大型分布式DCS系统的实现

　　引言

　　DCS系统在发电、炼钢、石化等领域有着广泛的用途，极大的提高了生产的自动化程度。但随着DCS系统的规模越来越大，对其可靠性、实时响应速度、可扩展性及可维护性也提出了更高的要求。本文在对大型分布式DCS系统进行探讨的同时，结合通讯、计算机等方面的一些技术，提出了一种设计方法，可实现以下几个性能特点：环路控制响应时间<5ms;冗余卡件切换时间<10ms;紧急事件响应时间<1ms;实现分布式结构，系统规模扩大时不会增加系统的复杂性;底层电源、I/O卡件、节点及网络均可实现冗余;系统访问底层I/O卡件和节点时，无须知道其位置及路由信息，就可直接访问，即使底层拓扑结构改变，也不会对上层系统产生影响;各节点上的程序可通过网络动态下载、更新而无须停机;能与PLC、现有仪表及计算机网络相连，共享信息资源，具有良好的开放性;设计上尽量采用成熟的技术和现成的配件，以便减少开发和维护费用，方便生产。

　　系统整体结构

　　该系统采用三层网络结构，最上层的高层管理网和中间层的现场控制网均采用100M以太网。并通过使用光纤互连来提高通信距离和抗干扰能力;通过使用交换机来提高网络交换速度;通过使用工业级产品来提高系统可靠性。

　　高层管理网

　　最上层高层管理网由管理计算机、数据服务器、Internet、网关服务器等组成，是实现企业综合管理的信息通道。

　　中间层现场控制网

　　中间层现场控制网由网关服务器、工程师站、操作站、现场控制站及网桥等组成。用于高速、可靠传输过程实时数据、控制数据、组态信息等所有现场控制层数据。由于数据量大，为保证可靠，在硬件上采用两条100M以太网做为冗余;在软件上，采用分布式实时操作系统QNX来实现系统的以太网冗余、程序的动态下载、更新及环路控制的实时性。本系统采用QNX有以下几点原因：(1)、QNX是一个经过验证的可靠的分布式实时操作系统。(2)、作为一个分布式操作系统，QNX有很好的网络功能，本身支持两条以太网冗余运行，能把数据平衡的分配到两条以太网上，可成倍提高网络速度，当有一条网络出故障时，能动态的把所有通信数据切换到另一条网络上，并对用户透明。该功能很适合本系统使用。(3)、QNX可通过网络动态的更新节点上的程序而无需停机，方便维护、升级操作。(4)、不象其它很多实时操作系统可在众多的CPU上运行，QNX专门针对X86优化，可充分发挥X86的性能。(5)、QNX系统精巧，内核只有10多K，可直接在小容量的电子盘上运行。

　　底层现场控制站内部网