DCS系统中的通讯方式问题探讨

电力18讯：    作者：杨向东　

摘要　本文以Foxboro公司I/A’s为例，讨论了在DCS系统中实现通讯的三种方法：利用专门硬件实现、利用专业通讯软件实现、以及自行开发通讯软件，并着重对自行开发的通讯软件的一些方法、C函数进行了描述。通过几种实现方法优缺点的比较，为用户在选择通讯方式时提供参考。
关键词　通讯方式，DCS，实时数据，安全性
       一. 简介
       随着我国工业的自动化整体水平的提高，企业中的控制系统及控制设备的种类也越来越多；同时，随着市场经济的发展，各个企业也对DCS系统的要求也越来越高，除了要满足常规的控制以外，还要求DCS系统能将控制系统的各个运行参数实时传送到上位的MIS系统或SIS系统中去，进行数据后处理加工、共享、性能优化。所有的这些，都对DCS系统提出了通讯问题，包括和其它DCS或PLC的通讯、以及与上位机的通讯。
在谏壁发电厂的四台300MW机组（7#、8#、9#、10#）的DCS改造中，全部采用的Foxboro公司的I/A’s系统，与I/A’s通讯的装置有893类智能数据采集前端、锅炉高过壁温分析系统、基于PC机的实时报表数据库系统、PI海量数据库（SIS系统），几乎涵盖了DCS系统与其他系统进行通讯的所有方式：使用专业通讯硬件实现通讯、使用专业通讯软件实现通讯、自行开发通讯程序（包括：串口通讯、TCP/IP通讯、FTP通讯、基于TCP/IP的MODBUS协议通讯）。
下面，将对以上几种通讯方式的实现做一个简单介绍并比较，给出在选择通讯方式时的几点建议。
       二. 利用硬件实现通讯
       对于市场上广泛使用的A-B公司PLC产品，Foxboro公司专门开发专用的通讯硬件--集成在I/A’s中的AB-STATION，通过AB-STATION，在I/A’s中可以直接对A-B的PLC进行管理、组态、通讯及数据采集监视，使整个系统既具有PLC快速的优点，又具有DCS系统友好的人机界面，强大的数据库管理的优势。
对于工业界广泛采用的MODBUS协议（含ASCII协议及RTU协议），Foxboro公司开发了多种符合MODBUS协议的硬件，主要有：MODBUS GATEWAY, MODBUS GATEWAY PLUS，适用于RS-232通讯及RS-485通讯，并可以选择做为仆方或主方。采用专门的通讯硬件，可以与一切提供MODBUS协议通讯接口的设备进行通讯，包括其它公司的DCS系统、PLC产品等。在上海Foxboro公司所实施的大部分需要进行通讯的项目中均采用这种方式。
除以上两种专门通讯硬件外，Foxboro公司还有一个可以自定义协议的通讯硬件―FOREIGN DEVICE INTIGRATOR 30（设备集成器30）。使用此通讯硬件，需要通讯的双方只要定义好通讯数据包格式（包括数据包报头信息、数据格式、数据包报尾信息）和通讯参数（包括起始位、停止位、数据位、波特率）即可实现通讯。在镇江电厂项目中，上海Foxboro公司就采用这个方法实现了与GE PLC及无锡阳山智能数据采集前端的通讯，大大减少了用户的投资。
此外，对于市场上使用较多的PLC和DCS产品，Foxboro公司提供专门的通讯软件进行通讯。
以上所有的通讯方式所采用的硬件是一样的：通讯处理机30（COMMUNICATION PROCESSOR 30），不同之处在于所选用的通讯软件不一样。
对于MODBUS协议，采用的波特率通常为9600bps，因此每秒所能通讯的数据包是有限制的。
对于MODBUS协议，如果MODBUS设备不同，每个通讯包所能通讯的量是不一样的，通常使用的548设备可以通讯到256个字节，亦即128个模拟量或2048个数字量。
标准的MODBUS通讯帧格式为：“〈仆方地址〉〈功能码〉〈起始地址〉〈数据传送量〉〈校验码〉”。对于不同的设备具有不同的MODBUS地址；同一设备，不同数据类型（外部寄存器、内部寄存器、外部保持线圈、内部保持线圈等）具有不同的功能码；同一数据类型，读/写操作不同时，也具有不同的功能码。
因此，在考虑MODBUS协议通讯时，不能只看有多少个模拟量/数字量，而必须同时考虑：有多少个设备，每个设备的通讯模拟量/数字量数据有多少，数据是否双向传送，通讯速率为多少。综合考虑以上因数后，计算出需要多少个通讯处理器。
需要强调的是：Foxboro公司的硬件通讯产品COMM30与许多公司的硬件通讯方式通过采用插在工程师站/操作员站主板上的串口通讯卡实现不同，Foxboro公司的COMM30具有专用的CPU芯片，独立于工程师站及操作员站运行，是控制网络中一个独立的处理站，即使在工程师站/操作员站死机时仍能保证通讯的正常运行，这在参与控制的通讯（如与定排程控、吹灰程控等）中显的尤为重要。
       三.   用专业通讯软件实现通讯
       专业的通讯软件主要分为两类：一类实现数据的实时采集与传送，另一类实现流程画面的实时传送。
       3.1 数据的实时采