DCS數(shù)據(jù)通訊與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

王崢

摘 要：針對(duì)河北金萬(wàn)泰化肥有限責(zé)任公司1#、2#兩臺(tái)75T循環(huán)硫化床鍋爐所采用MACS DCS分散控制系統(tǒng)分析，討論DCS數(shù)據(jù)通訊與現(xiàn)場(chǎng)總線的有效結(jié)合，闡述通訊網(wǎng)絡(luò)組成與架構(gòu)，剖析ProfiBus-DP總線在實(shí)際化工生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)通訊；ProfiBus；現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；DCS

一、概述

河北金萬(wàn)泰化肥有限責(zé)任公司1#、2#兩臺(tái)75T循環(huán)硫化床鍋爐，均采用了北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司生產(chǎn)的MACS DCS分散控制系統(tǒng)。各系統(tǒng)設(shè)有現(xiàn)場(chǎng)控制站1臺(tái)、工程師站兼操作員站1臺(tái)、服務(wù)器兼操作員站2臺(tái)、通訊站1臺(tái)。系統(tǒng)投運(yùn)后我公司的安全生產(chǎn)水平和循環(huán)硫化床鍋爐的自動(dòng)化水平有了一個(gè)整體的提高。

二、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和DCS技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）是從20世紀(jì)80年代以來(lái)逐步發(fā)展形成的，廣泛應(yīng)用于過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通信網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)和控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層之間的聯(lián)系。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）將現(xiàn)場(chǎng)總線定義為：現(xiàn)場(chǎng)總線是連接工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)控制設(shè)備的數(shù)字化、串行、雙向、多變量、多節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是設(shè)計(jì)安裝方便，易于維護(hù)和擴(kuò)展，可以節(jié)約軟硬件投資等等，被稱為第五代控制系統(tǒng)，成為工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)。

集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）。它的主要基礎(chǔ)是4C技術(shù)，即計(jì)算機(jī)技術(shù)（Computer）、控制技術(shù)（Control）、通信技術(shù)（Communication） 、CRT顯示技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。DCS自20世紀(jì)70年代問世以來(lái)，發(fā)展異常迅速。目前，它作為新一代工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制設(shè)備，在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、紡織、電力、食品等工業(yè)，在我廠化工生產(chǎn)中已被普遍推廣應(yīng)用。DCS系統(tǒng)通過(guò)某種通信網(wǎng)絡(luò)，將分布在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)附近的現(xiàn)場(chǎng)控制站和控制中心的操作員站及工程師站等連接起來(lái)，以完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的分散控制和集中操作管理

三、通信網(wǎng)絡(luò)組成

北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司生產(chǎn)的MACS DCS分散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由上到下分為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)三個(gè)層次。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工程師站、操作員站、高級(jí)計(jì)算站與系統(tǒng)服務(wù)器的互連，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站與系統(tǒng)服務(wù)器的互連，控制網(wǎng)絡(luò)采用了目前世界上先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（ProfiBus-DP總線），實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站與過(guò)程I/O單元的通訊。

（一）監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)為冗余高速以太網(wǎng)鏈路，使用五類屏蔽雙絞線將各個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)連接到中心交換機(jī)上。該網(wǎng)絡(luò)中主要的通訊節(jié)點(diǎn)有工程師站、操作員站、現(xiàn)場(chǎng)控制站，采用TCP/IP通訊協(xié)議，不僅可以提供100MB/bps的數(shù)據(jù)連接，還可以連接到我公司實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，使調(diào)度室及公司高管對(duì)工藝生產(chǎn)情況實(shí)時(shí)掌握，并對(duì)各種計(jì)量?jī)x表的數(shù)據(jù)全天候不間斷進(jìn)行記錄。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)固定分配IP地址進(jìn)行標(biāo)識(shí)。為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的冗余，網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的主機(jī)都配有兩塊以太網(wǎng)卡，分別連接到130網(wǎng)段和131網(wǎng)段的交換機(jī)上。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的前兩位IP地址已作了規(guī)定，分別為130.0和131.0，工程師站、操作員站IP地址的后兩位則可以自行定義。各操作員站和服務(wù)站IP地址設(shè)置如表所示。

（二）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為冗余高速工業(yè)以太網(wǎng)鏈路，使用五類屏蔽雙絞線將各個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)連接到中心交換機(jī)上，該網(wǎng)絡(luò)中主要的通訊節(jié)點(diǎn)有服務(wù)站，現(xiàn)場(chǎng)控制站，采用HSIE通訊協(xié)議和TCP/IP通訊協(xié)議。

工業(yè)以太網(wǎng)具有如下特性：

實(shí)時(shí)性：確定性實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊協(xié)議令牌調(diào)度算法保證了通訊的實(shí)時(shí)性。

開放性：兼容TCP/IP通訊協(xié)議。

安全性：防止“沖擊波”等病毒對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站的影響。

穩(wěn)定性：?jiǎn)尉W(wǎng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴不影響通信，雙網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴不影響現(xiàn)場(chǎng)控制站控制。

易維護(hù)性：使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)硬件，降低維護(hù)人員培訓(xùn)成本、備品備件成本。

（三）控制網(wǎng)絡(luò)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)位于現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部，主控單元和I/O單元都連接在ProfiBus-DP總線上，采用帶屏蔽的雙絞銅線進(jìn)行連接，利用現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)各個(gè)單元的數(shù)據(jù)傳輸，由于工程師站下裝現(xiàn)場(chǎng)控制站是通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行，因此現(xiàn)場(chǎng)控制站需要設(shè)置IP地址?，F(xiàn)場(chǎng)控制站主控單元IP地址的后兩位由程序自動(dòng)分配，工程師站、操作員站IP地址的后兩位則可以自行定義。他們的IP地址設(shè)置是通過(guò)一個(gè)拔碼開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

通過(guò)以上三層網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化控制。該系統(tǒng)具有可靠性高，適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)完善、經(jīng)濟(jì)、可靠的控制系統(tǒng)。

四、結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子、儀器儀表、通信技術(shù)的發(fā)展成果，在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中推廣現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)結(jié)合國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，有利于節(jié)約成本。采用DCS數(shù)據(jù)通訊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自治性加強(qiáng)，系統(tǒng)性能全面提高，真正實(shí)現(xiàn)全分散的控制網(wǎng)絡(luò)，用戶始終擁有系統(tǒng)集成權(quán)。 實(shí)現(xiàn)總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀器儀表未來(lái)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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