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[導(dǎo)讀] 從DCS控制系統(tǒng)的級成結(jié)構(gòu)看可以分為三大部分: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

 DCS控制系統(tǒng)的級成結(jié)構(gòu)看可以分為三大部分:帶I/O部件的控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)和人機接口(HSI)。控制器I/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。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)。

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。這稱為I/O總線。I/O板相互之間并不交換數(shù)據(jù)。I/O總線的速率是不高的。從幾十K到幾兆不等。這與計算機技術(shù)的發(fā)展情況有關(guān)。80年代初是20K,80年代中期是40K、80年代末期是80K,90年代是幾兆。為了快速,最好是并行總線。采用并行總線,其I/O模件必需與控制器模件相鄰。采用串行總線的情況下,I/O板和控制器之間的距離也要比較近才行。最好把控制器模件和I/O模件裝在一個機柜內(nèi)或相鄰的機柜內(nèi)。遠程I/O應(yīng)該采用現(xiàn)場總線。如CAN、LONWORKS、HART總線等?,F(xiàn)場總線是90年代初發(fā)展起來的。在I/O板中從硬件來說應(yīng)該有能接收現(xiàn)場總線來的信號的輸入、輸出板。從軟件來說在控制器中應(yīng)該有讀取和寫到現(xiàn)場總線信號的功能塊。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,離控制器機柜距璃比較遠,把16個變送器來的信號編成為一組,用HART總線把信號送到控制器,空制器同時讀進16個變送器來的信號??刂破骱妥兯推鲀烧呔嚯x可達1公里以上。在從美國、歐洲進口的DCS系統(tǒng)中,幾乎都有HART協(xié)議板。實際應(yīng)用中,遠程信號是比較多的。如水泥廠,回轉(zhuǎn)窯的窯頭與窯尾,兩者距離有幾百米,如果在網(wǎng)絡(luò)上設(shè)兩個結(jié)點,需要兩套結(jié)點的接口模件,接口模件的費用比較高,如果設(shè)一個結(jié)點,在地理位置上不管結(jié)點安排是在窯頭還是窯尾,都需要采用遠程I/O。

第二級網(wǎng)絡(luò)是控制器之間的通訊,把完成不同任務(wù)的三種控制器連在一條總線上,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。在這一條總線上除三種不同的控制器模件以外,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€不是每一種DCS系統(tǒng)都有的,可以把各種控制器分別連到DCS網(wǎng)絡(luò)上??刂破髦g的數(shù)據(jù)調(diào)用要通過DCS網(wǎng)絡(luò)??刂瓶偩€的速率情況與I/O總線的情況相類似。通常是幾十K到幾兆之間。當(dāng)CPU和存儲器的能力比較強時,把開關(guān)量的邏輯運算和模擬量的采集功能都在一個控制器中完成。在控制總線上就只有一種形式的控制器。其協(xié)議采用載波監(jiān)聽,廣播發(fā)送,類似以太網(wǎng)的協(xié)議。

第三級是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)。為了確保通訊成功,DCS生產(chǎn)廠家無論是電纜,還是通訊口,都把它們做成冗余的。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。備用方式各種DCS有別。如美國的LEEDS—NORTHROP的MAX-1系統(tǒng)采用冗余兩環(huán)信息正向和反向同時運行。有的系統(tǒng)一個環(huán)在運行,另一個等待。

連在DCS通訊網(wǎng)絡(luò)上的部件稱為結(jié)點。在地理位置上,結(jié)點可以分散配置,各結(jié)點之間的距離各DCS系統(tǒng)不同。有的可達幾百米。傳輸速率在幾百K至一百兆之間。10兆是常用的速率。DCS網(wǎng)絡(luò)的總長度可達幾公里,最短也有幾百米,網(wǎng)絡(luò)不夠長時要加中繼器。

三種總線的通訊協(xié)議是由各DCS生產(chǎn)廠家自行開發(fā)的,通訊協(xié)議是不公開的。

DCS網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形式大致是三種,分別是總線形、環(huán)形和星形。星形結(jié)構(gòu)通常只用于小系統(tǒng)。通訊協(xié)議有令牌廣播式,問詢式和存儲轉(zhuǎn)發(fā)式。問詢式協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)要有交通指揮器。所有人機界面要向控制器請求數(shù)據(jù)時,必需通過交通指揮器,由交通指揮器來向控制器請求數(shù)據(jù)。控制器才能發(fā)送信息給人機界面。如HONEYWELL的TDC2000,F(xiàn)ISHER的PROVOX,都有交通指揮器。在星形網(wǎng)絡(luò)中,人機界面(操作站)可以作為交通指揮器。它只能連接一個人機界面的結(jié)點。把它作為操作站。網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面也比較小。由一些回路控制器組成的系統(tǒng)通常都連成星形網(wǎng)絡(luò)。令牌廣播式由一個結(jié)點發(fā)出一個令牌(令牌是特別的比特組,比特組內(nèi)無源地址和目的地址),令牌沿環(huán)繞行。拿到這個令牌的結(jié)點就改變令牌中一個特定位,將令牌變成一信息幀的幀起始定界符,加掛上構(gòu)成一幀所需要的其余字段以發(fā)送信息,網(wǎng)絡(luò)上的其它結(jié)點都在接收信息。當(dāng)本站檢測到幀的目的地址與本站地址相符時,就接收該信息幀。同時轉(zhuǎn)發(fā)該幀,直到該幀回到發(fā)送站,才把該幀釋放。再發(fā)送新令牌。這種協(xié)議的特點是持有令牌的結(jié)點才能發(fā)送信息。令牌廣播式協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中,可以連接多個人機界面的結(jié)點。在網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點都是平等的。每一個結(jié)點都有機會發(fā)送信息。如美國BAILEY的INFI90 90是令牌廣播網(wǎng)。存儲轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議是一個結(jié)點發(fā)出信息,傳給下一個,這個結(jié)點接到信息,必需先存下來,如果自己要,就可以接收下來,如果不需要,就把它轉(zhuǎn)發(fā)出去。直至到需要這個信息的結(jié)點為止。然后信息再返回到源結(jié)點,才釋放這個信息。這種協(xié)議用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中。這種環(huán)形網(wǎng)絡(luò)可以長達幾公里。如美國BAILEY的NETWORK 90的廠區(qū)環(huán)路就是這樣的網(wǎng)絡(luò)。不管什么結(jié)構(gòu)形式的網(wǎng)絡(luò),連到網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點的總數(shù)是有限制的,至于什么樣的結(jié)點,有幾個,它是不受限制的。

在DCS網(wǎng)絡(luò)中,數(shù)據(jù)傳輸是以信息幀的形式傳輸?shù)摹K峭桨l(fā)送星息。半雙工發(fā)送。雙工發(fā)送的極少。每一幀信息都有信息頭,信息尾,信息幀中緊跟首旗的是地址,其中包括信號發(fā)出的結(jié)點的源地址,如結(jié)點號、模件號、功能塊號以及接收信息的結(jié)點的目的地址,如結(jié)點號、模件號和功能塊地址。信息幀的中間是數(shù)據(jù),再后面是校驗。校驗最多的是采用循環(huán)冗余校驗。CRC碼是一種高效能的檢錯和糾錯碼。數(shù)據(jù)在傳輸過程中,可以是一幀,也可以是兩幀,如果是兩幀,頭幀是旗,第二幀才是數(shù)據(jù)。最長的一幀信息可長達200多個字節(jié)。采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中,當(dāng)一個結(jié)點發(fā)生故障時,把這個結(jié)點旁通,讓信息通過。

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