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摘 要：分散型控制系统（DCS）是以微处理机为基础，以危险分散控制、操作和管理集中为特性，集先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术，即4C技术于一体的新型控制系统。本文对该网络结构的组成、特点、发展等谈了自己的认识。
关键词：DCS网络；结构；组成特点；发展；方向
随着现代计算机和通讯网络技术的高速发展，DCS正向着多元化、网络化、开放化、集成管理方向发展，使得不同型号的DCS可以互连，进行数据交换，并可通过以太网将DCS系统和工厂管理网相连，实现实时数据上网，成为过程工业自动控制的主流。
一、DCS通讯结构的组成
DCS主要分为三大部分：带I/O部件的控制器、通讯网络和人机接口（HMI）。控制器I/O部件直接与生产过程相连，接收现场设备送来的信号；人机接口是操作人员与DCS相互交换信息的设备；通讯网络将控制器和人机接口联系起来，形成一个有机的整体。从某种意义上说，控制器是“心脏”；人机接口是“眼睛”；通讯网络则是“神经网络”。
二、DCS 通讯网络的特点与通讯介质
1、特点。 通讯网络是DCS的重要支柱，它是一个高通讯速率、低误码率、快速响应的局部网络，具有组织灵活、易于扩展、资源共享的特点，然而DCS完成的是工业控制，因此它与一般的办公室用局部网络有所不同，具有如下的特点：
(1) 具有快速的实时响应能力，一般办公室自动化计算机局部网络响应时间为2-6s，而它要求0.01-0.5s。
(2) 具有极高的可靠性，必须连续、准确运行，数据传送误码率低于10-8―10-11，系统利用率在99.999%以上。
(3) 适合于在恶劣环境下工作，能抗电源干扰、雷击干扰、电磁干扰和低电位差干扰。
(4) 分层结构，为适应DCS的分层结构，其通讯网络也必须具有分层结构，如分为现场总线、车间级网络系统、工厂级网络系统等不同层次。
2、介质。
通讯介质又称为传输介质或信道，它是连接网上站或结点的物理信号通路，主要有双绞线、同轴电缆、光导纤维三种。最早的DCS采用双绞线或同轴电缆，传输速率在1Mbps以下，目前的DCS主要采用同轴电缆或光纤，通信速率为1-10Mbps。
(1) 双绞线。
把两根平行导线按一定节距绞合在一起的信号线。双绞线最大带宽为100KHz―1MHz,，其传输速率低于2Mbps，传输距离可达15Km或更长。这种把多股导线封装在屏蔽护套内构成一根电缆的结構，能较好地抑制电磁感应干扰，但由于双绞线有较大的分布电容，故不宜传输高频信号。
(2) 同轴电缆。
由中心导体，固定中心导体的电介质绝缘层、外屏蔽层导体和外绝缘层构成，它又分基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种，它们的传输速率可分别达到10Mbps和50Mbps，传输距离为几公里和数十公里，同轴电缆的抗干扰性较双绞线好，它可传输高频和中频信号。
(3) 光导纤维。
网络信息经光电转换器变换成光信号，在光缆中进行传输，光信号在光纤中的传输速率大约是电信号在铜导线中传输速率的2/3，因此光纤缆传输的延迟就大些，但光导纤维不受电磁场的影响，适用于特别恶劣的环境，由于造价昂贵，目前尚未被广泛采用。
三、 网络的结构形式
网络结构又称网络拓扑，它是指网络结点的互连方式，在DCS中通常有总线型、环型、星型三种。总线型在逻辑上也是环型的，星型通常只用于小系统。
1、总线型网络。
所有结点都挂接在总线上，为控制通讯，有的设有通讯控制器，采取集中控制方式；有的把通讯控制功能分设在各通讯接口中，称为发散控制方式。总线型通讯网络的性能主要取决于总线的“带宽”、挂接设备的数目及总线访问规程。总线型网络结构简单，系统可大可小，扩展方便，易设置备用部件，安装费用低，某设备故障不会威胁整个系统，是目前广泛采用的一种网络结构。如TDC-3000、Centum CS-3000等为双总线型网络。
2、环型网络。
网上所有结点都通过点对点链路连接，并构成一封闭环，工作站通过结点接口单元与环相连，数据沿环单向或双向传输，当然在双向传输时须考虑路径控制问题。环型结构的突出优点是结构简单，控制逻辑简单，挂接或摘除结点也比较容易，系统的初始开发成本以及修改费用较低，环型结构的主要问题是可靠性较差，当结点处理机或数据通道出现故障时，会给整个系统带来威胁，虽可通过增设“旁路通道”或采用双向环形数据通道等措施加以克服，但增加了系统的复杂性。如Advant-500、MOD-300、INFI-90等采用双环冗余网络。
3、星型网络。
星的中心为主结点，其他为从结点，网上各从站间交换信息都要通过主站，这种拓扑结构体现了一种集中式通讯控制策略，主结点负责全部信息的协调和传输，一旦发生故障，殃及整个网络。为了提高可靠性，主结点采用冗余结构，使系统投资较大。如JX-300等采用星型网络。
四、DCS通讯网络结构的发展方向
未来的DCS系统通讯网络将向以下方向发展：
1、DCS系统的通信功能发展与全厂管理网络技术相融合，逐渐实现通信网络由多重化结构向扁平化过渡。
2、实现完整的统一的数据通信标准，国际标准化组织（ISO）提出的开放系统互联（OSI）参考模型即ISO/OSI 7层模型，规定了通信过程分段和网络功能分层，DCS通信标准化或开放性。
3、采用数字通信技术，控制站内采用站内通信总线及远程I/O总线，以及控制站内增加PLC、分析仪表及现场智能仪表的接口卡，使DCS与现场仪表之间的接线减少，并对现场仪表进行设备管理，这为DCS的向下兼容并与现场总线通信技术融合。
4、系统的开放性加强，使DCS与CIPS系统的调度层、管理层、决策层进行无缝连接，将DCS的相关信息上传，使其实时数据库、历史数据库为上述三层所共用，避免重复建库，为先进控制和优化控制建好平台，与上层的关系数据库共享数据，真正实现管控一体化。
关键词：DCS网络；结构；组成特点；发展；方向
随着现代计算机和通讯网络技术的高速发展，DCS正向着多元化、网络化、开放化、集成管理方向发展，使得不同型号的DCS可以互连，进行数据交换，并可通过以太网将DCS系统和工厂管理网相连，实现实时数据上网，成为过程工业自动控制的主流。
一、DCS通讯结构的组成
DCS主要分为三大部分：带I/O部件的控制器、通讯网络和人机接口（HMI）。控制器I/O部件直接与生产过程相连，接收现场设备送来的信号；人机接口是操作人员与DCS相互交换信息的设备；通讯网络将控制器和人机接口联系起来，形成一个有机的整体。从某种意义上说，控制器是“心脏”；人机接口是“眼睛”；通讯网络则是“神经网络”。
二、DCS 通讯网络的特点与通讯介质
1、特点。 通讯网络是DCS的重要支柱，它是一个高通讯速率、低误码率、快速响应的局部网络，具有组织灵活、易于扩展、资源共享的特点，然而DCS完成的是工业控制，因此它与一般的办公室用局部网络有所不同，具有如下的特点：
(1) 具有快速的实时响应能力，一般办公室自动化计算机局部网络响应时间为2-6s，而它要求0.01-0.5s。
(2) 具有极高的可靠性，必须连续、准确运行，数据传送误码率低于10-8―10-11，系统利用率在99.999%以上。
(3) 适合于在恶劣环境下工作，能抗电源干扰、雷击干扰、电磁干扰和低电位差干扰。
(4) 分层结构，为适应DCS的分层结构，其通讯网络也必须具有分层结构，如分为现场总线、车间级网络系统、工厂级网络系统等不同层次。
2、介质。
通讯介质又称为传输介质或信道，它是连接网上站或结点的物理信号通路，主要有双绞线、同轴电缆、光导纤维三种。最早的DCS采用双绞线或同轴电缆，传输速率在1Mbps以下，目前的DCS主要采用同轴电缆或光纤，通信速率为1-10Mbps。
(1) 双绞线。
把两根平行导线按一定节距绞合在一起的信号线。双绞线最大带宽为100KHz―1MHz,，其传输速率低于2Mbps，传输距离可达15Km或更长。这种把多股导线封装在屏蔽护套内构成一根电缆的结構，能较好地抑制电磁感应干扰，但由于双绞线有较大的分布电容，故不宜传输高频信号。
(2) 同轴电缆。
由中心导体，固定中心导体的电介质绝缘层、外屏蔽层导体和外绝缘层构成，它又分基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种，它们的传输速率可分别达到10Mbps和50Mbps，传输距离为几公里和数十公里，同轴电缆的抗干扰性较双绞线好，它可传输高频和中频信号。
(3) 光导纤维。
网络信息经光电转换器变换成光信号，在光缆中进行传输，光信号在光纤中的传输速率大约是电信号在铜导线中传输速率的2/3，因此光纤缆传输的延迟就大些，但光导纤维不受电磁场的影响，适用于特别恶劣的环境，由于造价昂贵，目前尚未被广泛采用。
三、 网络的结构形式
网络结构又称网络拓扑，它是指网络结点的互连方式，在DCS中通常有总线型、环型、星型三种。总线型在逻辑上也是环型的，星型通常只用于小系统。
1、总线型网络。
所有结点都挂接在总线上，为控制通讯，有的设有通讯控制器，采取集中控制方式；有的把通讯控制功能分设在各通讯接口中，称为发散控制方式。总线型通讯网络的性能主要取决于总线的“带宽”、挂接设备的数目及总线访问规程。总线型网络结构简单，系统可大可小，扩展方便，易设置备用部件，安装费用低，某设备故障不会威胁整个系统，是目前广泛采用的一种网络结构。如TDC-3000、Centum CS-3000等为双总线型网络。
2、环型网络。
网上所有结点都通过点对点链路连接，并构成一封闭环，工作站通过结点接口单元与环相连，数据沿环单向或双向传输，当然在双向传输时须考虑路径控制问题。环型结构的突出优点是结构简单，控制逻辑简单，挂接或摘除结点也比较容易，系统的初始开发成本以及修改费用较低，环型结构的主要问题是可靠性较差，当结点处理机或数据通道出现故障时，会给整个系统带来威胁，虽可通过增设“旁路通道”或采用双向环形数据通道等措施加以克服，但增加了系统的复杂性。如Advant-500、MOD-300、INFI-90等采用双环冗余网络。
3、星型网络。
星的中心为主结点，其他为从结点，网上各从站间交换信息都要通过主站，这种拓扑结构体现了一种集中式通讯控制策略，主结点负责全部信息的协调和传输，一旦发生故障，殃及整个网络。为了提高可靠性，主结点采用冗余结构，使系统投资较大。如JX-300等采用星型网络。
四、DCS通讯网络结构的发展方向
未来的DCS系统通讯网络将向以下方向发展：
1、DCS系统的通信功能发展与全厂管理网络技术相融合，逐渐实现通信网络由多重化结构向扁平化过渡。
2、实现完整的统一的数据通信标准，国际标准化组织（ISO）提出的开放系统互联（OSI）参考模型即ISO/OSI 7层模型，规定了通信过程分段和网络功能分层，DCS通信标准化或开放性。
3、采用数字通信技术，控制站内采用站内通信总线及远程I/O总线，以及控制站内增加PLC、分析仪表及现场智能仪表的接口卡，使DCS与现场仪表之间的接线减少，并对现场仪表进行设备管理，这为DCS的向下兼容并与现场总线通信技术融合。
4、系统的开放性加强，使DCS与CIPS系统的调度层、管理层、决策层进行无缝连接，将DCS的相关信息上传，使其实时数据库、历史数据库为上述三层所共用，避免重复建库，为先进控制和优化控制建好平台，与上层的关系数据库共享数据，真正实现管控一体化。