DCS通信网络的研究与分析

DCS通信网络的研究与分析

杨鹏

东莞南玻太阳能玻璃有限公司 广东东莞 523000

摘要：通信网络是DCS系统极为重要的一部分，DCS系统的通信网络可划分为不同层次，每一层次的网络类型和通信速度都存在差异。在工业控制过程中，数据从现场至控制站到服务器逐层向上传输，而控制指令以及配置数据则从上至下分发。基于这一特征，在DCS通信网络设计过程中，应该加大研究力度，结合各层网络的特点，有针对性地对网络类型进行优化，提升网络通信的稳定性和可靠性，有效降低通信故障出现的概率，最大程度节约成本。

关键词：DCS；通信网络；可靠性

引 言

DCS系统属于一种分布式系统，管理比较集中，整个控制过程较为分散，需要有一个稳定的通信系统作为支撑，保证各个子系统之间可以传递大量信息和资料。因此，若想实现这一目标，必须着力于DCS通信网络稳定性和实时性的提升，科学地进行分析和研究，合理展开设计。

1、DCS通信网络的特点分析

传统的邮电通信网络，主要是将传递信息作为主要目标，效率不高。但DCS系统则不同，其展现出来的优势比较多，实时性很强，可靠性明显，能将通信网络作为基础，保证信息在传递期间的稳定性和及时性。

1.1 DCS通信网络的实时性特点

在DCS通信网络中，实时性是一项比较关键的性能指标。通常认为，常规的局域网网络资源有很高的利用率。而工业控制局域网与之相比，存在很大不同。在实际应用过程中，工业局域网对实时性有着极高要求，尤其是在响应时间方面，要求更是要快于普通局域网的百倍以上^[1]。而在这种情况下，需要将部分信道利用率牺牲掉，以便实时性能有所保障。若想实现整个通信子网实时性的目标，必须注意三方面内容。（1）在每个站中，要对时间上限值进行科学设置，确保每一次取得通信权的时间都能处于合理范围。在此期间，如果大于既定的时间，无论本次通信任务有没有完成，都要在一定时间对通信权予以释放。（2）在某一个固定时间周期内，通信子网上的任何一个站都有获取通信权的机会。基于这一特征，能确保个别站不会因为没有获得通信权而降低实时性的现象，降低实时性丧失的几率。（3）若是比较紧急的任务，其实时性的要求突然出现了上升的情况，那么则要优先获得服务，特别是对实时性有很高要求的站，必须要享有最高的优先权。

1.2 DCS通信网络的可靠性特点

对DCS通信网络而言，可靠性也是比较重要的指标。通常情况下，在对这一指标进行衡量的过程中，需要从四个方面着手。（1）故障所产生的影响不大。在DCS通信网络内部，或者挂在上面的任何一个装置有错误以及故障问题存在，除了故障装置所直接涉及某个功能外，整个系统或者其他功能不可以出现任何问题^[2]。（2）DCS通信网络在实际运行阶段，内部状态应该趋近于稳定，具有较强的差错报告能力。（3）在日常工作和运行阶段，针对出现的故障，在得到纠正之后，DCS通信网络能实现自动恢复的效果。（4）无论是哪一个站，都能为其加载、启动以及停止提供支持。因而，基于这些要求，在对DCS通信网络进行选择并设计的过程中，需要对多方面因素进行考量，包括通信负荷的大小、网络内部状态以及系统整体可靠性等，全方位地展开评价，保证最终选出来的网络结构能满足每一层的通信要求。

2、DCS通信网络的结构分析

近年来，科技进步使现代化技术得到大幅度发展，技术水平明显提升，将其运用在DCS通信网络系统中，能获得很好的成效，对系统功能的进一步健全有很大的意义，也在一定程度上增强系统运行的可靠性，让系统能处于更为安全的状态。因此，为提升DCS通信网络的运行稳定性，应该加大研究力度，对其结构加以明确，深层次分析，找出其中优势和作用。

2.1 DCS通信网络的管理层

在DCS通信网络结构中，管理层是其中比较重要的一个层次，通常将双绞线、光纤等作为通信介质。在功能上，管理层能从运行有数据服务软件的操作站上对系统过程参数进行获取，对系统运行信息进行全方位掌握，并实现向下传送信息的功能，包括管理计算机的调度指令、生产指导信息等。若是大型工业过程，借助管理层，可以对各个子系统进行协调，统一的进行调度管理，综合地加以控制。若是工厂级，依托于管理层，能实现多方面管理和调度，可以为后续的统计和决策提供精准依据^[3]。

2.2 DCS通信网络的系统层

对于DCS通信网络结构的系统层，大多是对能满足IEEE 802.3标准的工业以太网进行利用。一般而言，系统层主要是借助较高的可靠性的冗余结构以及热备份开展各项工作，使用这种结构，即便是有网络出现了失效的情况，也不会对DCS通信网络产生任何的干扰和影响。在系统网络拓扑结构类型的选择上，主要可以分为两种，一种菊花链型，另一种为星型。在一定区域范围内，各节点都会与以太网交换机连接在一起，而其他区域则可以借助多个交换机相连接。分析得知，系统网的最大通信距离与交换机个数、应用的通信介质有很大关联。系统网的运用，展现出来的优势和功能比较多，能实现各个现场控制站间的数据传输，确保大范围的协调控制需求能得到满足。同时，各个操作站之间的数据能始终保持一致，大大促进了管理效率和有效性的提高

^[4]。此外，系统网的通信介质和交换设备等，都能达到双重冗余配置的效果，极大降低了其他因素的影响，使数据包能及时准确地发送出去。

2.3 DCS通信网络的控制层

在DCS通信网络中，通常会将CAN现场总线网作为主要控制层，实时性和灵活性特征显著。CAN总线的优点非常多，通信距离长，信息传播速度快，不需要投入太高的成本，在多种工业环境下展开通信比较适合。在实际应用中，控制层可以对网络节点信息进行科学划分，使之成为不同的优先级，以便不同实时要求能得以实现。（3）对非破坏性总线仲裁技术进行合理应用，如果同时有多个节点向总线发送信息，此时，其中优先级偏低的节点能自动退出信息的发送，而对于高优先级来说，不会被干扰，能继续对数据进行传输。

2.4 DCS通信网络的设备层

设备层在DCS通信网络结构中发挥的作用很大，能对网络进行实时控制，保证信息的传送能更加高效快速。设备层的功能有很多，能实现点对点发送和广播发送，在节点出现严重错误的情况下，不会对其他节点的工作造成任何干扰。通常，设备层在信息传输期间，不需要花费太长时间，也不会被其他因素轻易干扰，整体的检错效果良好。此外，借助设备层，除了能对DCS通信网络的安全进行维护之外，也可以及时且高效的对非法信息进行截取，第一时间将预警信息发送给中控中心，然后结合实际情况，有依据地制定应对办法，使问题能在较短时间内得到解决。

结束语

综合而言，随着现代化先进技术发展速度的不断加快，工业自动化网络的发展，也要主动创新，切实做到与时俱进，加大对DCS通信网络的研究力度，合理地展开设计，并逐步朝着分布式以及立体式方向发展，对系统信息进行综合处理，从而真正达到网络自动化与管控一体化的目标。

参考文献

[1]黄天戍,李明.DCS通信网络的研究与分析[J].计算机工程,2019(07):124-125+197.

[2]陈晓丹,李廷海.电厂DCS网络监控系统的研究与设计思路分析[J].数字技术与应用,2018(11):99.

[3]李东光，唐丽洁.分布式集散控制系统（DCS）的应用以及设计思路研究[J].中国新技术新产品，2018(02):27.

[4]刘一福. DCS通信网络故障的分析及防范措施[J]. 华北电力技术,2005,(09):43-45.