Communication network of Symphony system
LIU Xianxiao, DENG Huayu
(Maoming Cogeneration Power Plant,Maoming,Guangdong 525011,China)
Abstract:The biggest difference between a distributed control system（DCS） and a centralized control system is that the DCS has a comparatively perfect communication network. This paper briefly describes the network structure and data processing（DP） of Symphony system of Bailey, US. The system comprises operation network, control network, control way and expander bus, adopting DP methods of exception report and data compression to ensure expedite data transmission in the network. Capable of being constructed into DCSs in all sizes on demand, Symphony system has been widely used at home and abroad.
Key words:Symphony; DCS; communication network; communication protocol; exception report; data compression
分散控制系统要达到控制功能分散，同时做到有效的集中管理，其关键在于它有一个完善的通信系统，这是它与集中控制系统的最大区别，而通信系统和控制系统的分离又是分散控制系统发展的一个里程牌。一个完善的通信系统，必须充分考虑网络的结构形式、网络层次以及组网时的灵活性、开放性等。同时，由于控制系统要求的高可靠性、实时性等，为保证通信系统内数据畅通，防止大量数据堵塞，数据的压缩和处理技术也是衡量一个系统的重要指标。本文从网络结构和数据处理两方面对Symphony分散控制系统的通信作一些简单介绍。
1Symphony系统的网络结构
Symphony系统的网络结构为多层各自独立的网络结构，如图1所示。
1.1操作网络（Onet）
这是最上层的通信网络，主要用于包括生产管理和企业管理在内的各种数据交换，为标准的以太网结构，符合IEEE 802.3规范，网络为总线结构，采用双网冗余，以确保系统的稳定性。它主要包括如下部件：
a）站（station），通信系统的主体，为网络可识别的一个节点，在这里为工程师站和操作员站。
b）控制器（controller)，负责数据编码解码、串并通信方式转换、地址识别等的一组软件。
c）传送系统（transmission system)，包括通信介质、收发器、重发器等用来建立通信的部件。
d）控制器传送系统接口（controllertransmission system interface）,这是设置在控制器和传送器间的一个接口，把硬件接口和软件接口合并在一起形成通信环境。
1.2控制网络（Cnet)
这是一个面向过程控制的网络，负责不同现场控制单元（HCU）节点之间过程控制参数、过程及系统报警等数据的交换工作，是Symphony系统的重要网络。它采用环状网络结构，存储转发的通信协议，它的通信有如下特点：
每一个节点都是对等的、独立的，都带有各自的缓冲寄存器、信息转发器。每个节点都与前后相邻的两个节点相连，形成一个闭合的环形结构。其传播方式为点对点进行。例如：网络中有
1.3控制通道（CW)
它是HCU内的主模件桥路控制器(BRC)、网络处理模件(NPM)等互相通信的网络，采用总线结构，自由竞争式的通信协议。所谓自由竞争协议，就是在某一时刻，所有的通信主体，都可以不受约束地向总线发送数据，并同时监听总线，当发现总线上有两个或以上通信主体向总线发送数据时，各通信主体就会自动退回，经延迟一随机时间后再发送，直到某一主体单独占用总线，完成发送任务。该发送方式的特点是网络无通信指挥器，发送信息不受约束，中间无须转发，在通信主体数量不多时，响应极快，该网络结构简单，扩展容易。
1.4扩展总线（XB)
它是HCU内的第二级网络，主要承担主模件和它所带的子模件之间的通信，它采用八位并行总线的网络形式。主模件通过XB对所带的子模件进行扫描，完成现场数据采集和向现场的设备发出控制命令，有效地确保了对数据的实时处理。Symphony系统通信网络数据见表1。
2Symphony系统数据处理技术
随着发电机组单机容量的增大，工质参数的提高，为确保安全生产，控制方式越来越复杂，分散控制系统（DCS）点数也越来越多。为了防止大量数据通信时的堵塞现象，确保采集的数据能实时在显示器（CRT）上反映出来，控制命令能快速到达被控设备，Symphony系统采用了两种有效的数据处理技术：例外报告技术和数据压缩技术。
2.1例外报告技术
例外报告技术就是利用软件方法来处理一些涉及测量、操作、报警、管理等的数据，只有当被监视的数据在规定的时间间隔内产生了显著的变化时，该数据才会被发送到网络上，被需要的节点接收。如果数据的变化没有达到规定值，则数据不向网络发送，各节点仍将上次发送的数值作为实时值处理。例外报告主要涉及以下三个参数：
a)例外报告死区Δy，由功能码F30的S7定义，用来判断数据是否发生了显著变化。
b)最小报告时间tmin，在此间隔内，即使数据发生显著变化，也不产生报告，以限制信号的干扰。
c)最大报告时间tmax，时间到达最大值时，即使数据没有发生显著变化，也会产生一个例外报告，为变化缓慢的数据提供一个刷新的机会。
模拟量的例外报告由F30功能码产生，可用图2来说明其过程。自上次报告时刻始，t<tmin时，数值的任何变化不会被报告，如图2中的BC段；当tmin ≤t＜tmax时，如果数值的变化量超过设定值Δy，则将数据的当前值向网络发布，刷新该数据当前值，如图2中P3和P4点；如果在tmin≤t＜tmax时间内，数值变化始终未超过Δy，则t＝tmax时，会产生一个报告，如图2中的P8点；从图2中可以看到，数值变化越快，则在相同的时间内产生的例外报告就会越多，如DE段比AB段多。但任何时刻，数值超过报警值或从报警值回到正常值时，不受时间的限制都会发例外报告，如P1，P2，P9，P10点。每产生一个报告，t会重新计时，报告死区Δy的起点由当前值代替。
2.2数据压缩技术
数据压缩技术又叫信息打包技术，在Cnet网络中，传输的数据格式规定为两帧式：第一帧为标题帧，主要包括目的地址、源地址及安全校验码；第二帧为数据帧，它是运行中需要或产生的各种数据，是信息包的核心。两帧合为一个信息包。压缩技术就是把去相关地址的所有信息包进行压缩，使用同一个标题帧。减少标题帧，相对增加了数据帧的位数，提高了通信的效率。同时，传输中的每一个信息包可以容纳63个节点的数据，实现数据的多址传输。
3结束语
Symphony系统的网络采用分层、多级的结构，每层根据不同的需要，采用不同的拓扑结构和通信协议，很好地实现了管理网络的标准化和开放性，控制网络的实时性和高效性。在硬件方面，采取了通信介质、通信模件的冗余配置措施，提高了系统的可行性。同时在数据处理技术上采用了例外报告、数据压缩等技术，有效地控制了通信网络的负担，确保了网络的畅通。由于采用了以上的措施，使得Symphony系统可根据需要组成大、中、小型的分散控制系统，目前已在国内外得到广泛的应用。
参考文献
［1］高伟．计算机控制系统［Ｍ］．北京：中国电力出版社，2000.
［2］程真．分散控制系统的性能考核试验方法[Ｊ]．华东电力，2003，31（3）：20-22.
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