探討現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言

abb dcs是瑞士asea brown boveri公司（簡稱abb公司）設(shè)計開發(fā)的集散控制系統(tǒng)，它適用范圍廣泛，既可應(yīng)用于離散制造業(yè)，如：機床、汽車、飛機制造等工業(yè)，更可應(yīng)用于大中小型連續(xù)性生產(chǎn)的流程工業(yè)，如：石油、化工、火電機組、煉鋼、建材等工業(yè)。abb dcs系統(tǒng)從硬件設(shè)計到軟件設(shè)計，通信都采用國際標(biāo)準(zhǔn)。abb dcs的軟件編程語言ampl是控制系統(tǒng)的一種編程模式，本文介紹abb dcs的體系結(jié)構(gòu)及其現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。

2 abb dcs分布式工業(yè)控制計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

abb dcs集散控制系統(tǒng)采用先進的微處理器（33mhz的motorola 68020和33mhz的intel80386、80486芯片）、crt圖形顯示技術(shù)、高速安全通信技術(shù)和現(xiàn)代控制理論，形成了以現(xiàn)場控制站（mp200、ac410、ac450系列和本地、遠程i/o系列）、操作員站（as500 系列）、工程師站（master aid系列）、信息管理系統(tǒng)站（advant station系列）、計算機和網(wǎng)絡(luò)接口站（master gate 系列）、計算機網(wǎng)絡(luò)（master bus系列）和其它計算機通信設(shè)備為基礎(chǔ)的，物理位置分散、系統(tǒng)功能分散、控制功能分散以及操作顯示管理集中的過程控制、過程決策管理的大型智能網(wǎng)絡(luò)。abb dcs的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分三層：（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示）。


圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3 集散控制系統(tǒng)的特點

（1）、系統(tǒng)構(gòu)成靈活。從總體上看，DCS就是由各個工作站通過網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)組網(wǎng)而成的。你可以把他現(xiàn)象成“因特網(wǎng)”。根據(jù)生產(chǎn)需求，你可以隨時加入或者撤去工作站。系統(tǒng)組態(tài)很靈活。

（2）、操作管理便捷。DCS的人機反饋都是通過CRT跟鍵盤、鼠標(biāo)等實現(xiàn)的。你可以想象成在因特網(wǎng)沖浪一樣，你可以監(jiān)視生產(chǎn)裝置乃至整個工廠的運行情況。

（3）、控制功能豐富。原先用模擬控制回路實現(xiàn)的復(fù)雜運算，通過高精度的微處理器來實現(xiàn)。

（4）、信息資源共享。你可以把工作站想象成因特網(wǎng)上的各個網(wǎng)站，只要你在DCS系統(tǒng)中，并且權(quán)限夠大，你就能了解到你要的任何參數(shù)。

（5）、安裝、調(diào)試方便。相比原先的模擬控制系統(tǒng)，那么多的飛線頭，一大堆類似頭發(fā)絲的電線。DCS系統(tǒng)算是很方便了。

（6）、安全可靠性高。

4 信息管理網(wǎng)絡(luò)層

可下聯(lián)9個控制網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)由類型為mb300的總線組成，總線傳輸速率達10mbps。

5 控制網(wǎng)絡(luò)層

控制網(wǎng)絡(luò)層由9個類型為mb300的總線組成。一個控制網(wǎng)絡(luò)可包括99個站（包括在局部控制網(wǎng)絡(luò)中的站）。在控制網(wǎng)絡(luò)中的每個mp200/1或ac450站都可下聯(lián)一個局部控制網(wǎng)絡(luò)。一個局部控制網(wǎng)絡(luò)可包括9個類型為mb300的總線。mb300是一個高性能、串行、同步、半雙工的大數(shù)據(jù)量高速總線。它采用ieee 802.2邏輯鏈路控制（llc）協(xié)議和ieee 802.3帶沖突檢測的載波幀聽多路存?。╟sma/cd）的介質(zhì)存取控制（mac）協(xié)議，屬于ethernet型局域網(wǎng)，總線可帶載45個節(jié)點。在不使用中繼器時，最大通訊節(jié)點距離為500m;使用3個同軸段、4個中繼器和2個點對點鏈路時最大通訊節(jié)點距離為2500m,總線傳輸速率為10mbps。

mb300通過每一個結(jié)點實現(xiàn)對上位機的聯(lián)接以及與mp200等plc系統(tǒng)的通信。它一般遵循543規(guī)則，即由5段組成，4個中繼器（repeater）聯(lián)接，其中3段可以掛接設(shè)備，必須注意的是，只有在電纜的標(biāo)記處方可通過收發(fā)器（tranceiver）掛接設(shè)備，不同的設(shè)備聯(lián)結(jié)又采用不同的聯(lián)結(jié)電纜，如到pu510操作站用tk526電纜，而到控制站則選用tk576電纜。tranceiver 只能安裝在主干電纜段上的2.5米標(biāo)志處，在兩個線接頭間同軸電纜段上的tranceiver 間距應(yīng)為25米的整數(shù)倍，其聯(lián)接方式如圖2所示：


圖2 mb300網(wǎng)絡(luò)連接圖

t1、t2為終端電阻，其中只要一端接地，終端電阻為50歐姆，mb300總線為同軸電纜，具體又分為粗纜、細纜和光纜，作用各不相同，敷設(shè)同軸電纜時，需注意與其它信號電纜的隔離，如距離信號電纜30cm以外，距離380v低壓電纜50cm以外，距離高壓電纜5m以外。mb300總線選用cs513接口卡，上面的3個撥碼開關(guān)s1、s2、s3分別用于對網(wǎng)絡(luò)號、節(jié)點號、協(xié)議號的設(shè)置，其中的s1低四位用于設(shè)置主/從站的選擇，高四位用于設(shè)置協(xié)議號，s2用于設(shè)置節(jié)點號，s3用于設(shè)置網(wǎng)絡(luò)號。當(dāng)需要修改或通過故障信息找出故障原因，可以進入工程師站進行數(shù)據(jù)修改或通過故障代碼知道mb300總線的故障所在。了解影響mb300的通訊因素，針對這些因素逐一分析。

6 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)層

6.1 mfb（master field bus）總線

mfb總線屬于現(xiàn)場局域網(wǎng)總線，它聯(lián)系于mp200、mp90、s400i/o、opc（小型控制站）及傳動系統(tǒng)之間。 mfb通訊總線采用同軸電纜、雙絞線，它聯(lián)接ci520/ci525/ci526通訊接口模塊與dstc452 modem ，每根雙絞線線端必須隔離開，其中一個端頭的屏蔽層必須接地，mfb的通訊速率為375kb/s，其電阻為75歐姆，其硬件配置圖如圖3所示。mfb的相關(guān)系統(tǒng)信息從工程師站獲得，大體順序為時間、信息型號、代碼、任務(wù)號、順序號、數(shù)據(jù)，主要它表現(xiàn)有以下幾種狀態(tài)。

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