DCS控制系统中的三种总线的通讯协议

从DCS控制系统的级成结构看可以分为三大部分：带I/O部件的控制器、通讯网络和人机接口(HSI)。控制器I/O部件直接与生产过程相连，接收现场设备送来的信号;人机接口是操作人员与DCS相互交换信息的设备;通讯网络将控制器和人机接口联系起来，形成一个有机的整体。早期的DCS系统的通讯网络都是专用的，DCS有几级网络，完成不同模件之间的通讯。从目前的情况来看，DCS的最多网络级有四级，它们分别是I/O总线、现场总线、控制总线和DCS网络。

I/O总线，它把多种I/O信号送到控制器，由控制器读取I/O信号。这称为I/O总线。I/O板相互之间并不交换数据。I/O总线的速率是不高的。从几十K到几兆不等。这与计算机技术的发展情况有关。80年代初是20K，80年代中期是40K、80年代末期是80K，90年代是几兆。为了快速，最好是并行总线。采用并行总线，其I/O模件必需与控制器模件相邻。采用串行总线的情况下，I/O板和控制器之间的距离也要比较近才行。最好把控制器模件和I/O模件装在一个机柜内或相邻的机柜内。远程I/O应该采用现场总线。如CAN、LONWORKS、HART总线等。现场总线是90年代初发展起来的。在I/O板中从硬件来说应该有能接收现场总线来的信号的输入、输出板。从软件来说在控制器中应该有读取和写到现场总线信号的功能块。在DCS系统中，远程I/O采用HART总线比较多。比如现场的变送器，离控制器机柜距璃比较远，把16个变送器来的信号编成为一组，用HART总线把信号送到控制器，空制器同时读进16个变送器来的信号。控制器和变送器两者距离可达1公里以上。在从美国、欧洲进口的DCS系统中，几乎都有HART协议板。实际应用中，远程信号是比较多的。如水泥厂，回转窑的窑头与窑尾，两者距离有几百米，如果在网络上设两个结点，需要两套结点的接口模件，接口模件的费用比较高，如果设一个结点，在地理位置上不管结点安排是在窑头还是窑尾，都需要采用远程I/O。

第二级网络是控制器之间的通讯，把完成不同任务的三种控制器连在一条总线上，称为控制总线。在控制总线上的不同控制器的数量不受限制。在这一条总线上除三种不同的控制器模件以外，还有DCS网络的接口模件。在控制总线上，控制器之间可以调用数据。使得模拟量和开关量之间的结合很好。控制总线不是每一种DCS系统都有的，可以把各种控制器分别连到DCS网络上。控制器之间的数据调用要通过DCS网络。控制总线的速率情况与I/O总线的情况相类似。通常是几十K到几兆之间。当CPU和存储器的能力比较强时，把开关量的逻辑运算和模拟量的采集功能都在一个控制器中完成。在控制总线上就只有一种形式的控制器。其协议采用载波监听，广播发送，类似以太网的协议。

第三级是DCS网络。它把现场控制器和人机界面连成一个系统。为了确保通讯成功，DCS生产厂家无论是电缆，还是通讯口，都把它们做成冗余的。一条网络发生故障，另一条备用网络立即投入运行。备用方式各种DCS有别。如美国的LEEDS—NORTHROP的MAX-1系统采用冗余两环信息正向和反向同时运行。有的系统一个环在运行，另一个等待。

连在DCS通讯网络上的部件称为结点。在地理位置上，结点可以分散配置，各结点之间的距离各DCS系统不同。有的可达几百米。传输速率在几百K至一百兆之间。10兆是常用的速率。DCS网络的总长度可达几公里，最短也有几百米，网络不够长时要加中继器。

三种总线的通讯协议是由各DCS生产厂家自行开发的，通讯协议是不公开的。

DCS网络的结构形式大致是三种，分别是总线形、环形和星形。星形结构通常只用于小系统。通讯协议有令牌广播式，问询式和存储转发式。问询式协议的网络要有交通指挥器。所有人机界面要向控制器请求数据时，必需通过交通指挥器，由交通指挥器来向控制器请求数据。控制器才能发送信息给人机界面。如 HONEYWELL的TDC2000，FISHER 的PROVOX，都有交通指挥器。在星形网络中，人机界面(操作站)可以作为交通指挥器。它只能连接一个人机界面的结点。把它作为操作站。网络的覆盖面也比较校由一些回路控制器组成的系统通常都连成星形网络。令牌广播式由一个结点发出一个令牌(令牌是特别的比特组，比特组内无源地址和目的地址)，令牌沿环绕行。拿到这个令牌的结点就改变令牌中一个特定位，将令牌变成一信息帧的帧起始定界符，加挂上构成一帧所需要的其余字段以发送信息，网络上的其它结点都在接收信息。当本站检测到帧的目的地址与本站地址相符时，就接收该信息郑同时转发该帧，直到该帧回到发送站，才把该帧释放。再发送新令牌。这种协议的特点是