1提高DCS通讯系统可靠性的主要措施
　　随着电厂自动化水平的进一步提高，DCS系统在整个生产过程系统中越来越发挥关键作用，因此对其稳定性和可靠性的要求越来越高，现在对整个DCS系统的可靠性已经要求达到99．9％以上，而通讯系统作为DCS系统的关键子系统，其可靠性和实时性直接影响整个DCS系统。因此，为了有效提高DCS通讯系统的可靠性，DCS厂商常常采用了以下措施：
　　1）冗余配置。现在所有电厂DCS系统骨干通讯网络一般都采取了冗余配置，有些还实现了多重冗余，这样通讯网络可以保持高可用性。
　　2）使用光纤作为传输媒介。众所周知，光纤不仅具有传输距离远、通讯带宽大和耐腐蚀等显著优点，而且还具有抗电磁干扰能力强和传输误码率低等突出优势，而这些是铜缆和双绞线等常规传输媒介所无法比拟的，因此近年来在通讯系统、自动化系统的骨干通讯网络中逐渐得到了广泛使用。可以预言，随着光纤产品价格的进一步下降和DCS系统物理分散发展需要，光纤的使用将继续扩大。
　　3）网络的解藕配置。该措施不仅有效隔离了各层数据流量，提高通讯实时性，而且也
　　隔离通讯故障，将故障的影响尽可能地限制在最小范围内，从而提高整个通讯系统
　　的可靠性，更详细的讨论可以参见下一部内容。
　　4）网络故障下的自动无扰切换。所有DCS通讯系统都具有在线监测功能，一旦工作通讯网络发生故障，系统将自动切换到处于热备状态的冗余网络上，保证整个系统的连续无扰运行，在有些系统中，冗余网络之间周期性地切换，以防止热备网络出现错误时未被及时发现，从而失去热备作用。
　　5）数据完整性校验和自动重发功能。在大多数系统中，在所有数据报文的发送前和接收后都进行数据完整性（如CRC方式），一旦发生错误，将自动引发数据重发功能。
　　6）故障站的自动脱离和旁路。任何一个节点的故障都不会影响整个网络的通讯畅通，该故障节点应该自动脱离和旁路。一旦故障排除，该节点能够自动恢复整个网络的数据通讯。
　　7）通讯处理器和控制处理器分离。在一些系统中，控制处理器和通讯处理器是完全两个独立的处理器，二者各司其职，不存在相互影响，这样即可以确保控制单兀的控制算法的响应速度，同时又可以保证网络通讯的实时性和安全性，避免因网络通讯故障导至控制响应速度变慢或者因控制算法复杂而影响网络的有效传输。
　　除此之外，采用开放性的网络拓扑结构和通讯协议也是提高整个系统可靠性的重要措施。在早期DCS系统中，由于普通网络系统和通讯协议很难满足要求，许多厂商都开发了专有通讯系统和专用通讯协议，但其最大缺点就是其专用性，厂商之间相互封闭，其可靠性需要厂商自己不断完善和发展，因此导致开发成本很高。随着计算机网络技术的迅猛发展，IEC8802.x，（（与人们熟悉的IEEE802.x标准相对应）系列标准相继推出控制工程网版权所有，通用计算机网络的性能和可靠性不断提高，而价格迅速下降。在这种趋势下，主要DCS厂商都纷纷放弃发展自己独有网络产品的做法，转而采用通用计算机网络结构和相关软硬件产品。在这方面最为典型的例子就是FDDI网络在控制网络中的使用，由于FDDI被设计用于骨干高速网络，与生俱来的双环拓扑结构使其不仅具有冗余特性，而且具有容错特点，即使在双环同时断开时仍然能够维持整个系统的正常通讯www.cechina.cn，这些FDDI标准特性使得厂商不需要自己单独设计冗余控制网络之间的无扰切换系统。与此同时，由于FDDI网络被设计用于骨干网，因此具有大量标准硬件与常规的以太网和令牌网等互连，从而具有很好的开放性和很高的可靠性。
　　开放型网络给DCS厂商带来的最大好处就是系统的开放性和可靠性得到显著增强，这是因为通讯领域专业领导厂商的技术力量雄厚，其通讯系统软硬件产品的可靠性和开放性在长期使用中得到了充分验证。通过采用开放型通讯系统，DCS系统提供了不同厂商软硬件产品互操作的可能性，有利于用户在更大范围内自由选择相关产品从而达到更优的性能价格比。最为成功的例子就是现场总线技术的出现和以太网技术在工业控制中的应用。可以说，DCS系统的开放性也逐渐成为一个越来越重要的指标。采用开放型系统还有一个附加好处，那就是有效降低了厂商的研发成本，加速了产品的更新换代。
　　2DCS通讯网络的分层结构
　　2．1分层结构的优缺点
　　经过大量分析发现，基于开放性、可靠性和传输实时性考虑，目前各DCS系统的通讯网络毫无例外地采用分层结构，过程采集数据上传，控制数据下传，不同层次的通讯网络可以根据实际需要采用不同的拓扑结构和不同的通讯协议，各个层次的相互配合共同构成整体通讯体系。从目前来看，各DCS系统一般存在有车间级的现场总线通讯网络或者远程通讯网络、电子设备间的控制网络和控制室内的操作管理网络，如图1所示，按此配置典型的系统有ABB公司的PROCONTROLP、西门子公司的TELEPERMXP、日立公司的HLACS5000、贝利公司的Svmphony和Honeywell公司的TDC3000。为了简化系统分层结构，有些系统将控制网络和操作管理网络合并为一个网络，如西屋公司的OVATION、FOXBORO公司的I／A和MCS公司的MAXl000+。需要说明的是，图1只是示意图，各层网络拓扑结构可以是环型、总线型和星型任何一种。

　　在DCS通讯系统分层结构中，现场总线层用于连接现场智能仪表，远程总线则用于连接远程I／O机柜，控制网络层主要用于各控制器和过程数据服务器之间的通讯，操作管理网络层用于操作员站、工程师站和过程数据服务器之间的通讯。至于全厂信息管理层（MIS）则主要用于全厂的生产管理、优化调度和人事管理等。由于MIS网一般都不采取冗余配置，并且相对布线复杂，可靠性相对较低，因此目前电厂自动化专家提议在操作网络和MIS网之间再增设一个实时监控信息网（SIs），专用于挂接厂级公用系统、各机组DCS系统和负荷分配站等，以用于多机组的实时监控和优化调度。除此之外，各自动化机柜内也有内部通讯网络，不同系统差别较大，但一般都采用确定性的主从式通讯网络或者令牌通讯网络，这里就不再讨论。
　　考虑到大多数数据都只需要在底层网络中传输，只有少数需要通过上层网络进行跨网络传输，因此，将整个通讯系统合理分层后，一方面可以合理隔离各层的网络通讯量，有利于提高各层通讯的实时性，另一方面也有利于网络的可靠性，通过分层可以有效隔离各层网络通讯故障，例如操作管理网络的故障不会波及到控制网络的正常运行。采用分层结构还有一个优点，那就是DCS厂商可以根据需要选择合理的网络拓扑结构和通讯协议，在满足整个通讯系统实时性和可靠性的基础上最大限度地降低成本，从而提高整个系统的竞争力，例如在图1操作网络层通过采用流行的标准工业以太网结构和TCP／IP通讯协议，有效提高了系统的开放性，与此同时，由于以太网非常便宜，因此使整体成本有效降低。需要注意的是，在这种分层体系中，连接不同网络之间的通讯装置的可靠性就成为一个关键因素，在可能的情况下选用高质量的标准网关。
　　2．2通过分段进一步提高通讯效率
　　由于以太网在重负荷下的低效率，应特别注意有效降低以太网的通讯负荷，尤其是在控制层使用以太网结构时。与控制网络相比，虽然操作层网络的实时性要求要低得多（一般来讲，由于人的视觉影响，操作画面数据刷新速度不宜高于1秒，否则操作人员容易疲劳），但是以太网由于具有传输不确定性的固有缺点，有效降低其通讯负荷总是有益的，为此可以采用三种办法，首先是采用更高速的以太网，譬如100Mbps快速以太网；其二是采用交换式以太网代替共享式以太网，以避免碰撞域，从而提高传输效率，典型代表就是MCS公司的MAX1000+系统；其三就是采用合理分段技术。这三种方法都各有其特点，在现有DCS中都得到了体现，鉴于前两种方法大家已经熟悉，这里就不再赘述www.cechina.cn，这里只简单讨论了第三种情况。
　　由于图]所示分层网络体系中一般都采用了双服务器和多操作员站的配置，因此可以将操作管理网络人为划分为两个相对独立的以太网，两个网络通过网桥连接，两个服务器分别挂接在两个以太网上，而操作员站则平分在两个网络上，例如目前一般一套机组DCS配有5个操作员站，因此可以按2、3分布，如图2所示。这样，在正常情况下，每个服务器都只服务与各自对应的操作员站，从而减少了网络传输负荷和服务器负荷，可以显著提高系统的响应速度度。如果出现异常情况，譬如一台服务器瘫痪，那么通过网桥两个以太网又成为一个整体，此时工作的服务器同时服务于所有操作员站CONTROL ENGINEERING China版权所有，此时虽然响应速度稍微慢一些，但是完全不影响正常使用。采用这种方法不仅充分利用了两台服务器，而且只增加一个网桥的情况下就可以明显改变系统响应速度，因此是一种“低投入，高回报”的解决方案。根据作者的了解，目前贝利公司的SYMPHONY、ABB公司的PROCONTROI。P和日立公司的HIACS5000+都采用了该措施。

　　采用上述方案后，操作管理网络的通讯效率和可靠性都得到了较大提升。其实类似的分段措施在控制网络层也有使用，最典型的就是在日立公司的HIACS3000／5000系统和FOXBORO公司的I/ASeries系统，其示意图如图3所示，此时控制层网络按照系统划分为燃烧系统、汽水系统和给水系统等。通过划分，各个控制网络段的通讯负荷有效降低，通讯实时性大大提高，可靠性也得到显著改善。但是需要注意的是，采用这种方式时，控制网络段的划分和控制机柜的合理分布非常关键，在可能的情况下，将数据交换频繁的控制机柜放在同一控制网络段上可以大大改善通讯实时性。例如根据日立公司提供的相关资料，在日立HIACS3000／5000系统中，机柜内数据传输周期为lOOms，而同一控制网络上控制机柜数据交换需要200ms，如果需要在不同控制网络上控制机柜之间交换数据则需要400ms时间。采用这种方式的潜在优点就是可以更好地实现控制机柜的物理分散控制工程网版权所有，因为控制网络段可以根据需要加以灵活配置，这在FOXBORO公司的DCS实际应用系统中得到了较好的体现。
　　3结论
　　DCS数据通讯网络是一个十分复杂的系统，其可靠性和实时性一直是一个非常重要的问题，一直是各DCS厂商不断发展完善的重要指标。本文仅仅根据相关资料从理论上进行了一些总结，并不能完全说明各系统的可靠性，这是因为通讯系统的可靠性在很大程度上不仅与其它系统的可靠性紧密相关，而且与各DCS厂商的硬件制造技术同样关系重大。