DCS数据通讯与现场总线技术

王峥

摘 要：针对河北金万泰化肥有限责任公司1#、2#两台75T循环硫化床锅炉所采用MACS DCS分散控制系统分析，讨论DCS数据通讯与现场总线的有效结合，阐述通讯网络组成与架构，剖析ProfiBus-DP总线在实际化工生产领域的应用。

关键词：数据通讯；ProfiBus；现场总线技术；DCS

一、概述

河北金万泰化肥有限责任公司1#、2#两台75T循环硫化床锅炉，均采用了北京和利时系统工程股份有限公司生产的MACS DCS分散控制系统。各系统设有现场控制站1台、工程师站兼操作员站1台、服务器兼操作员站2台、通讯站1台。系统投运后我公司的安全生产水平和循环硫化床锅炉的自动化水平有了一个整体的提高。

二、现场总线技术和DCS技术

现场总线（Fieldbus）是从20世纪80年代以来逐步发展形成的，广泛应用于过程自动化领域的现场智能设备互连通信网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场和控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。国际电工委员会（IEC）将现场总线定义为：现场总线是连接工业现场的仪表与设置在控制室内控制设备的数字化、串行、双向、多变量、多节点的通信网络。其特点是设计安装方便，易于维护和扩展，可以节约软硬件投资等等，被称为第五代控制系统，成为工业自动化发展的趋势。

集散控制系统（Distributed Control System）。它的主要基础是4C技术，即计算机技术（Computer）、控制技术（Control）、通信技術（Communication） 、CRT显示技术和网络技术相结合的产物。DCS自20世纪70年代问世以来，发展异常迅速。目前，它作为新一代工业自动化过程控制设备，在世界范围内被广泛应用于石油、化工、冶金、纺织、电力、食品等工业，在我厂化工生产中已被普遍推广应用。DCS系统通过某种通信网络，将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理

三、通信网络组成

北京和利时系统工程股份有限公司生产的MACS DCS分散控制系统的网络由上到下分为监控网络、系统网络和控制网络三个层次。监控网络实现工程师站、操作员站、高级计算站与系统服务器的互连，系统网络实现现场控制站与系统服务器的互连，控制网络采用了目前世界上先进的现场总线技术（ProfiBus-DP总线），实现现场控制站与过程I/O单元的通讯。

（一）监控网络为冗余高速以太网链路，使用五类屏蔽双绞线将各个通讯节点连接到中心交换机上。该网络中主要的通讯节点有工程师站、操作员站、现场控制站，采用TCP/IP通讯协议，不仅可以提供100MB/bps的数据连接，还可以连接到我公司实时数据监控网络，使调度室及公司高管对工艺生产情况实时掌握，并对各种计量仪表的数据全天候不间断进行记录。监控网络各个节点固定分配IP地址进行标识。为实现监控网络的冗余，网中每个节点的主机都配有两块以太网卡，分别连接到130网段和131网段的交换机上。监控网络的前两位IP地址已作了规定，分别为130.0和131.0，工程师站、操作员站IP地址的后两位则可以自行定义。各操作员站和服务站IP地址设置如表所示。

（二）系统网络为冗余高速工业以太网链路，使用五类屏蔽双绞线将各个通讯节点连接到中心交换机上，该网络中主要的通讯节点有服务站，现场控制站，采用HSIE通讯协议和TCP/IP通讯协议。

工业以太网具有如下特性：

实时性：确定性实时以太网通讯协议令牌调度算法保证了通讯的实时性。

开放性：兼容TCP/IP通讯协议。

安全性：防止“冲击波”等病毒对现场控制站的影响。

稳定性：单网网络风暴不影响通信，双网网络风暴不影响现场控制站控制。

易维护性：使用标准以太网硬件，降低维护人员培训成本、备品备件成本。

（三）控制网络。控制网络位于现场控制站内部，主控单元和I/O单元都连接在ProfiBus-DP总线上，采用带屏蔽的双绞铜线进行连接，利用现场总线实现各个单元的数据传输，由于工程师站下装现场控制站是通过TCP/IP协议进行，因此现场控制站需要设置IP地址。现场控制站主控单元IP地址的后两位由程序自动分配，工程师站、操作员站IP地址的后两位则可以自行定义。他们的IP地址设置是通过一个拔码开关来实现的。

通过以上三层网络，实现数据监控，实时数据传输，工业自动化控制。该系统具有可靠性高，适用性强等优点，是一个完善、经济、可靠的控制系统。

四、结语

现场总线技术是集计算机技术、电子、仪器仪表、通信技术的发展成果，在当前工业生产领域中推广现场总线技术应结合国际先进技术，有利于节约成本。采用DCS数据通讯，系统结构大大简化，现场设备自治性加强，系统性能全面提高，真正实现全分散的控制网络，用户始终拥有系统集成权。 实现总线技术的优势发展，对自动化控制系统和仪器仪表未来的发展具有重要的现实意义。

参考文献：

[1]阳宪惠.现场总线技术及应用（第二版）[M].清华大学出版社，2008.

[2]周立功.ICAN现场总线原理与应用[M].北京航空航天大学出版社，2007.

[3]周志民.现场总线控制系统的构成与特点[M].2007

[4]李正军.现场总线与工业以太网及其应用技术[M].机械工业出版社，2011.