分散控制系統中通訊系統的設計考慮

王翀

摘 要：由于分散控制系統的不斷更新，通訊系統在分散控制系統中的實現也在變換，文章通過對現代新型通訊系統的設計問題進行探討，解決現代通訊系統在分散控制系統建立中的實際問題。

關鍵詞：分散控制系統；通訊系統；實現

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）5-0054-01

分散控制系統是新一代的儀表控制系統，它具備的特點是功能控制上是分散的，但是在操作顯示上是集中處理的，既能分開操作，又能綜合協調處理，并且以微型處理器為基礎，也被稱為集散控制系統。傳統的分散控制系統是一個多級計算機系統，通過分散過程控制器進行多級管理，再經過通訊系統進行聯系，最后到達操作管理站進行操作，各級的管理站是獨立執行任務的，但是它們又共同服從于分散過程控制器。這種智能方式的優點是不僅結構設計簡單而且操作和維護簡便。在分散控制系統中，通訊系統是不可或缺的，也是最重要的一環，它直接關系到數據的傳送速度與質量，是保證數據在分散控制系統中快速穩定傳輸的重要紐帶。

隨著計算機科技的迅猛發展，現代的分散控制系統已經更新并使用，新的通訊技術被大量使用在傳統分散控制系統中，改善其功能，使現代分散控制系統更簡明更集成更有效率。分散控制系統中的通訊系統的設計內容有分散過程控制器與操作管理裝置之間通信的設計、分散過程控制與其自身之間的通信設計以及操作管理裝置與其自身之間的通信設計。而新的通訊技術的引進表現在第三方的通信接口方面，采用了三種新的方式，即硬接線通訊、串口通信、關于過程控制方面的對象鏈接和嵌入技術。因此本研究從現代分散控制系統中的通訊系統設計入手，探討通訊系統在實際的操作控制中對分散控制系統的影響。

1 現代通訊系統的設計考慮

1.1 分散過程控制器與操作管理站之間的通信設計考慮

分散過程控制器與操作管理站之間的通信設計要遵循以下幾個原則：①在通訊系統的硬件設置上，必須遵循網絡和節點的唯一性，即在相同的通信系統中，每個分散控制系統都具備自己唯一的節點名。②在通訊網絡中目標號碼必須唯一原則。因為分散控制系統需要滿足系統開放的原則，因此必須保持輸入與輸出信號相一致，即目標號碼唯一，而儀表位置號是唯一的，所以通常使用儀表位置號的名稱命名目標號碼進行通訊。即儀表位置號命名的目標號碼作為輸出號碼同時也是另一個單元的輸出端子。③建立分布式的通訊數據庫時，應注意設計的先后順序，即先設計分散過程控制器的數據庫，再設計操作管理站的數據庫。④分散過程控制器建立的數據庫是按相應的輸入輸出所對應的節點號的先后順序進行通訊的，而操作管理站的通訊順序也和分散過程控制器的分配順序類同。⑤當某一信號的通訊通道受損時，輸入信號和輸出信號改變，因此目標號可用新的未使用過的儀表位號代替，然后更新操作站本來的數據庫，使目標號仍然唯一，保持系統的開放性。⑥每個數據庫中都存在不參與通訊傳輸的自身數據，他們參于自身數據庫的運算。

1.2 分散過程控制與其自身之間的通信設計考慮

由于分散過程控制器中存在一些參數參與了兩種分散控制器的數據運算，增加了不必要的通訊量，因此要盡量減少使用這樣的參數。還有對于輸入信號和輸出信號的識別也需要區分。建立功能模塊時，要按照目的節點的發送與源節點的和接受之間的次序一一對應。通訊時間間隔應在5 s以上，持續變化的參數信號盡量安排在同一個分散過程控制器中，便與計算減少通訊量。

1.3 操作管理裝置與其自身之間的通信設計考慮

在每個操作管理裝置的通訊中，都有很多個分散過程控制器的參與，而每個分散過程控制器中都有顯示操作的鍵盤等，有的甚至有多個顯示操作設備，每個畫面顯示均不同，但是他們來自于同一個操作管理裝置。通常情況下，對這一部分的設計原則是每個操作管理站的使用者不允許采用通訊傳送數據，必須通過外接磁盤等完成，并且操作管理站之間通常用畫面信號作為數據進行通訊傳送。相反的在大型的分散控制系統中，操作管理站之間不采用外接磁盤進行更改而是采用通訊傳送。

1.4 第三方通訊系統的接口設計考慮

1.4.1 硬接線通訊接口設計

基于傳統的接線方式對第三方通訊系統進行接口改進，用分散控制系統的I/O卡件對應第三方通訊系統的卡件通過電纜方式進行連接傳送，對于I/O卡件，第三方通訊系統需要配備自己的讀寫方式，并且對應不同的卡件需要不同的讀寫方式。

1.4.2 串口通信接口設計

串口接口方式適合遠距離的通訊方式，只需要編寫好串口參數對應串行端口，通訊雙方即可按約定通訊。串行接口通信中，有三類：RS-232、RS-422、RS-485。RS-232的特點是點對點的通訊效果最好。RS-422的特點是在一條總線上可以連接較多的、單向的接收器。RS-485的特點是既可以多點接受也可雙向接收，并且在信號沖突時，能夠起到保護作用。

1.4.3 過程控制方面的對象鏈接和嵌入技術的接口設計

過程控制方面的對象鏈接和嵌入技術的接口設計是采用的客戶-服務器結構，數據訪問的模式有同步的也有異步的。同步方式是用戶被動的等待服務器發送數據運算結果。異步方式是一方面用戶會立即收到服務器的指示進行接下來的操作，一方面服務器自行運算結果再將結果反饋給用戶。

2 討 論

傳統的分散控制系統中通訊體統的設計已經不能滿足日益增長的用戶需求，通訊系統部件要在運輸速度上下功夫，同時要兼顧數據的傳送質量，減少故障，并且在故障發生時，起到快送報警、快速解決問題的作用。因此，第三方的通訊系統正是我們所需要的，硬接線通訊接口設計的優點是反應快、故障率低、操作簡單、費用小等優點。串口通信接口設計的優點是可以大量傳送數據。過程控制方面的對象鏈接和嵌入技術的接口設計的優點是設計靈活，可以滿足用戶的不同需求。

3 結 論

綜上所述，本文從分散控制系統中通訊系統的設計方面入手，分析了關于通訊系統的一系列設計與操作問題，并得出結論單一的通訊方式已經不能滿足用戶的需求，多種方式同時使用、交叉互作才能實現用戶的最大利益。

參考文獻：

[1] 黃煥袍，曲云.分散控制系統及其應用[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2] 李勇輝，吳梅.GE燃機MARKVI控制系統與DCS通信故障分析[J].工業控制計算機，2007，（8）.

[3] 何衍慶，俞金壽.分散控制系統中過程流程圖畫面的設計[J].煉油化工自動化，1995，（4）.