前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了異構控制系統間數據傳輸方式與應用范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：各類控制系統由于設計理念和設計方式的不同，往往很難實現無縫融合，工廠因為功能、目的的差異，不可避免地會采用不同的控制系統如DCS、SIS系統等，而各控制系統之間又往往要涉及到數據傳輸。針對異構系統之間的數據傳輸問題，本文提出了遠程I/O、Modbus、Profibus_DP等方式，具體使用時應根據實際情況加以選擇。

關鍵詞：異構；控制系統；Modbus；遠程I/O；Profibus_DP

引言

現代工廠基本朝著大型化和高度自動化方向發(fā)展，各類先進控制系統得到廣泛應用，諸如DCS系統、SIS系統和PLC系統等已逐漸成為標配，為方便今后的統一管理和維護，控制系統的一體化設計也得到廣泛推崇，但基于工藝包、設備制造、施工進度等考慮，不可避免地帶進了很多的成套控制系統，成套系統的數據需要傳入主裝置系統監(jiān)控，這樣就帶來了各類控制系統間數據傳輸的問題。目前實現數傳傳輸的方式很多，常用的主要有遠程I/O、Modbus、Profibus_DP、OPC等4種。其中，OPC更多的用于生產控制系統與企業(yè)MES、SCADA系統間的通訊，本文主要講述前3種數據傳輸方式的應用。

1異構系統數據傳輸方式

公司下轄7個裝置，各個裝置互為獨立，主要采用的DCS控制系統有FoxboroIA、國電智深EDPF-NT、ECS-700；SIS系統有HIMA、TRICON和ICS，此外還有少量的PLC系統，主要采用以下幾種方式完成異構系統間數據傳輸。

1.1遠程I/O方式

遠程I/O方式即利用DCS系統控制器的擴展能力即帶卡能力實現遠程擴展，目前各類DCS系統、SIS系統和PLC系統都具備遠程擴展能力，通訊鏈路采用冗余光纖，控制器具有帶載能力限制，為此點數不宜過多。例如，為使天然氣管線運行平穩(wěn)及上下游裝置更好地了解其他與天然氣相關裝置的運行狀態(tài)，需將天然氣上下游裝置的運行狀態(tài)信號（包括天然氣的流量、壓力和相關動設備的啟停等參數信號）進行裝置間的互送，涉及裝置的DCS系統類型有成品罐區(qū)裝置ECS-700、公用工程ECS-700和轉化合成裝置FoxboroIA。DCS系統一般都作為主站存在，因此DCS系統之間的通訊采用常規(guī)的Modbus、Profibus_DP方式一般都難以實現。考慮點數原因采用了遠程I/O方式，即以轉化合成裝置DCS為主站，在公用工程裝置和成品罐區(qū)裝置設置遠程I/O子站，其傳輸結構如圖1所示。該方式適用于信號傳輸點較少，彼此有直接信號互傳，投資要求不大及信號參與聯鎖或控制的重要場合。遠程I/O方式在異構系統間實現信號傳輸具有較高的可靠性和擴展性，可以發(fā)揮控制作用。考慮方案是可以選擇成本較低的系統加以擴展，該方案占用各系統的I/O通道較多即DI必須對應DO，AI必須對應AO，不宜用于點數較多場合。

1.2Modbus方式

MODBUS協議具有偵錯能力強、數據傳輸量大、實時性好等特點，因而成為目前自控領域使用非常廣泛的通訊語言，目前所有主流DCS系統都支持MODBUS通訊，并開發(fā)有專用通訊模塊。MODBUS協議有兩種通訊傳輸模式：一種是ASCII模式；另一種是RTU模式。ASCII模式的主要優(yōu)點是字符發(fā)送的時間間隔可達到1s而不產生錯誤；RTU模式的主要優(yōu)點是在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數據，目前異構系統通訊常采用RTU模式。該方式主要應用在同機柜間內的DCS系統與SIS系統、CCS系統、PLC系統和智能終端間的通訊，RTU方式較為簡單，DCS作為主站，PLC等作為從站，主站即可以讀也可以寫，一般適用于在1200m內的通訊。另外，隨著以太網通訊的廣泛應用，MODBUS系列通訊協議派生出諸如以太網模式的MODBUS_TCP，TCP方式相對RTU方式可以適用于距離更遠的場合，如某裝置罐區(qū)DCS系統采用杭州優(yōu)穩(wěn)UW500系統，天然氣首站I/O數采系統采用上海微程DY系列遠程I/O數據采集盒，通訊接口為485，需要將天然氣首站溫度、壓力等相關參數傳至罐區(qū)，采用RTU方式時通訊建立不起來，后采用TCP/IP方式時通訊建立成功，結構如圖3所示。Modbus方式實際應用時往往不能用作“寫”的功能即控制作用，只在一些安全性要求不高的場合中應用，如參數的修改等，最為常見的是作為“讀”的功能即監(jiān)視作用。相對來說成本較低，可以將各類資源整合到主裝置的DCS中監(jiān)視。Modbus用在DCS與SIS、PLC等系統通訊間效果較好，通訊穩(wěn)定，但和變頻器、馬保、電氣綜保等設備通信時，通訊穩(wěn)定性一般都不理想。如某公司原設計電機運行狀態(tài)采用Modbus通訊方式與DCS通訊，但實際運行后通訊狀態(tài)時好時壞，最后還是改成硬接線的方式。

1.3Profibus_DP方式

PROFIBUS-DP總線是實現現場級控制設備數字化通信的一種工業(yè)現場層網絡通信技術，可使用一條通信電纜將現場設備（智能化、帶通信接口）連接，用數字化通信代替?zhèn)鹘y模擬量和開關量信號，完成現場設備控制、監(jiān)測、遠程參數化等功能。Profibus_DP通訊在西門子PLC系統上有著廣泛的應用，西門子控制器與各卡件之間都采用Profibus_DP通訊，包括與其它第三方設備如變頻器等均可采用Profibus_DP通訊，DCS系統同樣可以采用Profibus_DP與PLC系統通訊。以環(huán)保建材為例，DCS系統采用浙江中控ECS-700，部分成套設備采用了西門子300系列PLC，通過Profibus_DP實現了對成套設備的DCS系統控制。ECS-700系統提供COM722通訊卡實現Profibus_DP與第三方通訊，通訊結構如圖4所示。Profibus_DP與Profibus-PA、Profibus-FMS共同組成了Poflbus標準，DP型用于分散外設間的高速傳輸適合于工業(yè)自動化領域的應用，2016年國家能源局了電力行業(yè)標準《火力發(fā)電廠PROFIBUS現場總線技術規(guī)程》，2017年《石油化工PROFIBUS控制系統工程設計規(guī)范》也正式實施[1]。相對Modbus來說Profibus_DP具有更高的可靠性，具備“讀”和“寫”的功能。各大DCS廠商如艾默生、福克斯波羅等都具備Profibus_DP通訊功能，在大中型點數系統上具有更高的性價比，其可靠性相比Modbus具有較大優(yōu)勢，施工和防干擾要求較高。DP總線的應用拓展了DCS和PLC系統功能，延伸了控制能力，相比傳統控制方式而言在硬件（如I/O卡件、安全柵、繼電器等）數量與投資、安裝費用（如電纜、槽盒、橋架的用量）等方面體現了總線的優(yōu)越性[2]。

1.4OPC方式

OPC是一個開放的工業(yè)標準，采用客戶/服務器模式，源頭數據作為OPC服務器，采集方或讀取方作為客戶端，目前主要用于企業(yè)生產信息系統如MES系統、電廠SIS系統與生產過程控制系統DCS、PLC等之間的通訊，一般只做數據讀取，實時性要求不高。一個OPC服務器可以同時跟多個客戶端通訊，這種方式一般不用于DCS系統或PLC系統之間的通訊。

2結束語

異構系統之間可以采用不同的傳輸方式實現信號的互通，但具體采用何種方式不能一概而論，應結合具體的要求而定。要求帶控制功能但點數不多的建議采用遠程I/O方式，遠程鏈路冗余配置，只做監(jiān)視用Modbus和profibus_DP方式都可以；如果要求帶控制功能且點數較多的可以考慮profibus_DP方式，則更為經濟，當然要做好防干擾的措施。

參考文獻：

1陳志飛.利用MODBUS_TCP協議解決長距離通訊信號衰減的典型應用[J].儀器儀表用戶,2017,24(2).

2陳志飛.PROFIBUS-DP總線技術應用及可靠性探討[J].儀器儀表用戶,2018,25(4).

3羅紅福等編著.Profibus_DP現場總線工程應用實例解析[M].北京:中國電力出版社,2008.

作者：張東海 單位：青海桂魯化工有限公司