0 引言
DCS/' target='_self'>集散控制系统（DCS）由于其操作简便、稳定可靠而被广泛地用于生产过程控制领域，其主要特点是管理集中、控制分散。DCS虽然在控制功能上实现了分散，但在物理上仍是集中式控制系统，仍采用传统的集中式I/O系统（见图1）。图1中DCS的信号采用一对一的物理连接，有专门的I/O处理模块和端子板，这造成电厂电缆庞杂，工程周期长，安装调试费用高，维护困难。各DCS制造商通常采用自己定义的专用网络和协议，使不同厂家的设备或系统之间的互联存在很多困难，整个DCS系统成为一个封闭的“信息孤岛”[1]。并且DCS的现场仪表仍采用只能单向传输4～20mA模拟信号,不仅速度慢、精度低、易受到电磁干扰，而且已经越来越成为限制DCS功能发挥的瓶颈。
现场总线是将现场仪表与控制室内仪表连接起来的全数字化、双向、串行通讯网络，它的本质优点在于全数字化，实质性特点是彻底分散，更深层次的优点在于它的开放性[2]。现场总线采用分布式I/O系统（见图2），可以真正的实现控制功能和物理上的全分散性。图2中的PROFIBUS网络使用智能传感器、执行机构等现场智能设备, 采用数字信号传输，只需一对线就能将现场信号传输到过程级控制计算机，它突破了传统4～20mA模拟传输信号在精度、功能上的限制，能在控制室对现场设备进行远程在线诊断、调试、操作。由于功能进一步分散到现场智能设备中，使风险进一步分散，从而提高了系统的安全性和可靠性。
1 基于PROFIBUS的集散控制系统
目前国际上有多种现场总线标准，如PROFIBUS、FF、HART和CAN等。在众多的现场总线标准中，PROFIBUS应用最广泛，并且在我国众多领域获得成功应用。在众多的DCS厂家中，ABB贝利公司的Industrial IT Symphony系统应用最为广泛。因此，选择PROFIBUS总线和Symphony系统研究基于现场总线技术的集散控制系统，是具有代表性的。
基于PROFIBUS的DCS采用一种分层体系结构，如图3所示，从下至上系统可以分为过程I/O层、过程控制层、过程管理层和企业管理层，对应的网络分别为PROFIBUS-DP网络、控制通道Control Way（C.W）、控制网络Control Network（Cnet）和企业管理网络MIS。
PROFIBUS-DP网络，使用RS485传输技术，其传输速率为9.6K bit/s～12M bit/s。主站之间采用令牌传送方式，主站与从站之间采用主从方式。令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权。令牌在所有主站中循环一周的最长时间是根据主站多少事先规定的。主从方式允许主站在得到总线存取令牌时可与从站通信，每个主站均可向从站循环查询。主站决定总线的数据通信，当主站得到总线控制权时，没有外界请求也可以主动发送信息。从站为外围设备，如阀门、驱动器和输入输出装置，没有总线控制权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向主站发送信息。
控制通道采用的是1 Mbit/s的串行冗余总线网络，支持32个智能处理模件。智能处理模件包括通信模件对INNIS和INNPM、桥控制器BRC。通过通信模件对，控制通道可以实现与控制网络的通信。每一块桥控制器BRC通过I/O扩展总线（X.B）可以挂64个子模件，在这一层网络中，提供了与PROFIBUS现场总线的网络接口——现场总线子模件（FBS）。因此，每一块BRC都可以挂64个FBS。通过FBS，可以实现PROFIBUS-DP网络与Symphony控制通道的通信。控制通道采用的通信协议是IEEE802.3的以太网协议。
控制网络承担着过程管理、操作等数据传递的任务，采用的是速率为10 M bit/s的环形网络结构，包括中心环Central Ring和子环Ring，最多支持250个节点。使用的通信协议为多点、多目标的存储转发协议。由于没有通信指挥器，网络上各节点没有主从之分，是独立的、带有缓冲寄存器的信息转发器。同一时刻内所有的节点均能点对点地发送、转发、接收数据，并且使用了信息打包技术，因此，具有较高的通信效率。
本文关键字：控制系统 电工基础，电工技术 - 电工基础
