1 DCS系統(tǒng)的模型

　　DCS控制系統(tǒng)是控制技術(shù),、計(jì)算機(jī)技術(shù),、通信技術(shù)及圖形顯示技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其一般的體系結(jié)構(gòu)見圖1,。由圖1 DCS控制系統(tǒng)模型框圖可知,，DPU指的是分布處理單元。DCS控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分為3層：過程控制層,、監(jiān)控層和管理層,。其中過程控制層是DCS系統(tǒng)控制的基礎(chǔ)，其設(shè)備的主要功能是控制接口,、現(xiàn)場控制單元,、檢測儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu);監(jiān)控層主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、高級操作站和接口裝置構(gòu)成,，主要負(fù)責(zé)操作監(jiān)視,、系統(tǒng)報(bào)警、趨勢顯示及系統(tǒng)診斷等功能;管理層主要由管理計(jì)算機(jī)組成,，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的管理工作,。

　　DCS控制系統(tǒng)的冗余設(shè)置大部分都與過程控制層和監(jiān)控層有關(guān)，因此大部分的冗余技術(shù)都與過程控制層相關(guān),。下面結(jié)合*新的基于ARM控制器的分布式處理單元,，對DCS控制系統(tǒng)中采用的冗余技術(shù)中的分布處理單元冗余和網(wǎng)絡(luò)冗余進(jìn)行討論。

　　2 基于ARM的分布處理單元結(jié)構(gòu)

　　基于ARM的分布處理單元的結(jié)構(gòu)框圖見圖2,，這和一般的分布處理單元的結(jié)構(gòu)非常相似,。這里主要把處理單元分為6部分：ARM控制器、上層網(wǎng)絡(luò)模塊,、電源管理模塊,、存儲器模塊、低層網(wǎng)絡(luò)模塊和時鐘模塊,。ARM控制器和存儲模塊組成了*基本的嵌入式系統(tǒng),，整個DCS控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和控制策略都是在這里處理的,。上層網(wǎng)絡(luò)模塊主要是指和管理層通信的主/冗余網(wǎng)絡(luò)和一個實(shí)現(xiàn)主/冗余分布處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)，這部分的主要功能是完成管理層對DCS控制系統(tǒng)的實(shí)時檢測和實(shí)現(xiàn)主/冗余分布處理單元的數(shù)據(jù)冗余,。底層的網(wǎng)絡(luò)模塊是由分為主次的2條485網(wǎng)絡(luò)組成,，此模塊主要實(shí)現(xiàn)ARM控制器的I/O卡件之間的數(shù)據(jù)通信。存儲器模塊可分為兩部分,，一部分用來管理存放操作系統(tǒng),，另一部分用來管理存放實(shí)時數(shù)據(jù)。電源模塊和時鐘模塊分別實(shí)現(xiàn)電源的管理和時鐘的管理,。

　　3 控制器冗余

　　分布式處理單元的冗余根據(jù)冗余度可以分為冗余度為1∶1和1∶n兩種情況,。這在每個DCS廠家的產(chǎn)品中是不同的。這兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn),。這里介紹的是冗余度為1∶1的冗余設(shè)置,。

　　分布處理單元冗余度為1∶1，就是將2塊組態(tài)*一樣的控制器設(shè)置成冗余方式,。在投入運(yùn)行時,，若出現(xiàn)故障，兩分布處理單元之間能實(shí)現(xiàn)無擾動切換,，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行,。

　　本系統(tǒng)所采用的分布處理單元均帶3個網(wǎng)絡(luò)接口，其中2個網(wǎng)口分別連接到A網(wǎng)和B網(wǎng),，實(shí)現(xiàn)各工作站點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信,，第3個網(wǎng)口通過對等網(wǎng)數(shù)據(jù)連接子分布處理單元間(對等網(wǎng)數(shù)據(jù)現(xiàn)可選用光纖作傳輸介質(zhì))，用來傳輸主,、從分布處理單元之間的備份數(shù)據(jù);分布處理單元之間的狀態(tài)信息由串口傳輸。冗余分布處理單元與網(wǎng)絡(luò)的連接見圖3,。

　目前的網(wǎng)絡(luò)控制器都提供了命令,、診斷、配置和狀態(tài)寄存器,，通過讀寫這些寄存器,，便可以區(qū)分上述5種情況。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時,，各種因素都可能存在,，為了在線反映網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，每個節(jié)點(diǎn)可以設(shè)置一張網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表,，記錄各節(jié)點(diǎn)上每塊網(wǎng)卡的運(yùn)行狀態(tài),。當(dāng)某節(jié)點(diǎn)上1塊或2塊網(wǎng)卡的狀態(tài)改變時，其他節(jié)點(diǎn)應(yīng)能在盡可能短的時間內(nèi)知道,。為此,，每個節(jié)點(diǎn)的2塊網(wǎng)卡需要定時廣播1個測試包,，表明該節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)卡存在。其他節(jié)點(diǎn)收到此包時,，修改網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表中此節(jié)點(diǎn)上相應(yīng)網(wǎng)卡的狀態(tài),。然而在運(yùn)行過程中，如果某節(jié)點(diǎn)的1塊網(wǎng)卡離線,，它將既不能接收,、也不能發(fā)送。而在此之前,，它已在其他節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表上登記了,，其他節(jié)點(diǎn)將認(rèn)為該網(wǎng)卡存在且正常，顯然沒有反映網(wǎng)卡運(yùn)行的真正狀態(tài),。為了準(zhǔn)確反映網(wǎng)卡的狀態(tài),，每個節(jié)點(diǎn)的2塊網(wǎng)卡定時廣播測試包的同時，將本節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表中所有網(wǎng)卡狀態(tài)計(jì)數(shù)加1,，直到*大值LIMIT,。每當(dāng)收到某節(jié)點(diǎn)的測試包時，將該節(jié)點(diǎn)相應(yīng)網(wǎng)卡的狀態(tài)計(jì)數(shù)清為0,。這樣,，保證狀態(tài)數(shù)小于*大值LIMIT和定時廣播周期就可以在線實(shí)時監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，準(zhǔn)確反映節(jié)點(diǎn)所處的狀態(tài),。在2個網(wǎng)絡(luò)之間還可以添加具有路由功能的網(wǎng)間傳輸設(shè)備,，當(dāng)2個網(wǎng)絡(luò)同時出現(xiàn)故障時，網(wǎng)間傳輸設(shè)備也能自動尋找可行路徑,，組成1個環(huán)路,，保持系統(tǒng)的正常通信。

　　對于測試包的廣播,，只要本節(jié)點(diǎn)上的網(wǎng)卡在線運(yùn)行,，即從相應(yīng)的鏈路發(fā)送，測試包發(fā)送完畢之后,，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表,，可以選擇一條正常運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)數(shù)較少的，負(fù)荷較輕的鏈路,，用于數(shù)據(jù)包發(fā)送,。雙網(wǎng)的工作流程見圖4。

6ES7   307-1BA01-0AA0電源模塊(2A)6ES7 307-1EA01-0AA0電源模塊(5A)6ES7 307-1KA02-0AA0電源模塊(10A)CPU
6ES7   312-1AE13-0AB0CPU312,，32K內(nèi)存6ES7 312-1AE14-0AB0
6ES7 312-5BE03-0AB0
6ES7312-5BF04-0AB0CPU312C,，32K內(nèi)存   10DI/6DO6ES7 313-5BF03-0AB0
6ES7313-5BG04-0AB0CPU313C，64K內(nèi)存   24DI/16DO / 4AI/2AO6ES7 313-6BF03-0AB0
6ES7313-6BG04-0AB0CPU313C-2PTP,，64K內(nèi)存   16DI/16DO6ES7 313-6CF03-0AB0
6ES7313-6CG04-0AB0CPU313C-2DP,，64K內(nèi)存   16DI/16DO6ES7 313-6CF03-0AM0CPU313C-2DP,，64K內(nèi)存   16DI/16DO組合件（6ES7 313-6CF03-0AB0+6ES7 392-1AM00-0AA0）6ES7 314-1AG13-0AB0CPU314,96K內(nèi)存6ES7 314-1AG14-0AB0CPU314,128K內(nèi)存6ES7 314-6BG03-0AB0
6ES7314-6BH04-0AB0CPU314C-2PTP   96K內(nèi)存 24DI/16DO / 4AI/2AO6ES7 314-6CG03-0AB0
6ES7314-6CH04-0AB0CPU314C-2DP   96K內(nèi)存 24DI/16DO / 4AI/2AO6ES7 314-6EH04-0AB0CPU314C-2PN/DP   192K內(nèi)存/24DI/16DO/ 4AI/2AO6ES7 314-6CG03-9AM0CPU314C-2DP   96K內(nèi)存 24DI/16DO / 4AI/2AO組合件(6ES7 314-6CG03-0AB0+6ES7 392-1AM00-0AA0*2)6ES7 315-2AG10-0AB0CPU315-2DP,   128K內(nèi)存6ES7 315-2AH14-0AB0CPU315-2DP,   256K內(nèi)存6ES7 315-2EH13-0AB0
6ES7315-2EH14-0AB0CPU315-2   PN/DP, 256K內(nèi)存6ES7 317-2AJ10-0AB0
6ES7317-2AK14-0AB0CPU317-2DP,512K內(nèi)存6ES7 317-2EK13-0AB0
6ES7317-2EK14-0AB0CPU317-2   PN/DP,1MB內(nèi)存6ES7 318-3EL00-0AB0
6ES7318-3EL01-0AB0CPU319-3PN/DP,1.4M內(nèi)存

PLC也是基于計(jì)算機(jī)的技術(shù)，并日益完善,。故它也*可以用于數(shù)字量控制,。

PLC可接收計(jì)數(shù)脈沖，頻率可高達(dá)幾k到幾十k赫茲,?？捎枚喾N方式接收這脈沖，還可多路接收,。有的PLC還有脈沖輸出功能,，脈沖頻率也可達(dá)幾十k。有了這兩種功能,，加上PLC有數(shù)據(jù)處理及運(yùn)算能力,，若再配備相應(yīng)的傳感器（如旋轉(zhuǎn)編碼器）或脈沖伺服裝置（如環(huán)形分配器、功放,、步進(jìn)電機(jī)）,，則*可以依NC的原理實(shí)現(xiàn)種種控制。

高,、中檔的PLC,，還開發(fā)有NC單元，或運(yùn)動單元,，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制,。運(yùn)動單元還可實(shí)現(xiàn)曲線插補(bǔ)，可控制曲線運(yùn)動,。所以,，若PLC配置了這種單元，則*可以用NC的辦法,，進(jìn)行數(shù)字量的控制,。

新開發(fā)的運(yùn)動單元，甚至還發(fā)行了NC技術(shù)的編程語言,，為更好地用PLC進(jìn)行數(shù)字控制提供了方便。

3.4用于數(shù)據(jù)采集

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展,，其數(shù)據(jù)存儲區(qū)越來越大,。如德維森公司的PLC，其數(shù)據(jù)存儲區(qū)（DM區(qū)）可達(dá)到9999個字,。這樣龐大的數(shù)據(jù)存儲區(qū),，可以存儲大量數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集可以用計(jì)數(shù)器,，累計(jì)記錄采集到的脈沖數(shù),，并定時地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去,。

數(shù)據(jù)采集也可用A/D單元，當(dāng)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后,，再定時地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去,。

PLC還可配置上小型打印機(jī)，定期把DM區(qū)的數(shù)據(jù)打出來,。

PLC也可與計(jì)算機(jī)通訊,，由計(jì)算機(jī)把DM區(qū)的數(shù)據(jù)讀出，并由計(jì)算機(jī)再對這些數(shù)據(jù)作處理,。這時,，PLC即成為計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)終端。