浅谈DCS网络结构

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1、1、前言分散型控制系统（DCS）是以微处理机为基础，以危险分散控制，操作和管理集中为特性，集先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术即4C技术于一体的新型控制系统。随着现代计算机和通讯网络技术的高速发展，DCS正向着多元化、网络化、开放化、集成管理方向发展，使得不同型号的DCS可以互连，进行数据交换，并可通过以太网将DCS系统和工厂管理网相连，实现实时数据上网，成为过程工业自动控制的主流。2、DCS的结构组成DCS主要分为三大部分：带I/O部件的控制器、通讯网络和人机接口（HMI）。控制器I/O部件直接与生产过程相连，接收现场设备送来的信号；人机接口是操作人员与DCS相互交换信

2、息的设备；通讯网络将控制器和人机接口联系起来，形成一个有机的整体。从某种意义上说，控制器是“心脏”；人机接口是“眼睛”；通讯网络则是“神经网络”。DCS的典型结构如图一：图1DCS的典型结构3、DCS的通讯网络发展历程随着计算机技术、网络技术和控制技术的不断发展，DCS自20世纪70年代问世以来，先后经历了四个发展时期，具体划分为：(1)1975―1980初创期。此时的DCS通讯系统只是一种初级局部网络，全系统由一个通讯指挥器指挥，对各单元的访问是轮流询问方式。如TDC-2000、MOD-3等。(2)1980―1985成熟期。采用局域网络，由主从式星型网络转变成对等式的总线网络通信或环

3、网通信，扩大了通信范围，提高了传输速率。如TDC-3000、MOD-300等。(3)1985―1990扩展期。在局域网络方面采用国际标准组织ISO的OSI开放系统互联的参考模型，使符合开放系统的各制造厂的产品可以互连，互通信以及进行数据交换，第三方软件以可以应用。改变了过去DCS各厂自成系统的封闭结构，DCS由原来的仅能应用发展到不仅能应用而且能开发。TDC-3000（带UCN网）CentumXL等。(4)90年代以后，网络开放期。采用符合国际标准的通信协议和规程，即IEE802（以太网）、（令牌总线）、EEFDDI（光纤分布数据界面）、TCP/IP（传输控制协议/互联协议）或MAP（

4、制造自动化协议）等，使不同厂家型号、不同操作系统的计算机可共存一个网络标准，达到产品互换、资源共享的目的。如CentumCS-3000、Advant-500等。通讯网络的特点通讯网络是DCS的重要支柱，执行分散控制的各单元以及各级人机接口要靠通讯系统连成一体，这种在局部区域内使用各种数据通讯的设备互连的通讯网络称为局域网（LAN）。它是一个高通讯速率，低误码率，快速响应的局部网络，具有组织灵活，易于扩展，资源共享的特点，然而DCS完成的是工业控制，因此它与一般的办公室用局部网络有所不同，具有如下的特点：(1)具有快速的实时响应能力，一般办公室自动化计算机局部网络响应时间为2-6s，而它

5、要求具有极高的可靠性，必须连续、准确运行，数据传送误码率低于10-8―10-11，系统利用率在%以上(3)适合于在恶劣环境下工作，能抗电源干扰、雷击干扰、电磁干扰和低电位差干扰。(4)分层结构，为适应DCS的分层结构，其通讯网络也必须具有分层结构，如分为现场总线，车间级网络系统，工厂级网络系统等不同层次。通讯网络的分级体系早期的DCS系统的通讯网络都是专用的，DCS有几级网络，完成不同模件之间的通讯。从目前的情况来看，DCS的最多网络级有四级，它们分别是I/O总线、现场总线、控制总线和DCS网络。其网络结构图如图二：图2DCS网络结构图(1)I/O总线它把多种I/O信号送到控制器，由控

6、制器读取I/O信号，I/O模件之间并不交换数据。I/O总线包括并行总线和串行总线。I/O总线的传输速率是不高的，从几十K到几兆不等，为了快速，最好是并行总线。采用并行总线，其I/O模件必须与控制器模件相邻。若采用串行总线，I/O模件和控制器之间的距离也要比较近才行。通常把控制器模件和I/O模件装在一个机柜内或相邻的机柜内。(2)现场总线现场总线是90年代初发展起来的，远程I/O应该采用现场总线，如CAN、LONWORKS、HART总线等。在DCS系统中，远程I/O采用HART总线比较多。比如现场的变送器，距离控制器机柜比较远，常把16个变送器来的信号编成一组，用HART总线把信号送到控

7、制器，控制器同时读进16个变送器来的信号。采用现场总线，控制器和变送器两者距离可达1公里以上。(3)控制总线把完成不同任务的三种控制器连在一条总线上，实现控制器之间的通讯，称为控制总线。在控制总线上的不同控制器的数量不受限制，在这一条总线上除三种不同的控制器模件以外，还有DCS网络的接口模件。在控制总线上，控制器之间可以调用数据，使得模拟量和开关量之间的结合很好。控制总线不是DCS系统都具有，可以把各种控制器分别连到DCS网络上，控制器之间的数