關于集散控制系統互相通訊的應用

趙弘遠

摘要：同一品牌的集散控制系統（DCS）在兩個工廠之間進行互相通訊，需要從儀表設計、信號分配、軟件授權管理、系統組態等多方面提前規劃，并針對測試過程中會出現的問題進行預評估。本文以某DCS為例，簡要介紹了兩個工廠的DCS通過RS485協議進行雙向通訊的應用實例。

關鍵詞：DCS;RS485;雙向通訊

1.背景

在目前新型的獨立的煉化一體化工廠中，煉油裝置與化工裝置之間相互進行物料輸送的數據，一般僅作為物料平衡和生產管理使用，數據上以一側為準，最終會上傳到同一個數據庫平臺或生產管理系統，原則上不需要相互確認和驗證。但針對兩個工廠作為兩個獨立主體，那么相互間輸送物料就是屬于貿易交接，實時的數據傳輸對于物料的收發雙方都會直接或間接影響一方自身的生產管理，而貿易計量級的儀表也需要將累積量等數據通過類似RS485的通訊方式直接上傳到DCS系統，用于上傳周期性的貿易計量數據。同時，買方還需要設置復核計量儀表進行比對。

2.難點

RS485在工業控制網絡里常用于DCS與PLC、SIS等其他子系統之間的通訊，DCS作為數據獲取方，一般設置為主站，獲取子系統從站的數據，以提醒操作員子系統的狀態。在這種情況下，最終數據一般為單向需求。但如果恰好兩個工廠的數據載體都是DCS，而雙方都有物料供給對方，那么雙方都需要同時具備主站接收數據，和從站發送數據的能力。由于RS485通訊卡在半雙工模式下接收和發送數據只能交替進行，在此過程中主站與從站的實時數據會產生延遲，在數據量大的情況下，這種延遲可能會加劇，甚至產生偏差和報警。

3.技術方案

（1）軟硬件配置。

由于DCS一般不作為從站，所以如果需要其作為從站發送數據，必須采購單獨的從站軟件授權，并且配備獨立的modbus通訊卡。但雙向通訊可以同時配置在同一個控制器上，主站和從站的屬性僅針對單塊或單對通訊卡。為了避免這種風險，分別配置主從卡件相對更可靠。

在雙方作為從站的控制器上推送軟件授權許可，在同一個控制器的通訊地址表中，將主從通訊卡分開排布，預留足夠的余量，以便后期管理變更的需要。配置軟件后，通訊表即可同時配置輸入（來自從站）和輸出（送至主站）兩種信號傳送方向。

（2）數據需求。

由于雙方需要交換的數據可能來自各自工廠不同的裝置，那么首先需要將這些數據全部傳送到一個控制站內，然后將這些數據匯總到一個通訊地址表;同理，數據接收方也可能需要將收到的數據傳給其工廠內不同的裝置進行監控管理。這其中需要注意兩點：

首先是位號可能重復。例如現場儀表輸入的位號是FT，DCS指示的是FI，那么送給對方的位號既不能直接用FT，也不能用FI。本例采取的辦法是在傳送到通訊控制站上，用于與買方通訊的位號的最后加上一個不常用的字母加以區分，例如化工裝置送給煉油裝置位號的后綴為R。如果需要傳送的數據原本就在這個控制站上，則不存在位號重復問題，原則上可不加后綴，節約系統資源。但為了管理方便，以及分配地址方便，一般這類信號也加上了后綴。

其次是量程精度和單位。由于DCS的量程范圍有限，因此在選擇累積量和瞬時量的單位時必須要經過認真反復的推敲核對和修訂，：既要考慮小流量時的精度不能太低，要滿足計量需求;，同時又要考慮大流量時，累積量滿量程之后的清零周期不能接近結算周期（一般都要求清零周期至少在半年以上）。比如即使上個周期的累積量偏差會在下個周期補回來，但由于產品價格存在波動，這種偏差最終會導致本該按高價格結算的量卻按照低價格結算，反之亦然。因此量程精度帶來的偏差要盡可能小。

（3）線路敷設。

由于RS485電纜長度有限，雙方系統一般都在兩個距離很遠的至少需要其中一方設置一臺自己的DCS的遠程機柜在對方的機柜間內。在柜內配置兩組通訊卡，一組作為主站屬性，用于接收數據，另一組作為從站屬性發送數據。然后遠程機柜通過光纖將數據送到控制器，實現相互數據傳送。

4.實施效果

該項目實施后，雙方工廠的計量數據更加準確，同時結合各廠自身的物料平衡，能夠從多方面確認雙向通訊實現的計量數據足夠準確。由于雙方DCS都具備GPS時鐘同步功能，雙方的計量時間點偏差很小，并且通過其他技術手段降低延遲和精度的偏差，可靠性大大超過人工抄表相互發送存在的偏差，同時降低人工成本和時間成本。買方如果認為數據不準，還可以間接幫助提醒賣方進行設備維護。最終雙方的工廠的利益都能夠得到最合理的保障。