5SHY3545L0016 3BHB020720R0002通过双机之间的光纤对主分布处理单元进行处理

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    分布式处理单元的冗余根据冗余度可以分为冗余度为1∶1和1∶n两种情况。这在每个DCS厂家的产品中是不同的。这两种方式各有优缺点。这里介绍的是冗余度为1∶1的冗余设置。

    分布处理单元冗余度为1∶1，就是将2块组态完全一样的控制器设置成冗余方式。在投入运行时，若出现故障，两分布处理单元之间能实现无扰动切换，保证系统的正常运行。

    本系统所采用的分布处理单元均带3个网络接口，其中2个网口分别连接到A网和B网，实现各工作站点间的数据通信，第3个网口通过对等网数据连接子分布处理单元间（对等网数据现可选用光纤作传输介质），用来传输主、从分布处理单元之间的备份数据；分布处理单元之间的状态信息由串口传输。

冗余分布处理单元的工作原理：两个分布处理单元硬件配置完全相同，内部装有相同的操作系统，相同的组态软件， 相同的组态信息。在同一时刻只有1个分布处理单元通过双机交换卡接受过程信息并进行运算处理，最后产生控制结构去控制过程设备，此分布处理单元称为主分布处理单元。同时冗余分布处理单元并没有闲置，它在每一个工作周期都通过双机之间的光纤对主分布处理单元所接受的过程信息和运算结果进行实时拷贝，这样冗余分布处理单元始终与主分布处理单元同步。冗余分布处理单元同时检测拷贝的信息是否完整，是否在所允许的容错度内。一旦信息不完整或报错，则说明主分布处理单元工作不正常。在这种情况下，冗余分布处理单元通过光纤将主分布处理单元旁路，同时切换为主分布处理单元继续工作。切换时间选用最短的运算周期（几十ms或更短），从而实现无扰动切换。等到主分布处理单元恢复正常后，冗余分布处理单元自动把控制权交还给主分布处理单元，转为冗余备份状态。

    从图3中可看出双分布处理单元仲裁电路工作原理为将分布处理单元各自自身之诊断结果加到仲裁电路上，并读取相应的仲裁结果，以确定自身之主辅状态。通过编程，确定各状态的优先级，由于双分布处理单元均根据仲裁之结果确定各自之主辅状态，故只要仲裁结果变化了，双分布处理单元则自动进行切换。 

4、网络冗余

    在DCS控制系统中至少存在2个网络，一个是管理层和控制层之间的通信网络，另一个是过程控制层与底层I/O卡件层之间的485通信网络。上层网络主要的作用是实现管理层对控制层实时检测，和对下层控制器的配置设置等任务。下层网络是为了把I/O卡件采集的数据传送到过程控制层，然后把控制层的控制数据传送给I/O卡件。这2个网络在DCS控制系统中的重要性是不言而喻的。

    针对上层网络模块的冗余，当今的工业自动化领域出现了各种各样的支持链路冗余功能的工业以太网交换机，它们解决了由节点故障导致网络瘫痪的问题。为提高数据通信的整体可靠性和容错性，本DCS控制系统也采用环形的网络拓补结构。但是由于环形网本身固有的缺点是节点故障引起全网故障，因此数据通信链路的冗余技术应运而生。为了保证2层网络的顺利工作，2个网络都采用1∶1的冗余设置。分布处理单元检测到主网出现故障时，自动放弃从主网的端口通信，同时启用冗余网的端口，将数据转由冗余网发送 和接受。此时冗余网进入数据通信状态，主网及时进行修补。双环网技术实现了传输媒介的冗余，在TurboRing的基础上进一步提高了系统的可靠性。但双环网的管理和切换都比较复杂，本系统采用了一种简单的方法。

    对于网络上的每1个节点，可能处于下述5种情况之一：

    （1）在线联网运行，系统至少有2个节点在运行；（2）在线单机运行，系统只有本地节点在运行；（3）离线单机运行，此节点的网卡存在且正常、但没有上网；（4）离线单机运行，此节点的网卡存在，但出现故障；（5）离线单机运行，此节点不存在网卡。

    目前的网络控制器都提供了命令、诊断、配置和状态寄存器，通过读写这些寄存器，便可以区分上述5种情况。当系统运行时，各种因素都可能存在，为了在线反映网络各节点的运行状态，每个节点可以设置一张网络状态表，记录各节点上每块网卡的运行状态。当某节点上1块或2块网卡的状态改变时，其他节点应能在尽可能短的时间内知道。为此，每个节点的2块网卡需要定时广播1个测试包，表明该节点的网卡存在。其他节点收到此包时，修改网络状态表中此节点上相应网卡的状态。然而在运行过程中，如果某节点的1块网卡离线，它将既不能接收、也不能发送。而在此之前，它已在其他节点的网络状态表上登记了，其他节点将认为该网卡存在且正常，显然没有反映网卡运行的真正状态。为了准确反映网卡的状态，每个节点的2块网卡定时广播测试包的同时，将本节点的网络状态表中所有网卡状态计数加1，直到最大值LIMIT。每当收到某节点的测试包时，将该节点相应网卡的状态计数清为0。这样，保证状态数小于最大值LIMIT和定时广播周期就可以在线实时监视网络的运行，准确反映节点所处的状态。在2个网络之间还可以添加具有路由功能的网间传输设备，当2个网络同时出现故障时，网间传输设备也能自动寻找可行路径，组成1个环路，保持系统的正常通信。

专业的通讯软件主要分为两类：一类实现数据的实时采集与传送，另一类实现流程画面的实时传送。

　　1.数据的实时采集及传送

　　用Foxboro公司开发的通讯软件或利用第三方开发的针对I/A’s的通讯软件实现通讯是一种非常方便的办法，它可以大大缩短项目周期。

　　Foxboro公司的专业通讯软件从早期的DataforWindow、PIMS中的DataLink到现在使用的AIM*AT软件秉承始终如一的思想，利用AISAPI（FOXAPI的早期版本），FOXAPI的内部函数调用实现数据的实时读写；利用TCP/IP实现数据在I/A’s与PC机之间的双向传送；利用DDE技术将I/A’s的数据在支持DDE技术的程序（如：Excel、Lotus1-2-3、Delphi等）中显示，同时提供VB调用函数，便于用户的二次开发。该软件的最快传送速率为0.1秒。在目前的项目中，比较多的采用了这种办法。

　　对于目前较流行的opc通讯协议，Foxboro公司提供专门的OPC通讯软件，同时也可以选用第三方，如：MATRICON公司的OPC通讯软件。

　　第三方通讯软件主要是美国OSI公司的PI实时数据库。OSI公司的PI系统基于C/S结构，能将100多家的dcs系统或plc中的实时数据传送到WindowNT服务器中，利用其专利的“螺旋门压缩”技术，将数据进行压缩加工，使其保存周期可长达数年以上（取决于硬盘容量）。同时，利用其强大的系统工具实现二次开发，包括流程画面显示、趋势显示、优化处理、性能计算等。PI实时数据库在Foxboro的I/A’s中的应用在国外已经有了上百个成功使用的业绩。谏壁发电厂利用PI系统将其#7、#8、#9、#10四台300MW机组多达20，000点的数据实现了实时传送、长达2年的数据存储，并利用其强大的二次开发工具，为全厂MIS（或SIS）系统的应用开发服务。

　　专业的通讯软件，如：PI，除了具有高率、高速、数据保存时间长、安全可靠、功能强大、界面友好、使用方便等优点外，通常在数据传送时还具有以下特性：

　　l采用“例外报告”方式：设定数据需要传送的变化范围，对未超过变化范围的数据不传送，这一机制大大降低了通讯负载。

　　l具有“数据缓存”机制：在网络通讯中断时，将需要传送的数据缓存在工作站的硬盘上，待网络通讯恢复时，在网络通讯的空闲时再将数据传送到数据库中。这一机制保证了数据不丢失。

　　2.流程画面的实时传送

　　将流程画面实时传送到PC机上，可以使企业领导和运行管理人员、热工仪表维护人员可以及时掌握现场的生产运行情况，便于整个企业的资源共享、状态监视及物流管理。

　　关于流程画面的实时传送，目前使用较多的是使用HumingBird公司的Exceed软件。利用Exceed软件的Telnet功能和I/A’s的附加显示管理器（AdditionalDisplayManager），将I/A’s中的流程画面实时传送至PC机中，并可以定义在PC机中的操作权限是否可以操作。

　　除Exceed软件外，还可以使用GraphOn公司的GO_Global软件，该软件可以直接利用网络传输，也可以用拨号方式，将I/A’s中的流程画面实时传送至PC机中。

　　在使用Exceed及GO_Global软件时，利用Modem拨号，就可以实现“远程诊断”（FOXWATCH），即：将I/A’s使用情况等信息，及时传送回Foxboro公司，Foxboro公司的工程技术人员在公司内就可以对用户的各种要求进行及时响应，对其系统进行诊断，并对用户提出使用建议。在谏壁发电厂的I/A’s系统中，就安装有FOXWATCH软件，使用效果非常好，厂级领导、热工维护人员等在办公室内即可了解机组生产运行情况；在出现故障时，可以迅速将DCS系统使用情况传送给Foxboro公司的工程技术人员，在最短的时间内得到技术支持，最大程度地降低损失。

　　无论是采用专门的硬件实现通讯，还是使用专业的通讯软件实现通讯，实现方法都比较简单，下面将重点介绍在Foxboro公司I/A’s产品中用软件编程方法实现通讯的几种方法。

HONEYWELL 8C-PDODA1

HONEYWELL 8C-TDODA1

HONEYWELL 8C-PCNT02

HONEYWELL 8C-ICNTAI

GE UR6SH

GE 8104-AO-IP

GE 8913-PS-AC

ABB IMHSS05

GE IS200ACLEH1BCB

GE IS200DSPXH1DBD

GE IS420PUAAH1A

GE IS420UCSCH1B

ZYGO ZMI-4104C

GE 8521-LC-MT

ABB PFRL101B-1.0KN

EMERSON PR6423/003-030+CON021

ABB CI867  3BSE043660R1

KONGSBERG RSER200-4

GE PMC-5565PIORC-211000

HONEYWELL CC-PCF901

HONEYWELL CC-PCNT02

HONEYWELL CC-PUIO31

HONEYWELL FC-SCNT01

HONEYWELL FC-PDIO01

HONEYWELL FC-RUSIO-3224

GE IS200AEADH4ADA

MOTOROLA MVME2305-900

ABB 3BHE004385R0001 UNS0884A-V1

GE IS420PUAAH1A

PROSOFT PLX31-EIP-MBTCP

EMERSON CE4006P2

WOODWARD 8273-1011

ABB PFEA111-65

ABB PFTL301E 1.0KN

PROSOFT ILX69-PBM

ABB PM866AK01  3AUA0000052519

ABB CI858K01 3BSE018135R1

PTM PSMU-350-3

A-B 2711P-T12C4D8

SCHNEIDER SM100-40/050/P1/44/S1/B1

Lam Research 853-001983-011

ABB 5SHY3545L0020

PROSOFT MVI69-MCM