DCS通訊網(wǎng)絡(luò)分析及提高可靠性的方法

杜華

摘 要：DCS通訊網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制方面一直有較好的應(yīng)用能效，但近些年來隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，其類型逐漸增多，系統(tǒng)也日趨復(fù)雜，在可靠性方面出現(xiàn)了一些問題，對DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展造成了一定程度的制約。基于此種原因，文章將從DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的特征入手，分析不同種類通訊網(wǎng)絡(luò)的運作特點，尋找其中會影響系統(tǒng)可靠性的因素，并結(jié)合以往的可靠性保障經(jīng)驗，提出有針對性的可靠性提高措施。

關(guān)鍵詞：DCS；通訊網(wǎng)絡(luò)；可靠性

DCS即分散控制系統(tǒng)，能作為中樞系統(tǒng)控制現(xiàn)代化機組的啟動、運行與停止。這種控制系統(tǒng)的通訊系統(tǒng)相當(dāng)完善，能獨立構(gòu)成傳輸數(shù)據(jù)的通訊網(wǎng)絡(luò)，因此即使是復(fù)雜的系統(tǒng)也能實現(xiàn)高效的自動化統(tǒng)籌控制。但這個功能賦予了DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)特征，通訊網(wǎng)絡(luò)的一大特征就是在系統(tǒng)可靠性方面具有諸多不利因素，繼承了這一特征的DCS系統(tǒng)在可靠性方面也受到了一定程度的削弱，因此有必要為DCS通訊網(wǎng)絡(luò)訂立有針對性的可靠性保障措施，為整個系統(tǒng)的安全運作提供基礎(chǔ)保障。

1 DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的主要特征

DCS通訊網(wǎng)絡(luò)在范圍性質(zhì)上屬于一種局域網(wǎng)，因此傳統(tǒng)的DCS通訊網(wǎng)絡(luò)在種類上與局域網(wǎng)的類型是一致的，主要包括令牌網(wǎng)與以太網(wǎng)這兩種。但近些年局域網(wǎng)的技術(shù)不斷發(fā)展，高速局域網(wǎng)的代表類型之一——FDDI網(wǎng)逐漸獲得實用化，DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的類型也相應(yīng)增加了。這里將依照不同的通訊網(wǎng)絡(luò)類型來探究DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的主要特征。

1.1 令牌網(wǎng)的主要特征

令牌網(wǎng)以受控通訊技術(shù)為核心，通過賦予每一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點最大等待時間實現(xiàn)確定性的網(wǎng)絡(luò)傳輸，因此對高負(fù)荷通訊有非常好的適性，而且傳輸穩(wěn)定，延時較小，所以長期以來的應(yīng)用都非常廣泛。但這種技術(shù)對低負(fù)荷通訊的適性較差，附加時延的缺點無法消除。另外，由于各種硬件設(shè)備的價格比較昂貴，可靠性提高措施中的冗余設(shè)置很難實現(xiàn)。

1.2 以太網(wǎng)的主要特征

以太網(wǎng)具有傳輸媒介靈活的特征，使用雙絞線、銅纜、光纖均可，而且相比昂貴的令牌網(wǎng)，以太網(wǎng)的價格相當(dāng)?shù)土惭b也很方便，更重要的是基本不存在低負(fù)荷時延。不過以太網(wǎng)的穩(wěn)定性較差，尤其是使用銅纜為傳輸媒介時，傳輸延遲非常嚴(yán)重。為了消除這一缺點，有必要盡快升級這種DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介，將銅纜和雙絞線盡量替換成光纖。

1.3 FDDI網(wǎng)的主要特征

FDDI是近些年才獲得實用化的一種新型DCS通訊網(wǎng)絡(luò)，在可靠性方面比傳統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)類型高出許多。FDDI網(wǎng)不僅實現(xiàn)了全冗余設(shè)置，而且由于在通訊方式上使用的令牌傳輸技術(shù)已經(jīng)完全成熟，所以網(wǎng)絡(luò)本身具有完全確定性。這兩種固有的可靠性保障措施為FDDI網(wǎng)提供了極高的可靠性，令其可以適應(yīng)對可靠性要求高的復(fù)雜系統(tǒng)和大型系統(tǒng)。

2 DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性提高措施

2.1 通過冗余配置提高可靠性

冗余配置從本質(zhì)上看屬于一種備份措施，基本機理是重復(fù)配置DCS系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊，這樣一來當(dāng)系統(tǒng)的這一部分發(fā)生故障時，立刻就會自動切換到備份模塊，令系統(tǒng)工作得以不間斷進(jìn)行。這種可靠性提高措施的效果非常好，在目前各個電廠的主要DCS通訊網(wǎng)絡(luò)中都有應(yīng)用。此外，因為冗余配置越多，系統(tǒng)可靠性就越高，所以部分重要的通訊網(wǎng)絡(luò)為了確保高可靠性還進(jìn)行了多重冗余配置。

2.2 通過光纖媒介提高可靠性

與普通的雙絞線、銅纜等傳輸媒介相比，光纖媒介在通訊帶寬、耐腐蝕性、傳輸距離、傳輸誤碼率、對電磁干擾的抗性等方面都有非常明顯的優(yōu)勢，因此通過將傳統(tǒng)傳輸媒介更換為光纖媒介對整個通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性有很大的優(yōu)化作用。基于此種原因，近年來有相當(dāng)一部分DCS通訊網(wǎng)絡(luò)實行了光纖升級，尤其是自動化和通訊系統(tǒng)，光纖媒介的普及率顯著升高。DCS通訊網(wǎng)絡(luò)對可靠性的要求越來越高，而光纖產(chǎn)品的價格也因為普及率的升高而呈下降趨勢，這種勢頭繼續(xù)下去的話，相信DCS通訊網(wǎng)絡(luò)可以在未來實現(xiàn)完全的傳輸媒介光纖化。

2.3 通過解耦配置提高可靠性

不同系統(tǒng)回路之間的數(shù)據(jù)耦合現(xiàn)象是引發(fā)DCS通訊網(wǎng)絡(luò)故障的主要原因之一，隨著人們對DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的要求日益提高，DCS通訊網(wǎng)絡(luò)本身不得不朝更加復(fù)雜化和精密化的方向發(fā)展，這進(jìn)一步加劇了耦合現(xiàn)象對可靠性的負(fù)面影響。因此需要在DCS通訊網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行解耦配置，對不同層的數(shù)據(jù)流量加以隔離，盡可能抑制耦合現(xiàn)象引起的通訊故障，令通訊的實時性得到提高。需要注意的是，耦合現(xiàn)象很難完全消除，但解耦配置對耦合現(xiàn)象引起的通訊故障本身也能起到隔離作用，因此在可靠性的提高方面依然能發(fā)揮很強的效能。

2.4 通過無擾切換提高可靠性

為了保證發(fā)生故障時的DCS通訊系統(tǒng)能實現(xiàn)無擾切換，系統(tǒng)必須具備兩種功能，一種功能是針對整個系統(tǒng)的在線監(jiān)測，另一種功能是無擾切換的自動化。前者能確保及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，后者能令系統(tǒng)迅速切換至冗余網(wǎng)絡(luò)（熱備狀態(tài)），二項功能需要具有聯(lián)動性。目前有些DCS通訊網(wǎng)絡(luò)針對這種可靠性保障措施做出了進(jìn)一步的改進(jìn)，令兩個或多個冗余網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行周期性切換，以避免冗余網(wǎng)絡(luò)達(dá)不到熱備狀態(tài)的現(xiàn)象，這種改進(jìn)措施進(jìn)一步提高了通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

2.5 通過數(shù)據(jù)校檢與重發(fā)提高可靠性

所發(fā)送數(shù)據(jù)的正確性和完整性是評估DCS通訊網(wǎng)絡(luò)可靠性的主要因素，因此，大部分系統(tǒng)都設(shè)置了對數(shù)據(jù)進(jìn)行校檢的功能。以該類功能措施中較為常用的CRC為例，這種校檢方法會對數(shù)據(jù)報文進(jìn)行兩次校檢，一次在發(fā)送前，另一次在接收后，無論哪次校檢中發(fā)現(xiàn)了錯誤都會聯(lián)動系統(tǒng)的自動重發(fā)功能，對出錯或不完整的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新發(fā)送。

2.6 通過故障脫離與旁路提高可靠性

為了不至于令一個故障接點危害整個通訊網(wǎng)絡(luò)的正常運作，需要為各個節(jié)點設(shè)置自動化的脫離與旁路功能。這樣一來當(dāng)這個節(jié)點出現(xiàn)故障時，就能自動脫離主體通訊網(wǎng)絡(luò)，保證整個DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性。不過與該功能相應(yīng)，節(jié)點還要具備自動恢復(fù)功能，以確保故障排除后，節(jié)點能自行恢復(fù)全部的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

2.7 通過分離通訊與控制提高可靠性

DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的通訊與控制功能一旦混雜就會有相互影響的可能，這種現(xiàn)象不僅會引發(fā)通訊故障，降低網(wǎng)絡(luò)的工作效率，而且在嚴(yán)重的情況下還會因復(fù)雜的控制算法而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸功能失效。為了避免這種情況，在設(shè)計DCS通訊網(wǎng)絡(luò)時可以將負(fù)責(zé)通訊功能和控制功能的處理器完全分離開來，令他們處于相對獨立的狀態(tài)，這樣一來二者之間的相互影響就能消失，控制處理器不會因通訊處理器的影響而降低控制速度，通訊處理器也不會因控制算法的影響而發(fā)生傳輸無效或傳輸滯后。總之，分離通訊與控制兩項功能的處理器能保證DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的安全性與實時性，提高整個網(wǎng)絡(luò)的可靠程度。

3 結(jié)束語

DCS通訊網(wǎng)絡(luò)在近些年的發(fā)展和普及很快，這其中的原因除了種類的增多、應(yīng)用領(lǐng)域的拓展、功能性的加強之外，可靠性的提高也是相當(dāng)重要的一項原因。種類的增多令DCS通訊網(wǎng)絡(luò)具備了更靈活的適性，應(yīng)用領(lǐng)域的拓展給DCS通訊網(wǎng)絡(luò)提供了更廣闊的發(fā)展空間，功能性的加強提高了DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的能效，而可靠性的提高則增強了用戶對DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用信心。相信在這些因素的推動下，DCS通訊網(wǎng)絡(luò)必然能在未來獲得更好的發(fā)展，發(fā)揮出更大的作用和價值。

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