一种实用的DCS网络技术及应用

一种实用的DCS网络技术及应用

李 颀，曹建民
(陕西科技大学电气及电子工程学院 陕西咸阳712081)

近年来，工业企业已经大量采用分布式计算机控制系统(DCS)。DCS的引进，为这些企业提供了先进、可靠、性能高、操作方便的控制手段。随着企业自动化水平的不断提高，可以利用计算机及网络技术对生产过程实施数据采集和多方位的监控，从而提高生产效率，满足企业不断发展的需要。

1 系统介绍

本系统为安装在内蒙古河套纸业公司的3 200吨／1880纸机，分为打浆和造纸两个车间，是自行设计、编程、调试的集散控制系统。控制系统分为打浆控制分系统，配浆控制分系统，蒸汽控制分系统和流送控制分系统。DCS选用的是北京和利时MACSII系统。

MACS网络由上至下分为监控网络、系统网络和控制网络3个层次，监控网络实现工程师站、操作员站、计算站与系统服务器的互连，系统网络实现现场控制站主控单元与系统服务器的互连，控制网络实现主控单元与过程I／O模块的通讯。

MACS网络采用可靠性高的双冗余结构，应用时可以保证在任何一条网络失效的情况下都不影响系统通信。系统网络的拓朴结构为星型，中央节点为服务器。系统网络(冗余)的连接示意图如图1所示。

2.MACS系统的网络特性及主要组成部分

2．1 MACS系统的网络特性

传输速率100Mb／s；通讯介质采用双绞线或光纤；大距离与选用的介质有关。光纤每段距离为2km，绞线每段距离为100m，多允许两极级连。

近年来，工业企业已经大量采用分布式计算机控制系统(DCS)。DCS的引进，为这些企业提供了先进、可靠、性能高、操作方便的控制手段。随着企业自动化水平的不断提高，可以利用计算机及网络技术对生产过程实施数据采集和多方位的监控，从而提高生产效率，满足企业不断发展的需要。
1 系统介绍
本系统为安装在内蒙古河套纸业公司的3 200吨／1880纸机，分为打浆和造纸两个车间，是自行设计、编程、调试的集散控制系统。控制系统分为打浆控制分系统，配浆控制分系统，蒸汽控制分系统和流送控制分系统。DCS选用的是北京和利时MACSII系统。
MACS网络由上至下分为监控网络、系统网络和控制网络3个层次，监控网络实现工程师站、操作员站、计算站与系统服务器的互连，系统网络实现现场控制站主控单元与系统服务器的互连，控制网络实现主控单元与过程I／O模块的通讯。
MACS网络采用可靠性高的双冗余结构，应用时可以保证在任何一条网络失效的情况下都不影响系统通信。系统网络的拓朴结构为星型，中央节点为服务器。系统网络(冗余)的连接示意图如图1所示。
2.MACS系统的网络特性及主要组成部分
2．1 MACS系统的网络特性
传输速率100Mb／s；通讯介质采用双绞线或光纤；大距离与选用的介质有关。光纤每段距离为2km，绞线每段距离为100m，多允许两极级连。2．2 MACS系统主要组成部分
操作员由高可靠工业微机及键盘、轨迹球和触摸屏等设备和人机对话、画面显示等软件组成，用来调用和显示组态的图形。显示现场实时数据和状态，显示历史数据，并完成控制调节、趋势显示、报警显示和确认等功能的计算机。
工程师设置系统日期／时间、在线修改、服务器主从切换、事故追忆定义在线修改、基本系统属性修改、打印抑制管理、操作员及口令字维护、操作员站操作范围分配等。 现场控制站由主控单元、智能IO单元、电源单元和专用机柜四部分组成，在主控单元和智能IO单元上(有数字量和模拟量输入／输出)，分别固化了实时控制软件和IO单元运行软件。

2．3 网络组成
2．3．1 监控网络
监控网络(MNET)由100M高速冗余以太网络构成，用于系统服务器与工程师站、操作站、计算站的连接，完成工程师站的数据下装，操作员站、计算站的在线数据通讯。
2．3．2 系统网络
系统网络(SNET)由100M高速冗余以太网构成，用于系统服务器与现场控制站、通信控制站的连接，完成现场控制站、通信控制站的数据下装，服务器与现场控制站、通信控制站之间的实时数据通讯。
2．3．3 控制网络
控制网络(CNET)由PROFIBUS-DP总线构成，用来实现过程I／O模块与现场控制站主控单元的通信，完成实时输入、输出数据的传送。PROFIBUS-DP是专门为自动控制系统与在设备级分散I／O之间进行通讯而设计的。既可满足高速传输，又有简单实用、经济性强等特点。
PROFIBUS-DP符合EN50170标准，拓朴结构为总线式，在总线两端有有源终端匹配器。其基本特性为：拓朴结构为总线式，在总线两端有有源总线端接器。
节点数为126，其中每个分段上多可接22个节点，各段可通过中继器相连；传输速率9．6 kb／s～12Mb／s，与每段距离有关。当距离在100m内时，可达12Mb／s。同一系统中的全部设备需选用同一速率；通讯介质采用屏蔽双绞线或光纤。
3 应 用
在该项目中，根据实际情况简化了系统结构。系统包括：两台PC机，作为工程师与操作员站；服务器；现场控制站；通讯处理器(选用专用DP中继器)。
，
其中，两台PC机分别位于打浆、造纸车间，由高性能的微机(DELL)和专用软件组成，操作系统为WindowsNT 4．0。造纸车间的PC机为一个操作员，打浆车间的PC机充当操作员兼工程师，这样可以节省一台充当操作员的PC。系统配置如图2。两台PC作为操作员，各自有各自的管理密码，即浆间操作员只可以管理浆间，而纸间操作员只能管理纸间，同时可以通过监视员级别互相查看信息，但是只能查看，不能实施操作控制。操作员配置如表1所示。这样的系统配置节省了PC机，降低了成本，同时又保证了冗余结构，保障了生产安全和高效的生产要求。
4 结 语
系统运行一年多以来，性能可靠稳定。网络结构简单实用，是一种有实用价值的DCS网络。

2．2 MACS系统主要组成部分

操作员由高可靠工业微机及键盘、轨迹球和触摸屏等设备和人机对话、画面显示等软件组成，用来调用和显示组态的图形。显示现场实时数据和状态，显示历史数据，并完成控制调节、趋势显示、报警显示和确认等功能的计算机。

工程师设置系统日期／时间、在线修改、服务器主从切换、事故追忆定义在线修改、基本系统属性修改、打印抑制管理、操作员及口令字维护、操作员站操作范围分配等。 现场控制站由主控单元、智能IO单元、电源单元和专用机柜四部分组成，在主控单元和智能IO单元上(有数字量和模拟量输入／输出)，分别固化了实时控制软件和IO单元运行软件。

2．3 网络组成

2．3．1 监控网络

监控网络(MNET)由100M高速冗余以太网络构成，用于系统服务器与工程师站、操作站、计算站的连接，完成工程师站的数据下装，操作员站、计算站的在线数据通讯。

2．3．2 系统网络

系统网络(SNET)由100M高速冗余以太网构成，用于系统服务器与现场控制站、通信控制站的连接，完成现场控制站、通信控制站的数据下装，服务器与现场控制站、通信控制站之间的实时数据通讯。

2．3．3 控制网络

控制网络(CNET)由PROFIBUS-DP总线构成，用来实现过程I／O模块与现场控制站主控单元的通信，完成实时输入、输出数据的传送。

PROFIBUS-DP是专门为自动控制系统与在设备级分散I／O之间进行通讯而设计的。既可满足高速传输，又有简单实用、经济性强等特点。
PROFIBUS-DP符合EN50170标准，拓朴结构为总线式，在总线两端有有源终端匹配器。其基本特性为：拓朴结构为总线式，在总线两端有有源总线端接器。
节点数为126，其中每个分段上多可接22个节点，各段可通过中继器相连；传输速率9．6 kb／s～12Mb／s，与每段距离有关。当距离在100m内时，可达12Mb／s。同一系统中的全部设备需选用同一速率；通讯介质采用屏蔽双绞线或光纤。
3 应 用
在该项目中，根据实际情况简化了系统结构。系统包括：两台PC机，作为工程师与操作员站；服务器；现场控制站；通讯处理器(选用专用DP中继器)。
，
其中，两台PC机分别位于打浆、造纸车间，由高性能的微机(DELL)和专用软件组成，操作系统为WindowsNT 4．0。造纸车间的PC机为一个操作员，打浆车间的PC机充当操作员兼工程师，这样可以节省一台充当操作员的PC。系统配置如图2。两台PC作为操作员，各自有各自的管理密码，即浆间操作员只可以管理浆间，而纸间操作员只能管理纸间，同时可以通过监视员级别互相查看信息，但是只能查看，不能实施操作控制。操作员配置如表1所示。这样的系统配置节省了PC机，降低了成本，同时又保证了冗余结构，保障了生产安全和高效的生产要求。

4 结 语
系统运行一年多以来，性能可靠稳定。网络结构简单实用，是一种有实用价值的DCS网络。