关于集散控制系统互相通讯的应用

赵弘远

摘要：同一品牌的集散控制系统（DCS）在两个工厂之间进行互相通讯，需要从仪表设计、信号分配、软件授权管理、系统组态等多方面提前规划，并针对测试过程中会出现的问题进行预评估。本文以某DCS为例，简要介绍了两个工厂的DCS通过RS485协议进行双向通讯的应用实例。

关键词：DCS;RS485;双向通讯

1.背景

在目前新型的独立的炼化一体化工厂中，炼油装置与化工装置之间相互进行物料输送的数据，一般仅作为物料平衡和生产管理使用，数据上以一侧为准，最终会上传到同一个数据库平台或生产管理系统，原则上不需要相互确认和验证。但针对两个工厂作为两个独立主体，那么相互间输送物料就是属于贸易交接，实时的数据传输对于物料的收发双方都会直接或间接影响一方自身的生产管理，而贸易计量级的仪表也需要将累积量等数据通过类似RS485的通讯方式直接上传到DCS系统，用于上传周期性的贸易计量数据。同时，买方还需要设置复核计量仪表进行比对。

2.难点

RS485在工业控制网络里常用于DCS与PLC、SIS等其他子系统之间的通讯，DCS作为数据获取方，一般设置为主站，获取子系统从站的数据，以提醒操作员子系统的状态。在这种情况下，最终数据一般为单向需求。但如果恰好两个工厂的数据载体都是DCS，而双方都有物料供给对方，那么双方都需要同时具备主站接收数据，和从站发送数据的能力。由于RS485通讯卡在半双工模式下接收和发送数据只能交替进行，在此过程中主站与从站的实时数据会产生延迟，在数据量大的情况下，这种延迟可能会加剧，甚至产生偏差和报警。

3.技术方案

（1）软硬件配置。

由于DCS一般不作为从站，所以如果需要其作为从站发送数据，必须采购单独的从站软件授权，并且配备独立的modbus通讯卡。但双向通讯可以同时配置在同一个控制器上，主站和从站的属性仅针对单块或单对通讯卡。为了避免这种风险，分别配置主从卡件相对更可靠。

在双方作为从站的控制器上推送软件授权许可，在同一个控制器的通讯地址表中，将主从通讯卡分开排布，预留足够的余量，以便后期管理变更的需要。配置軟件后，通讯表即可同时配置输入（来自从站）和输出（送至主站）两种信号传送方向。

（2）数据需求。

由于双方需要交换的数据可能来自各自工厂不同的装置，那么首先需要将这些数据全部传送到一个控制站内，然后将这些数据汇总到一个通讯地址表;同理，数据接收方也可能需要将收到的数据传给其工厂内不同的装置进行监控管理。这其中需要注意两点：

首先是位号可能重复。例如现场仪表输入的位号是FT，DCS指示的是FI，那么送给对方的位号既不能直接用FT，也不能用FI。本例采取的办法是在传送到通讯控制站上，用于与买方通讯的位号的最后加上一个不常用的字母加以区分，例如化工装置送给炼油装置位号的后缀为R。如果需要传送的数据原本就在这个控制站上，则不存在位号重复问题，原则上可不加后缀，节约系统资源。但为了管理方便，以及分配地址方便，一般这类信号也加上了后缀。

其次是量程精度和单位。由于DCS的量程范围有限，因此在选择累积量和瞬时量的单位时必须要经过认真反复的推敲核对和修订，：既要考虑小流量时的精度不能太低，要满足计量需求;，同时又要考虑大流量时，累积量满量程之后的清零周期不能接近结算周期（一般都要求清零周期至少在半年以上）。比如即使上个周期的累积量偏差会在下个周期补回来，但由于产品价格存在波动，这种偏差最终会导致本该按高价格结算的量却按照低价格结算，反之亦然。因此量程精度带来的偏差要尽可能小。

（3）线路敷设。

由于RS485电缆长度有限，双方系统一般都在两个距离很远的至少需要其中一方设置一台自己的DCS的远程机柜在对方的机柜间内。在柜内配置两组通讯卡，一组作为主站属性，用于接收数据，另一组作为从站属性发送数据。然后远程机柜通过光纤将数据送到控制器，实现相互数据传送。

4.实施效果

该项目实施后，双方工厂的计量数据更加准确，同时结合各厂自身的物料平衡，能够从多方面确认双向通讯实现的计量数据足够准确。由于双方DCS都具备GPS时钟同步功能，双方的计量时间点偏差很小，并且通过其他技术手段降低延迟和精度的偏差，可靠性大大超过人工抄表相互发送存在的偏差，同时降低人工成本和时间成本。买方如果认为数据不准，还可以间接帮助提醒卖方进行设备维护。最终双方的工厂的利益都能够得到最合理的保障。