1 引言

abb dcs是瑞士asea brown boveri公司（簡(jiǎn)稱abb公司）設(shè)計(jì)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(jī)床,、汽車,、飛機(jī)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(jī)組,、煉鋼、建材等工業(yè),。abb dcs系統(tǒng)從硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì),，通信都采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。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(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò),。

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

abb dcs集散控制系統(tǒng)采用先進(jìn)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(chǎng)控制站（mp200、ac410,、ac450系列和本地,、遠(yuǎn)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(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)接口站（master gate 系列）,、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（master bus系列）和其它計(jì)算機(jī)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(diǎn)

（1）,、系統(tǒng)構(gòu)成靈活。從總體上看,，DCS就是由各個(gè)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(shí)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(jī)反饋都是通過CRT跟鍵盤、鼠標(biāo)等實(shí)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(gè)工廠的運(yùn)行情況。

（3）,、控制功能豐富,。原先用模擬控制回路實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜運(yùn)算，通過高精度的微處理器來實(shí)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(gè)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(gè)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(dá)10mbps。

5 控制網(wǎng)絡(luò)層

控制網(wǎng)絡(luò)層由9個(gè)類型為mb300的總線組成,。一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)可包括99個(gè)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(gè)mp200/1或ac450站都可下聯(lián)一個(gè)局部控制網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)局部控制網(wǎng)絡(luò)可包括9個(gè)類型為mb300的總線,。mb300是一個(gè)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(cè)的載波幀聽多路存取（csma/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(gè)節(jié)點(diǎn)。在不使用中繼器時(shí),，最大通訊節(jié)點(diǎn)距離為500m;使用3個(gè)同軸段,、4個(gè)中繼器和2個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路時(shí)最大通訊節(jié)點(diǎn)距離為2500m,總線傳輸速率為10mbps。

mb300通過每一個(gè)結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)上位機(jī)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(gè)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(biāo)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(biāo)志處，在兩個(gè)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(xì)纜和光纜,，作用各不相同,，敷設(shè)同軸電纜時(shí)，需注意與其它信號(hào)電纜的隔離,，如距離信號(hào)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(gè)撥碼開關(guān)s1、s2,、s3分別用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)號(hào),、節(jié)點(diǎn)號(hào)、協(xié)議號(hào)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(hào)，s2用于設(shè)置節(jié)點(diǎn)號(hào),，s3用于設(shè)置網(wǎng)絡(luò)號(hào),。當(dāng)需要修改或通過故障信息找出故障原因，可以進(jìn)入工程師站進(jìn)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(duì)這些因素逐一分析。

6 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)層

6.1 mfb（master field bus）總線

mfb總線屬于現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)總線,，它聯(lián)系于mp200,、mp90、s400i/o,、opc（小型控制站）及傳動(dòng)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(gè)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?yàn)闀r(shí)間,、信息型號(hào)、代碼,、任務(wù)號(hào),、順序號(hào)、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(cuò)誤

代碼-4 :系統(tǒng)錯(cuò)誤

代碼-5 :小系統(tǒng)站點(diǎn)錯(cuò)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(gè)apc站點(diǎn)之間或在apc站點(diǎn)與abb工業(yè)系統(tǒng)設(shè)備之間的通訊，mb90支持兩個(gè)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(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)，用來監(jiān)視和控制某個(gè)處理過程,，這個(gè)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(gè)高性能的區(qū)域總線,，能夠最多連接79個(gè)apc站點(diǎn)。mb90最長(zhǎng)可達(dá)300米,，而如果裝備了適當(dāng)?shù)男盘?hào)電纜和信號(hào)中繼器,，并且在單個(gè)傳動(dòng)設(shè)備之間長(zhǎng)距離的配置是可用的，最長(zhǎng)可達(dá)2000米,?？偩€的技術(shù)特點(diǎn)：

（1） 通訊速率1.5mbit/s

（2） 衰減總線長(zhǎng)度＜300m，增殖延遲<2000m

（3） 電報(bào)長(zhǎng)度2,4,6,8,，…32字節(jié)的用戶數(shù)據(jù),。

（4） 識(shí)別編碼（電報(bào)編碼）范圍１…4000

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

af100/mb90依靠一個(gè)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(diǎn)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(gè)解決方案（獨(dú)立和嵌入）都可用來安排af100/mb90的總線主機(jī)，當(dāng)apc開始執(zhí)行它們的應(yīng)用程序,，總線主機(jī)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(shí)間限制內(nèi)沒有被總線管理器確認(rèn),，在apc支內(nèi)的數(shù)據(jù)集功能塊將進(jìn)入錯(cuò)誤狀態(tài),。，如果系統(tǒng)只有apc站點(diǎn)，沒有masterpiece與mb90或ac450與af100相連,，應(yīng)安裝一個(gè)獨(dú)立的總線管理器。

abb dcs與傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)的,。


圖4 通訊元素

drrtra（drive transmit）元素用來傳給abb傳動(dòng)控制器給定的數(shù)據(jù)集和選擇傳動(dòng)信號(hào)的控制字和命令字信號(hào)的定義在應(yīng)用傳動(dòng)軟件說明給出,。drrtr元素能產(chǎn)生由傳動(dòng)通訊協(xié)議支持的周期信息的不同類型，發(fā)送信號(hào)的目的地由傳動(dòng)信號(hào)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(cè)出來,。

drrec（drive reciver）元素用來接收來自abb傳動(dòng)控制器的信號(hào)和控制字值這些信號(hào)的定義在應(yīng)用傳動(dòng)軟件說明給出,。drrec元素只是用傳動(dòng)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(dòng)信號(hào)和信號(hào)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(cè)到。

7 現(xiàn)場(chǎng)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(shì)

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

目前在現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展初期，大多數(shù)用戶更傾向于對(duì)他們現(xiàn)有的儀表系統(tǒng)進(jìn)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(duì)于費(fèi)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(chǎng)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(shí)用價(jià)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(yùn)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(chǎng)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(chǎng)總線系統(tǒng)將廣泛地應(yīng)用到過程工業(yè)控制中,，通過對(duì)過程控制系統(tǒng)進(jìn)行一些必要的修改,，將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)引入到dcs中，將會(huì)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(chǎng)總線系統(tǒng)來完成,，dcs系統(tǒng)仍將在許多諸如實(shí)時(shí)要求較高的控制場(chǎng)合扮演重要的角色。現(xiàn)階段現(xiàn)場(chǎng)總線與dcs系統(tǒng)的共存將使用戶擁有更多的選擇,，以實(shí)現(xiàn)更合理的控制系統(tǒng),。