DCS网络技术的应用

1 DCS系统介绍

图1 一期建设DCS总线网络拓扑结构

(1) CENTUM-XL
CENTUM-XL是日本横河株式会社（YOKOGAWA）的早期产品，系统由控制单元，操作单元和总线构成。在702、703总线的两端各有一个50欧姆的终端适配器，也称堵头，这样从物理结构上构成一个总线型网络结构。图2是CENTUM-XL 2#控制站的正面布置图。

图2 CENTUM-XL 2#控制站正面布置图

(2) CENTUM-CS
CENTUM-CS是西仪横河公司新一代产品，其构成分为控制单元，操作单元和总线三部分。
① CS控制单元取消了XL中的监视站和扩展柜部分，而采用了可灵活搭配的NIU基本单元结构。一个控制站分为数个NIU，其个数视点数而定。一个NIU中可以随意安排控制回路、显示回路、温度单元及数字量部分。由于本文侧重网络通讯内容，对其控制结构不详尽展开。
② CS的总线相对XL做了很大的调整，采用了V-NET总线。它的协议可以兼容大部分的MODBUS下位产品、Windows和UNIX界面的上位PC，当然这种开放是部分的，因为要实现上、下位机通讯，还要有相应的软件和软件媒体支持，而且技术上也比较复杂，但CS产品为氟化公司的信息网络连接提供了条件。
CS总线网络拓扑结构，如图3所示。

图3 ECNTUM-CS总线网络拓朴结构

(3) ABC单元是横河公司为了弥补早期产品（mXL，XL）封闭的缺陷推出的一种通讯单元。它的作用类似网桥，承担不同网络的通讯任务，通过它可以将XL，mXL上的实时数据传输到CS上，并通过CS的网络功能连接到外部网络。目前由于技术限制，ABC只能负责自下到上的单向传输，即从老产品XL向新产品CS传输数据。这也给702扩建装置的自控设计带来麻烦，其中600单元公用部分组态只能做在原来的DCS上。
在ABC组态中大量运用了域（DOMAIN）的概念。这种域和NT中域的概念比较类似，将同种组态内容，需要大量数据引用和相互控制的信息归属于同一个域，这样对于大型的计算控制软件可以提高数据的采集量和减少CPU卡的负荷，提高控制效率。
(4) 上下位机接口
对于DCS，下位机的接口往往作成卡件形式安装在控制站上，上位机的接口也作成卡件形式安装在操作站上，这是因为下位机的生数据（RAW DATA）要先送到控制站I/O和CPU单元进行I/O转换和运算处理，而上位机的数据则取自处理完毕的操作监视单元。以CS为例，连接下位机的卡件为ACM11，而连接上位机的卡件称为以太网卡（ETHERNET）。这里要指出的是，CS系统预装时要先安装有上、下位机通讯专用的软件包和软件媒体。
2 下位机（冰机系统）
下位机多种多样，涉及许多中大型智能控制设备，本文仅以冰机为例做一简单介绍。
(1) 约克冰机（YORK）简介
702扩建装置的冰机系统采用约克公司（YORK INTERNATIONAL）的FRICK冰机，共2台机组，其中每个机组以高压段和低压段两台设备为主体，而每个设备主体上都有1块智能控制板，并留有1个10PIN的QUANTUM接口作为数据口，这种接口根据控制板上跳线的不同，可以同RS-422、RS-232和RS-485接口采用标准MODBUS协议进行通讯。
(2) 数据传输协议
QUANTUM采用MODBUS ASCII进行串行数据传输，这是一种主从复合（Master/Slave multidrop）通讯方式。QUANTUM作为ASCII从端，客户DCS作为主端，主端负责读写数据到QUANTUM，QUANTUM的ID地址作为MODBUS的从地址。
(3) 向DCS传输数据
冰机系统是整个702装置的重要设备，它的自控运行由自身单板机控制，而针对油温、冷媒压力、流量和开停等留有专门的RS232数据输出口，把这部分信息传输到DCS上集中显示，有助于操作工对装置运行状况的监控和对问题的判断。
3 实际互连工作
(1) CS和XL互连
CS到货时，正值XL系统已交付工艺车间使用，702装置当时也已开车，ABC的接入要将XL的一端堵头拆开串联上CS的V-NET组成新的总线拓扑结构，如图4所示。这项工作由于要破坏XL原有的总线结构造成停车所以非常危险，工作时非常小心，先将CS的网络连接线全部接完，然后将ABC的V-NET槽中接上堵头，保证V-NET接线无误后，再小心的将双重化HF总线702一端的堵头拆开一根，将ABC带来的HF总线电缆一头接入，另一端接入ABC的HF槽，同时接上堵头（在ABC），这个过程动作要非常快，否则会有停车危险，然后在XL的EOPS上观察HF总线的颜色，如果都是绿色表示双重化总线工作正常，此时拆开HF另一根堵头，仍旧连入ABC，这样物理连接过程就结束了。接下来要对软件组态进行修改，将需要通讯的XL位号定义在BUS CONVERTER上，注意LOOP号要和XL中定义的LOOP号一致，定义完通讯速率、域号、数据类型等参数后，进行一次在线的下装（先编译），新旧两套DCS的互连工作就完成了，此时在新的CS上可以实时获得XL上的数据进行监测和控制，并按照工艺要求进行连锁部分的调试。

图4 CS与XL互连后的总线网络拓扑结构

(2) 下位机通讯
下位机调试过程比较艰难。首先将QUANTUM和DCS的ACM11相连，即将QUANTUM的10PIN针脚和ACM11的25针接口的对应连接。物理连接完成后，在QUANTUM中将跳线设置成RS232接口方式，对冰机改动要严格按说明书进行，若设置不当造成I/O故障有可能会使CPU死机。冰机部分的重要数据也应按照要求设置。其中多数地址为系统默认地址，不可更改。
完成上述连接后，对DCS作组态软件定义。在工程师站（ENGS）上打开FCS BUILDER，对ACM11的I/O定义清单进行填写，对COMMUNICATION CONTENT展开后就可以根据QUANTUM中数据地址的排列方式依次填入相应的TAG NUMBER和注释以及仪表详细数据（量程、报警值、处理方式等），注意STN号要根据QUANTUM的定义填入，地址写一批同类型数据的首地址。做完这些定义后再到主画面定义全局参数：
ACM card number 1
Subsystem name MODBUS
Transmission Speed[bps] 19200
Parity even
Transmission data bit length 8
No reply time[sec] 4
最后做一次离线下装，解决所有提示错误信息后，通过ACM11就能收集到下位信息，然后在DCS中画一幅冰机流程图，将ACM11中定义的位号应用到流程图中去，操作界面就实现了。
(3) 上位机通讯
在DCS操作站和氟化公司局域网上的一台PC（生调子系统）中加装相应的软件（由横河公司提供），采用横河公司的细缆做连接。如距离过远要加装中继器，DCS一端从ETHERNET端口出来后接入10M的HUB，另一端由MIS服务器的HUB引出一根细缆接入此HUB，生调室通过原有接入服务器HUB的通路和DCS相连，通过生调室PC上加装的相应软件调用DCS的动态数据。
PC端必须加装ACCESS，在ACCESS中输入命令行=***** Tag Number.PV就可以取出对应位号的仪表动态数据。
4 结语
网络技术是目前发展成熟的一项技术，一个现代化的企业应该具有一个现代化的网络。网络工程繁简各异，实际过程中总会遇到各种各样的问题，需要细致的分析，找出解决方法。氟化公司的网络建设仅仅是一个起步，还要考虑到集团公司的大网络建设的连接问题，最终使得氟化公司的网络能连入集团公司的大家族，充分体现到信息共享的优越。