DCS數據通訊與現場總線技術

王崢

摘 要：針對河北金萬泰化肥有限責任公司1#、2#兩臺75T循環硫化床鍋爐所采用MACS DCS分散控制系統分析，討論DCS數據通訊與現場總線的有效結合，闡述通訊網絡組成與架構，剖析ProfiBus-DP總線在實際化工生產領域的應用。

關鍵詞：數據通訊；ProfiBus；現場總線技術；DCS

一、概述

河北金萬泰化肥有限責任公司1#、2#兩臺75T循環硫化床鍋爐，均采用了北京和利時系統工程股份有限公司生產的MACS DCS分散控制系統。各系統設有現場控制站1臺、工程師站兼操作員站1臺、服務器兼操作員站2臺、通訊站1臺。系統投運后我公司的安全生產水平和循環硫化床鍋爐的自動化水平有了一個整體的提高。

二、現場總線技術和DCS技術

現場總線（Fieldbus）是從20世紀80年代以來逐步發展形成的，廣泛應用于過程自動化領域的現場智能設備互連通信網絡。它作為工廠數字通信網絡的基礎，溝通了生產過程現場和控制設備之間及其與更高控制管理層之間的聯系。國際電工委員會（IEC）將現場總線定義為：現場總線是連接工業現場的儀表與設置在控制室內控制設備的數字化、串行、雙向、多變量、多節點的通信網絡。其特點是設計安裝方便，易于維護和擴展，可以節約軟硬件投資等等，被稱為第五代控制系統，成為工業自動化發展的趨勢。

集散控制系統（Distributed Control System）。它的主要基礎是4C技術，即計算機技術（Computer）、控制技術（Control）、通信技術（Communication） 、CRT顯示技術和網絡技術相結合的產物。DCS自20世紀70年代問世以來，發展異常迅速。目前，它作為新一代工業自動化過程控制設備，在世界范圍內被廣泛應用于石油、化工、冶金、紡織、電力、食品等工業，在我廠化工生產中已被普遍推廣應用。DCS系統通過某種通信網絡，將分布在工業現場附近的現場控制站和控制中心的操作員站及工程師站等連接起來，以完成對現場生產設備的分散控制和集中操作管理

三、通信網絡組成

北京和利時系統工程股份有限公司生產的MACS DCS分散控制系統的網絡由上到下分為監控網絡、系統網絡和控制網絡三個層次。監控網絡實現工程師站、操作員站、高級計算站與系統服務器的互連，系統網絡實現現場控制站與系統服務器的互連，控制網絡采用了目前世界上先進的現場總線技術（ProfiBus-DP總線），實現現場控制站與過程I/O單元的通訊。

（一）監控網絡為冗余高速以太網鏈路，使用五類屏蔽雙絞線將各個通訊節點連接到中心交換機上。該網絡中主要的通訊節點有工程師站、操作員站、現場控制站，采用TCP/IP通訊協議，不僅可以提供100MB/bps的數據連接，還可以連接到我公司實時數據監控網絡，使調度室及公司高管對工藝生產情況實時掌握，并對各種計量儀表的數據全天候不間斷進行記錄。監控網絡各個節點固定分配IP地址進行標識。為實現監控網絡的冗余，網中每個節點的主機都配有兩塊以太網卡，分別連接到130網段和131網段的交換機上。監控網絡的前兩位IP地址已作了規定，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。各操作員站和服務站IP地址設置如表所示。

（二）系統網絡為冗余高速工業以太網鏈路，使用五類屏蔽雙絞線將各個通訊節點連接到中心交換機上，該網絡中主要的通訊節點有服務站，現場控制站，采用HSIE通訊協議和TCP/IP通訊協議。

工業以太網具有如下特性：

實時性：確定性實時以太網通訊協議令牌調度算法保證了通訊的實時性。

開放性：兼容TCP/IP通訊協議。

安全性：防止“沖擊波”等病毒對現場控制站的影響。

穩定性：單網網絡風暴不影響通信，雙網網絡風暴不影響現場控制站控制。

易維護性：使用標準以太網硬件，降低維護人員培訓成本、備品備件成本。

（三）控制網絡。控制網絡位于現場控制站內部，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行連接，利用現場總線實現各個單元的數據傳輸，由于工程師站下裝現場控制站是通過TCP/IP協議進行，因此現場控制站需要設置IP地址。現場控制站主控單元IP地址的后兩位由程序自動分配，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地址設置是通過一個拔碼開關來實現的。

通過以上三層網絡，實現數據監控，實時數據傳輸，工業自動化控制。該系統具有可靠性高，適用性強等優點，是一個完善、經濟、可靠的控制系統。

四、結語

現場總線技術是集計算機技術、電子、儀器儀表、通信技術的發展成果，在當前工業生產領域中推廣現場總線技術應結合國際先進技術，有利于節約成本。采用DCS數據通訊，系統結構大大簡化，現場設備自治性加強，系統性能全面提高，真正實現全分散的控制網絡，用戶始終擁有系統集成權。 實現總線技術的優勢發展，對自動化控制系統和儀器儀表未來的發展具有重要的現實意義。

參考文獻：

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