DCS網絡技術的應用

1 DCS系統介紹

圖1 一期建設DCS總線網絡拓撲結構

(1) CENTUM-XL
CENTUM-XL是日本橫河株式會社（YOKOGAWA）的早期產品，系統由控制單元，操作單元和總線構成。在702、703總線的兩端各有一個50歐姆的終端適配器，也稱堵頭，這樣從物理結構上構成一個總線型網絡結構。圖2是CENTUM-XL 2#控制站的正面布置圖。

圖2 CENTUM-XL 2#控制站正面布置圖

(2) CENTUM-CS
CENTUM-CS是西儀橫河公司新一代產品，其構成分為控制單元，操作單元和總線三部分。
① CS控制單元取消了XL中的監視站和擴展柜部分，而采用了可靈活搭配的NIU基本單元結構。一個控制站分為數個NIU，其個數視點數而定。一個NIU中可以隨意安排控制回路、顯示回路、溫度單元及數字量部分。由于本文側重網絡通訊內容，對其控制結構不詳盡展開。
② CS的總線相對XL做了很大的調整，采用了V-NET總線。它的協議可以兼容大部分的MODBUS下位產品、Windows和UNIX界面的上位PC，當然這種開放是部分的，因為要實現上、下位機通訊，還要有相應的軟件和軟件媒體支持，而且技術上也比較復雜，但CS產品為氟化公司的信息網絡連接提供了條件。
CS總線網絡拓撲結構，如圖3所示。

圖3 ECNTUM-CS總線網絡拓樸結構

(3) ABC單元是橫河公司為了彌補早期產品（mXL，XL）封閉的缺陷推出的一種通訊單元。它的作用類似網橋，承擔不同網絡的通訊任務，通過它可以將XL，mXL上的實時數據傳輸到CS上，并通過CS的網絡功能連接到外部網絡。目前由于技術限制，ABC只能負責自下到上的單向傳輸，即從老產品XL向新產品CS傳輸數據。這也給702擴建裝置的自控設計帶來麻煩，其中600單元公用部分組態只能做在原來的DCS上。
在ABC組態中大量運用了域（DOMAIN）的概念。這種域和NT中域的概念比較類似，將同種組態內容，需要大量數據引用和相互控制的信息歸屬于同一個域，這樣對于大型的計算控制軟件可以提高數據的采集量和減少CPU卡的負荷，提高控制效率。
(4) 上下位機接口
對于DCS，下位機的接口往往作成卡件形式安裝在控制站上，上位機的接口也作成卡件形式安裝在操作站上，這是因為下位機的生數據（RAW DATA）要先送到控制站I/O和CPU單元進行I/O轉換和運算處理，而上位機的數據則取自處理完畢的操作監視單元。以CS為例，連接下位機的卡件為ACM11，而連接上位機的卡件稱為以太網卡（ETHERNET）。這里要指出的是，CS系統預裝時要先安裝有上、下位機通訊專用的軟件包和軟件媒體。
2 下位機（冰機系統）
下位機多種多樣，涉及許多中大型智能控制設備，本文僅以冰機為例做一簡單介紹。
(1) 約克冰機（YORK）簡介
702擴建裝置的冰機系統采用約克公司（YORK INTERNATIONAL）的FRICK冰機，共2臺機組，其中每個機組以高壓段和低壓段兩臺設備為主體，而每個設備主體上都有1塊智能控制板，并留有1個10PIN的QUANTUM接口作為數據口，這種接口根據控制板上跳線的不同，可以同RS-422、RS-232和RS-485接口采用標準MODBUS協議進行通訊。
(2) 數據傳輸協議
QUANTUM采用MODBUS ASCII進行串行數據傳輸，這是一種主從復合（Master/Slave multidrop）通訊方式。QUANTUM作為ASCII從端，客戶DCS作為主端，主端負責讀寫數據到QUANTUM，QUANTUM的ID地址作為MODBUS的從地址。
(3) 向DCS傳輸數據
冰機系統是整個702裝置的重要設備，它的自控運行由自身單板機控制，而針對油溫、冷媒壓力、流量和開停等留有專門的RS232數據輸出口，把這部分信息傳輸到DCS上集中顯示，有助于操作工對裝置運行狀況的監控和對問題的判斷。
3 實際互連工作
(1) CS和XL互連
CS到貨時，正值XL系統已交付工藝車間使用，702裝置當時也已開車，ABC的接入要將XL的一端堵頭拆開串聯上CS的V-NET組成新的總線拓撲結構，如圖4所示。這項工作由于要破壞XL原有的總線結構造成停車所以非常危險，工作時非常小心，先將CS的網絡連接線全部接完，然后將ABC的V-NET槽中接上堵頭，保證V-NET接線無誤后，再小心的將雙重化HF總線702一端的堵頭拆開一根，將ABC帶來的HF總線電纜一頭接入，另一端接入ABC的HF槽，同時接上堵頭（在ABC），這個過程動作要非常快，否則會有停車危險，然后在XL的EOPS上觀察HF總線的顏色，如果都是綠色表示雙重化總線工作正常，此時拆開HF另一根堵頭，仍舊連入ABC，這樣物理連接過程就結束了。接下來要對軟件組態進行修改，將需要通訊的XL位號定義在BUS CONVERTER上，注意LOOP號要和XL中定義的LOOP號一致，定義完通訊速率、域號、數據類型等參數后，進行一次在線的下裝（先編譯），新舊兩套DCS的互連工作就完成了，此時在新的CS上可以實時獲得XL上的數據進行監測和控制，并按照工藝要求進行連鎖部分的調試。

圖4 CS與XL互連后的總線網絡拓撲結構

(2) 下位機通訊
下位機調試過程比較艱難。首先將QUANTUM和DCS的ACM11相連，即將QUANTUM的10PIN針腳和ACM11的25針接口的對應連接。物理連接完成后，在QUANTUM中將跳線設置成RS232接口方式，對冰機改動要嚴格按說明書進行，若設置不當造成I/O故障有可能會使CPU死機。冰機部分的重要數據也應按照要求設置。其中多數地址為系統默認地址，不可更改。
完成上述連接后，對DCS作組態軟件定義。在工程師站（ENGS）上打開FCS BUILDER，對ACM11的I/O定義清單進行填寫，對COMMUNICATION CONTENT展開后就可以根據QUANTUM中數據地址的排列方式依次填入相應的TAG NUMBER和注釋以及儀表詳細數據（量程、報警值、處理方式等），注意STN號要根據QUANTUM的定義填入，地址寫一批同類型數據的首地址。做完這些定義后再到主畫面定義全局參數：
ACM card number 1
Subsystem name MODBUS
Transmission Speed[bps] 19200
Parity even
Transmission data bit length 8
No reply time[sec] 4
最后做一次離線下裝，解決所有提示錯誤信息后，通過ACM11就能收集到下位信息，然后在DCS中畫一幅冰機流程圖，將ACM11中定義的位號應用到流程圖中去，操作界面就實現了。
(3) 上位機通訊
在DCS操作站和氟化公司局域網上的一臺PC（生調子系統）中加裝相應的軟件（由橫河公司提供），采用橫河公司的細纜做連接。如距離過遠要加裝中繼器，DCS一端從ETHERNET端口出來后接入10M的HUB，另一端由MIS服務器的HUB引出一根細纜接入此HUB，生調室通過原有接入服務器HUB的通路和DCS相連，通過生調室PC上加裝的相應軟件調用DCS的動態數據。
PC端必須加裝ACCESS，在ACCESS中輸入命令行=***** Tag Number.PV就可以取出對應位號的儀表動態數據。
4 結語
網絡技術是目前發展成熟的一項技術，一個現代化的企業應該具有一個現代化的網絡。網絡工程繁簡各異，實際過程中總會遇到各種各樣的問題，需要細致的分析，找出解決方法。氟化公司的網絡建設僅僅是一個起步，還要考慮到集團公司的大網絡建設的連接問題，最終使得氟化公司的網絡能連入集團公司的大家族，充分體現到信息共享的優越。