探讨现场总线网络在DCS系统中的应用

1 引言

abb dcs是瑞士asea brown boveri公司（简称abb公司）设计开发的集散控制系统，它适用范围广泛，既可应用于离散制造业，如：机床、汽车、飞机制造等工业，更可应用于大中小型连续性生产的流程工业，如：石油、化工、火电机组、炼钢、建材等工业。abb dcs系统从硬件设计到软件设计，通信都采用国际标准。abb dcs的软件编程语言ampl是控制系统的一种编程模式，本文介绍abb dcs的体系结构及其现场总线网络。

2 abb dcs分布式工业控制计算机系统体系结构

abb dcs集散控制系统采用先进的微处理器（33mhz的motorola 68020和33mhz的intel80386、80486芯片）、crt图形显示技术、高速安全通信技术和现代控制理论，形成了以现场控制站（mp200、ac410、ac450系列和本地、远程i/o系列）、操作员站（as500 系列）、工程师站（master aid系列）、信息管理系统站（advant station系列）、计算机和网络接口站（master gate 系列）、计算机网络（master bus系列）和其它计算机通信设备为基础的，物理位置分散、系统功能分散、控制功能分散以及操作显示管理集中的过程控制、过程决策管理的大型智能网络。abb dcs的通信网络结构分三层：（网络结构如图1所示）。


图1 网络结构图

3 集散控制系统的特点

（1）、系统构成灵活。从总体上看，DCS就是由各个工作站通过网络通信系统组网而成的。你可以把他现象成“因特网”。根据生产需求，你可以随时加入或者撤去工作站。系统组态很灵活。

（2）、操作管理便捷。DCS的人机反馈都是通过CRT跟键盘、鼠标等实现的。你可以想象成在因特网冲浪一样，你可以监视生产装置乃至整个工厂的运行情况。

（3）、控制功能丰富。原先用模拟控制回路实现的复杂运算，通过高精度的微处理器来实现。

（4）、信息资源共享。你可以把工作站想象成因特网上的各个网站，只要你在DCS系统中，并且权限够大，你就能了解到你要的任何参数。

（5）、安装、调试方便。相比原先的模拟控制系统，那么多的飞线头，一大堆类似头发丝的电线。DCS系统算是很方便了。

（6）、安全可靠性高。

4 信息管理网络层

可下联9个控制网络，网络由类型为mb300的总线组成，总线传输速率达10mbps。

5 控制网络层

控制网络层由9个类型为mb300的总线组成。一个控制网络可包括99个站（包括在局部控制网络中的站）。在控制网络中的每个mp200/1或ac450站都可下联一个局部控制网络。一个局部控制网络可包括9个类型为mb300的总线。mb300是一个高性能、串行、同步、半双工的大数据量高速总线。它采用ieee 802.2逻辑链路控制（llc）协议和ieee 802.3带冲突检测的载波帧听多路存取（csma/cd）的介质存取控制（mac）协议，属于ethernet型局域网，总线可带载45个节点。在不使用中继器时，最大通讯节点距离为500m;使用3个同轴段、4个中继器和2个点对点链路时最大通讯节点距离为2500m,总线传输速率为10mbps。

mb300通过每一个结点实现对上位机的联接以及与mp200等plc系统的通信。它一般遵循543规则，即由5段组成，4个中继器（repeater）联接，其中3段可以挂接设备，必须注意的是，只有在电缆的标记处方可通过收发器（tranceiver）挂接设备，不同的设备联结又采用不同的联结电缆，如到pu510操作站用tk526电缆，而到控制站则选用tk576电缆。tranceiver 只能安装在主干电缆段上的2.5米标志处，在两个线接头间同轴电缆段上的tranceiver 间距应为25米的整数倍，其联接方式如图2所示：


图2 mb300网络连接图

t1、t2为终端电阻，其中只要一端接地，终端电阻为50欧姆，mb300总线为同轴电缆，具体又分为粗缆、细缆和光缆，作用各不相同，敷设同轴电缆时，需注意与其它信号电缆的隔离，如距离信号电缆30cm以外，距离380v低压电缆50cm以外，距离高压电缆5m以外。mb300总线选用cs513接口卡，上面的3个拨码开关s1、s2、s3分别用于对网络号、节点号、协议号的设置，其中的s1低四位用于设置主/从站的选择，高四位用于设置协议号，s2用于设置节点号，s3用于设置网络号。当需要修改或通过故障信息找出故障原因，可以进入工程师站进行数据修改或通过故障代码知道mb300总线的故障所在。了解影响mb300的通讯因素，针对这些因素逐一分析。

6 现场总线网络层

6.1 mfb（master field bus）总线

mfb总线属于现场局域网总线，它联系于mp200、mp90、s400i/o、opc（小型控制站）及传动系统之间。 mfb通讯总线采用同轴电缆、双绞线，它联接ci520/ci525/ci526通讯接口模块与dstc452 modem ，每根双绞线线端必须隔离开，其中一个端头的屏蔽层必须接地，mfb的通讯速率为375kb/s，其电阻为75欧姆，其硬件配置图如图3所示。mfb的相关系统信息从工程师站获得，大体顺序为时间、信息型号、代码、任务号、顺序号、数据，主要它表现有以下几种状态。

代码20 :cpu通信接口接触丢失 [next]