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(huán)硫化床鍋爐所采用MACS DCS分散控制系統(tǒng)分析，討論DCS數(shù)據(jù)通訊與現(xiàn)場總線的有效結(jié)合，闡述通訊網(wǎng)絡組成與架構(gòu)，剖析ProfiBus-DP總線在實際化工生產(chǎn)領域的應用。

關鍵詞：數(shù)據(jù)通訊；ProfiBus；現(xiàn)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(huán)硫化床鍋爐，均采用了北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司生產(chǎn)的MACS DCS分散控制系統(tǒng)。各系統(tǒng)設有現(xiàn)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(tǒng)投運后我公司的安全生產(chǎn)水平和循環(huán)硫化床鍋爐的自動化水平有了一個整體的提高。

二、現(xiàn)場總線技術和DCS技術

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

集散控制系統(tǒng)（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(wǎng)絡技術相結(jié)合的產(chǎn)物。DCS自20世紀70年代問世以來，發(fā)展異常迅速。目前，它作為新一代工業(yè)自動化過程控制設備，在世界范圍內(nèi)被廣泛應用于石油、化工、冶金、紡織、電力、食品等工業(yè)，在我廠化工生產(chǎn)中已被普遍推廣應用。DCS系統(tǒng)通過某種通信網(wǎng)絡，將分布在工業(yè)現(xiàn)場附近的現(xiàn)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(xiàn)場生產(chǎn)設備的分散控制和集中操作管理

三、通信網(wǎng)絡組成

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

（一）監(jiān)控網(wǎng)絡為冗余高速以太網(wǎng)鏈路，使用五類屏蔽雙絞線將各個通訊節(jié)點連接到中心交換機上。該網(wǎng)絡中主要的通訊節(jié)點有工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站，采用TCP/IP通訊協(xié)議，不僅可以提供100MB/bps的數(shù)據(jù)連接，還可以連接到我公司實時數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡，使調(diào)度室及公司高管對工藝生產(chǎn)情況實時掌握，并對各種計量儀表的數(shù)據(jù)全天候不間斷進行記錄。監(jiān)控網(wǎng)絡各個節(jié)點固定分配IP地址進行標識。為實現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡的冗余，網(wǎng)中每個節(jié)點的主機都配有兩塊以太網(wǎng)卡，分別連接到130網(wǎng)段和131網(wǎng)段的交換機上。監(jiān)控網(wǎng)絡的前兩位IP地址已作了規(guī)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(tǒng)網(wǎng)絡為冗余高速工業(yè)以太網(wǎng)鏈路，使用五類屏蔽雙絞線將各個通訊節(jié)點連接到中心交換機上，該網(wǎng)絡中主要的通訊節(jié)點有服務站，現(xiàn)場控制站，采用HSIE通訊協(xié)議和TCP/IP通訊協(xié)議。

工業(yè)以太網(wǎng)具有如下特性：

實時性：確定性實時以太網(wǎng)通訊協(xié)議令牌調(diào)度算法保證了通訊的實時性。

開放性：兼容TCP/IP通訊協(xié)議。

安全性：防止“沖擊波”等病毒對現(xiàn)場控制站的影響。

穩(wěn)定性：單網(wǎng)網(wǎng)絡風暴不影響通信，雙網(wǎng)網(wǎng)絡風暴不影響現(xiàn)場控制站控制。

易維護性：使用標準以太網(wǎng)硬件，降低維護人員培訓成本、備品備件成本。

（三）控制網(wǎng)絡?？刂凭W(wǎng)絡位于現(xiàn)場控制站內(nèi)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(xiàn)場總線實現(xiàn)各個單元的數(shù)據(jù)傳輸，由于工程師站下裝現(xiàn)場控制站是通過TCP/IP協(xié)議進行，因此現(xiàn)場控制站需要設置IP地址。現(xiàn)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(xiàn)的。

通過以上三層網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控，實時數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化控制。該系統(tǒng)具有可靠性高，適用性強等優(yōu)點，是一個完善、經(jīng)濟、可靠的控制系統(tǒng)。

四、結(jié)語

現(xiàn)場總線技術是集計算機技術、電子、儀器儀表、通信技術的發(fā)展成果，在當前工業(yè)生產(chǎn)領域中推廣現(xiàn)場總線技術應結(jié)合國際先進技術，有利于節(jié)約成本。采用DCS數(shù)據(jù)通訊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化，現(xiàn)場設備自治性加強，系統(tǒng)性能全面提高，真正實現(xiàn)全分散的控制網(wǎng)絡，用戶始終擁有系統(tǒng)集成權。 實現(xiàn)總線技術的優(yōu)勢發(fā)展，對自動化控制系統(tǒng)和儀器儀表未來的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

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