《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 其他 > 設(shè)計應(yīng)用 > 探討現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用
探討現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要: abbdcs是瑞士aseabrownboveri公司(簡稱abb公司)設(shè)計開發(fā)的集散控制系統(tǒng),它適用范圍廣泛,既可應(yīng)用于離散制造業(yè),如:機床、汽車、飛機制造等工業(yè),更可應(yīng)用于大中小型連續(xù)性生產(chǎn)的流程工業(yè),如:石油、化工、火電機組、煉鋼、建材等工業(yè)。abbdcs系統(tǒng)從硬件設(shè)計到軟件設(shè)計,通信都采用國際標準。abbdcs的軟件編程語言ampl是控制系統(tǒng)的一種編程模式,本文介紹abbdcs的體系結(jié)構(gòu)及其現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。
Abstract:
Key words :

1 引言

abb dcs是瑞士asea brown boveri公司(簡稱abb公司)設(shè)計開發(fā)的集散控制系統(tǒng),它適用范圍廣泛,既可應(yīng)用于離散制造業(yè),如:機床、汽車、飛機制造等工業(yè),更可應(yīng)用于大中小型連續(xù)性生產(chǎn)的流程工業(yè),如:石油、化工、火電機組、煉鋼、建材等工業(yè)。abb dcs系統(tǒng)從硬件設(shè)計到軟件設(shè)計,通信都采用國際標準。abb dcs的軟件編程語言ampl是控制系統(tǒng)的一種編程模式,本文介紹abb dcs的體系結(jié)構(gòu)及其現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。

2 abb dcs分布式工業(yè)控制計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

abb dcs集散控制系統(tǒng)采用先進的微處理器(33mhz的motorola 68020和33mhz的intel80386、80486芯片)、crt圖形顯示技術(shù)、高速安全通信技術(shù)和現(xiàn)代控制理論,形成了以現(xiàn)場控制站(mp200、ac410、ac450系列和本地、遠程i/o系列)、操作員站(as500 系列)、工程師站(master aid系列)、信息管理系統(tǒng)站(advant station系列)、計算機和網(wǎng)絡(luò)接口站(master gate 系列)、計算機網(wǎng)絡(luò)(master bus系列)和其它計算機通信設(shè)備為基礎(chǔ)的,物理位置分散、系統(tǒng)功能分散、控制功能分散以及操作顯示管理集中的過程控制、過程決策管理的大型智能網(wǎng)絡(luò)。abb dcs的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分三層:(網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示)。


圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3 集散控制系統(tǒng)的特點

(1)、系統(tǒng)構(gòu)成靈活。從總體上看,DCS就是由各個工作站通過網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)組網(wǎng)而成的。你可以把他現(xiàn)象成“因特網(wǎng)”。根據(jù)生產(chǎn)需求,你可以隨時加入或者撤去工作站。系統(tǒng)組態(tài)很靈活。

(2)、操作管理便捷。DCS的人機反饋都是通過CRT跟鍵盤、鼠標等實現(xiàn)的。你可以想象成在因特網(wǎng)沖浪一樣,你可以監(jiān)視生產(chǎn)裝置乃至整個工廠的運行情況。

(3)、控制功能豐富。原先用模擬控制回路實現(xiàn)的復(fù)雜運算,通過高精度的微處理器來實現(xiàn)。

(4)、信息資源共享。你可以把工作站想象成因特網(wǎng)上的各個網(wǎng)站,只要你在DCS系統(tǒng)中,并且權(quán)限夠大,你就能了解到你要的任何參數(shù)。

(5)、安裝、調(diào)試方便。相比原先的模擬控制系統(tǒng),那么多的飛線頭,一大堆類似頭發(fā)絲的電線。DCS系統(tǒng)算是很方便了。

(6)、安全可靠性高。

4 信息管理網(wǎng)絡(luò)層

可下聯(lián)9個控制網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)由類型為mb300的總線組成,總線傳輸速率達10mbps。

5 控制網(wǎng)絡(luò)層

控制網(wǎng)絡(luò)層由9個類型為mb300的總線組成。一個控制網(wǎng)絡(luò)可包括99個站(包括在局部控制網(wǎng)絡(luò)中的站)。在控制網(wǎng)絡(luò)中的每個mp200/1或ac450站都可下聯(lián)一個局部控制網(wǎng)絡(luò)。一個局部控制網(wǎng)絡(luò)可包括9個類型為mb300的總線。mb300是一個高性能、串行、同步、半雙工的大數(shù)據(jù)量高速總線。它采用ieee 802.2邏輯鏈路控制(llc)協(xié)議和ieee 802.3帶沖突檢測的載波幀聽多路存?。╟sma/cd)的介質(zhì)存取控制(mac)協(xié)議,屬于ethernet型局域網(wǎng),總線可帶載45個節(jié)點。在不使用中繼器時,最大通訊節(jié)點距離為500m;使用3個同軸段、4個中繼器和2個點對點鏈路時最大通訊節(jié)點距離為2500m,總線傳輸速率為10mbps。

mb300通過每一個結(jié)點實現(xiàn)對上位機的聯(lián)接以及與mp200等plc系統(tǒng)的通信。它一般遵循543規(guī)則,即由5段組成,4個中繼器(repeater)聯(lián)接,其中3段可以掛接設(shè)備,必須注意的是,只有在電纜的標記處方可通過收發(fā)器(tranceiver)掛接設(shè)備,不同的設(shè)備聯(lián)結(jié)又采用不同的聯(lián)結(jié)電纜,如到pu510操作站用tk526電纜,而到控制站則選用tk576電纜。tranceiver 只能安裝在主干電纜段上的2.5米標志處,在兩個線接頭間同軸電纜段上的tranceiver 間距應(yīng)為25米的整數(shù)倍,其聯(lián)接方式如圖2所示:


圖2 mb300網(wǎng)絡(luò)連接圖

t1、t2為終端電阻,其中只要一端接地,終端電阻為50歐姆,mb300總線為同軸電纜,具體又分為粗纜、細纜和光纜,作用各不相同,敷設(shè)同軸電纜時,需注意與其它信號電纜的隔離,如距離信號電纜30cm以外,距離380v低壓電纜50cm以外,距離高壓電纜5m以外。mb300總線選用cs513接口卡,上面的3個撥碼開關(guān)s1、s2、s3分別用于對網(wǎng)絡(luò)號、節(jié)點號、協(xié)議號的設(shè)置,其中的s1低四位用于設(shè)置主/從站的選擇,高四位用于設(shè)置協(xié)議號,s2用于設(shè)置節(jié)點號,s3用于設(shè)置網(wǎng)絡(luò)號。當(dāng)需要修改或通過故障信息找出故障原因,可以進入工程師站進行數(shù)據(jù)修改或通過故障代碼知道m(xù)b300總線的故障所在。了解影響mb300的通訊因素,針對這些因素逐一分析。

6 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)層

6.1 mfb(master field bus)總線

mfb總線屬于現(xiàn)場局域網(wǎng)總線,它聯(lián)系于mp200、mp90、s400i/o、opc(小型控制站)及傳動系統(tǒng)之間。 mfb通訊總線采用同軸電纜、雙絞線,它聯(lián)接ci520/ci525/ci526通訊接口模塊與dstc452 modem ,每根雙絞線線端必須隔離開,其中一個端頭的屏蔽層必須接地,mfb的通訊速率為375kb/s,其電阻為75歐姆,其硬件配置圖如圖3所示。mfb的相關(guān)系統(tǒng)信息從工程師站獲得,大體順序為時間、信息型號、代碼、任務(wù)號、順序號、數(shù)據(jù),主要它表現(xiàn)有以下幾種狀態(tài)。

代碼20 :cpu通信接口接觸丟失

代碼21 :fatal硬件故障

代碼39 :device/station ok

代碼72 :device/station 地址ok

代碼120 :過程故障

代碼-1 :執(zhí)行錯誤

代碼-4 :系統(tǒng)錯誤

代碼-5 :小系統(tǒng)站點錯誤

代碼-6 :通訊故障

代碼-9 :災(zāi)難性總線故障

代碼-10 :冗余電纜中斷



圖3 硬件配置圖

6.2 af100(advant field)/mb90(master bus)總線

af100/mb90的目的是提供在多個apc站點之間或在apc站點與abb工業(yè)系統(tǒng)設(shè)備之間的通訊,mb90支持兩個不同類型的通訊、數(shù)據(jù)處理和信息發(fā)送,數(shù)據(jù)集是動態(tài)的數(shù)據(jù),用來監(jiān)視和控制某個處理過程,這個過程是服務(wù)信息用作參數(shù)化法,程序安裝、診斷。af100/mb90是一個高性能的區(qū)域總線,能夠最多連接79個apc站點。mb90最長可達300米,而如果裝備了適當(dāng)?shù)男盘栯娎|和信號中繼器,并且在單個傳動設(shè)備之間長距離的配置是可用的,最長可達2000米??偩€的技術(shù)特點:

(1) 通訊速率1.5mbit/s

(2) 衰減總線長度<300m,增殖延遲<2000m

(3) 電報長度2,4,6,8,…32字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)。

(4) 識別編碼(電報編碼)范圍1…4000

(5) 周期時間2,4,8,16,32,64,128…2048或4096ms

af100/mb90依靠一個集中的總線管理器,總線管理器功能是比較復(fù)雜的,要求也較多,例如:apc站點不能用作總線管理器,它們不包含總線管理器的功能。為使通過af100/mb90的apc之間的如何通訊變?yōu)榭赡?,每個解決方案(獨立和嵌入)都可用來安排af100/mb90的總線主機,當(dāng)apc開始執(zhí)行它們的應(yīng)用程序,總線主機必須是可操作的,否則,當(dāng)本地配置的數(shù)據(jù)集在規(guī)定時間限制內(nèi)沒有被總線管理器確認,在apc支內(nèi)的數(shù)據(jù)集功能塊將進入錯誤狀態(tài)。,如果系統(tǒng)只有apc站點,沒有masterpiece與mb90或ac450與af100相連,應(yīng)安裝一個獨立的總線管理器。

abb dcs與傳動系統(tǒng)(如acv700/dcv700)的通訊是依靠圖4所示drrtra(drive transmit)元素和drrec(drive reciver)元素來實現(xiàn)的。


圖4 通訊元素

drrtra(drive transmit)元素用來傳給abb傳動控制器給定的數(shù)據(jù)集和選擇傳動信號的控制字和命令字信號的定義在應(yīng)用傳動軟件說明給出。drrtr元素能產(chǎn)生由傳動通訊協(xié)議支持的周期信息的不同類型,發(fā)送信號的目的地由傳動信號選擇,drrtr元素也可以寫參數(shù),在正常階段,drrtr的過載可以被檢測出來。

drrec(drive reciver)元素用來接收來自abb傳動控制器的信號和控制字值這些信號的定義在應(yīng)用傳動軟件說明給出。drrec元素只是用傳動連接協(xié)議支持的周期信息,接收數(shù)據(jù)源是通過元素輸入?yún)?shù)確定傳動信號和信號索引來選擇的。drrec元素也能夠訪問參數(shù),當(dāng)配置階段drrec的過載可以被檢測到。

7 現(xiàn)場總線集成于dcs系統(tǒng)是現(xiàn)階段控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢

盡管用戶對控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改進表示歡迎,但他們并不希望對他們現(xiàn)有的儀表系統(tǒng)做大的改動。

目前在現(xiàn)場總線的發(fā)展初期,大多數(shù)用戶更傾向于對他們現(xiàn)有的儀表系統(tǒng)進行逐步的增添和替換;另一方面,dcs系統(tǒng)及其儀表的消失或完全被取代,對于費用或人力而言也都是不合理的?,F(xiàn)階段最可行的方案是考慮如何使現(xiàn)場總線與傳統(tǒng)的dcs系統(tǒng)盡可能地協(xié)同工作,這種集成方案能夠得到靈活的系統(tǒng)組態(tài),以適用于更廣泛的、富于實用價值的應(yīng)用。

8 結(jié)束語

信息站、操作員站、mb300總線、af100(mb90)總線與控制站的相互聯(lián)接,則具體形成了的abb網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),系統(tǒng)投入運行以來,工作穩(wěn)定可靠,大大減少了原控制系統(tǒng)的現(xiàn)場布線,增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性,值得推廣應(yīng)用。

現(xiàn)場總線系統(tǒng)將廣泛地應(yīng)用到過程工業(yè)控制中,通過對過程控制系統(tǒng)進行一些必要的修改,將現(xiàn)場總線技術(shù)引入到dcs中,將會給用戶帶來大量的收益;另一方面,即使大多數(shù)的連續(xù)控制環(huán)路將由現(xiàn)場總線系統(tǒng)來完成,dcs系統(tǒng)仍將在許多諸如實時要求較高的控制場合扮演重要的角色。現(xiàn)階段現(xiàn)場總線與dcs系統(tǒng)的共存將使用戶擁有更多的選擇,以實現(xiàn)更合理的控制系統(tǒng)。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。