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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.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,这里只简单讨论了第三种情况。
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