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浅谈DCS控制系统中的通信技术

/?? 2014年03月12日 ?? 收藏0
从DCS控制系统的级成结构看可以分为三大部分:带I/O部件的控制器、通讯网络和人机接口(HSI)。控制器I/O部件直接与生产过程相连,接收现场设备送来的信号;人机接口是操作人员与DCS相互交换信息的设备;通讯网络将控制器和人机接口联系起来,形成一个有机的整体。早期的DCS系统的通讯网络都是专用的,DCS有几级网络,完成不同模件之间的通讯。从目前的情况 来看,DCS的最多网络级有四级,它们分别是I/O总线、现场总线、控制总线和DCS网络。

I/O总线,它把多种I/O信号送到控制器,由控制器读取I/O信号。这称为I/O总线。I/O板相互之间并不交换数据。I/O总线的速率是不高的。从几十K到几兆不等。这与计算机技术的发展情况有关。80年代初是20K,80年代中期是40K、80年代末期是80K,90年代是几兆。为了快速,最好是并行总线。采用并行总线,其I/O模件必需与控制器模件相邻。采用串行总线的情况下,I/O板和控制器之间的距离也要比较近才行。最好把控制器模件和I/O模件装在一个机柜内或相邻的机柜内。远程I/O应该采用现场总线。如CAN、LONWORKS、HART总线等。现场总线是90年代初发展起来的。在I/O板中从硬件来说应该有能接收现场总线来的信号的输入、输出板。从软件来说在控制器中应该有读取和写到现场总线信号的功能块。在DCS系统中,远程I/O采用HART总线比较多。比如现场的变送器,离控制器机柜距璃比较远,把16个变送器来的信号编成为一组,用HART总线把信号送到控制器,空制器同时读进16个变送器来的信号。控制器和变送器两者距离可达1公里以上。在从美国、欧洲进口的DCS系统中,几乎都有HART协议板。实际应用中,远程信号是比较多的。如水泥厂,回转窑的窑头与窑尾,两者距离有几百米,如果在网络上设两个结点,需要两套结点的接口模件,接口模件的费用比较高,如果设一个结点,在地理位置上不管结点安排是在窑头还是窑尾,都需要采用远程I/O。

第二级网络是控制器之间的通讯,把完成不同任务的三种控制器连在一条总线上,称为控制总线。在控制总线上的不同控制器的数量不受限制。在这一条总线上除三种不同的控制器模件以外,还有DCS网络的接口模件。在控制总线上,控制器之间可以调用数据。使得模拟量和开关量之间的结合很好。控制总线不是每一种DCS系统都有的,可以把各种控制器分别连到DCS网络上。控制器之间的数据调用要通过DCS网络。控制总线的速率情况与I/O总线的情况相类似。通常是几十K到几兆之间。当CPU和存储器的能力比较强时,把开关量的逻辑运算和模拟量的采集功能都在一个控制器中完成。在控制总线上就只有一种形式的控制器。其协议采用载波监听,广播发送,类似以太网的协议。

第三级是DCS网络。它把现场控制器和人机界面连成一个系统。为了确保通讯成功,DCS生产厂家无论是电缆,还是通讯口,都把它们做成冗余的。一条网络发生故障,另一条备用网络立即投入运行。备用方式各种DCS有别。如美国的LEEDS—NORTHROP的MAX-1系统采用冗余两环信息正向和反向同时运行。有的系统一个环在运行,另一个等待。


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