DCS系统IA平台与第三方系统通信技术研究

周莉+关雨薇+章驰+陈建文

摘 要 DCS作为核电厂全厂数字化过程控制平台，其区别于传统过程控制的特点为其通信技术。本文简要说明了DCS系统IA平台与第三方系统通信技术的原理，通信方式，同步方式，软件配置和硬件组成，并对通讯的稳定性和可靠性进行分析。并结合个人调试、维修经验，验证了第三方通信技术在DCS IA平台中应用的重要性和合理性，针对其中出现的典型故障，归纳故障处理方法和预防措施。

关键词 DCS；第三方通讯；稳定性；可靠性；故障处理

中图分类号 TN91 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）163-0118-02

DCS系统作为核电厂数字化过程控制平台，与第三方仪控系统通信关系到全厂级DCS与其他仪控系统信息交互的接口，其重要性不言而喻。本文通过介绍DCS系统IA平台与第三方系统接口的通讯方式原理以及其实现方式，验证第三方通信技术在DCS IA平台中应用的重要性和合理性，针对其中出现的典型故障，归纳故障处理方法。

1 IA平台简介

IA平台为Foxboro公司设计研发的数字化过程控制平台。IA系统的通讯网络是建立在国际标准化组织（ISO）所定义的开放系统互连（OSI）标准基础上的，并符合IEEE的规范，是按照局域概念构造的标准网[1]。

IA的通讯网络为MESH网，交换机下挂载处理器（FCP），实现网络通讯。

IA系统与第三方系统通讯采用FDSI（Field Device System Integrators）技术，第三方系统的信号通过FDSI接入FCP，连接上MESH网络，与IA实现通讯。

2FDSI简介

数字通信系统一般包括发送设备、传输介质、通信协议和接受设备等几个部分。I/A Series的

FDSI主要有4种现场总线模块FBM（Field Bus Module）：FBM230/231/232/233。

FBM230/231 传输介质可为RS-485、RS-422、RS-232，物理介质可为双绞线，串行通讯通信协议Modbus RTU/ASCII[2]。

FBM232/233 传输介质可为以太网（10/100Mbps），物理介质可为光纤，以太网通信协议Modbus TCP。

FBM230/231的区别为FBM231具有冗余性，FBM232/233的区别为FBM233具有冗余性，故以下通过介绍FBM230和FBM232来介绍FDSI通信原理。

2.1 串行通信原理（FBM230）

串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。使用FBM230卡件与DCS通讯，一般采用屏蔽双绞线的进行串行通信。

FBM230可使用RS-485、RS-422、RS-232，其通讯连接方式为，第三方设备连接TA（Termination Assembly）端子，TA与FBM通过电缆连接，再经过FBM送到FCP，连接上IA系统，实现数据的传输。通讯使用异步串行通讯（通讯的每个数据都带有时间戳）。而FBM230卡件使用MOBUS RTU /ASCII协议，mobus协议是主/从（master/slave）协议，IA系统担当master角色，第三方系统为slave角色[3]。

FBM230卡件的软件配置：接口软件ECB（Equipment control block），FDSI组态软件（FDSI Configratuor），Modbus协议文件（modbus.ziph）。ECB软件主要配置I/O点位，与IA软件的连接，故障诊断等。FDSI软件主要配置FBM230的端口信息。

2.2 以太网通信原理（FBM233）

Modbus TCP为Internet基础协议，在此不做介绍。

使用FBM232卡件与DCS进行通讯，一般采用光纤作为传输介质。光纤利用内部全反射原理传输介质，传播速度快。其通讯连接方式为，第三方设备通过光缆连接交换机switch或者集线器hub，交换机（或者集线器）连接光电转换模块将光信号转化为电信号，再经过FBM送到FCP，连接上IA系统，实现数据的传输。

FBM232卡件的软件配置与FBM230一致。区别在于FDSI文件主要配置第三方设备的IP地址。

2.3 FDSI冗余

FDSI卡件FBM231和FBM233为具有冗余特性的卡件，FBM背板上有一通讯线，用于交换两个模块的状态信息，并且确定逻辑上的主从关系。初始时，两个FBM都管理一张内容一致的设备列表，当其中一个FBM的设备列表项减少时，说明该FBM有通讯故障，需要解决。通讯故障的FBM将置于故障状态，不再参与信号采集和控制功能。

2.4 FDSI响应时间与同步

与第三方系统通讯，信号的采集以及处理时间应及时、可靠。FBM通讯卡件数据扫描速率可达到100ms，基于IA平台的CP处理周期也为100ms，可以满足数据处理的要求。

核电厂第三方系统通过FDSI采集过来的信号的时间戳，均来自与GPS时钟，并采用NTP协议同步工作站和服务器和控制器，避免了时钟偏差造成控制逻辑的时序紊乱问题，达到同步的效果。

3 典型故障及处理办法

3.1 失去通讯监视

故障原因分析：由于FDSI FBM作为master，在定义的时间内，如果收到一个无效的响应，FDSI会判定设备故障。

在IA平台有系统监视软件SMDH（System Monitor Display Handler），在SMDH中可以通过查找具体的设备，并通过设备的颜色显示确认问题。通常有3中颜色，白色表示设备及通讯正常，天蓝色表示FBM未上线或者禁用了就地设备，红色表示设备故障。

处于红色故障状态，需同时检查FBM卡件状态以及FCP与FBM的连接，FBM与TA的连接等；若FBM指示灯亮红色，可在线热插拔使其恢复。

处于天蓝色故障状态（此时FBM卡件状态指示灯正常），主要为软件问题。需检查接口软件ECB201设置是否正确；Modbus存储器地址是否正确；FBM是否被切换至offline；相应的传输点位I/O未配置等。

3.2点位通讯异常

故障原因分析：当FBM的卡件IP地址错误或者FBM的内存使用率过大或FBM所挂载的CP使用率过大均会导致异常。此时可在软件中创建RIN/STRIN数据类型，并将此测试模块连接上对应的接口ECB，并配置相关软件参数后，关于FBM的诊断信息会被列出：1）FBM的IP地址；2）FBM的内存使用率（0-100）；3）FBM所挂载的CP使用率（0-100）。

如发现FBM内存使用率为100%或者更大，可以减少该FBM下的点位；如CP的使用率为100%或者更大，可以减少该CP下挂载的点位数量，也可以降低设备的扫描速率，或者提高CP的基本扫描周期BPC，或者使用不同的数据类型将数据打包等。

4 结论

基于IA平台的DCS系统与第三方系统通讯设计合理，以串行通讯和以太网通讯保证了速率和可靠性，并在设计中采用冗余性设计，核电厂正常功率运行时也可实现在线维护，第三方系统的稳定性和合理性得以有效验证。

参考文献

[1]王常力，罗安.分布式控制系统（DCS）设计与应用，北京：电子工业出版社，2004

[2]查方兴.I/A Series系统及应用.上海：福克斯波罗有限公司，2009.

[3]IOM，FDSI Driver–Modbus（Serial and TCP/IP），Foxboro，2010.