专利名称：异构网络中plc和dcs的冗余通讯互联装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及异构网络中可编程序控制器PLC (Programmable LogicController)和分散控制装置DCS (Distributed Control System)的冗余通讯互联装 置，属电子信息技术领域。
背景技术：
在热工自动化领域，随着火电或核电机组容量的不断增大和自动化水平的不断提 高，所选用的控制装置设备越来越多，对于主机组锅炉和汽机等，因控制信号中含有较多的 模拟量和PID控制回路，人们通常从装置特点考虑选择高可靠性、功能完善、数据共享及组 态方便的DCS控制装置，而在辅助车间如凝结水精处理等装置中，模拟量相对较少，开关量 较多，且一般要求步序控制，很方便地用PLC来构建控制装置，这些由不同制造商提供的控 制设备，因各控制装置不同的通讯协议而形成了异构网络构成的监控平台。但是从工艺的 角度看，凝结水精处理工艺装置主要由前置过滤器、混床装置和再生装置组成，其中前置过 滤器、混床装置与主机组锅炉装置的安全运行有着非常密切的关系，而再生装置工艺过程 是对失效的混床树脂进行再生，工艺过程是复杂的步序控制，控制点数较多，如果凝结水精 处理PLC装置和主机组DCS装置不能有效地进行数据共享和通讯，就会影响全厂控制装置 的完整管理和运行效率。为了解决这种状况，利用Modbus RS485通讯协议进行异构网络 中冗余PLC和冗余DCS的直接通讯相连，进行前置过滤器、混床装置工艺数据的冗余双向通 讯，同时采用基于OPC(OLE for Process Control，用于过程控制的对象链接与嵌入)接口 的通讯方式，通过接口计算机，把凝结水精处理冗余PLC控制装置所有的数据(包括前置过 滤器、混床装置和再生装置等)通过冗余光纤接入主机冗余DCS装置的数据库，并对前置过 滤器、混床装置的工艺数据进行冗余通讯，保证了重要工艺装置运行的可靠性，这样凝结水 精处理装置就能由主机组控制室运行人员进行集中监视和控制，既能满足工艺的需要，又 可减少监控点，节约企业的运行成本。以往异构网络中PLC和DCS的通讯互联装置，有的是在辅助车间凝结水精处理工 艺设备与DCS控制装置之间敷设电缆硬接线来进行控制，成本昂贵，扩展升级困难；有的利 用Modbus协议进行两者之间冗余通讯，但是在有大量数据通讯的场合，通讯速率较低，造 成数据通讯堵塞，特别是在主备PLC发生切换时，也会造成部分数据丢失；如果仅通过DCS 操作站专用数据库软件的通讯功能来实时采集辅助车间的工艺数据，不但增加了生产成 本，而且在有大量数据需要双向通讯的情况下，很难保证在主机组控制室对就地凝结水精 处理设备进行可靠的实时控制，影响了生产的正常运行。
发明内容本实用新型目的是，提出一种适用于凝结水精处理PLC控制装置与异构网络中的 DCS控制装置冗余通讯互联装置。本实用新型的技术方案是凝结水精处理系统与主机组异构网络中PLC和DCS的冗余通讯互联装置，包括双机热备的可编程序控制器PLC装置、PLC操作站、分散控制DCS装置、交换机和冗余DCS操作站，PLC控制系统与DCS控制系统分别通过屏蔽双绞线和光纤 连接，由4芯屏蔽双绞线和RS485中继器连接凝结水精处理PLC控制系统的一台PLC装置 中CPU控制器的Modbus RS485接口和主机组冗余的分散控制系统DCS装置的数据链接卡 (LC =Link controller)上的两个RS232/485串口 ；凝结水精处理控制用的一台PLC操作站 作为DCS系统数据接口计算机，由多模光纤连接PLC操作站上冗余网卡到冗余的DCS操作 站的冗余交换机上。同时在接线端子之间增加终端电阻，防止干扰，增强DCS装置与PLC装置之间的信 号通讯能力，在DCS操作站上读写前置过滤器、混床装置的工艺数据，监控工艺运行情况； 同时把就地凝结水精处理控制室一台PLC操作站作为DCS装置数据接口计算机，通过多模 光纤连接接口计算机上冗余网卡到主机组DCS装置的冗余交换机上，采用客户/服务器结 构，主机组DCS操作站(0PC客户端)以客户程序通过OPC接口方式与接口计算机(0PC服 务器)冗余通讯，使凝结水精处理装置所有的数据可与主机组DCS装置共享，监视整个凝结 水精处理装置的工艺设备运行情况；为了增加重要工艺装置数据的通讯可靠性，在DCS操 作站上使用软件冗余前置过滤器、混床装置的工艺数据，利用软件绑定传输数据，提高数据 通讯的传输速度。通过冗余4芯屏蔽双绞线和RS485中继器，连接PLC装置中冗余CPU控制器的 MobusRS485接口到主机组冗余DCS装置数据链接卡LC上的两个RS232/485串口。整个装置包括凝结水精处理PLC监控装置、主机组DCS监控装置和冗余通讯互联 装置。凝结水精处理PLC监控装置主要包括冗余PLC装置、交换机和PLC操作站，DCS监 控装置主要包括冗余DCS装置、交换机和DCS操作站，冗余通讯互联装置包括RS485中继 器、4芯屏蔽双绞线、DCS接口计算机、冗余网卡、光电转换器和多模光纤，本实用新型装置 的有益效果是(1)利用PLC装置和DCS装置均支持Modbus协议通讯，采用冗余4芯屏蔽双绞线连 接PLC装置冗余CPU控制器的Modbus RS485接口和主机组冗余DCS装置数据链接卡LC上 的两个RS232/485串口，同时装设RS485中继器以进行较长距离的全双工串行通讯，在DCS 操作站上可通过Modbus协议直接对前置过滤器、混床装置工艺数据进行冗余读写操作。(2)为了增强PLC装置与DCS装置之间的信号通讯能力，防止干扰，在接线端子之 间增加终端电阻，保证重要控制数据传输的实时性。(3)就地凝结水精处理控制室内的两台PLC操作站采用C/S网络结构，把其中一 台PLC操作站作为DCS操作站的数据接口计算机，接口计算机上监控软件的实时数据库作 为OPC服务器，DCS操作站通过开放的OPC接口方式(即OPC客户端)，能很方便地存取接 口计算机上凝结水精处理装置的数据，因此接口计算机成为DCS操作站和PLC装置的网关， 不但隔离了两个不同的控制装置，保证了各自网络的相对独立和安全性，而且也减轻了主 机组控制室DCS操作员站数据采集的负荷。(4)在接口计算机上增加两块冗余以太网卡，同时装设光电转换器，接口计算机通 过4芯多膜光纤以太网形式与DCS操作站的冗余交换机进行数据冗余通讯，采用快速光纤 以太网可保证整个网络的畅通和整个装置通讯的性能。(5)利用DCS操作员站上软件冗余和数据绑定传输功能，可保障凝结水精处理装置部分重要工艺数据的实时传输，又能提高大量数据通讯的双向传输速度。本实用新型的有益效果是，本装置适用于电子信息技术领域，采用4芯屏蔽双绞线直接连接控制设备，对少量重要工艺部分需要双向通讯的数据利用Modbus协议来实时 通讯，而对大量需要监控的数据，发挥OPC通讯的巨大优势，在就地接口计算机上通过光纤 以太网完成DCS操作站对凝结水精处理实时数据库的共享，同时在DCS操作站上利用软件 冗余和数据绑定传输功能，提高重要数据的传输效率，这样在PLC装置发生双机热备切换 时，PLC和DCS装置的通讯仍然能够单独正常进行，使这个通讯互联装置成为真正的冗余装 置，提高了装置的可靠性。该装置结构简单，成本低廉，适用于一些通讯数据量较大且有部 分重要数据需要实时控制的生产工艺过程，具有较高的实用性。本实用新型异构网络中PLC和DCS的冗余通讯互联装置，采用客户/服务器结构， 主机DCS操作站(0PC客户端)以客户程序通过OPC与接口计算机(0PC服务器)冗余通讯， 使凝结水精处理装置所有的数据与主机组DCS装置共享，监视整个凝结水精处理装置的工 艺设备运行情况；为了增加重要工艺装置数据的通讯可靠性，在DCS操作站上使用软件冗 余和数据绑定传输功能，这样既保障了凝结水精处理装置重要工艺数据的实时传输，又能 提高大量数据通讯的双向传输速度。
图1为本实用新型异构网络中PLC和DCS的冗余通讯互联装置图图2为本实用新型PLC和DCS的RS485屏蔽双绞线通讯互联图图3为本实用新型PLC和DCS的光纤以太网通讯互联图
具体实施方式
以下结合附图对本申请实用新型作进一步的说明整个装置包括凝结水精处理PLC监控装置、主机组DCS监控装置和冗余通讯互联 装置。凝结水精处理PLC监控装置主要包括冗余PLC装置、交换机和PLC操作站，DCS监 控装置主要包括冗余DCS装置、交换机和DCS操作站，冗余通讯互联装置包括RS485中继 器、4芯屏蔽双绞线、DCS接口计算机、冗余网卡、光电转换器和多模光纤等，具体的装置图 如图所示。(1)利用PLC装置和DCS装置均支持Modbus协议通讯，采用冗余4芯屏蔽双绞线 连接PLC装置冗余CPU控制器的Modbus RS485接口和主机组冗余DCS装置数据链接卡LC 上的两个RS232/485串口，同时在屏蔽双绞线上增设RS485中继器以进行较长距离的全双 工串行通讯。4芯屏蔽双绞线抗干扰强，在连接PLC装置冗余CPU控制器串口和DCS装置数 据链接卡的串口时一定要正端连接正端，避免接反，为了避免存在兼容性问题，RS485中继 器选用相同厂商的同型号产品。(2)为了增强PLC装置与DCS装置之间的信号通讯能力，防止干扰，在接线端子之 间增加120欧姆的终端电阻，同时在硬件设置上要确保PLC装置和DCS装置的通讯速率一 致，使用9600Kbit/S的通讯速率，不要增加奇偶校验，这样就能保证重要控制数据传输的 实时性和较好的传输效率。(3)就地凝结水精处理控制室内的两台PLC操作站采用C/S网络结构，把其中一台PLC操作站作为DCS操作站的数据接口计算机，通过对DCS操作站和数据接口计算机上操作装置的OPC通讯设置为同一“网段”、同一“工作组”、同一用户名的相同密码登陆，在接口计 算机上把PLC装置需要通讯的全部数据变量转化为DCS操作站上软件的内部变量和控制算 法组态，修改作为OPC服务器的接口计算机及作为OPC客户端的DCS操作员站的Microsoft 的DCOM (分散式组件对象模型)，设置两个局域网的路由和网关等，在PLC操作站和DCS操 作站之间建立了一条基于OPC的网络通道，使DCS操作站能很好与PLC装置交换数据，从而 将凝结水精处理的过程数据库整合到DCS过程数据库中，这样接口计算机成为DCS操作站 和PLC装置的网关，不但隔离了两个不同的控制装置，保证了各自局域网络的相对独立和 安全性，同时也减少了主机组控制室DCS操作员站直接采集PLC装置数据通讯的负荷，将大 批量数据处理任务转移到了就地服务器，避免了远程OPC访问的局限性，提高了数据的传 输速度。(4)在接口计算机上增加两块冗余以太网卡，同时装设光电转换器，把电口转化为 光口，这样接口计算机通过4芯多膜光纤以太网形式直接与DCS操作站冗余交换机的光口 进行数据冗余通讯，采用快速光纤以太网可保证整个网络的畅通和整个装置通讯的性能， 且网络拓扑结构简单，不需要增加额外的设备。(5)在DCS操作站上通过软件冗余和数据绑定传输功能，将前置过滤器、混床装 置工艺数据进行软件冗余，同时通过软件数据绑定传输功能将一个数据项与一组数据相关 联，利用数组访问能力提高两者之间的通讯效率，这样既保障了凝结水精处理装置重要工 艺数据的实时传输，又能提高大量数据通讯的双向传输速度。利用Modbus协议和OPC接口这两种结合的通讯方式将凝结水精处理装置中大量 工艺数据纳入到主机组DCS控制装置中进行同一监视、控制和管理，使主机组运行人员可 监控与主机装置运行密切的辅助工艺装置的运行情况，协调操作，以达到优化运行、节能增 效的目的。该异构网络中PLC和DCS的冗余通讯互联装置，如果根据实际情况需要，对硬件 和软件进行适当的修改就可以把多个不同的冗余装置通过该方法可靠地连接起来，该通迅 装置结构设计合理，具有性能优越、实时性高和工作可靠等特点，值得在大型火电或核电机 组中推广应用。
权利要求异构网络中PLC和DCS的冗余通讯互联装置，用于凝结水精处理系统与主机组异构网络中PLC和DCS的冗余通讯互联装置，其特征是包括双机热备的可编程序控制器PLC装置、PLC操作站、分散控制DCS装置、交换机和冗余DCS操作站，PLC控制系统与DCS控制系统分别通过屏蔽双绞线和光纤连接，由4芯屏蔽双绞线和RS485中继器连接凝结水精处理PLC控制系统的一台PLC装置中CPU控制器的Modbus RS485接口和主机组冗余的分散控制系统DCS装置的数据链接卡(LCLink controller)上的两个RS232/485串口；凝结水精处理控制用的一台PLC操作站作为DCS系统数据接口计算机，由多模光纤连接PLC操作站上冗余网卡到冗余的DCS操作站的冗余交换机上。
2.根据权利要求1所述的异构网络中PLC和DCS的冗余通讯互联装置，其特征是在屏 蔽双绞线接线端子之间连接终端电阻。
3.根据权利要求1所述的异构网络中PLC和DCS的冗余通讯互联装置，其特征是在接 口计算机上增加两块冗余以太网卡，同时连接光电转换器，接口计算机通过4芯多膜光纤 以太网形式与DCS操作站的冗余交换机进行数据冗余通讯。
专利摘要用于凝结水精处理系统与主机组异构网络中PLC和DCS的冗余通讯互联装置，包括双机热备的可编程序控制器PLC装置、PLC操作站、分散控制DCS装置、交换机和冗余DCS操作站，PLC控制系统与DCS控制系统分别通过屏蔽双绞线和光纤连接，由4芯屏蔽双绞线和RS485中继器连接凝结水精处理PLC控制系统的一台PLC装置中CPU控制器的Modbus RS485接口和主机组冗余的分散控制系统DCS装置的数据链接卡(LCLink controller)上的两个RS232/485串口；凝结水精处理控制用的一台PLC操作站作为DCS系统数据接口计算机，由多模光纤连接PLC操作站上冗余网卡到冗余的DCS操作站的冗余交换机上。
文档编号H04L1/22GK201577097SQ200920284459
公开日2010年9月8日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者王爱文, 郭培志 申请人:南京中电联自动化有限公司