摘要 本文介紹了DCS的通訊網絡，并對我公司使用的Bailey的DCS的通訊網絡進行了簡要的說明。
　　
　　關鍵詞 DCS I/O總線 控制總線 DCS網絡
　　
　　
　　1 前言
　　 DCS（分散型控制系統）是以微處理機為基礎，以危險分散控制，操作和管理集中為特性，集先進的計算機技術、通訊技術、CRT技術和控制技術即4C技術于一體的控制系統。隨著現代計算機和通訊網絡技術的高速發展，DCS正向著多元化、網絡化、開放化、集成管理方向發展，使得不同型號的DCS可以互連，進行數據交換，并可通過以太網將DCS系統和工廠管理網相連，實現實時數據上網，成為過程工業自動控制的主流。
　　
　　2 DCS的結構組成
　　 DCS主要分為三大部分：帶I/O部件的控制器、通訊網絡和人機接口（HSI）。控制器I/O部件直接與生產過程相連，接收現場設備送來的信號；人機接口是操作人員與DCS相互交換信息的設備；通訊網絡將控制器和人機接口聯系起來，形成一個有機的整體。DCS的典型結構如下圖：
　　
　　
　　
　　
　　早期的DCS系統的通訊網絡都是專用的，DCS有
　　幾級網絡，完成不同模件之間的通訊。從目前的情況 來看，DCS的最多網絡級有四級，它們分別是I/O總線、現場總線、控制總線和DCS網絡。其網絡結構圖如下圖：
　　
　　
　　3 DCS的通訊網絡
　　
　　
　　 我公司使用的美國Bailey的DCS通訊網絡主要是3級，分別是：子總線（Slave Bus）相當于上面所述的I/O總線、控制通道（Controlway）即控制總線和Cnet（Control Network）即DCS網絡。
　　(1) I/O總線
　　 它把多種I/O信號送到控制器，由控制器讀取I/O信號，I/O模件之間并不交換數據。I/O總線包括并行總線和串行總線。I/O總線的傳輸速率是不高的，從幾十K到幾兆不等，為了快速，最好是并行總線。采用并行總線，其I/O模件必須與控制器模件相鄰。若采用串行總線，I/O模件和控制器之間的距離也要比較近才行。通常把控制器模件和I/O模件裝在一個機柜內或相鄰的機柜內。
　　 我公司采用的是一并行的，以500Kbaud通訊，并支持控制器模件配置的相關64個子模件的總線，控制器模件和I/O模件在一個機柜內。
　　(2) 現場總線
　　 現場總線是90年代初發展起來的，遠程I/O應該采用現場總線，如CAN、LONWORKS、HART總線。在DCS系統中，遠程I/O采用HART總線比較多。比如現場的變送器，距離控制器機柜比較遠，常把16個變送器來的信號編成一組，用HART總線把信號送到控制器，控制器同時讀進16個變送器來的信號。采用現場總線，控制器和變送器兩者距離可達1公里以上。
　　(3) 控制總線
　　 把完成不同任務的三種控制器連在一條總線上，實現控制器之間的通訊，稱為控制總線。在控制總線上的不同控制器的數量不受限制，在這一條總線上除控制器模件以外，還有DCS網絡的接口模件。在控制總線上，控制器之間可以調用數據，使得模擬量和開關量之間的結合很好。控制總線不是DCS系統都具有，可以把各種控制器分別連到DCS網絡上，控制器之間的數據調用通過DCS網絡。控制總線的傳輸速率與I/O總線的傳輸速率相類似。通常是幾十K到幾兆之間。
　　 我公司的控制通道是一串行的，以1Mbaud通信，并支持32個智能處理器模件的冗余總線結構。并通過NPM（網絡處理模件）和NIS（網絡接口子模件）與Cnet相連。該總線采用自由競爭式協議。
　　(4) DCS網絡
　　 它把現場控制器和人機界面連成一個系統。為了確保通訊可靠，DCS生產廠家無論是電纜，還是通訊接口，都作成冗余的，一條網絡發生故障，另一條備用網絡立即投入運行。連在DCS通訊網絡上的部件稱為結點（節點）。在地理位置上，結點可以分散配置，各結點的距離各DCS系統不同，有的可達幾百米。DCS網絡的傳輸速率在幾百K至一百兆之間，網絡的總長度可達幾公里，最短也有幾百米，網絡不夠長時需加中繼器。
　　 我公司采用的Cnet是采用存儲轉發式協議的擁有19個節點的冗余的環型網絡。
　　
　　4 DCS的通訊網絡特性
　　 通訊介質、網絡結構和通訊協議是DCS通訊網絡特性的三要素。
　　 通訊介質主要有雙絞線、同軸電纜、光導纖維三種。最早的DCS采用雙絞線或同軸電纜，傳輸速率在1Mbps以下，目前的DCS主要采用同軸電纜或光纖，通信速率為1-10Mbps。
　　 在DCS中通常有總線型、環型、星型三種網絡結構。總線型在邏輯上也是環型的，星型通常只用于小系統。如TDC-3000、Centum CS-3000等為雙總線型網絡;Advant-500、MOD-300、INFI-90等采用雙環冗余網絡;JX-300等采用星型網絡。
　　 當結點連到DCS的通訊網絡上時，通常有一個網絡接口，控制器把數據送到接口，人機界面從網絡接口讀取數據，讀取數據時應遵循網絡通訊協議，常用的DCS的通訊控制方式分為令牌廣播式、問詢式和存儲轉發式三種，通訊協議是由各DCS生產廠家自行開發的，一般不公開。它們各有特點，應用都較為廣泛。
　　如Beiley INFI-90、Advant-500系統等使用令牌轉發式協議；Honeywell的TDC-2000，Fisher的Provox采用問詢式；存儲轉發式協議主要用于環型網絡中，如Beiley NETWORK-90系統等。
　　
　　 下面為我公司DCS系統通信網絡主要結構，數據一覽表
　　
　　名稱 環行網絡 控制通道 子總線
　　容量 250個節點 32個智能模件 64個子模件
　　速率 10M波特率 1M波特率 500KHZ
　　介質 同軸/光纖 印刷電路板 印刷電路板
　　節點距離 2000~4000M 本機柜 本機柜
　　
　　5 DCS通訊網絡發展方向
　　 從DCS系統誕生至今，DCS系統通訊網絡歷經幾代，第一代主要解決一個生產裝置中幾個控制站和一個或幾個操作站之間的數據通信問題；第二代DCS則解決多個裝置的DCS互聯問題；第三代DCS則解決一個工廠的多個車間互聯及與全廠計算機管理網絡互聯問題。因此可以預見，未來的DCS系統通訊網絡將向以下方向發展：
　　 (1) DCS系統的通信功能發展與全廠管理網絡技術向融合，逐漸實現通信網絡由多重化結構向扁平化過渡。
　　 (2) 實現完整的統一的數據通信標準，國際標準化組織（ISO）提出的開放系統互聯（OSI）參考模型即ISO/OSI 7層模型，規定了通信過程分段和網絡功能分層，DCS通信標準化或開放性。
　　 (3) 采用數字通信技術，