[DCS通訊系統網絡的分層結構]:1.分層結構的優缺點經過大量分析發現，基于開放性、可靠性和傳輸實時性考慮，目前各DCS系統的通訊網絡毫無例外地采用分層結構，過程采集數據上傳，控制數據下傳，不同層次的通訊網絡可以根據實際需要采用不同的...

經過大量分析發現，基于開放性、可靠性和傳輸實時性考慮，目前各DCS系統的通訊網絡毫無例外地采用分層結構，過程采集數據上傳，控制數據下傳，不同層次的通訊網絡可以根據實際需要采用不同的拓撲結構和不同的通訊協議，各個層次的相互配合共同構成整體通訊體系。從目前來看，各DCS系統一般存在有車間級的現場總線通訊網絡或者遠程通訊網絡、電子設備間的控制網絡和控制室內的操作管理網絡，如圖1所示，按此配置典型的系統有ABB公司的PROCONTROLP、西門子公司的TELEPERMXP、日立公司的HLACS5000、貝利公司的Svmphony和Honeywell公司的TDC3000。為了簡化系統分層結構，有些系統將控制網絡和操作管理網絡合并為一個網絡，如西屋公司的OVATION、FOXBORO公司的I/A和MCS公司的MAXl000+。需要說明的是，圖1只是示意圖，各層網絡拓撲結構可以是環型、總線型和星型任何一種。

在DCS通訊系統分層結構中，現場總線層用于連接現場智能儀表，遠程總線則用于連接遠程I/O機柜，控制網絡層主要用于各控制器和過程數據服務器之間的通訊，操作管理網絡層用于操作員站、工程師站和過程數據服務器之間的通訊。至于全廠信息管理層(MIS)則主要用于全廠的生產管理、優化調度和人事管理等。由于MIS網一般都不采取冗余配置，并且相對布線復雜，可靠性相對較低，因此目前電廠自動化專家提議在操作網絡和MIS網之間再增設一個實時監控信息網(SIs)，專用于掛接廠級公用系統、各機組DCS系統和負荷分配站等，以用于多機組的實時監控和優化調度。除此之外，各自動化機柜內也有內部通訊網絡，不同系統差別較大，但一般都采用確定性的主從式通訊網絡或者令牌通訊網絡，這里就不再討論。

考慮到大多數數據都只需要在底層網絡中傳輸，只有少數需要通過上層網絡進行跨網絡傳輸，因此，將整個通訊系統合理分層后，一方面可以合理隔離各層的網絡通訊量，有利于提高各層通訊的實時性，另一方面也有利于網絡的可靠性，通過分層可以有效隔離各層網絡通訊故障，例如操作管理網絡的故障不會波及到控制網絡的正常運行。采用分層結構還有一個優點，那就是DCS廠商可以根據需要選擇合理的網絡拓撲結構和通訊協議，在滿足整個通訊系統實時性和可靠性的基礎上最大限度地降低成本，從而提高整個系統的競爭力，例如在圖1操作網絡層通過采用流行的標準工業以太網結構和TCP/IP通訊協議，有效提高了系統的開放性，與此同時，由于以太網非常便宜，因此使整體成本有效降低。需要注意的是，在這種分層體系中，連接不同網絡之間的通訊裝置的可靠性就成為一個關鍵因素，在可能的情況下選用高質量的標準網關。

由于以太網在重負荷下的低效率，應特別注意有效降低以太網的通訊負荷，尤其是在控制層使用以太網結構時。與控制網絡相比，雖然操作層網絡的實時性要求要低得多(一般來講，由于人的視覺影響，操作畫面數據刷新速度不宜高于1秒，否則操作人員容易疲勞)，但是以太網由于具有傳輸不確定性的固有缺點，有效降低其通訊負荷總是有益的，為此可以采用三種辦法，首先是采用更高速的以太網，譬如100Mbps快速以太網;其二是采用交換式以太網代替共享式以太網，以避免碰撞域，從而提高傳輸效率，典型代表就是MCS公司的MAX1000+系統;其三就是采用合理分段技術。這三種方法都各有其特點，在現有DCS中都得到了體現，鑒于前兩種方法大家已經熟悉，這里就不再贅述，這里只簡單討論了第三種情況。

由于圖]所示分層網絡體系中一般都采用了雙服務器和多操作員站的配置，因此可以將操作管理網絡人為劃分為兩個相對獨立的以太網，兩個網絡通過網橋連接，兩個服務器分別掛接在兩個以太網上，而操作員站則平分在兩個網絡上，例如目前一般一套機組DCS配有5個操作員站，因此可以按2、3分布，如圖2所示。這樣，在正常情況下，每個服務器都只服務與各自對應的操作員站，從而減少了網絡傳輸負荷和服務器負荷，可以顯著提高系統的響應速度度。如果出現異常情況，譬如一臺服務器癱瘓，那么通過網橋兩個以太網又成為一個整體，此時工作的服務器同時服務于所有操作員站，此時雖然響應速度稍微慢一些，但是完全不影響正常使用。采用這種方法不僅充分利用了兩臺服務器，而且只增加一個網橋的情況下就可以明顯改變系統響應速度，因此是一種“低投入，高回報”的解決方案。根據作者的了解，目前貝利公司的SYMPHONY、ABB公司的PROCONTROI。P和日立公司的HIACS5000+都采用了該措施。

采用上述方案后，操作管理網絡的通訊效率和可靠性都得到了較大提升。其實類似的分段措施在控制網絡層也有使用，最典型的就是在日立公司HIACS3000/5000系統和FOXBORO公司的I/ASeries系統，其示意圖如圖3所示，此時控制層網絡按照系統劃分為燃燒系統、汽水系統和給水系統等。通過劃分，各個控制網絡段的通訊負荷有效降低，通訊實時性大大提高，可靠性也得到顯著改善。但是需要注意的是，采用這種方式時，控制網絡段的劃分和控制機柜的合理分布非常關鍵，在可能的情況下，將數據交換頻繁的控制機柜放在同一控制網絡段上可以大大改善通訊實時性。例如根據日立公司提供的相關資料，在日立HIACS3000/5000系統中，機柜內數據傳輸周期為lOOms，而同一控制網絡上控制機柜數據交換需要200ms，如果需要在不同控制網絡上控制機柜之間交換數據則需要400ms時間。采用這種方式的潛在優點就是可以更好地實現控制機柜的物理分散，因為控制網絡段可以根據需要加以靈活配置，這在FOXBORO公司的DCS實際應用系統中得到了較好的體現。