1 引言

abb dcs是瑞士asea brown boveri公司（簡稱abb公司）設計開發的集散控制系統，它適用范圍廣泛，既可應用于離散制造業，如：機床、汽車、飛機制造等工業，更可應用于大中小型連續性生產的流程工業，如：石油、化工、火電機組、煉鋼、建材等工業。abb dcs系統從硬件設計到軟件設計，通信都采用國際標準。abb dcs的軟件編程語言ampl是控制系統的一種編程模式，本文介紹abb dcs的體系結構及其現場總線網絡。

2 abb dcs分布式工業控制計算機系統體系結構

abb dcs集散控制系統采用先進的微處理器（33mhz的motorola 68020和33mhz的intel80386、80486芯片）、crt圖形顯示技術、高速安全通信技術和現代控制理論，形成了以現場控制站（mp200、ac410、ac450系列和本地、遠程i/o系列）、操作員站（as500 系列）、工程師站（master aid系列）、信息管理系統站（advant station系列）、計算機和網絡接口站（master gate 系列）、計算機網絡（master bus系列）和其它計算機通信設備為基礎的，物理位置分散、系統功能分散、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絡。abb dcs的通信網絡結構分三層：（網絡結構如圖1所示）。


圖1 網絡結構圖

3 集散控制系統的特點

（1）、系統構成靈活。從總體上看，DCS就是由各個工作站通過網絡通信系統組網而成的。你可以把他現象成“因特網”。根據生產需求，你可以隨時加入或者撤去工作站。系統組態很靈活。

（2）、操作管理便捷。DCS的人機反饋都是通過CRT跟鍵盤、鼠標等實現的。你可以想象成在因特網沖浪一樣，你可以監視生產裝置乃至整個工廠的運行情況。

（3）、控制功能豐富。原先用模擬控制回路實現的復雜運算，通過高精度的微處理器來實現。

（4）、信息資源共享。你可以把工作站想象成因特網上的各個網站，只要你在DCS系統中，并且權限夠大，你就能了解到你要的任何參數。

（5）、安裝、調試方便。相比原先的模擬控制系統，那么多的飛線頭，一大堆類似頭發絲的電線。DCS系統算是很方便了。

（6）、安全可靠性高。

4 信息管理網絡層

可下聯9個控制網絡，網絡由類型為mb300的總線組成，總線傳輸速率達10mbps。

5 控制網絡層

控制網絡層由9個類型為mb300的總線組成。一個控制網絡可包括99個站（包括在局部控制網絡中的站）。在控制網絡中的每個mp200/1或ac450站都可下聯一個局部控制網絡。一個局部控制網絡可包括9個類型為mb300的總線。mb300是一個高性能、串行、同步、半雙工的大數據量高速總線。它采用ieee 802.2邏輯鏈路控制（llc）協議和ieee 802.3帶沖突檢測的載波幀聽多路存?。╟sma/cd）的介質存取控制（mac）協議，屬于ethernet型局域網，總線可帶載45個節點。在不使用中繼器時，最大通訊節點距離為500m;使用3個同軸段、4個中繼器和2個點對點鏈路時最大通訊節點距離為2500m,總線傳輸速率為10mbps。

mb300通過每一個結點實現對上位機的聯接以及與mp200等plc系統的通信。它一般遵循543規則，即由5段組成，4個中繼器（repeater）聯接，其中3段可以掛接設備，必須注意的是，只有在電纜的標記處方可通過收發器（tranceiver）掛接設備，不同的設備聯結又采用不同的聯結電纜，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米標志處，在兩個線接頭間同軸電纜段上的tranceiver 間距應為25米的整數倍，其聯接方式如圖2所示：


圖2 mb300網絡連接圖

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、細纜和光纜，作用各不相同，敷設同軸電纜時，需注意與其它信號電纜的隔離，如距離信號電纜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個撥碼開關s1、s2、s3分別用于對網絡號、節點號、協議號的設置，其中的s1低四位用于設置主/從站的選擇，高四位用于設置協議號，s2用于設置節點號，s3用于設置網絡號。當需要修改或通過故障信息找出故障原因，可以進入工程師站進行數據修改或通過故障代碼知道mb300總線的故障所在。了解影響mb300的通訊因素，針對這些因素逐一分析。

6 現場總線網絡層

6.1 mfb（master field bus）總線

mfb總線屬于現場局域網總線，它聯系于mp200、mp90、s400i/o、opc（小型控制站）及傳動系統之間。 mfb通訊總線采用同軸電纜、雙絞線，它聯接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的相關系統信息從工程師站獲得，大體順序為時間、信息型號、代碼、任務號、順序號、數據，主要它表現有以下幾種狀態。

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 :執行錯誤

代碼-4 :系統錯誤

代碼-5 :小系統站點錯誤

代碼-6 :通訊故障

代碼-9 :災難性總線故障

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apc站點之間或在apc站點與abb工業系統設備之間的通訊，mb90支持兩個不同類型的通訊、數據處理和信息發送，數據集是動態的數據，用來監視和控制某個處理過程，這個過程是服務信息用作參數化法，程序安裝、診斷。af100/mb90是一個高性能的區域總線，能夠最多連接79個apc站點。mb90最長可達300米，而如果裝備了適當的信號電纜和信號中繼器，并且在單個傳動設備之間長距離的配置是可用的，最長可達2000米?？偩€的技術特點：

（1） 通訊速率1.5mbit/s

（2） 衰減總線長度＜300m，增殖延遲<2000m

（3） 電報長度2,4,6,8，…32字節的用戶數據。

（4） 識別編碼（電報編碼）范圍１…4000

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

af100/mb90依靠一個集中的總線管理器，總線管理器功能是比較復雜的，要求也較多，例如：apc站點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之間的如何通訊變為可能，每個解決方案（獨立和嵌入）都可用來安排af100/mb90的總線主機，當apc開始執行它們的應用程序，總線主機必須是可操作的，否則，當本地配置的數據集在規定時間限制內沒有被總線管理器確認，在apc支內的數據集功能塊將進入錯誤狀態。，如果系統只有apc站點，沒有masterpiece與mb90或ac450與af100相連，應安裝一個獨立的總線管理器。

abb dcs與傳動系統（如acv700／dcv700）的通訊是依靠圖4所示drrtra（drive transmit）元素和drrec（drive reciver）元素來實現的。


圖4 通訊元素

drrtra（drive transmit）元素用來傳給abb傳動控制器給定的數據集和選擇傳動信號的控制字和命令字信號的定義在應用傳動軟件說明給出。drrtr元素能產生由傳動通訊協議支持的周期信息的不同類型，發送信號的目的地由傳動信號選擇，drrtr元素也可以寫參數，在正常階段，drrtr的過載可以被檢測出來。

drrec（drive reciver）元素用來接收來自abb傳動控制器的信號和控制字值這些信號的定義在應用傳動軟件說明給出。drrec元素只是用傳動連接協議支持的周期信息，接收數據源是通過元素輸入參數確定傳動信號和信號索引來選擇的。drrec元素也能夠訪問參數，當配置階段drrec的過載可以被檢測到。

7 現場總線集成于dcs系統是現階段控制網絡的發展趨勢

盡管用戶對控制系統的結構改進表示歡迎，但他們并不希望對他們現有的儀表系統做大的改動。

目前在現場總線的發展初期，大多數用戶更傾向于對他們現有的儀表系統進行逐步的增添和替換；另一方面，dcs系統及其儀表的消失或完全被取代，對于費用或人力而言也都是不合理的?，F階段最可行的方案是考慮如何使現場總線與傳統的dcs系統盡可能地協同工作，這種集成方案能夠得到靈活的系統組態，以適用于更廣泛的、富于實用價值的應用。

8 結束語

信息站、操作員站、mb300總線、af100（mb90）總線與控制站的相互聯接，則具體形成了的abb網絡控制系統，系統投入運行以來，工作穩定可靠，大大減少了原控制系統的現場布線，增加了系統的穩定性與可靠性，值得推廣應用。

現場總線系統將廣泛地應用到過程工業控制中，通過對過程控制系統進行一些必要的修改，將現場總線技術引入到dcs中，將會給用戶帶來大量的收益；另一方面，即使大多數的連續控制環路將由現場總線系統來完成，dcs系統仍將在許多諸如實時要求較高的控制場合扮演重要的角色?，F階段現場總線與dcs系統的共存將使用戶擁有更多的選擇，以實現更合理的控制系統。