基于以太网和现场总线的DCS在水厂中的应用

　　0 引 言

　　仪征化纤公司给水装置始建于上世纪80年代初期，数据采集设备陈旧，功能不全面。如无法实现流量累积、报表无法生成、无法自动控制，已经严重影响到正常生产和工厂的信息化管理。

　　随着计算机技术、控制技术、通信技术以及显示技术的发展及其在工业控制系统中的应用，DCS表现出十分优越的性能，将工业过程自动化提高到一个新的水平。未来的DCS将采用智能化仪表和现场总线技术，从而彻底实现分散控制，节省了大量的布线费用，提高了系统的易展性和开放性。Profibus-DP现场总线是专门为自动控制系统与设备级分散I/O之间进行通信而设计的，传输速率9.6 kbps，与每段距离有关。当距离在100 m以内时，可达12 Mbps。既有简单实用又有经济性强的特点。以太网是迄今最成功的局域网技术之一，具有传输速度高、成本低、安装方便和兼容性好等优势。鉴于给水装置控制点分散与工厂信息管理的实际，在DCS系统改造中现场级控制网络采用Profibus-DP现场总线。上位机监控网络采用工业以太网。

　　1 系统总体设计以及系统的组成

　　1.1 DCS控制系统的总体设计

　　DCS系统的体系结构如图1所示。

图1 DCS系统结构图

　　仪征化纤给水装置DCS系统结构分为两层。第一层(上位机)为工程师站和操作站，负责报表生成与打印，生产调度，温度、压力、流量等过程参数以及泵、阀门、加氯机运行状态的显示和操作，手自动切换，泵的启动与停止，工艺参数的优化和调整等;第二层(下位机)包含VO现场控制站，消防泵房、加矾加氯、生活泵房、远程调度4个远程分布式I/O控制站，负责完成现场信号的采集、工程单位变换、控制和联锁泵和阀门的启停、实现恒压供水等各项功能，并通过系统网络将数据和诊断结果传送到操作站和工程师站。

　　1.2 DCS控制系统的组成和功能

　　按照系统的总体设计方案，最终采用和利时公司的SmartPro分布式控制系统。包括4台操作员站，其中1台兼作工程师站、1台I/O现场主控制站和消防泵房、加矾加氯、生活泵房、远程调度4台分布式VO站。

　　1.2.1 DCS网络层次

　　DCS网络分为两个层次：上位机监控网络和现场级控制网络。控制网络实现现场控制站与智能I/O单元的通信，监控网络实现现场控制站与系统操作员站的通信。硬件是和利时公司基于现场总线技术的主控制器及分布式I/O系统，每个I/O模块具有独立的现场总线通信节点。

　　上位机监控网络是连接工程师站/操作员站和现场控制站等节点的实时通信网络，用于工程师站/操作站和主控单元之间的双向数据传输。采用工业以太网冗余配置，基于TCP/IP与实时工业以太网协议，通信速率为100 Mbps，传输介质为带有RJ45连接器的五类四对非屏蔽双绞线。