大型控制系统网络架构设计分析

1前言

随着企业自动化水平的不断提升，企业对自动化要求也越来越高，而现在国内在用的主流国产和进口大型控制系统有很多，系统各有优缺点，其中主要的控制系统厂家有ABB、AB、西门子、横河、浙大中控、和利时等。这些厂家的控制系统的网络架构各不相同，但是也有许多共同点。下面对上述的主流大型控制系统网络构架逐一加以分析。

2在用控制系统网络架构

2.1ABB公司控制系统

ABB公司的控制系统有两种。一种是使用较为普遍AC460控制系统，它是由冗余环控制网连接控制器和工作站、冗余AF100总线连接控制器和IO站及以太网连接工作站及远程操作终端组成，支持MODBUS通讯。另一种是我公司冶炼生产过程中使用的AC800F控制系统，它是由冗余DP总线连接控制器和IO站、以太网连接操作员站，支持DP总线、MODBUS、FF总线通讯。

2.2AB公司控制系统

AB公司的控制系统有SLC500、Logix5000。SLC500主要采用DH+网络或以太网与（冗余）Control网或计算机连接，Logix5000主要采用（冗余）Control网或以太网与计算机连接。他们都支持ControlNet、DeviceNet、DP、MODBUS等总线通讯。

2.3西门子公司控制系统

西门子公司的控制系统有S7200、S7300、S7400。此部分控制系统在我公司冶炼厂制氧、制酸和余热锅炉等重点工作部位都是有应用，他们都采用DP总线或者以太网进行互连以及与计算机连接，支持DP、MODBUS总线通讯。

2.4横河公司控制系统

横河公司的控制系统是CS3000，采用ESB（扩展型串行背板）总线和ER（增强型远程）总线连接控制器和IO站，以太网和V-Net连接控制器和计算机，支持DP、MODBUS、FF总线通讯。

2.5和利时公司控制系统

和利时公司的控制系统有SmartPro、MACSV，此控制系统在我公司一矿充填站有所应用，该系统采用DP总线连接控制器和IO卡件，以太网连接控制器和计算机，支持DP、MODBUS总线通讯。

2.6浙大中控控制系统

浙大中控公司的控制系统有JX300X、JX300XP、ECS-100，采用SBUS（IO控制）总线连接控制器和IO站，SCnetII（过程控制网）连接控制器和计算机，支持DP、MODBUS总线通讯。

3在用控制系统通讯网络架构对比

3.1共性

3.1.1下位网络

通过以上国内的主流控制系统的对比，可以看出现在控制系统的下位网络虽然各家有各家的专用IO总线，但是都有与其它PLC和智能仪表连接的MODBUS、DP总线通讯功能，兼容性较好。

3.1.2上位网络

上位网络基本上都采用以太网协议，或者除专用通讯网络外还支持以太网协议。上位通讯节点较少时（不多于6个），一般可以直接访问控制器；如果通讯节点较多，一般采用客户机/冗余服务器的方式访问控制器。

3.2各系统实际应用中的问题

目前在用的控制系统中，完全采用一家公司产品做成的控制系统，如果不连接通讯节点，都能够正常平稳的运行，一旦涉及到第三方通讯，情况就可能很不一样。

3.2.1ABB的AC460

该系统运行稳定性能较好，但是ABB的AC460与第三方的通讯方式只支持MODBUS协议，不支持现有的一些主流的通讯方式和协议，设备的兼容性不太好，组态界面也不够友好，需要专用的工作站才能使用，而且工作站价格十分昂贵。

3.2.2横河的CS3000

横河的CS3000一般规模都比较小，环境也相对好，也没有太多第三方通讯，运行情况良好，故障率相比较低。

3.2.3ABB的AC800F、AB的Logix5000

我公司在用的几套AC800F控制系统，系统点数不多的都能平稳运行；但是规模较大时（点数超过4000），特别是存在大量DP通讯时（主要是与本休控制系统、西门子控制系统），在运行一段时间后，都频繁出现了通讯不畅的问题，使用数据交换出现停滞、断线，对生产组织产生了一定影响。

3.2.4西门子的S7系列

我公司西门子系统比较多，但是不少是设备自带的，点数少，没有远程IO，所以自身运行平稳；但也有少量是较大规模的生产控制系统，偶尔也会出现DP通讯干扰问题。3.2.5和利时的MACSV、浙大中控的JX300XP、ECS-100系统运行相对平稳，软件组态上也更适合国人的习惯；但是在运行过程中，有时会出现冗余控制器无法自动切换、通讯中断等故障，控制器和卡件损坏频率相比进口产品较高。

4控制系统网络架构设计建议

今后控制系统设计的趋势是集成化、网络化、信息化，所以上新项目时除了考虑控制系统的可靠性、性价比外，还必须详细考虑系统的网络设计，即网络架构的三层：控制层、监视层、管理层，保证系统后续运行时整个网络的安全可靠运行。不同的厂家采用的控制层网络各不相同，可以不必强求统一；网络的监视层需要尽量统一到以太网协议上来，这是今后的必然趋势，也为管理层提供了良好的建设基础；网络的管理层即厂域网，普遍采用的也是以太网协议。通过以上在用控制系统的网络架构对比，建议从三方面考虑网络设计和施工：

4.1通讯协议支持控制系统下位除了自身的专用协议外，需要能够支持以太网、DP、MODBUS、DeviceNet、FF等与第三方设备通讯的协议。上位连接需要考虑到OPC、DDE等通讯，为以后的管理信息集成预留通讯接口。

4.2合理规划通讯网络

通讯网络在项目初设时，必须考虑自身的网络划分、网络的冗余以及与第三方的网络通讯，同时从工艺的角度考虑以后分片检修可能对通讯网络带来的影响；特别是第三方通讯的节点数要适当控制，因为实践证明过多的通讯节点，必然导致后期运行时系统的不稳定性极大地增高；在详细设计是必须考虑通讯网络的专用桥架，考虑到桥架的走向，尽量远离能带来电磁干扰的高压线路、变频器；选择适当的通讯介质，配套适合的通讯转换模块，提高网络本身的抗干扰性和安全性。

4.3合理施工通讯网络

在项目实施阶段，根据通讯网络施工图科学施工，保证优良的施工质量。

作者：张伟 单位：新疆喀拉通克矿业有限责任公司