吳勝華,田海波,王丹麟
DCS過(guò)程控制站內(nèi)IO模件地址重疊識(shí)別方法
吳勝華,田海波,王丹麟
(南京國(guó)電南自美卓控制系統(tǒng)有限公司,南京 210032)
介紹了一種可用來(lái)監(jiān)測(cè)分散控制系統(tǒng)(DCS)過(guò)程控制站內(nèi)IO模件地址發(fā)生重疊錯(cuò)誤的實(shí)用電路,分析了電路原理并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明,該電路運(yùn)行效果良好。
分散控制系統(tǒng);IO模件;比較電路;地址重疊
分散控制系統(tǒng)(DCS)是一種集控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的新型控制系統(tǒng),而過(guò)程控制站是DCS的中央處理單元,是DCS的核心部件,其主要由過(guò)程控制器(DPU)和站內(nèi)的各種IO模件組成。它通過(guò)和站內(nèi)IO模件交換數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信號(hào)采集和控制;一般來(lái)說(shuō),每個(gè)IO模件在此過(guò)程控制站內(nèi)都分配有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的地址,過(guò)程控制器一般都通過(guò)這些地址來(lái)實(shí)現(xiàn)和站內(nèi)IO模件的數(shù)據(jù)交換。
過(guò)程控制器要實(shí)現(xiàn)和站內(nèi)IO模件的數(shù)據(jù)交換,需要處理如下幾種情況。
(1)站內(nèi)IO模件地址設(shè)置不正確,不在過(guò)程控制器配置列表中,則此IO模件不響應(yīng)過(guò)程控制器的通信,過(guò)程控制器將不能和此IO模件進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)交換。
(2)站內(nèi)IO模件地址設(shè)置正確,但類型設(shè)置不正確,過(guò)程控制器可以根據(jù)通信報(bào)文中的類型與過(guò)程控制器內(nèi)對(duì)應(yīng)地址配置的類型是否匹配來(lái)識(shí)別。
(3)站內(nèi)IO模件地址設(shè)置重疊,但地址重疊的模件類型不相同,此時(shí),地址配置正確的IO模件數(shù)據(jù)讀寫正常,地址配置錯(cuò)誤的IO模件不能正常讀寫數(shù)據(jù),但兩種模件之間的數(shù)據(jù)互不影響。
(4)站內(nèi)IO模件地址設(shè)置重疊,而且地址設(shè)置重疊的模件類型相同,此時(shí),地址配置錯(cuò)誤的IO模件數(shù)據(jù)將會(huì)影響到地址配置正確的IO模件數(shù)據(jù),這樣會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備帶來(lái)很大的危險(xiǎn)。
在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中,即使發(fā)生上述異常情況也能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn),而且調(diào)試過(guò)程中設(shè)備也未全部運(yùn)行,故帶來(lái)的危險(xiǎn)較小;但在系統(tǒng)商業(yè)運(yùn)行過(guò)程中,發(fā)生IO模件損壞而更換新的IO模件時(shí),如果維護(hù)人員粗心將新的IO模件地址設(shè)置錯(cuò)誤,造成上述第4種異常情況出現(xiàn),輕者將引起系統(tǒng)停運(yùn),重者將損壞現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,給用戶帶來(lái)重大損失。
現(xiàn)在流行的DCS,部分通過(guò)IO模件通信是否正?;蜻^(guò)程控制器比對(duì)IO模件回傳通信報(bào)文中帶有的相關(guān)信息來(lái)判斷;而對(duì)于同類型IO模件發(fā)生地址重疊的情況,通過(guò)通信來(lái)預(yù)防和判斷IO模件地址重疊將大大增加通信的復(fù)雜程度,不利于保持過(guò)程控制站通信的實(shí)時(shí)性,會(huì)降低整個(gè)過(guò)程控制站的控制效果。因此,部分DCS廠家對(duì)于此類異常情況未做有效措施,僅在說(shuō)明書中重點(diǎn)要求嚴(yán)禁將IO模件地址設(shè)置重疊。
為避免因過(guò)程控制站內(nèi)IO模件地址重疊而對(duì)設(shè)備造成損害,設(shè)計(jì)了一種實(shí)用電路,如圖1所示(圖中:實(shí)線表示IO通信網(wǎng)絡(luò);虛線表示IO模件地址重疊識(shí)別電路連線)。
圖1 過(guò)程控制站配置架構(gòu)
(1)過(guò)程控制器和IO模件之間通過(guò)專用IO通信網(wǎng)絡(luò)連接,過(guò)程控制器和各個(gè)IO模件之間通過(guò)特定的IO模件地址重疊識(shí)別電路連接。
(2)連接在此專用通信網(wǎng)絡(luò)上的IO模件地址需要不同設(shè)置。
(3)連接在此專用通信網(wǎng)絡(luò)上的IO模件都需要在過(guò)程控制站進(jìn)行配置,配置信息包括IO模件地址和類型等內(nèi)容。
(4)過(guò)程控制器按照配置好的IO模件信息來(lái)訪問(wèn)這些IO模件,訪問(wèn)數(shù)據(jù)中需要包含IO模件的地址信息。
(5)過(guò)程控制器訪問(wèn)任意一個(gè)IO模件時(shí),被訪問(wèn)到的IO模件(根據(jù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)中的地址是否和自身匹配來(lái)確定是否訪問(wèn)到自己)將通過(guò)通信報(bào)文回傳自己的數(shù)據(jù)和類型,同時(shí)將對(duì)應(yīng)的IOn_ACK設(shè)置為高電平。
IO模件地址重疊識(shí)別電路如圖2所示,圖2中:標(biāo)注為“DPU內(nèi)電路”在DPU內(nèi)實(shí)現(xiàn);標(biāo)注為“IO模件n電路”在各個(gè)IO模件內(nèi)實(shí)現(xiàn),每個(gè)IO模件內(nèi)的電路一樣。
圖2 IO模件地址重疊識(shí)別電路
(1)當(dāng)MACK輸出為0時(shí),比較器正端電壓為7.42V,當(dāng)MACK輸出為1時(shí),因?yàn)镽6的電阻遠(yuǎn)大于R5,故比較器正端電壓將略微上升一點(diǎn),上升幅度基本可忽略不計(jì)。
(2)當(dāng)IO總線上沒有IO模件響應(yīng)時(shí),即任意一個(gè)IOn_ACK為零時(shí),比較器負(fù)端計(jì)算電壓為10.75V;此時(shí)負(fù)端電壓高于正端電壓,比較器輸出為零。
(3)當(dāng)IO總線上只有一個(gè)IO模件響應(yīng)時(shí),假設(shè)模件1響應(yīng),則IO1_ACK為5V,此時(shí)模件1內(nèi)電路為電壓跟隨電路,三極管工作在放大區(qū),則三極管的集電極電流為8.14mA(按PN結(jié)壓降為0.7 V計(jì)算)。
(4)當(dāng)IO總線上只有一個(gè)IO模件響應(yīng)時(shí),可計(jì)算出此時(shí)負(fù)端電壓為8.46V,大于正端電壓7.42 V,故此時(shí)比較器輸出MACK依然為0。
(5)當(dāng)IO總線上有2個(gè)IO模件響應(yīng)時(shí),可計(jì)算出此時(shí)負(fù)端電壓為6.21V,此時(shí)負(fù)端電壓小于正端電壓,故比較器輸出MACK將變?yōu)?。
(6)當(dāng)IO總線上IO模件響應(yīng)數(shù)量超過(guò)2個(gè)時(shí),負(fù)端電壓將變得更小,比較器輸出MACK輸出依然為1。
(7)DPU通過(guò)檢測(cè)比較器輸出MACK的狀態(tài)則可迅速判斷IO總線上是否有IO模件地址重疊,從而執(zhí)行相應(yīng)的措施。
利用簡(jiǎn)單的比較電路,既可保證準(zhǔn)確地識(shí)別過(guò)程控制站內(nèi)IO模件地址重疊的異常狀況,又可保證整個(gè)過(guò)程控制站的控制效果。
上述電路使用LTspice IV仿真軟件進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果如圖3所示。
圖3 電路仿真結(jié)果
在圖3中:線1表示比較器正端電壓;線2表示比較器負(fù)端電壓,電壓值隨著IO模件響應(yīng)數(shù)量的變化而發(fā)生改變;線3表示比較器輸出MACK的狀態(tài),當(dāng)兩個(gè)IO模件同時(shí)響應(yīng)時(shí)狀態(tài)變?yōu)?。路的DCS已成功鑒別多起實(shí)際發(fā)生的IO模件地址重疊事件,保證了應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定。
(本文責(zé)編:白銀雷)
上述電路目前已在實(shí)際DCS中實(shí)現(xiàn),使用本電
TM 743
:A
:1674-1951(2015)03-0029-02
吳勝華(1977—),男,湖北荊門人,高級(jí)工程師,工學(xué)碩士,從事分散控制系統(tǒng)研發(fā)方面的工作(E-mail:shenghua-wu@sac-metso.com)。
2014-07-10;
2015-01-07