本文摘要:OFweek工业控制网络:从DCS控制系统的分层结构来看,可分为三部分:带I/O组件的控制器、通信网络和人机接口(HSI)。

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OFweek工业控制网络:从DCS控制系统的分层结构来看,可分为三部分:带I/O组件的控制器、通信网络和人机接口(HSI)。控制器的I/O组件必须与生产过程相连,以接收现场设备发送的信号;人机界面是操作员和集散控制系统相互交换信息的设备。

通信网络将控制器与人机界面连接起来,形成一个有机的整体。早期的DCS系统的通信网络都是专用的,DCS有几级网络,完成了不同模块之间的通信。目前,集散控制系统中有四种最低网络级别,即I/O总线、现场总线、控制总线和集散控制系统网络。

输入输出总线,向控制器发送各种输入输出信号,控制器加载输入输出信号。这叫做输入输出总线。输入/输出板之间不交换数据。

I/O总线的速率不高。平均从几十k到几万亿。这与计算机技术的发展有关。

80年代初20K,80年代中期40K,80年代后期80K,90年代几兆。说慢一点,最差的就是分段总线。对于分段总线,其输入输出模块必须与控制器模块相邻。使用串行总线时,I/O板和控制器之间的距离应该比较近。

最坏的情况是将控制器模块和I/O模块安装在一个机柜或相邻机柜中。远程输入/输出应使用现场总线。如CAN、LONWORKS、HART总线等。

现场总线发展于20世纪90年代初。在硬件方面,I/O板中应该有输出和输入板,可以接收来自现场总线的信号。从软件的角度来看,控制器中应该有加载和写入现场总线信号的功能块。

在集散控制系统中,远程输入输出广泛采用HART总线,例如现场变送器靠近控制柜,将16台变送器的信号分组,通过HART总线发送给控制器。空气控制器同时读取来自16个发射器的信号。

控制器和变送器之间的平均距离超过1公里。从美国和欧洲进口的所有集散控制系统都有HART协议板。实际上,远程信号很多。

比如水泥厂和回转窑,它们之间的距离是几百米。如果网络上有两个节点,则需要两套模块模块,模块模块成本相对较低。如果有另一个节点,无论该节点位于窑头还是窑尾,都必须使用远程输入/输出。

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第二层网络是控制器之间的通信,它将三个具有不同任务的控制器连接在一条总线上,称为主总线。主总线上不同控制器的数量没有限制。除了三个不同的控制器模块外,该总线上还有DCS网络的模块模块。

在主总线上,控制器之间可以调用数据。模拟量和供电量融合的很好。并非每个集散控制系统都有控制总线,各种控制器可以分别连接到集散控制系统网络。控制器之间的数据呼叫应通过集散控制系统网络进行。

主总线的速率情况类似于输入/输出总线。一般来说在几十K到几兆之间。

在CPU和内存功能强大的情况下,电源的逻辑运算和模拟量的采集功能已经在一个控制器中完成。主总线上只有一种形式的控制器。

它的协议使用载波侦听,广播到,类似于以太网协议。第三层是DCS网络。它将现场控制器和人机界面连接成一个系统。

为了保证通信的畅通,集散控制系统制造商对电缆和通信端口都进行了校准。如果一个网络再次出现故障,另一个可用网络将立即投入运行。可用模式与DCS不同。

比如美国LEEDSNORTHROP的MAX-1系统,利用校验双环信息同时操作。有些系统有一个环在运行,另一个环在等待。

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集散控制系统通信网络上的组件称为节点。从地理上讲,节点可以集中配备,节点之间的距离因DCS系统而异。有的可以几百米左右。传输速率在几百k到一百兆之间。

10兆是常用的速率。DCS网络的总长度可以在几公里左右,最短的也就几百米。

如果网络太长,应该增加中继器。三条总线的通信协议由各DCS厂商开发,通信协议不公开发布。集散控制系统网络有三种结构形式,即总线形、环形和星形。

一般来说,星型结构只是作为一个小系统使用。通信协议包括令牌广播、面对面和存储转发协议。

面对面协议的网络应该有流量控制器。当所有人机接口都向控制器推送数据时,它们必须通过流量命令器向控制器推送数据。控制器可以向人机界面发送信息。

比如霍尼韦尔的TDC2000和FISHER的PROVOX都有流量控制器。在星型网络中,人机界面(操作员站)可以作为流量控制器。

它不能连接到人机界面的一个节点。用作操作台。

网络覆盖面也比较小。一般来说,由一些电路控制器组成的系统连接成星形网络。在令牌广播模式下,节点接收令牌(令牌是一个特殊的位组,被动地址和目的地址在位组中),令牌绕过线路。

获取该令牌的节点更改令牌中的特定位,将令牌更改为信息帧的帧延续分隔符,添加一个帧发送信息所需的剩余字段,网络上的其他节点将接管该信息。当该站检测到帧的目的地址与该站的地址匹配时,它将接管信息帧。同时发送帧,直到帧返回发送站才释放。然后将其发送到新令牌。

该协议的特点是持有令牌的节点可以发送信息。在令牌广播协议网络中,可以连接多个人机接口节点。网络上的所有节点都是公平的。

每个节点都有发送信息的机会。比如美国BAILEY的INFI9090就是令牌广播网。存储转发协议意味着一个节点接收信息并将其传递给下一个节点。

该节点收到信息时,必须先保存。如果它想要,它可以接管。

没必要的话可以发。直到需要该信息的节点。

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然后信息在发布前返回源节点。该协议用于环形网络。这个环形网络可以有几公里宽。比如美国BAILEY的NETWORK90的工厂环路就是这样一个网络。

无论什么样的网络结构,连接到网络的节点总数都是允许的,对有什么样的节点没有限制。在集散控制系统网络中,数据传输以信息帧的形式进行。

它被实时发送到卫星上。半双工发送至。双工发送很少。每一帧信息都有一个头和一个尾,后面是一个地址,地址还包括接收信号的节点的源地址,如节点号、模块号和功能块号,以及接收信息的节点的目的地址,如节点号、模块号和功能块地址。

信息框的中间是数据,后面是检查。最少的检查是使用循环检查。

循环冗余校验字节是一种有效的错误检测和纠正代码。在数据传输过程中,可以是一帧,也可以是两帧。如果是两帧,第一帧是标志,第二帧是数据。最长的信息帧可以超过200字节。

在使用存储转发协议的网络中,当一个节点再次出现故障时,该节点会被绕过,让信息通过。

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