點連到DCS的通訊網(wǎng)絡(luò)上時，通常有一個網(wǎng)絡(luò)接口，控制器把數(shù)據(jù)送到接口，人機界面從網(wǎng)絡(luò)接口讀取數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)時應(yīng)遵循網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，常用的DCS的通訊控制方式分為令牌廣播式、問詢式和存儲轉(zhuǎn)發(fā)式三種，通訊協(xié)議是由各DCS生產(chǎn)廠家自行開發(fā)的，一般不公開。它們各有特點，應(yīng)用都較為廣泛。
如Beiley INFI-90、Advant-500系統(tǒng)等使用令牌轉(zhuǎn)發(fā)式協(xié)議；Honeywell的TDC-2000，F(xiàn)isher的Provox采用問詢式；存儲轉(zhuǎn)發(fā)式協(xié)議主要用于環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中，如Beiley NETWORK-90系統(tǒng)等。
下面為我公司DCS系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)主要結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)一覽表
名稱 環(huán)行網(wǎng)絡(luò) 控制通道 子總線
容量 250個節(jié)點 32個智能模件 64個子模件
速率 10M波特率 1M波特率 500KHZ
介質(zhì) 同軸/光纖 印刷電路板 印刷電路板
節(jié)點距離 2000~4000M 本機柜 本機柜
5 DCS通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向
從DCS系統(tǒng)誕生至今，DCS系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)歷經(jīng)幾代，第一代主要解決一個生產(chǎn)裝置中幾個控制站和一個或幾個操作站之間的數(shù)據(jù)通信問題；第二代DCS則解決多個裝置的DCS互聯(lián)問題；第三代DCS則解決一個工廠的多個車間互聯(lián)及與全廠計算機管理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題。因此可以預(yù)見，未來的DCS系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)將向以下方向發(fā)展：
(1) DCS系統(tǒng)的通信功能發(fā)展與全廠管理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向融合，逐漸實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)由多重化結(jié)構(gòu)向扁平化過渡。
(2) 實現(xiàn)完整的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信標準，國際標準化組織（ISO）提出的開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型即ISO/OSI 7層模型，規(guī)定了通信過程分段和網(wǎng)絡(luò)功能分層，DCS通信標準化或開放性。
(3) 采用數(shù)字通信技術(shù)，
